CN111853191A - 一种螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠，包括丝杠、螺母、滚柱和行星架；丝杠设有外螺纹段，外螺纹段的两端外侧均设有至少一个防偏牙环或者环槽；螺母设有内螺纹；行星架设有两个，两个行星架分别固定于丝杠上两处防偏牙环或者环槽的外侧；滚柱设有若干个，若干个滚柱的两端分别置于两个行星架内，并位于丝杠与螺母之间；滚柱的中部设有同时与丝杠及螺母螺纹连接的螺纹段，滚柱的螺纹段的两端外侧设有分别与丝杠上两处防偏牙环或者环槽相嵌合的至少一个环槽或者防偏牙环。本发明在保证性能不变的情况下，还具有精度更好保证、加工成本大幅度降低的优点，实现了无齿轮恒导程的技术效果，非常有利于产品性能的发挥和市场的开拓。

Description

一种螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠

技术领域

本发明涉及一种螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠。

背景技术

行星滚柱丝杠是近年来国际高端装备上使用的一种将行星传动、螺旋传动结合在一起的新型的螺旋传动机构，其运动原理和结构特点综合了行星齿轮、螺旋机构、滚珠丝杠和滚针轴承等的运动原理或结构，使其具备了与滚珠丝杠相比“承载大、寿命长、速度快、导程宽”等显著优点。运动形式和结构类似的行星滚柱丝杠有标准型、螺母型、紧凑型、循环型、环齿型、定轴型等多种形式，并获得了很广泛的应用。其中的螺母型行星滚柱丝杠因其导程恒定、结构更紧凑而成为应用最为普及的形式之一。

为了确保滚柱们轴向平行，达到最佳性能，现有螺母型行星滚柱丝杠的滚柱两端设置有小齿轮，丝杠上设置有与滚柱两端小齿轮啮合的大齿轮。为了保证性能，小齿轮和大齿轮的精度要求非常高。但是由于现有螺母型行星滚柱丝杠的结构的特殊性，在大多数情况下只能采用非标准压力角和非标准齿高系数进行设计，又由于螺母型行星滚柱丝杠的大多数应用中都需要采取小模数齿轮，而高精度小模数齿轮的加工是目前齿轮界的难题，特别是小模数齿轮的磨齿至今没能产业化，因此，现有螺母型行星滚柱丝杠的生产成本非常高昂。

目前，对滚柱上的小齿轮的加工通常采用滚齿加工，由于滚柱是需要淬硬的，所以滚齿必须在淬硬前实施。又由于小模数齿轮没有产业化的磨齿手段，所以必须在淬火以前，提高滚齿的加工精度，但是滚齿本身的精度是有限的，而淬火后的齿轮肯定会有一些变形，所以精度总是不很理想。还有一种硬齿面滚削的加工方法，但是只限于硬度为HRC50以下，对于硬度要求HRC60的滚柱显然还是不够的。加上滚柱属于细长轴，保证滚齿时的齿坯精度非常重要，因此滚柱齿坯在滚齿前、滚齿后有一系列的校正和去应力处理。再加上滚柱两端的小齿轮在相位上是完全相等的，这就要求滚齿必须用数控滚齿机来完成，以保证滚柱两端的小齿轮不仅尺寸完全一致、相位也完全一致。综上，滚柱上的小齿轮虽然只占很小的位置，但是其加工费用占比却非常大。同理，丝杠上螺纹两端大齿轮的加工也存在相同的情况。

综上所述，螺母型行星滚柱丝杠因大、小齿轮的存在，使得零件的精度提高和制造成本的降低成为难点，反过来精度和成本又限制了性能的发挥和市场的开拓。因此，如何既能解除精度对螺母型行星滚柱丝杠的限制，又能降低螺母型行星滚柱丝杠的生产成本，成为本发明需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的缺陷，提供一种螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠。

实现本发明目的的技术方案是：一种螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠，包括丝杠、螺母、滚柱和行星架；所述丝杠设有外螺纹段，外螺纹段的两端外侧均设有至少一个防偏牙环或者环槽；所述螺母设有内螺纹；所述行星架设有两个，两个行星架分别固定于丝杠上两处防偏牙环或者环槽的外侧；所述滚柱设有若干个，若干个滚柱的两端分别置于两个行星架内，并位于丝杠与螺母之间；所述滚柱的中部设有同时与丝杠及螺母螺纹连接的螺纹段，滚柱的螺纹段的两端外侧设有分别与丝杠上两处防偏牙环或者环槽相嵌合的至少一个环槽或者防偏牙环。

