CN111779810B - 一种行星滚柱丝杠 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种行星滚柱丝杠，属于滚柱丝杠设计领域；包括丝杆、2个内齿圈、螺母、2个轴承保持架、2个钢丝锁圈、n个滚柱和定位销；n个滚柱沿周向均匀分布在丝杆的外壁；2个轴承保持架均套装在丝杆的外壁；且2个轴承保持架分别位于滚柱的轴向两端；滚柱的轴向两端分别伸入2个轴承保持架；2个内齿圈分别套装在n个滚柱轴向两端的外壁；螺母套装在n个滚柱的外壁；且螺母与内齿圈之间通过定位销固连；2个钢丝锁圈设置在对应轴承保持架与螺母接触处的轴向外端；实现轴向限位；本发明结合行星齿轮传动与螺纹传动特点，将旋转运动转化成直线运动。

Description

一种行星滚柱丝杠
技术领域
本发明属于滚柱丝杠设计领域，涉及一种行星滚柱丝杠。
背景技术
差动式行星滚柱丝杠比滚珠丝杠具有更强承载能力强、更高刚度大，更简单结构、更高的可靠性，被广泛应用于制动机构、机电伺服等重载领域。但是差动式行星滚柱丝杠存在传动比不稳定的问题，究其原因在于滚柱与螺母之间仅靠摩擦力进行传递运动与载荷，无任何滚动限制机构，在载荷作用下受到制造装配精度等的影响，螺母与滚柱之间会产生相对滑差，致使行星滚柱丝杠传动比发生变化，无法实现定传动比传动。以往通过增加预紧力的方法消除滑差影响，如CN103133619A专利中提出了一种行星滚柱丝杠传动机构，通过在添加调整部件减小滑差，其实质是增加预紧力消除滑差，这种方法针对小载荷情况可以满足消除滑差的效果，但是当载荷超出预紧力时，仍然会导致产生滑差，无法实现定传动比传动。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种行星滚柱丝杠，结合行星齿轮传动与螺纹传动特点，将旋转运动转化成直线运动。
本发明解决技术的方案是：
一种行星滚柱丝杠，包括丝杆、2个内齿圈、螺母、2个轴承保持架、2个钢丝锁圈、n个滚柱和定位销；其中，丝杆轴向水平放置；n个滚柱沿周向均匀分布在丝杆的外壁；滚柱与丝杆螺纹配合；轴承保持架为环状结构；2个轴承保持架均套装在丝杆的外壁；且2个轴承保持架分别位于滚柱的轴向两端；滚柱的轴向两端分别伸入2个轴承保持架；实现n个滚柱在轴承保持架中环形运动；内齿圈为环状结构；2个内齿圈分别套装在n个滚柱轴向两端的外壁；且每个内齿圈分别位于对应轴承保持架的轴向内端；螺母套装在n个滚柱的外壁；且螺母与内齿圈之间通过定位销固连；钢丝锁圈为环形丝状结构；2个钢丝锁圈分别设置在滚柱的轴向两端；且每个钢丝锁圈设置在对应轴承保持架与螺母接触处的轴向外端；实现轴向限位；丝杆外壁设置有螺旋线；n为偶数。
在上述的一种行星滚柱丝杠，所述轴承保持架包括轴承外圈、轴承内圈和m个钢球；其中，轴承内圈和轴承外圈均为环状结构；轴承外圈套装在轴承内圈的周向外壁处；且轴承外圈与轴承内圈之间设置有环形管道；m个钢球均匀设置在环形管道内；实现轴承外圈与轴承内圈的相对转动；轴承内圈上沿周向均匀设置有n个通孔；m为不小于20的正整数。
在上述的一种行星滚柱丝杠，所述滚柱沿轴向依次分为光轴段、与内齿圈配合齿轮段、与丝杆配合螺纹段、中间段、与丝杆配合螺纹段、与内齿圈配合齿轮段和光轴段；装配时，滚柱的2个光轴段分别伸入轴向两端对应轴承保持架的通孔中；实现滚柱绕轴线在通孔中旋转；2个与内齿圈配合齿轮段分别与轴向两端对应的2个内齿圈齿轮配合，实现滚柱转动时，通过内齿圈和定位销带动螺母绕轴线转动；2个与丝杆配合螺纹段均与丝杆螺纹配合，实现滚柱绕丝杆转动的同时沿轴向平移；中间段外壁设置有齿轮；螺母内壁对应中间段位置设置有对应齿槽，实现滚柱轴向平移时，通过中间段带动螺母沿丝杆做平移运动。
在上述的一种行星滚柱丝杠，在定位销的限位下，螺母与内齿圈之间为过盈配合，过盈量为0.01-0.03mm。
在上述的一种行星滚柱丝杠，当n个滚柱绕丝杆做行星转动时，设定每个滚柱旋转至下一个滚柱位置转过的角度为θ，θ的计算方法为：
Figure BDA0002518983220000021
