CN113167322B - 运动引导装置 - Google Patents

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Abstract

提供即使在作用过大的力矩的环境下使用也能够防止运动引导装置在早期晃动的运动引导装置。在移动体(3)的负载滚动体滚行面(4b)的端部形成有凸面(12),并且在凸面(12)的端部形成有倒角部(13)。在将负载滚动体滚行面(4b)的长度方向上的凸面(12)与倒角部(13)的全长设为L,并将滚珠(6)的直径设为Da时,设定为L/Da>4。将倒角部(13)的最大深度D设定为作用有基本额定动载荷(C)的60%以上的径向载荷时的轨道构件(2)的滚动体滚行面(2a)、移动体(3)的负载滚动体滚行面(4b)以及滚动体(6)的弹性变形量以上。

Description

运动引导装置
技术领域
本发明涉及移动体经由多个滚动体能够相对移动地组装于轨道构件的运动引导装置。
背景技术
运动引导装置具备:轨道构件,其具有滚动体滚行面;以及移动体,其具有与轨道构件的滚动体滚行面对置的负载滚动体滚行面。由轨道构件的滚动体滚行面和移动体的负载滚动体滚行面构成负载路。伴随着移动体相对于轨道构件的相对移动,滚珠出入负载路。
为了使滚珠相对于负载路的出入顺滑,而在移动体的负载滚动体滚行面的端部形成有凸面(参照专利文献1)。
在以往的运动引导装置中,凸面的深度设定为移动体与轨道构件的相互接近量(是滚动体的接触部分发生弹性变形而使移动体与轨道构件相互接近的量,且是轨道构件的滚动体滚行面、移动体的负载滚动体滚行面以及滚动体的弹性变形量)以上。这是为了防止进入负载路的滚动体与移动体的端部碰撞。以ISO的规定为基准,该凸面的深度被设为作用有基本额定动载荷(C)的50%以下的载荷时的弹性变形量。
另外,在以往的运动引导装置中,凸面的长度设定为滚动体的直径Da的两倍以下。这是由于,认为当加长凸面时,运动引导装置的负载能力(即刚性)降低,运动引导装置的寿命变短。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-316886号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,发明人发现,在作用过大的力矩的环境下使用运动引导装置的情况下,产生目前为止未经历过的现象、即移动体的负载滚动体滚行面的端部在早期变得不稳定、运动引导装置晃动这样的现象。该现象导致计算寿命与实际的寿命的偏离。在安装运动引导装置的安装构件的刚性不足的情况、运动引导装置的安装精度不足的情况下,也有时产生该现象。
移动体的负载滚动体滚行面的端部变得不稳定是由于,移动体相对于轨道构件以左右为轴倾斜,使移动体的负载滚动体滚行面的端部与轨道构件的滚动体滚行面之间的间隙变窄。当间隙变窄时,滚珠与凸面的端部发生碰撞,使移动体的负载滚动体滚行面的端部在早期变得不稳定。另外,在间隙变得最窄的移动体的负载滚动体滚行面与凸面的交界处滚珠的负载升高也认为是一个因素。
本发明是鉴于上述的课题而完成的,其目的在于,提供即使在作用过大的力矩的环境下使用也能够防止运动引导装置在早期晃动的运动引导装置。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题,本发明的一方案是一种运动引导装置,其具备:轨道构件,其具有滚动体滚行面;以及移动体,其具有与所述轨道构件的所述滚动体滚行面对置的负载滚动体滚行面,且经由多个滚动体而能够相对移动地组装于所述轨道构件,其中,在所述移动体的所述负载滚动体滚行面的端部形成有凸面,并且在所述凸面的端部形成有倒角部,在将所述移动体的所述负载滚动体滚行面的长度方向上的所述凸面与所述倒角部的全长设为L,并将所述滚动体的直径设为Da时,设定为L/Da>4。
为了解决上述课题,本发明的另一方案是一种运动引导装置,其具备:轨道构件,其具有滚动体滚行面;以及移动体,其经由多个滚动体而能够移动地组装于所述轨道构件,所述移动体具备:移动体主体,其具有与所述轨道构件的所述滚动体滚行面对置的负载滚动体滚行面以及与该负载滚动体滚行面大致平行的返回路;以及盖构件,其设置于所述移动体主体的端部,且具有与所述移动体主体的所述负载滚动体滚行面以及所述返回路连接的方向转换路,其中,在所述移动体主体的所述负载滚动体滚行面的端部形成有相对于所述负载滚动体滚行面倾斜的第一倾斜面,在所述第一倾斜面的端部形成有比所述第一倾斜面倾斜大的第二倾斜面,在将所述移动体主体的所述负载滚动体滚行面的长度方向上的所述第一倾斜面的长度设为L1,将所述长度方向上的所述第二倾斜面的长度设为L2,并将所述滚动体的直径设为Da时,设定为L1≥1Da、L2≥1Da且L1>L2