所述防偏牙环或者环槽的数量为2～4个。

所述防偏牙环的两侧面均为斜面，环槽的内壁为外凸的弧形面；或者所述防偏牙环的两侧面均外凸的弧形面，环槽的两侧壁均为斜面。

所述丝杠的外螺纹段的两端外侧各设置有一个环形凸台；所述丝杠上两处防偏牙环或者环槽分别设置于两个环形凸台上。

所述丝杠上设有两个环形凹槽；所述环形凹槽内设有卡簧；所述两个行星架分别被两个卡簧限位在丝杠上两个环形凸台的外侧。

所述行星架与卡簧接触的部位设有倒角。

所述螺母的内螺纹的轴向长度大于丝杠的外螺纹段的轴向长度。

采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：(1)本发明通过防偏牙环与环槽的嵌合来代替现有技术中齿轮与齿圈的啮合，符合物体六点定位原则，限制了滚柱相对于螺母的轴向位移、轴心偏转，在保证性能不变的情况下，还具有精度更好保证、加工成本大幅度降低的优点，实现了无齿轮恒导程的技术效果，非常有利于产品性能的发挥和市场的开拓。

(2)本发明的防偏牙环或者环槽的数量为2～4个，由物体六点定位原理可得出，2～4个的数量为最优选择，即能确保性能，又具备较低的加工成本。

(3)本发明的防偏牙环的两侧面均为斜面，环槽的内壁为外凸的弧形面；或者防偏牙环的两侧面均外凸的弧形面，环槽的两侧壁均为斜面，这种结构使得防偏牙环与环槽内壁的接触面积大大降低，从而减少实际运动中可能的摩擦，进一步提升产品性能。

(4)本发明的丝杠上两处防偏牙环或者环槽分别设置于两个环形凸台上，方便与滚柱的螺纹段的两端外侧的环槽或者防偏牙环相嵌合。

(5)本发明的行星架被卡簧限位在丝杠的环形凸台外侧，安装方便，装配时间少。

(6)本发明的行星架与卡簧接触的部位设有倒角，该倒角能够对卡簧形成支撑，从而提高卡簧从丝杠的环形凹槽内脱出的难度，进而提高稳定性。

(7)本发明的螺母的内螺纹的轴向长度大于丝杠的外螺纹段的轴向长度，这种结构使得本发明的螺母可以直接作为传动机构的执行元件而使得整个传动机构体积可以更小；当作为旋转元件时，可以明显减小体积降低转动惯量；并且在同等螺距和同等丝杠直径的情况下，与标准型的相比，标准型头数3至6时可以缩短导程2/3至1/3，具有导程更短的优点。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的A处放大图。

附图中的标号为：

丝杠1、螺母2、滚柱3、行星架4、防偏牙环5、环槽6、卡簧7。

具体实施方式

(实施例1)

见图1和图2，本实施例的螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠，包括丝杠1、螺母2、滚柱3和行星架4。

丝杠1设有外螺纹段，外螺纹段的两端外侧均设有防偏牙环5或者环槽6。优选的方案是，丝杠1的外螺纹段的两端外侧各设置有一个环形凸台。丝杠1上两处防偏牙环5或者环槽6分别设置于两个环形凸台上。

螺母2设有内螺纹，螺母2的内螺纹的轴向长度大于丝杠1的外螺纹段的轴向长度。使螺母2可以直接作为传动机构的执行元件而使得整个传动机构体积可以更小；当作为旋转元件时，可以明显减小体积降低转动惯量；并且在同等螺距和同等丝杠直径的情况下，与标准型的相比，标准型头数3至6时可以缩短导程2/3至1/3，具有导程更短的优点。

行星架4设有两个，两个行星架分别固定于丝杠1上两处防偏牙环5的外侧。滚柱3设有若干个，若干个滚柱3的两端分别置于两个行星架4内，并位于丝杠1与螺母2之间。滚柱3的中部设有同时与丝杠1及螺母2螺纹连接的螺纹段，滚柱3的螺纹段的两端外侧设有分别与丝杠1上两处防偏牙环5或者环槽6相嵌合的环槽6。

防偏牙环5或者环槽6的数量为2～4个。图1和图2中所示为2个。防偏牙环5或者环槽6的数量太少不利于保证性能，而数量太多又会导致生产成本增加，由物体六点定位原理可得出，2～4个的数量为最优选择，即能确保性能，又具备较低的加工成本。防偏牙环5的两侧面均为斜面，环槽6的内壁为外凸的弧形面，这样使得防偏牙环5与环槽6内壁的接触面积大大降低，从而减少实际运动中可能的摩擦，进一步提升产品性能。当然，也可以是：防偏牙环5的两侧面均外凸的弧形面，环槽6的两侧壁均为斜面。

丝杠1上设有两个环形凹槽。环形凹槽内设有卡簧7。两个行星架4分别被两个卡簧7限位在丝杠1上两个环形凸台的外侧，安装非常方便。行星架4与卡簧7接触的部位设有倒角，该倒角能够对卡簧7形成支撑，从而提高卡簧7从丝杠1的环形凹槽内脱出的难度，进而提高稳定性。

