CN111486174A - 直线保持器及滚珠花键装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种直线保持器及滚珠花键装置，所述直线保持器包括管状主体，且所述管状主体的外壁包括多个滚珠循环轨道；每一所述滚珠循环轨道包括直线沟道段、直线通道段、两个爬升台阶段以及两个弧形回转段；至少一个所述爬升台阶段包括与弧形回转段的第二端相连的第一过渡段、与所述直线沟道段相连的第二过渡段以及位于所述第一过渡段、第二过渡段之间的倾斜段，并通过所述第一过渡段减小滚珠在倾斜段和弧形回转段之间运动时的冲击、通过所述第二过渡段减小滚珠在倾斜段和直线沟道段之间运动时的冲击。本发明实施例可使得滚珠的循环运行过程变得平缓，提升滚珠在滚珠循环轨道内运行的顺畅性。

Description

直线保持器及滚珠花键装置
技术领域
本发明实施例涉及滚珠丝杠与滚珠花键领域，更具体地说，涉及一种直线保持器及滚珠花键装置。
背景技术
直线运动装置广泛应用于工业自动化行业，随着设备精度、运行效率、静音性、寿命等要求的提高，滚珠花键副逐渐形成了普遍应用。滚珠花键借助于滚珠与精密研磨的滚动沟槽，能同时进行平滑直线运动与旋转力矩传递。由于采用了接触角设计，除了灵敏度高之外，滚珠花键还能大幅提升负载性能，适合于振动冲击大、定位精度要求高、高速运动性能需求高、噪音低的场合。在应用中通过调整预压，滚珠花键可以满足零间隙、较高的扭转刚性与力矩刚性的特点。
当前，滚珠花键副有滑块型、端盖型、保持器型等多种循环结构类型。如图1所示，为常规的滚珠花键装置的直线保持器的结构示意图。该直线保持器的管状主体1上的滚珠循环轨道由直线沟道段12，爬升台阶段13、16，弧形回转段14、17，以及直线通道段15组成。结合图2所示，爬升台阶段13、16分别用于连接直线沟道段12和弧形回转段14、17，由于连接处过渡呈尖角且与滚珠不能贴合，影响滚珠经过时的顺畅性，在滚珠运转过程中会有瞬时冲击作用，在高速往复运行时，会造成过早磨损。
并且，在上述直线保持器中，爬升台阶段13、16的高度Δh1固定，弧形回转段14、17的两个端部(例如弧形回转段14与爬升台阶段13的相连处，以及弧形回转段14与直线通道段15的相连处)在同一径向高度。滚珠在爬升台阶段13处需要爬升的台阶高，遇到的阻力大，局部位置的受力大，体现在整机预压上，直线摩擦力的均值更大。不仅影响到滚珠运转的顺畅性，即影响直线运行手感及整机噪音分贝值，而且高速运转时发热量较高，极限情况下会引起塑料材料软化与失效。
发明内容
本发明实施例针对上述滚珠花键装置因直线保持器的滚珠循环轨道因爬升台阶段的爬升高度大，影响到滚珠运转的顺畅性、发热量较高的问题，提供一种直线保持器及滚珠花键装置。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种直线保持器，包括管状主体，且所述管状主体的外壁包括多个滚珠循环轨道；每一所述滚珠循环轨道包括直线沟道段、直线通道段、两个爬升台阶段以及两个弧形回转段，所述直线沟道段、直线通道段分别沿所述管状主体的轴向设置，所述直线通道段的两端分别与两个弧形回转段的第一端相连，所述直线沟道段的两端分别经由所述爬升台阶段与两个所述弧形回转段的第二端相连；
至少一个所述爬升台阶段包括与所述弧形回转段的第二端相连的第一过渡段、与所述直线沟道段相连的第二过渡段以及位于所述第一过渡段、第二过渡段之间的倾斜段，并通过所述第一过渡段减小滚珠在所述倾斜段和所述弧形回转段之间运动时的冲击、通过所述第二过渡段减小滚珠在所述倾斜段和所述直线沟道段之间运动时的冲击。
优选地，所述爬升台阶段的中心线位于所述管状主体的纵截面，所述第一过渡段的中心线为凸圆弧线，所述第二过渡段的中心线为凹圆弧线。
优选地，所述倾斜段的中心线与所述弧形回转段的中心线之间的夹角为135-160°，所述凸圆弧线的过渡半径为滚珠半径的0.4～0.8倍。
优选地，所述倾斜段的中心线与所述弧形回转段的中心线之间的夹角为135-160°，所述凹圆弧线的过渡半径为滚珠半径的1.2～2倍。
优选地，所述爬升台阶段的中心线位于所述管状主体的纵截面，所述第一过渡段和所述第二过渡段的中心线分别为直线，且所述第一过渡段和所述第二过渡段的中心线与所述管状主体的中心轴的夹角分别小于所述倾斜段的中心线与所述管状主体的中心轴的夹角。