发明效果
本发明的一方案与若将凸面加长加深则负载容量降低、且运动引导装置的寿命变短这样的以往的通常的考虑相反,将凸面增长,且在凸面的端部形成滚珠的碰撞防止用的倒角部,由此,抑制作用过大的力矩时的运动引导装置的早期的晃动。
根据本发明的一方案,由于在凸面的端部形成倒角部,因此即使移动体相对于轨道构件相对倾斜,也能够防止进入负载路的滚珠与移动体的端部碰撞。另外,由于将凸面与倒角部的全长L加长,因此在移动体相对于轨道构件相对倾斜时,能够增多承受负载的滚珠的数量,能够防止对各滚珠施加过大的负载。
根据本发明的另一方案,由于设定为L1≥1Da、L2≥1Da,因此即使在移动体相对于轨道构件相对倾斜时,也能够使移动体主体的第一倾斜面与第二倾斜面处的多个滚动体承受负载,能够防止对各滚动体施加过大的负载。另外,由于设定为L1>L2,因此能够使运动引导装置的负载能力更高。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的运动引导装置的立体图。
图2是本实施方式的运动引导装置的循环路的剖视图。
图3是本实施方式的运动引导装置的剖视图(与移动方向正交的剖视图)。
图4是通过接触角方向的剖面观察到的凸面和倒角部。
图5是示出倾斜面与滚珠的个数的关系的示意图。
图6是在以往的运动引导装置和本实施方式的运动引导装置中对移动体倾斜的状态进行比较而得到的示意图(图6的(a)(b)示出以往的运动引导装置,图6的(c)示出本实施方式的运动引导装置)。
图7是说明在由移动体的倾斜产生的影响下施加有负载的滚珠的数量如何变化的示意图(图7的(a)示出以往的运动引导装置,图7的(b)示出本实施方式的运动引导装置)。
图8是示出通过接触角方向的剖面观察到的凸面和倒角部的其他例子的图。
图9的(a)是示出实施标准凸面加工后的以往的运动引导装置的滚珠的负载的曲线图,图9的(b)是示出本实施方式的运动引导装置的滚珠的负载的曲线图。
图10是本发明的第二实施方式的运动引导装置的立体图。
图11是本实施方式的运动引导装置的循环路的剖视图。
图12是本实施方式的运动引导装置的剖视图(与移动方向正交的剖视图)。
图13是通过接触角方向的剖面观察到的滚行面形状。
图14是示出滚行面的长度与滚珠的个数的关系的示意图。
图15是示出在以往的运动引导装置与本实施方式的运动引导装置中对移动体倾斜的状态进行比较而得到的图(图15的(a)(b)示出以往的运动引导装置,图15的(c)示出本实施方式的运动引导装置)。
图16是说明在由移动体的倾斜产生的影响下施加有负载的滚珠的数量如何变化的示意图(图16的(a)示出以往的运动引导装置,图16的(b)示出本实施方式的运动引导装置)。
图17是通过接触角方向的剖面观察到的滚行面形状的其他例子的图。
图18的(a)是示出实施标准凸面加工后的以往的运动引导装置的滚珠的负载的曲线图,图18的(b)是示出本实施方式的运动引导装置的滚珠的负载的曲线图。
具体实施方式
以下,基于附图来说明本发明的实施方式的运动引导装置。但是,本发明的运动引导装置能够以各种方式具体化,并不限定于本说明书中记载的实施方式。本实施方式以通过使说明书的公开充分而使本领域技术人员能够充分理解发明的范围的目的而提供。
(第一实施方式)
图1示出本发明的第一实施方式的运动引导装置的立体图。以下,为了便于说明,将运动引导装置配置于水平面,并使用从作为轨道构件的导轨的长度方向观察到的方向、即图1的前后、上下以及左右各方向来说明运动引导装置的结构。当然,运动引导装置的配置不限于此。
运动引导装置1具备:导轨2;以及移动体3,其能够沿长度方向相对移动地组装于导轨2。在导轨2的侧面沿着长度方向形成有多个作为滚动体滚行面的滚珠滚行面2a。滚珠滚行面2a为槽状。在导轨2的上表面以恒定的间距形成有用于将导轨2安装于安装构件8(参照图3)的多个螺栓孔2b。
移动体3具备移动体主体4、以及设置于移动体主体4的两端部的盖构件5。在移动体3的内部形成有滚珠6的循环路7(参照图2)。伴随着移动体3的相对移动,作为多个滚动体的滚珠6在循环路7循环。在移动体主体4的上表面形成有用于将移动体3安装于安装构件9(参照图3)的多个螺纹孔4a。