本实施例的螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠通过防偏牙环5与环槽6的嵌合来代替现有技术中小齿轮与大齿轮的啮合，由物体六点定位原理可知：本发明的滚柱3相对于丝杠1不可能有轴向位移、轴心偏转，只有转动和滑动的倾向，又由滚柱3在丝杠1内滑动时会产生轴向位移，而防偏牙环5与环槽6的嵌合形成的限制不允许这个位移的形成，即滚柱3与丝杠1之间不可能产生滑动。因此，本实施例的螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠能够在无齿轮的情况下实现恒导程，并且防偏牙环5与环槽6的精度更好保证、加工成本大幅度降低的优点，非常有利于产品性能的发挥和市场的开拓。

本实施例的螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠实现无齿轮恒导程的原理是：

a、当螺母2(或丝杠1)作旋转运动、丝杠1(或螺母2)限制旋转，则滚柱3在摩擦力的作用下作行星运动；行星架5使滚柱3始终保持均衡的间隔和同步的运动；防偏圈4上的防偏牙环5和滚柱3上的环槽6相嵌合，保证滚柱3相对于丝杠1没有轴向位移、没有轴心偏转。螺母2(或丝杠1)旋转时，滚柱3因螺母2、丝杠1及滚柱3之间的直径、头数之间的特定比例，在作行星运动过程中与丝杠1之间保持轴向位移为零，而与螺母2之间的位移等于丝杠螺纹的导程/每圈。

b、当螺母2旋转、丝杠1限制旋转，假如螺母2与滚柱3、滚柱3与丝杠1之间都是纯滚动，则上述运动关系完全符合行星螺旋运动规律，即：螺母2旋转一圈，丝杠1相对螺母2的位移等于丝杠螺纹的导程。

c、当螺母2旋转、丝杠1限制旋转，假如螺母2与滚柱3是纯滑动，而滚柱3与丝杠1之间不可能产生滑动，即滚柱3与丝杠1之间将保持固定，这时可视滚柱3、丝杠1为合为一体的滑动丝杠，则这时螺母2与丝杠1之间的运动关系为：螺母2旋转一圈，丝杠1相对于螺母的导程等于螺母的导程。而螺母螺纹的导程和丝杠螺纹的导程是完全相同的。所以同样为：螺母2旋转一圈，丝杠1相对螺母2的位移等于丝杠螺纹的导程。

d、当螺母2旋转、丝杠1限制旋转，假如螺母2与滚柱是滚动和滑动同时存在，显而易见，这时螺母2与丝杠1之间的运动关系同样为：螺母2旋转一圈，丝杠1相对螺母2的位移等于丝杠螺纹的导程。

(实施例2)

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：滚柱3的螺纹段的两端外侧均设有至少一个防偏牙环6。丝杠的外螺纹段的两端外侧分别设有与滚柱3两端的防偏牙环6相嵌合的环槽7。本实施例的无齿轮恒导程行星滚柱丝杠与实施例1的无齿轮恒导程行星滚柱丝杠的原理一致。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠，其特征在于：包括丝杠(1)、螺母(2)、滚柱(3)和行星架(4)；所述丝杠(1)设有外螺纹段，外螺纹段的两端外侧均设有至少一个防偏牙环(5)或者环槽(6)；所述螺母(2)设有内螺纹；所述行星架(4)设有两个，两个行星架分别固定于丝杠(1)上两处防偏牙环(5)或者环槽(6)的外侧；所述滚柱(3)设有若干个，若干个滚柱(3)的两端分别置于两个行星架(4)内，并位于丝杠(1)与螺母(2)之间；所述滚柱(3)的中部设有同时与丝杠(1)及螺母(2)螺纹连接的螺纹段，滚柱(3)的螺纹段的两端外侧设有分别与丝杠(1)上两处防偏牙环(5)或者环槽(6)相嵌合的至少一个环槽(6)或者防偏牙环(5)。

2.根据权利要求1所述的螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠，其特征在于：所述防偏牙环(5)或者环槽(6)的数量为2～4个。

3.根据权利要求1或2所述的螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠，其特征在于：所述防偏牙环(5)的两侧面均为斜面，环槽(6)的内壁为外凸的弧形面；或者所述防偏牙环(5)的两侧面均外凸的弧形面，环槽(6)的两侧壁均为斜面。

4.根据权利要求1所述的螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠，其特征在于：所述丝杠(1)的外螺纹段的两端外侧各设置有一个环形凸台；所述丝杠(1)上两处防偏牙环(5)或者环槽(6)分别设置于两个环形凸台上。

5.根据权利要求4所述的螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠，其特征在于：所述丝杠(1)上设有两个环形凹槽；所述环形凹槽内设有卡簧(7)；所述两个行星架(4)分别被两个卡簧(7)限位在丝杠(1)上两个环形凸台的外侧。

6.根据权利要求5所述的螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠，其特征在于：所述行星架(4)与卡簧(7)接触的部位设有倒角。

7.根据权利要求1所述的螺母型无齿轮恒导程行星滚柱丝杠，其特征在于：所述螺母(2)的内螺纹的轴向长度大于丝杠(1)的外螺纹段的轴向长度。

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