优选地，所述弧形回转段的中心线与所述管状主体的中心轴之间的高度差从所述第一端至所述第二端逐渐减小；所述弧形回转段的第二端与所述直线沟道段之间的高度差为所述直线沟道段与所述直线通道段之间的高度差的0.7～1倍。
优选地，所述弧形回转段的中心线为圆心角等于180°的圆弧；
或者，所述弧形回转段的中心线分别由多根圆心角小于180度的圆弧相连构成。
本发明实施例还提供一种滚珠花键装置，包括花键轴、花键螺母、滚珠以及如上所述的直线保持器；所述滚珠位于所述管状主体的滚珠循环轨道内，所述花键螺母套设在所述管状主体外，所述花键轴插接在所述管状主体内，且所述花键轴上的花键轴槽与所述管状主体的直线沟道段的位置对应。
优选地，所述花键螺母上与所述第一过渡段对应的位置具有圆弧过渡结构，且所述圆弧过渡结构的过渡圆弧的半径为滚珠半径的1.1～1.9倍。
优选地，所述直线保持器的管状主体的内壁与所述花键轴的外壁之间的间隙为0.1～0.3mm。
本发明的直线保持器及滚珠花键装置，通过在滚珠循环轨道的爬升台阶段的两端分别增加第一过渡段和第二过渡段，使得滚珠循环过程变得平缓，不会造成撞击接触，降低噪音，减小运行阻力，提升滚珠在滚珠循环轨道内运行的顺畅性。本发明实施例还通过降低爬升台阶段的高度差，使得滚珠循环过程更加平缓，减少在爬升台阶段的摩擦力，有效降低局部的发热量，避免直线保持器在滚珠高速往复运转过程中软化变形，降低失效的概率。
附图说明
图1是现有滚珠花键装置中直线保持器的结构示意图；
图2是图1中直线保持器的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例提供的直线保持器的示意图；
图4是本发明实施例提供的直线保持器的轴向剖面结构示意图；
图5是本发明实施例提供的直线保持器的径向剖面结构示意图；
图6是本发明另一实施例提供的直线保持器的示意图；
图7是本发明实施例提供的滚珠花键装置的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的滚珠花键装置的剖面结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图3、4所示，是本发明实施例提供的直线保持器的结构示意图，该直线保持器可应用于滚珠花键装置，并为滚珠提供循环滚道。本实施例的直线保持器包括管状主体3，管状主体3包括圆柱面以及由圆柱面围合而成的花键轴孔。上述管状主体3的外壁(即圆柱面的外壁)包括多个滚珠循环轨道，且每一滚珠循环轨道包括直线沟道段302、直线通道段307、两个爬升台阶段以及两个弧形回转段306、311。
上述直线沟道段302、直线通道段307分别沿管状主体3的轴向设置，直线通道段307的两端分别与两个弧形回转段306、311的第一端相连。直线沟道段302的底部具有与花键轴孔连通的直线形孔(沿管状主体3的轴向设置)，从而当滚珠运行到直线沟道段302时，该滚珠的至少一部分嵌入直线形孔，并突伸到花键轴孔内。该直线沟道段302的两端分别经由爬升台阶段与两个弧形回转段306、311的第二端相连，即在每一滚珠循环轨道中，直线沟道段302、直线通道段307、两个爬升台阶段以及两个弧形回转段306、311相连形成一个封闭的环形通道，从而滚珠可在该滚珠循环轨道内循环滚动。
在本实施例中，直线沟道段302与弧形回转段306之间的爬升台阶段的中心线位于管状主体3的一个纵截面(即包含管状主体3的中心轴的截面)上，该爬升台阶段包括第一过渡段305、第二过渡段303以及倾斜段304，且该爬升台阶段通过第一过渡段305与弧形回转段306的第二端相连、通过第二过渡段303与直线沟道段302相连，倾斜段304则位于第一过渡段305、第二过渡段303之间，并分别与第一过渡段305、第二过渡段303相连。上述第一过渡段305可减小滚珠在倾斜段304和弧形回转段306之间运动时的冲击，第二过渡段303可减小滚珠在倾斜段304和直线沟道段302之间运动时的冲击。