图2示出本实施方式的运动引导装置1的循环路7的剖视图。在移动体主体4形成有与导轨2的滚珠滚行面2a对置的作为负载滚动体滚行面的负载滚珠滚行面4b,并且与负载滚珠滚行面4b大致平行地形成有返回路4c。负载滚珠滚行面4b为槽状。在盖构件5形成有与负载滚珠滚行面4b以及返回路4c连接的方向转换路11。盖构件5具备形成方向转换路11的内周侧的内周引导部5a、以及形成方向转换路11的外周侧的外周引导部5b。
由移动体3的负载滚珠滚行面4b以及导轨2的滚珠滚行面2a构成负载路10。由负载路10、返回路4c以及方向转换路11构成滚珠6的循环路7。滚珠6从方向转换路11进入负载路10,并从负载路10向方向转换路11出来。在滚珠6之间可以夹设间隔件,也可以不夹设间隔件。
本实施方式的运动引导装置1在作用过大的力矩、特别是俯仰力矩的环境下使用。在该情况下,如图1所示,移动体3相对于导轨2以左右为轴倾斜。
图3示出运动引导装置1的剖视图。2是导轨,4是移动体主体,8、9是安装构件,6是滚珠。在图3中,省略了移动体主体4的返回路4c。图4是通过接触角方向的剖面观察到的凸面和倒角部。
通常的安装构件8、9例如是机床的基座,且为刚体。但是,在安装构件8的刚性低的中空构件等的情况下,安装构件8的刚性不足,导轨2发生变形,且导轨2相对于移动体3倾斜。运动引导装置1的安装精度不足的情况也是同样的。即,本实施方式的运动引导装置1不仅能够在作用过大的俯仰力矩的情况下使用,也能够在安装构件8、9的刚性不足的情况、运动引导装置1的安装精度不足的情况下使用。
如图2所示,在移动体3的负载滚珠滚行面4b的两端部形成有凸面12。在凸面12的两端部形成有倒角部13。在图2中,示出负载滚珠滚行面4b的一方的端部的凸面12和倒角部13,但在负载滚珠滚行面4b的两端部形成有凸面12和倒角部13。凸面12相对于负载滚珠滚行面4b倾斜。倒角部13相对于凸面12倾斜,且比凸面12倾斜大。
如图4所示,负载滚珠滚行面4b的长度方向上的凸面12的长度Lc与倒角部13的长度La的全长L(即L=Lc+La)在将滚珠6的直径设为Da时设定为L/Da>4。换言之,全长L设定为大于4个滚珠6的量的长度。期望的是,设定为L/Da≥5。将移动体3的两端部的凸面12与倒角部13合算而得到的长度(即2L)设定为移动体主体4的相对移动方向的全长的例如10~50%。
凸面12具备第一倾斜面21、第二倾斜面22以及第三倾斜面23。第一倾斜面21与负载滚珠滚行面4b相邻地形成,且相对于负载滚珠滚行面4b倾斜。第二倾斜面22与第一倾斜面21相邻地形成,且比第一倾斜面21倾斜大。第三倾斜面23与第二倾斜面22相邻地形成,且比第二倾斜面22倾斜大。倒角部13与第三倾斜面23相邻地形成,且比第三倾斜面23倾斜大。在将负载滚珠滚行面4b与第一倾斜面21所成的角度设为θ1,将负载滚珠滚行面4b与第二倾斜面22所成的角度设为θ2,将负载滚珠滚行面4b与第三倾斜面23所成的角度设为θ3,并将负载滚珠滚行面4b与倒角部13所成的角度设为θ4时,设定为θ1<θ2<θ3<θ4。
图4示出通过接触角方向的剖面观察到的凸面12和倒角部13。如图3所示,接触角α是将导轨2侧的滚珠接触点和移动体3侧的滚珠接触点连结的线15与径向载荷的作用方向16所成的角度。例如在接触角α为45°的情况下,意味着滚珠滚行面2a以及负载滚珠滚行面4b与滚珠6相对于径向载荷的作用方向16倾斜45°而接触。
图4所示的倒角部13的最大深度D(从负载滚珠滚行面4b到倒角部13的端部的深度)设定为作用有基本额定动载荷(C)的60%以上(例如60%、70%、80%、90%、100%等)的径向载荷时的滚珠滚行面2a以及负载滚珠滚行面4b和滚珠6的弹性变形量以上。另外,从负载滚珠滚行面4b到凸面12的延长线17(在本实施方式中,为第三倾斜面23的延长线17)与移动体主体4的端面18的交点的凸面深度D1也设定为作用有基本额定动载荷(C)的60%以上的径向载荷时的弹性变形量以上。基本额定动载荷(C)由运动引导装置1的结构决定。
在移动体3倾斜时,凸面12受到负载。凸面12的第一倾斜面21、第二倾斜面22、第三倾斜面23的长度L1、L2、L3如以下那样设定。
第一倾斜面21在移动体3倾斜时,为负载最大的区域。因此,第一倾斜面21的长度L1设定为1Da以上。期望的是设定为2Da以上。如图5所示,在长度为1Da的情况下,在一个滚珠6出来的同时新的滚珠6进入,因此最大进入两个滚珠6。