式中，n为滚柱个数；
ds为丝杆的中径；
dr1为与丝杆配合螺纹段的中径。
在上述的一种行星滚柱丝杠，所述螺母内壁与滚柱外壁之间的间距等于丝杆的螺距。
在上述的一种行星滚柱丝杠，所述行星滚柱丝杠的导程P的计算方法为：
Figure BDA0002518983220000031
式中，Ps为丝杆的导程；
ds为丝杆的中径；
dr1为与丝杆配合螺纹段的中径；
dr2为中间段的中径。
在上述的一种行星滚柱丝杠，装配时，相邻2个滚柱之间的间距Δ满足Δ≥0，Δ的计算方法为：
Figure BDA0002518983220000032
式中，ddr1为与丝杆配合螺纹段的外径。
在上述的一种行星滚柱丝杠，装配时，所述n个滚柱的分布规律为：n个滚柱沿丝杆螺旋线依次螺旋分布；相邻2个滚柱的轴向位置差为Ps/n。
在上述的一种行星滚柱丝杠，第
Figure BDA0002518983220000033
个滚柱与第
Figure BDA0002518983220000034
个滚柱为2个相同且互为180°放置的滚柱；设定第
Figure BDA0002518983220000035
个滚柱左侧的与丝杆配合螺纹段轴向左端面到中间段中心位置的长度为X1；右侧的与丝杆配合螺纹段轴向右端面到中间段中心位置的长度为X2；则满足：
Figure BDA0002518983220000036
X2+X1＝K×Ps。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明在n个滚柱和螺母之间设置了内齿圈和轴承保持架和定位销；实现了滚柱绕丝杠行星运动的同时，带动螺母既做行星运动，有实现沿丝杠的平移运动；
(2)本发明将2个钢丝锁圈分别设置在滚柱的轴向两端；且每个钢丝锁圈设置在对应轴承保持架与螺母接触处的轴向外端；实现轴向限位；防止差动式行星滚柱丝杠的滚柱与螺母发生滑动，提高滚柱行星运动精度；
(3)本发明对n个滚柱的分布规律、相邻2个滚柱的轴向位置差、相邻2个滚柱的间距以及中间两个滚柱的摆放方式、各段的尺寸关系均进行了详细设计，能够固定差动式行星滚柱丝杠传动比，提高滚柱行星运动的平稳性与精度。
附图说明
图1为本发明行星滚柱丝杠整体示意图；
图2为本发明轴承保持架结构示意图；
图3为本发明滚柱结构示意图；
图4为本发明与n个滚柱与内齿圈啮合关系图
图5为本发明丝杆和滚柱中径示意图；
图6为本发明第
Figure BDA0002518983220000041
个滚柱与第
Figure BDA0002518983220000042
个滚柱示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
为了防止差动式行星滚柱丝杠的滚柱与螺母发生滑动，提高滚柱行星运动精度，本发明设计了一种新型行星滚柱丝杠行星保持架结构。本发明能够固定差动式行星滚柱丝杠传动比，提高滚柱行星运动的平稳性与精度。
如图1所示，行星滚柱丝杠，具体包括丝杆1、2个内齿圈4、螺母5、2个轴承保持架3、2个钢丝锁圈7、n个滚柱2和定位销6；其中，丝杆1轴向水平放置；n个滚柱2沿周向均匀分布在丝杆1的外壁；滚柱2与丝杆1螺纹配合；轴承保持架3为环状结构；2个轴承保持架3均套装在丝杆1的外壁；且2个轴承保持架3分别位于滚柱2的轴向两端；滚柱2的轴向两端分别伸入2个轴承保持架3；实现n个滚柱2在轴承保持架3中环形运动；内齿圈4为环状结构；2个内齿圈4分别套装在n个滚柱2轴向两端的外壁；且每个内齿圈4分别位于对应轴承保持架3的轴向内端；螺母5套装在n个滚柱2的外壁；且螺母5与内齿圈4之间通过定位销6固连；在定位销6的限位下，螺母5与内齿圈4之间为过盈配合，过盈量为0.01-0.03mm。其后以螺母5外圆为基准加工内齿轮，确保两端内齿圈轮齿同相位且平行。内齿圈4内齿轮齿根圆直径必须小于等于螺母5两侧环槽顶圆直径。钢丝锁圈7为环形丝状结构；2个钢丝锁圈7分别设置在滚柱2的轴向两端；且每个钢丝锁圈7设置在对应轴承保持架3与螺母5接触处的轴向外端；实现轴向限位；丝杆1外壁设置有螺旋线；n为偶数。