类似地，直线沟道段302与弧形回转段311之间的爬升台阶段包括第一过渡段310、第二过渡段308以及倾斜段309，且该爬升台阶段通过第一过渡段310与弧形回转段311的第二端相连、通过第二过渡段308与直线沟道段302相连，倾斜段309则位于第一过渡段310、第二过渡段308之间，并分别与第一过渡段310、第二过渡段308相连。上述第一过渡段310可减小滚珠在倾斜段309和弧形回转段311之间运动时的冲击，第二过渡段308可减小滚珠在倾斜段309和直线沟道段302之间运动时的冲击。
在实际应用中，两个爬升台阶段中可仅有一个具有上述第一过渡段和第二过渡段(另一爬升台阶段则可采用现有结构)，从而减小滚珠在该处运行时的冲击。当然，为使滚珠在整个滚珠循环轨道内运行的顺畅性，最好两个爬升台阶分别包括第一过渡段和第二过渡段。
上述直线保持器通过对滚珠循环轨道进行优化设计，在不改变外形尺寸的情况下，使得滚珠的循环轨迹曲线发生变化，降低滚珠运行中的冲击，降低预压后直线摩擦力，降低高速往复运行时的发热量，提升保持器的耐用性与直线顺畅度。具体地，该直线保持器通过在滚珠循环轨道的至少一个爬升台阶段的两端分别增加第一过渡段和第二过渡段，使得滚珠循环运行过程变得平缓，不会造成撞击接触，降低噪音，减小运行阻力，提升滚珠在滚珠循环轨道内运行的顺畅性。
上述直线沟道段302与弧形回转段306之间的爬升台阶段，与直线沟道段302与弧形回转段311之间的爬升台阶段可采用相同的结构。以下以直线沟道段302与弧形回转段306之间的爬升台阶段为例，对两个爬升台阶段进行说明。
在本发明的一个实施例中，第一过渡段305的中心线(该中心线即为滚珠的球心在第一过渡段305的路径)为凸圆弧线(即向远离管状主体3的中心轴的方向凸起)，第二过渡段303的中心线(该中心线即为滚珠的球心在第二过渡段303的路径)为凹圆弧线(即向管状主体3的中心轴的方向下凹)，倾斜段304的中心线(该中心线即为滚珠的球心在倾斜段304的路径)为直线。与传统结构相比，通过在倾斜段304的两侧分别采用圆弧过渡，使得滚珠始终能够沿着圆弧面滚动，不会造成撞击接触。
为进一步提升滚珠运行的顺畅性，上述倾斜段304的中心线与管状主体3的中心轴之间的夹角β为135-160°，相应地，凸圆弧线(即第一过渡段305的中心线)的过渡半径为滚珠半径的0.4～0.8倍。类似地，凹圆弧线(即第二过渡段303的中心线)的过渡半径为滚珠半径的1.2～2倍。通过上述结构，可使得滚珠在通过爬升台阶段时的接触面积大大增加，从而使得滚动更顺滑。
此外，上述第一过渡段305和第二过渡段303的中心线也可分别为直线，且第一过渡段305和第二过渡段303的中心线与管状主体3的中心轴的夹角分别小于倾斜段304的中心线与管状主体3的中心轴的夹角。该结构相当于延伸了爬升台阶段的长度，减缓了滚珠运转时对台阶局部的冲击作用，提高了直线保持器的耐用性。
结合图5所示，为降低爬升台阶段的高度，即爬升台阶段的顶部(即第一过渡段305与弧形回转段306的相接处)和爬升台阶段的底部(即第二过渡段303与直线沟道段302的相接处)之间的高度差(即与管状主体3的中心轴的距离差)，可使弧形回转段306的中心线与管状主体3的中心轴之间的距离由第一端b(即弧形回转段306的第一端)至第二端a(即弧形回转段306的第二端)逐渐减小，从而将直线沟道段302与直线通道段307之间的高度差h(上述高度差为两者分别与管状主体3的中心轴之间的距离之差)分成两部分，即弧形回转段306的第二端a与直线沟道段302之间的高度差Δh1，以及弧形回转段306的第一端b和第二端a之间的高度差Δh2。具体地，为避免直线保持器壁厚太薄，弧形回转段306的第二端与直线沟道段302之间的高度差Δh1为直线沟道段302与直线通道段307之间的高度差h的0.7～1倍，并避免弧形回转段306的第一端b和第二端a之间的高度差Δh2过大，影响弧形回转段306的外侧壁部分(即与图4中的剖面线区域C处对应的部分)的结构强度。
在上述直线保持器中，为方便加工并保证结构强度，弧形回转段306、311的中心线为圆心角等于180°的圆弧。
此外，如图6所示，在本发明的另一实施例中，当滚珠花键装置的外径尺寸较大时，弧形回转段306的中心线分别可由多根圆心角小于180度的圆弧3061、3062、3063相连构成。当然，弧形回转段311也可采用相同的结构。