如图4所示,第二倾斜面22虽然不像第一倾斜面21那样,但是与第一倾斜面21同样地是承受负载的区域。为了将负载分散,第二倾斜面22的长度L2设定为1Da以上。但是,当L2过长时,运动引导装置1的整体的负载能力降低,因此设定为L1>L2。在本实施方式中,L2设定为1~1.5Da。
第三倾斜面23在移动体3倾斜时,成为与以往的凸面同样的倾斜,且是开始承受负载的区域。如上述那样,第三倾斜面23比第二倾斜面22倾斜大。当在第三倾斜面23进入两个滚珠6时,靠近第二倾斜面22的滚珠6承受几乎全部负载,因此第三倾斜面23的长度L3设定为1Da以下。在本实施方式中,为L3<L2
倒角部13以避免移动体3的端部处的滚珠6的碰撞为目的。倒角部13越长,则承受负载的有效滚珠数越减少,因此倒角部13的长度La设定为1Da以下。在本实施方式中,为La<L3
需要说明的是,期望在凸面12设置三段以上的倾斜面21、22、23,但也能够考虑到加工性、加工精度而在凸面12设置两段倾斜面21、22或者两段倾斜面21、23。
图6是在以往的运动引导装置31和本实施方式的运动引导装置1中对移动体3、33倾斜的状态进行比较而得到的示意图。图6的(a)(b)示出以往的运动引导装置31,图6的(c)示出本实施方式的运动引导装置1。
如图6的(a)所示,在以往的运动引导装置31中,以向移动体33的内部的滚珠36大致均衡地施加负载且不向移动体33的端部的滚珠36施加负载的方式设计凸面42。
但是,如图6的(b)所示,当在作用过大的俯仰力矩的状态下使用以往的运动引导装置31时,移动体33以左右为轴倾斜。当移动体33倾斜时,移动体33的端部与导轨32之间的间隙窄于滚珠36的直径,循环的滚珠36与移动体主体34的端部发生碰撞,移动体主体34的端部在早期变得不稳定。当强制地驱动移动体33时,在间隙进一步变窄的负载滚珠滚行面34b与凸面42的交界处滚珠36的负载升高,交界也在早期变得不稳定。
另一方面,如图6的(c)所示,在本实施方式中,加长凸面12,且在凸面12的端部形成滚珠6的碰撞防止用的倒角部13。由于在凸面12的端部形成倒角部13,因此即使移动体3倾斜,也能够防止进入负载路10的滚珠6与移动体主体4的端部发生碰撞。另外,由于加长凸面12与倒角部13的全长L,因此即使移动体3倾斜,也能够增多承受负载的滚珠6的数量,能够防止对各滚珠6施加过大的负载。
图7是说明在由移动体3、33的倾斜产生的影响下施加有负载的滚珠6、36的数量如何变化的示意图。图7的双点划线是以往的凸面形状(凸面42),实线是本实施方式的凸面形状(凸面12、倒角部13)。2、32是导轨,3、33是移动体,6、36是滚珠。
在图7的(a)中,通过将双点划线的凸面形状配置于滚珠36的中央附近,从而变形表示在过大的俯仰力矩的作用下滚珠36发生弹性变形的情形。在以往的凸面形状的情况下,从端部起第三个滚珠36产生最大的弹性变形。承受负载的滚珠36是与双点划线相交的滚珠36,标了斜线的空心的5个滚珠36承受负载。
图7的(b)将在本实施方式的凸面形状中施加有过大的俯仰力矩的情形与图7的(a)同样地表示。产生最大的弹性变形的滚珠6是第四个滚珠6。承受负载的滚珠6是与实线相交的滚珠6,标了斜线的7个滚珠6承受负载。可知与图7的(a)的情况相比承受负载的滚珠的数量变多。
图8示出通过接触角方向的剖面观察到的凸面52和倒角部53的其他例子。在该例子中,在第一倾斜面61与第二倾斜面62之间形成有圆弧状的圆角部64,在第二倾斜面62与第三倾斜面63之间形成有圆弧状的圆角部65,在第三倾斜面63与倒角部53之间形成有圆弧状的圆角部66。通过形成圆角部64、65、66,从而滚珠6在这些交界处更顺畅地移动。
以上说明了本实施方式的运动引导装置1的结构。根据本实施方式的运动引导装置1,起到以下的效果。
由于在凸面12的端部形成倒角部13,因此即使移动体3相对于导轨2相对倾斜,也能够防止进入负载路10的滚珠6与移动体3的端部发生碰撞。另外,由于将凸面12与倒角部13的全长L加长到L/Da>4,因此在移动体3相对于导轨2相对倾斜时,能够增多承受负载的滚珠6的数量,能够防止对各滚珠6施加过大的负载。
由于将倒角部13的最大深度D设定为作用有基本额定动载荷(C)的60%以上的径向载荷时的滚珠滚行面2a、负载滚珠滚行面4b以及滚珠6的弹性变形量以上,因此能够可靠地防止滚珠6与移动体主体4的端部发生碰撞。
由于将倒角部13的长度La设定为1Da以下,因此能够防止承受负载的有效滚珠数减少。