如图2所示，轴承保持架3包括轴承外圈31、轴承内圈32和m个钢球33；其中，轴承内圈32和轴承外圈31均为环状结构；轴承外圈31套装在轴承内圈32的周向外壁处；且轴承外圈31与轴承内圈32之间设置有环形管道34；m个钢球33均匀设置在环形管道34内；实现轴承外圈31与轴承内圈32的相对转动；轴承内圈32上沿周向均匀设置有n个通孔35；m为不小于20的正整数。
滚柱2的具体结构如图3所示，滚柱2沿轴向依次分为光轴段21、与内齿圈配合齿轮段22、与丝杆配合螺纹段23、中间段24、与丝杆配合螺纹段23、与内齿圈配合齿轮段22和光轴段21；装配时，滚柱2的2个光轴段21分别伸入轴向两端对应轴承保持架3的通孔35中；实现滚柱2绕轴线在通孔35中旋转；2个与内齿圈配合齿轮段22分别与轴向两端对应的2个内齿圈4齿轮配合，实现滚柱2转动时，通过内齿圈4和定位销6带动螺母5绕轴线转动，如图4所示。2个与丝杆配合螺纹段23均与丝杆1螺纹配合，实现滚柱2绕丝杆1转动的同时沿轴向平移；中间段24外壁设置有齿轮；螺母5内壁对应中间段24位置设置有对应齿槽，实现滚柱2轴向平移时，通过中间段24带动螺母5沿丝杆1做平移运动。由于滚柱2采用分段形式以不同中径与螺母5和丝杆1啮合，通过不同中径间的距离错差在避免与螺母5和滚柱2干涉的同时获得了相同的滚柱2轴向位置。
如图5所示，当n个滚柱2绕丝杆1做行星转动时，设定每个滚柱2旋转至下一个滚柱位置转过的角度为θ，θ的计算方法为：
Figure BDA0002518983220000061
式中，n为滚柱2个数；
ds为丝杆1的中径；
dr1为与丝杆配合螺纹段23的中径。
“-”负号表示θ角方向与丝杆1转动方向相反。滚柱5外齿轮与内齿圈4内齿轮保持纯滚动啮合，从而限制滚柱相对于螺母产生滑差。为保证齿轮强度满足承载要求，齿轮模数m≥0.5mm。螺母5内壁与滚柱2外壁之间的间距等于丝杆1的螺距。
行星滚柱丝杠的导程P的计算方法为：
Figure BDA0002518983220000062
式中，Ps为丝杆1的导程；
ds为丝杆1的中径；
dr1为与丝杆配合螺纹段23的中径；
dr2为中间段24的中径。
装配时，相邻2个滚柱2之间的间距Δ满足Δ≥0，Δ的计算方法为：
Figure BDA0002518983220000063
式中，ddr1为与丝杆配合螺纹段23的外径。
装配时，所述n个滚柱2的分布规律为：n个滚柱2沿丝杆1螺旋线依次螺旋分布；相邻2个滚柱2的轴向位置差为Ps/n。
如图6所示，本发明对第
Figure BDA0002518983220000064
个滚柱2与第
Figure BDA0002518983220000065
个滚柱2进行了特殊的设计，第
Figure BDA0002518983220000071
个滚柱2与第
Figure BDA0002518983220000072
个滚柱2为2个相同且互为180°放置的滚柱；设定第
Figure BDA0002518983220000073
个滚柱2左侧的与丝杆配合螺纹段23轴向左端面到中间段中心位置的长度为X1；右侧的与丝杆配合螺纹段23轴向右端面到中间段中心位置的长度为X2；则满足：
Figure BDA0002518983220000074
X2+X1＝K×Ps。
行星滚柱丝杠的装配方法：先将1→n/2号滚柱依此顺时针(右旋螺纹)安装到螺母5内，其后再取1→n/2号滚柱将其旋转180度后依次装入n→n/2+1号滚柱位置中，确保互换滚柱位号满足位号和等于n+1。其后安装两侧轴承保持架3与钢丝锁圈7。