如图7-8所示，是本发明实施例提供的滚珠花键装置的示意图，该滚珠花键装置可与滚珠丝杠轴配合，实现直线驱动。本实施例的滚珠花键装置包括花键轴7、花键螺母6、滚珠8以及如上所述的直线保持器。在该滚珠花键装置中，滚珠8位于直线保持器的管状主体3的滚珠循环轨道内，花键螺母6与管状主体3具有相同的轴向尺寸，且该花键螺母6套设在管状主体3外，两端通过直线部密封圈62以及孔用弹性密封圈63密封。花键轴7上具有花键轴槽71，在花键轴7插接在管状主体3时，花键轴槽71与管状主体3的直线沟道段32的位置对应。滚珠丝杠轴9插接在花键轴7内，且端部通过螺旋部密封圈74密封。
花键螺母6上与第一过渡段305、310对应的位置(即图8中的c位置)具有圆弧过渡结构，且该圆弧过渡结构的过渡圆弧的半径为滚珠半径的1.1～1.9倍，上述圆弧过渡结构可与管状主体3上的第一过渡段305、310配合，从而增大与滚珠8的接触面积，保证滚珠通过顺滑。
此外，在上述滚珠花键装置中，直线保持器的管状主体3的内径在满足结构与工艺要求的情况下尽可能小，具体可使管状主体3的内壁与花键轴7的外壁之间的间隙为0.1～0.3mm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种直线保持器，其特征在于，包括管状主体，且所述管状主体的外壁包括多个滚珠循环轨道；每一所述滚珠循环轨道包括直线沟道段、直线通道段、两个爬升台阶段以及两个弧形回转段，所述直线沟道段、直线通道段分别沿所述管状主体的轴向设置，所述直线通道段的两端分别与两个弧形回转段的第一端相连，所述直线沟道段的两端分别经由所述爬升台阶段与两个所述弧形回转段的第二端相连；
至少一个所述爬升台阶段包括与所述弧形回转段的第二端相连的第一过渡段、与所述直线沟道段相连的第二过渡段以及位于所述第一过渡段、第二过渡段之间的倾斜段，并通过所述第一过渡段减小滚珠在所述倾斜段和所述弧形回转段之间运动时的冲击、通过所述第二过渡段减小滚珠在所述倾斜段和所述直线沟道段之间运动时的冲击。
2.根据权利要求1所述的直线保持器，其特征在于，所述爬升台阶段的中心线位于所述管状主体的纵截面，所述第一过渡段的中心线为凸圆弧线，所述第二过渡段的中心线为凹圆弧线。
3.根据权利要求2所述的直线保持器，其特征在于，所述倾斜段的中心线与所述弧形回转段的中心线之间的夹角为135-160°，所述凸圆弧线的过渡半径为滚珠半径的0.4～0.8倍。
4.根据权利要求2所述的直线保持器，其特征在于，所述倾斜段的中心线与所述弧形回转段的中心线之间的夹角为135-160°，所述凹圆弧线的过渡半径为滚珠半径的1.2～2倍。
5.根据权利要求1所述的直线保持器，其特征在于，所述爬升台阶段的中心线位于所述管状主体的纵截面，所述第一过渡段和所述第二过渡段的中心线分别为直线，且所述第一过渡段和所述第二过渡段的中心线与所述管状主体的中心轴的夹角分别小于所述倾斜段的中心线与所述管状主体的中心轴的夹角。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的直线保持器，其特征在于，所述弧形回转段的中心线与所述管状主体的中心轴之间的高度差从所述第一端至所述第二端逐渐减小；所述弧形回转段的第二端与所述直线沟道段之间的高度差为所述直线沟道段与所述直线通道段之间的高度差的0.7～1倍。
7.根据权利要求6所述的直线保持器，其特征在于，所述弧形回转段的中心线为圆心角等于180°的圆弧；
或者，所述弧形回转段的中心线分别由多根圆心角小于180度的圆弧相连构成。
8.一种滚珠花键装置，其特征在于，包括花键轴、花键螺母、滚珠以及如权利要求1-7中任一项所述的直线保持器；所述滚珠位于所述管状主体的滚珠循环轨道内，所述花键螺母套设在所述管状主体外，所述花键轴插接在所述管状主体内，且所述花键轴上的花键轴槽与所述管状主体的直线沟道段的位置对应。
9.根据权利要求8所述的滚珠花键装置，其特征在于，所述花键螺母上与所述第一过渡段对应的位置具有圆弧过渡结构，且所述圆弧过渡结构的过渡圆弧的半径为滚珠半径的1.1～1.9倍。
10.根据权利要求8所述的滚珠花键装置，其特征在于，所述直线保持器的管状主体的内壁与所述花键轴的外壁之间的间隙为0.1～0.3mm。
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