由于将第一倾斜面21的长度L1设为1Da以上,将第二倾斜面22的长度L2设为1Da以上,并且设定为L1>L2,因此在移动体3倾斜时,能够增加在凸面12承受负载的滚珠6的数量。另外,滚珠6在凸面12顺畅地移动。
由于在凸面12设置第三倾斜面23,因此滚珠6能够顺畅地出入凸面12。另外,由于将第三倾斜面23的长度L3设定为1Da以下,因此能够防止在倾斜大的第三倾斜面23进入两个滚珠6而使靠近第二倾斜面22的滚珠6承受几乎全部的负载的情况。
滚动体并不限定于滚珠6,也可以是滚子。但是,当滚动体使用滚子时,有可能在施加有过大的俯仰力矩时产生滚子倾斜的现象即歪斜(skew)。当滚动体使用滚珠6时,能够防止该现象。
需要说明的是,本发明并不限于具体化为上述实施方式,在不变更本发明的主旨的范围内能够变更为其他实施方式。
移动体相对于轨道构件的移动是相对的,可以是移动体移动,也可以是轨道构件移动。
也能够将通过接触角方向的剖面观察到的第一倾斜面、第二倾斜面、第三倾斜面、倒角部形成为曲线状。
实施例1
假定基本额定动载荷的90%(0.9C)的径向载荷,进行运动引导装置1和安装构件8、9的FEM解析,并计算出移动体3的内部的滚珠6的负载。
图9的(a)示出实施标准凸面加工后的以往的运动引导装置31的滚珠36的负载,图9的(b)示出本实施方式的运动引导装置1的滚珠6的负载。滚珠列存在四个,因此在图9的(a)(b)中,示出四个滚珠列各自的负载。
如图9的(a)所示,解析的结果是,在以往的运动引导装置31中,向移动体33的端部的滚珠36(图中由A表示)施加有负载,且负载滚珠滚行面34b与凸面42的交界的滚珠36(图中由B表示)的负载最大。该解析的结果与作用有过大的力矩的状态下的实际的状况一致。
另一方面,如图9的(b)所示,在本实施方式的运动引导装置1中,能够使移动体3的端部的滚珠6(图中由C表示)的负载为零,且使凸面12处的滚珠6(图中由D表示)的最大载荷也与图9的(a)相比下降到约80%程度。因此,可知计算上的运行寿命长至两倍以上。
(第二实施方式)
图10示出本发明的第二实施方式的运动引导装置的立体图。以下,为了便于说明,将运动引导装置配置于水平面,并使用从导轨的长度方向观察到的方向、即图10的前后、上下以及左右各方向来说明运动引导装置的结构。当然,运动引导装置的配置不限于此。
运动引导装置1具备作为轨道构件的导轨2、以及经由作为滚动体的多个滚珠6(参照图11)而能够沿长度方向相对移动地组装于导轨2的移动体3。在导轨2的侧面沿着长度方向形成有作为滚动体滚行面的多个滚珠滚行面2a。滚珠滚行面2a为槽状。在导轨2的上表面以恒定的间距形成有用于将导轨2安装于安装构件8(参照图12)的多个螺栓孔2b。
移动体3具备移动体主体4、以及设置于移动体主体4的两端部的盖构件5。在移动体3的内部形成有滚珠6的循环路7(参照图11)。伴随着移动体3的相对移动,多个滚珠6在循环路7循环。在移动体主体4的上表面形成有用于将移动体3安装于安装构件9(参照图12)的多个螺纹孔4a。
图11示出本实施方式的运动引导装置1的循环路7的剖视图。在移动体主体4,形成有与导轨2的滚珠滚行面2a对置的作为负载滚动体滚行面的负载滚珠滚行面4b,并且与负载滚珠滚行面4b大致平行地形成有返回路4c。负载滚珠滚行面4b为槽状。在盖构件5形成有与负载滚珠滚行面4b以及返回路4c连接的方向转换路11。盖构件5具备形成方向转换路11的内周侧的内周引导部5a、以及形成方向转换路11的外周侧的外周引导部5b。
由移动体3的负载滚珠滚行面4b和导轨2的滚珠滚行面2a构成负载路10。由负载路10、返回路4c以及方向转换路11构成滚珠6的循环路7。滚珠6从方向转换路11进入负载路10,并从负载路10向方向转换路11出来。在滚珠6之间,可以夹设间隔件,也可以不夹设间隔件。
本实施方式的运动引导装置1在作用过大的力矩、特别是俯仰力矩的环境下使用。在该情况下,如图10所示,移动体3相对于导轨2以左右为轴倾斜。
图12示出运动引导装置1的剖视图。2是导轨,4是移动体主体,8、9是安装构件,6是滚珠。在图12中,省略了移动体主体4的返回路4c。图13是通过接触角方向的剖面观察到的滚行面形状。
通常的安装构件8、9例如是机床的基座,且为刚体。但是,在安装构件8的刚性低的中空构件等的情况下,安装构件8的刚性不足,导轨2方式变形,且导轨2相对于移动体3倾斜。运动引导装置1的安装精度不足的情况也是同样的。即,本实施方式的运动引导装置1不仅能够在作用过大的俯仰力矩的情况下使用,也能够在安装构件8、9的刚性不足的情况、运动引导装置1的安装精度不足的情况下使用。