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种行星滚柱丝杠，其特征在于：包括丝杆(1)、2个内齿圈(4)、螺母(5)、2个轴承保持架(3)、2个钢丝锁圈(7)、n个滚柱(2)和定位销(6)；其中，丝杆(1)轴向水平放置；n个滚柱(2)沿周向均匀分布在丝杆(1)的外壁；滚柱(2)与丝杆(1)螺纹配合；轴承保持架(3)为环状结构；2个轴承保持架(3)均套装在丝杆(1)的外壁；且2个轴承保持架(3)分别位于滚柱(2)的轴向两端；滚柱(2)的轴向两端分别伸入2个轴承保持架(3)；实现n个滚柱(2)在轴承保持架(3)中环形运动；内齿圈(4)为环状结构；2个内齿圈(4)分别套装在n个滚柱(2)轴向两端的外壁；且每个内齿圈(4)分别位于对应轴承保持架(3)的轴向内端；螺母(5)套装在n个滚柱(2)的外壁；且螺母(5)与内齿圈(4)之间通过定位销(6)固连；钢丝锁圈(7)为环形丝状结构；2个钢丝锁圈(7)分别设置在滚柱(2)的轴向两端；且每个钢丝锁圈(7)设置在对应轴承保持架(3)与螺母(5)接触处的轴向外端；实现轴向限位；丝杆(1)外壁设置有螺旋线；n为偶数；
当n个滚柱(2)绕丝杆(1)做行星转动时，设定每个滚柱(2)旋转至下一个滚柱位置转过的角度为θ，θ的计算方法为：
Figure FDA0003395371190000011
式中，n为滚柱(2)个数；
ds为丝杆(1)的中径；
dr1为与丝杆配合螺纹段(23)的中径；
所述螺母(5)内壁与滚柱(2)外壁之间的间距等于丝杆(1)的螺距；
所述行星滚柱丝杠的导程P的计算方法为：
Figure FDA0003395371190000012
式中，Ps为丝杆(1)的导程；
ds为丝杆(1)的中径；
dr1为与丝杆配合螺纹段(23)的中径；
dr2为中间段(24)的中径；
装配时，相邻2个滚柱(2)之间的间距Δ满足Δ≥0，Δ的计算方法为：
Figure FDA0003395371190000021
式中，ddr1为与丝杆配合螺纹段(23)的外径；
所述轴承保持架(3)包括轴承外圈(31)、轴承内圈(32)和m个钢球(33)；其中，轴承内圈(32)和轴承外圈(31)均为环状结构；轴承外圈(31)套装在轴承内圈(32)的周向外壁处；且轴承外圈(31)与轴承内圈(32)之间设置有环形管道(34)；m个钢球(33)均匀设置在环形管道(34)内；实现轴承外圈(31)与轴承内圈(32)的相对转动；轴承内圈(32)上沿周向均匀设置有n个通孔(35)；m为不小于20的正整数；
所述滚柱(2)沿轴向依次分为光轴段(21)、与内齿圈配合齿轮段(22)、与丝杆配合螺纹段(23)、中间段(24)、与丝杆配合螺纹段(23)、与内齿圈配合齿轮段(22)和光轴段(21)；装配时，滚柱(2)的2个光轴段(21)分别伸入轴向两端对应轴承保持架(3)的通孔(35)中；实现滚柱(2)绕轴线在通孔(35)中旋转；2个与内齿圈配合齿轮段(22)分别与轴向两端对应的2个内齿圈(4)齿轮配合，实现滚柱(2)转动时，通过内齿圈(4)和定位销(6)带动螺母(5)绕轴线转动；2个与丝杆配合螺纹段(23)均与丝杆(1)螺纹配合，实现滚柱(2)绕丝杆(1)转动的同时沿轴向平移；中间段(24)外壁设置有齿轮；螺母(5)内壁对应中间段(24)位置设置有对应齿槽，实现滚柱(2)轴向平移时，通过中间段(24)带动螺母(5)沿丝杆(1)做平移运动；
装配时，所述n个滚柱(2)的分布规律为：n个滚柱(2)沿丝杆(1)螺旋线依次螺旋分布；相邻2个滚柱(2)的轴向位置差为Ps/n；
第
Figure FDA0003395371190000031
个滚柱(2)与第
Figure FDA0003395371190000032
个滚柱(2)为2个相同且互为180°放置的滚柱；设定第
Figure FDA0003395371190000033
个滚柱(2)左侧的与丝杆配合螺纹段(23)轴向左端面到中间段中心位置的长度为X1；右侧的与丝杆配合螺纹段(23)轴向右端面到中间段中心位置的长度为X2；则满足：
Figure FDA0003395371190000034
X2+X1＝K×Ps。
2.根据权利要求1所述的一种行星滚柱丝杠，其特征在于：在定位销(6)的限位下，螺母(5)与内齿圈(4)之间为过盈配合，过盈量为0.01-0.03mm。
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