如图11所示,在移动体3的负载滚珠滚行面4b的两端部形成有第一倾斜面21、第二倾斜面22、第三倾斜面23、倒角部13。在图11中示出负载滚珠滚行面4b的一方的端部的第一倾斜面21、第二倾斜面22、第三倾斜面23、倒角部13,但在负载滚珠滚行面4b的两端部形成有这些。
第一倾斜面21与负载滚珠滚行面4b相邻地形成,且相对于负载滚珠滚行面4b倾斜。第二倾斜面22与第一倾斜面21相邻地形成,且比第一倾斜面21倾斜大。第三倾斜面23与第二倾斜面22相邻地形成,且比第二倾斜面22倾斜大。倒角部13与第三倾斜面23相邻地形成,且比第三倾斜面23倾斜大。在将负载滚珠滚行面4b与第一倾斜面21所成的角度设为θ1,将负载滚珠滚行面4b与第二倾斜面22所成的角度设为θ2,将负载滚珠滚行面4b与第三倾斜面23所成的角度设为θ3,并将负载滚珠滚行面4b与倒角部13所成的角度设为θ4时,设定为θ1<θ2<θ3<θ4
图13示出通过接触角方向的剖面观察到的第一倾斜面21、第二倾斜面22、第三倾斜面23、倒角部13。如图12所示,接触角α是将导轨2侧的滚珠接触点和移动体3侧的滚珠接触点连结的线15与径向载荷的作用方向16所成的角度。例如在接触角α为45°的情况下,意味着滚珠滚行面2a以及负载滚珠滚行面4b与滚珠6相对于径向载荷的作用方向16倾斜45°而接触。
在移动体3倾斜时,第一倾斜面21、第二倾斜面22、第三倾斜面23承受负载。第一倾斜面21、第二倾斜面22、第三倾斜面23的长度L1、L2、L3如以下那样设定。
第一倾斜面21在移动体3倾斜时,是负载最大的区域。因此,第一倾斜面21的长度L1在将滚珠6的直径设为Da时设定为1Da以上。期望的是设定为2Da以上。需要说明的是,如图14所示,在长度为1Da的情况下,在一个滚珠6出来的同时新的滚珠6进入,因此最大进入两个滚珠6。
如图13所示,第二倾斜面22虽然不像第一倾斜面21那样,但是与第一倾斜面21同样地是承受负载的区域。为了将负载分散,第二倾斜面22的长度L2设定为1Da以上。但是,当L2过长时,运动引导装置1的整体的负载能力降低,因此设定为L1>L2。在本实施方式中,L2设定为1~1.5Da。
第三倾斜面23在移动体3倾斜时,成为与以往的凸面同样的倾斜,且是开始承受负载的区域。如上述那样,第三倾斜面23的倾斜大。当在第三倾斜面23进入两个滚珠6时,靠近第二倾斜面22的滚珠6承受几乎全部负载,因此第三倾斜面23的长度L3设定为1Da以下。在本实施方式中,设定为L2>L3
倒角部13以避免移动体3的端部处的滚珠6的碰撞为目的。倒角部13越长,则承受负载的有效滚珠数越减少,因此倒角部13的长度La设定为1Da以下。在本实施方式中,设定为L3>La。
如图13所示,从在负载滚珠滚行面4b开始形成第一倾斜面21的起点S到移动体主体4的端面4d的长度L设定为L/Da>4。期望的是,设定为L/Da≥5。将两端部的长度L合算而得到的长度(即2L)设定为移动体主体4的相对移动方向的全长的例如10~50%。
图13所示的倒角部13的最大深度D(从负载滚珠滚行面4b到倒角部13的端部的深度)设定为作用有基本额定动载荷(C)的60%以上(例如60%、70%、80%、90%、100%等)的径向载荷时的滚珠滚行面2a以及负载滚珠滚行面4b和滚珠6的弹性变形量以上。另外,从负载滚珠滚行面4b到第三倾斜面23的延长线17与移动体主体4的端面4d的交点的深度D1也设定为作用有基本额定动载荷(C)的60%以上的径向载荷时的弹性变形量以上。基本额定动载荷(C)由运动引导装置1的结构决定。
需要说明的是,期望设置第一倾斜面21、第二倾斜面22、第三倾斜面23,但也能够考虑加工性、加工精度而省略第三倾斜面23。
图15示出在以往的运动引导装置31和本实施方式的运动引导装置1中对移动体3、33倾斜的状态进行比较而得到的示意图。图15的(a)(b)示出以往的运动引导装置31,图15的(c)示出本实施方式的运动引导装置1。
如图15的(a)所示,在以往的运动引导装置31中,以向移动体33的内部的滚珠36大致均衡地施加负载且不向移动体33的端部的滚珠36施加负载的方式设计凸面42。
但是,如图15的(b)所示,当在作用过大的俯仰力矩的状态下使用以往的运动引导装置31时,移动体33以左右为轴倾斜。当移动体33倾斜时,移动体33的端部与导轨32之间的间隙窄于滚珠36的直径,循环的滚珠36与移动体主体34的端部发生碰撞,移动体主体34的端部在早期变得不稳定。当强制驱动移动体33时,在间隙进一步变窄的负载滚珠滚行面34b与凸面42的交界处滚珠36的负载升高,交界也在早期变得不稳定。
另一方面,如图15的(c)所示,在本实施方式中,在负载滚珠滚行面4b的端部形成第一倾斜面21、第二倾斜面22、第三倾斜面23。因此,在移动体3相对于导轨2相对倾斜时,第一倾斜面21、第二倾斜面22以及第三倾斜面23处的多个滚珠6能够承受负载,能够防止对各滚珠6施加过大的负载。另外,由于在移动体主体4的端部形成碰撞防止用的倒角部13,因此即使移动体3倾斜,也能够防止进入负载路10的滚珠6与移动体主体4的端部发生碰撞。
图16是说明在由移动体3、33的倾斜产生的影响下施加有负载的滚珠6、36的数量如何变化的示意图。图16的双点划线是以往的滚行面形状(凸面42),实线是本实施方式的滚行面形状(第一倾斜面21、第二倾斜面22、第三倾斜面23、倒角部13)。2、32是导轨,3、33是移动体,6、36是滚珠。
在图16的(a)中,通过将双点划线的凸面42配置于滚珠36的中央附近,从而变形表示在过大的俯仰力矩的作用下滚珠36发生弹性变形的情形。在以往的滚行面形状的情况下,从端部起第三个滚珠36产生最大的弹性变形。承受负载的滚珠36是与双点划线相交的滚珠36,标了斜线的5个滚珠36承受负载。
图16的(b)将在本实施方式的滚行面形状中施加有过大的俯仰力矩的情形与图16的(a)同样地表示。产生最大的弹性变形的滚珠6是第四个滚珠6。承受负载的滚珠6是与实线相交的滚珠6,标了斜线的7个滚珠6承受负载。可知与图16的(a)的情况相比承受负载的滚珠的数量变多。
图17示出通过接触角方向的剖面观察到的滚行面形状的其他例子。在该例中,在第一倾斜面61与第二倾斜面62之间形成有圆弧状的圆角部64,在第二倾斜面62与第三倾斜面63之间形成有圆弧状的圆角部65,在第三倾斜面63与倒角部53之间形成有圆弧状的圆角部66。通过形成圆角部64、65、66,从而滚珠6在这些交界处更顺畅地移动。
以上说明了本实施方式的运动引导装置1的结构。根据本实施方式的运动引导装置1,起到以下的效果。
由于在移动体主体4的滚珠滚行槽4b的端部设置第一倾斜面21、第二倾斜面22,且设定为L1≥1Da、L2≥1Da,因此在移动体3相对于导轨2相对倾斜时,能够使第一倾斜面21和第二倾斜面22处的多个滚珠6承受负载,能够防止对各滚珠6施加过大的负载。另外,由于设定为L1>L2,因此能够使运动引导装置1的负载能力更高。
由于在第二倾斜面22的端部形成比第二倾斜面22倾斜大的第三倾斜面23,因此能够与以往的凸面同样地使滚珠6顺畅地出入第三倾斜面23。另外,由于将第三倾斜面23的长度L3设定为1Da以下,因此能够防止在倾斜大的第三倾斜面23进入两个滚珠6而使靠近第二倾斜面22的滚珠6承受几乎全部的负载的情况。
由于在移动体主体4的端部形成比第三倾斜面23倾斜大的倒角部13,因此在移动体3相对于导轨2相对倾斜时,能够防止进入负载路10的滚珠6与移动体主体4的端部发生碰撞。另外,由于将倒角部13的长度La设定为1Da以下,因此能够防止承受负载的有效滚珠数减少。
由于在将从在移动体主体4的负载滚珠滚行面4b开始形成第一倾斜面21的起点S到移动体主体4的端面4d的长度设为L时,设定为L/Da>4,因此在移动体3相对于导轨2相对倾斜时,能够增多承受负载的滚珠6的数量,能够防止对各滚珠6施加过大的负载。
需要说明的是,本发明并不限于具体化为上述实施方式,在不变更本发明的主旨的范围内也能够变更为其他实施方式。
滚动体并不限定于滚珠,也可以是滚子。但是,当滚动体使用滚子时,有可能在施加有过大的俯仰力矩时产生滚子倾斜的现象即歪斜。当滚动体使用滚珠时,能够防止该现象。
移动体相对于轨道构件的移动是相对的,可以是移动体移动,也可以是轨道构件移动。
也能够将通过接触角方向的剖面观察到的第一倾斜面、第二倾斜面、第三倾斜面、倒角部形成为曲线状。
实施例2
假定基本额定动载荷的90%(0.9C)的径向载荷,进行运动引导装置1和安装构件8、9的FEM解析,并计算出移动体3的内部的滚珠6的负载。
图18的(a)示出实施标准凸面加工后的以往的运动引导装置31的滚珠36的负载,图18的(b)示出本实施方式的运动引导装置1的滚珠6的负载。滚珠列存在四个,因此在图18的(a)(b)中,示出四个滚珠列各自的负载。
如图18的(a)所示,解析的结果是,在以往的运动引导装置31中,向移动体33的端部的滚珠36(图中由A表示)施加有负载,且负载滚珠滚行面34b与凸面42的交界的滚珠36(图中由B表示)的负载最大。该解析的结果与作用有过大的力矩的状态下的实际的状况一致。
另一方面,如图18的(b)所示,在本实施方式的运动引导装置1中,能够使移动体主体4的端部的滚珠6(图中由C表示)的负载为零、即滚珠6不与移动体主体4的端部发生碰撞,且使滚珠6(图中由D表示)的最大载荷也与图18的(a)相比下降到80%程度。因此,计算上的运行寿命长至两倍以上。
本说明书基于2018年11月27日申请的特愿2018-220828以及2018年11月27日申请的特愿2018-220829。其内容全部包含于此。
附图标记说明:
1运动引导装置,2导轨(轨道构件),2a滚珠滚行面(滚动体滚行面),3移动体,4移动体主体,4b负载滚珠滚行面(负载滚动体滚行面),4c返回路,5盖构件,6滚珠(滚动体),11方向转换路,12凸面,13倒角部,21第一倾斜面,22第二倾斜面,23第三倾斜面,52凸面,53倒角部,61第一倾斜面,62第二倾斜面,63第三倾斜面,S第一倾斜面的起点。

Claims (8)

1.一种运动引导装置,其具备:轨道构件,其具有滚动体滚行面;以及移动体,其具有与所述轨道构件的所述滚动体滚行面对置的负载滚动体滚行面,且经由多个滚动体能够相对移动地组装于所述轨道构件,其中,
在所述移动体的所述负载滚动体滚行面的端部形成有凸面,并且在所述凸面的端部形成有倒角部,
在将所述移动体的所述负载滚动体滚行面的长度方向上的所述凸面与所述倒角部的全长设为L,并将所述滚动体的直径设为Da时,
设定为L/Da>4,
将从所述移动体的所述负载滚动体滚行面起的所述倒角部的最大深度D设定为作用有基本额定动载荷(C)的60%以上的径向载荷时的所述轨道构件的所述滚动体滚行面、所述移动体的所述负载滚动体滚行面以及所述滚动体的弹性变形量以上。
2.根据权利要求1所述的运动引导装置,其特征在于,
将所述长度方向上的所述倒角部的长度La设定为1Da以下。
3.根据权利要求1或2所述的运动引导装置,其特征在于,
所述凸面具备:第一倾斜面,其与所述移动体的所述负载滚动体滚行面相邻地形成;以及第二倾斜面,其与所述第一倾斜面相邻地形成,且比所述第一倾斜面倾斜大,
在将所述长度方向上的所述第一倾斜面的长度设为L1,并将所述长度方向上的所述第二倾斜面的长度设为L2时,
设定为L1≥1Da、L2≥1Da且L1>L2
4.根据权利要求3所述的运动引导装置,其特征在于,
所述凸面具备与所述第二倾斜面相邻地形成且比所述第二倾斜面倾斜大的第三倾斜面,
在将所述长度方向上的所述第三倾斜面的长度设为L3时,
设定为L3≤1Da。
5.一种运动引导装置,其具备:轨道构件,其具有滚动体滚行面;以及移动体,其经由多个滚动体而能够移动地组装于所述轨道构件,
所述移动体具备:移动体主体,其具有与所述轨道构件的所述滚动体滚行面对置的负载滚动体滚行面以及与该负载滚动体滚行面大致平行的返回路;以及盖构件,其设置于所述移动体主体的端部,且具有与所述移动体主体的所述负载滚动体滚行面以及所述返回路连接的方向转换路,其中,
在所述移动体主体的所述负载滚动体滚行面的端部形成有相对于所述负载滚动体滚行面倾斜的第一倾斜面,
在所述第一倾斜面的端部形成有比所述第一倾斜面倾斜大的第二倾斜面,
在将所述移动体主体的所述负载滚动体滚行面的长度方向上的所述第一倾斜面的长度设为L1,将所述长度方向上的所述第二倾斜面的长度设为L2,并将所述滚动体的直径设为Da时,
设定为L1≥1Da、L2≥1Da且L1>L2
6.根据权利要求5所述的运动引导装置,其特征在于,
在所述第二倾斜面的端部形成有比所述第二倾斜面倾斜大的第三倾斜面,
在将所述长度方向上的所述第三倾斜面的长度设为L3时,
设定为L3≤1Da。
7.根据权利要求6所述的运动引导装置,其特征在于,
在所述第三倾斜面与所述移动体主体的端面之间形成有比所述第三倾斜面倾斜大的倒角部,
在将所述长度方向上的所述倒角部的长度设为La时,
设定为La≤1Da。
8.根据权利要求7所述的运动引导装置,其特征在于,
在将从在所述移动体主体的所述负载滚动体滚行面开始形成所述第一倾斜面的起点到所述移动体主体的所述端面的长度设为L时,
设定为L/Da>4。
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