CN113883245A - 丝杠传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种丝杠传动机构，包括丝杠、螺母、滚子和保持架，丝杠的外螺纹与螺母的内螺纹之间形成螺旋空间，滚子设置于保持架上，且保持架和滚子位于螺旋空间内。本发明的丝杠传动机构，通过在丝杠与螺母之间加入保持架和滚子的组合，丝杠传动机构运行时多个滚子做滚动运动，可以提高传动效率，而且结构易于实现，保持架使滚子能够规则的滚动，保证丝杠传动机构运行过程中可以连续工作，避免出现卡死失效的情况。

Description

丝杠传动机构

技术领域

本发明属于传动装置技术领域，具体地说，本发明涉及一种丝杠传动机构。

背景技术

能源的缺乏成为日益严重的社会问题，高效率的传动成为该问题的解决方案之一，同时高效率的传动也一直是工业、汽车等行业追求的目标。在现有技术中有很大比例的机械传动，往往需要用减速机构和丝杠机构将电机或燃油机的旋转运动转化为连接件的直线运动。现有技术中的减速机构一般选用齿轮机构，因其传动效率高、承载能力强，且成本低而得到广泛的应用；而丝杠机构在目前的技术中，并没有传动效率高、承载能力强、且成本低、可广泛应用的方案。现有的丝杠传动机构存在的主流形式为普通丝杠、滚珠丝杠或者行星滚柱丝杠。

现有的普通丝杠传动机构是由丝杠与螺母组成，当丝杠作为主动体时，螺母会随着丝杠的转动角度按照对应的导程转化为直线运动。这种传统的传动装置完全靠摩擦实现，传动效率偏低，在追求高传动效率的设备中逐步将其淘汰。

滚珠丝杠传动机构主要由丝杠、螺母和滚珠组成，滚珠丝杠传动机构的基本原理是在丝杠与螺母形成的螺旋空间之中装上滚珠，丝杠与螺母通过多个滚动的滚珠相互接触，具有摩擦力小，传动效率高的特点，但是存在的问题是滚珠与螺纹槽之间的接触方式为点接触，不能够承载较大的载荷。公开号为DE7640810U的专利文献中公开的技术方案对滚珠丝杠结构作出了改进，将丝杠和螺母间的螺纹通道设计为包角更大的类似圆形通道，增加滚珠与螺纹槽之间的接触面积，但是没有彻底的解决问题，承载能力依然不足。

现有的行星滚柱丝杠传动机构是在原有滚珠丝杠传动机构的结构上作出改进，使用带有螺纹的滚柱代替滚珠，螺纹滚柱如同行星齿轮围绕在丝杠外侧，通过齿轮、支架等形式限定螺纹滚柱的位置，该行星滚柱丝杠传动机构将丝杠传动的点接触形式转化为线接触形式，承载能力高于滚珠丝杠传动机构，但是行星滚柱丝杠传动机构对零部件的尺寸和几何公差要求很高；并且行星滚柱丝杠传动机构从原理上相互配合的零部件之间非常容易产生干涉，从而加工要求和整体装配要求都很高，生产制造非常精密，导致行星滚柱丝杠传动机构的成本很高，主要用于航天和军工上，在工业上难以广泛应用。

现有技术中除了上述三种丝杠传动机构外，公开号为CN108561523A的专利文献提出了一种循环式的圆锥滚子丝杠副，采用圆锥滚子作为丝杠与螺母之间受力承载的物体，也能将点接触转化为线接触，但是为了满足圆锥滚子的循环式滚动，其装置结构复杂，利用现有技术很难完成切实可行的生产制造。并且多个圆锥滚子直接排列在螺纹形成的通道内，由于制造偏差，丝杠的偏心等问题，在运动时很难保证圆锥滚子轴向两端的速度一致，滚子容易在轨道中发生倾斜，当倾斜角度过大时，会造成循环链卡死，进而导致传动失效。

综上所述，现有的丝杠传动机构存在如下的缺点：

(1)普通的丝杠传动机构的传动效率偏低，与追求高效率的时代发展方向不符；

(2)滚珠丝杠传动机构的承载能力不足；若通过增大受力接触面积提高承载能力，则会导致体积偏大；

(3)行星滚柱丝杠传动机构对零部件的尺寸和几何公差要求很高，各零部件之间容易相互干涉，生产制造非常精密，导致价格高昂，主要用于航天和军工，在工业上难以广泛应用；

(4)循环式圆锥滚子丝杠传动机构的结构较为复杂，利用现有技术很难完成切实可行的生产制造；圆锥滚子运动时因轴向两端的速度不一致，导致圆锥滚子倾斜角度过大甚至循环链卡死的状况没有解决。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种丝杠传动机构，目的是提高传动效率，避免出现卡死失效的情况。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：丝杠传动机构，包括丝杠、螺母、滚子和保持架，丝杠的外螺纹与螺母的内螺纹之间形成螺旋空间，滚子设置于保持架上，且保持架和滚子位于螺旋空间内。

所述滚子为圆柱滚子或圆锥滚子。

所述保持架被构造为用于控制所述滚子在运动过程中的倾斜角度处于设定范围内。

所述保持架具有容纳所述滚子的容置腔，滚子在保持架内能够自由旋转。

所述保持架的厚度小于所述滚子的最小直径，滚子的外圆面与所述丝杠和/或所述螺母的螺纹面接触。

所述保持架具有第一避让孔和第二避让孔，所述容置腔位于第一避让孔和第二避让孔之间，所述容置腔的内侧面与滚子的侧面及两个端面间隙接触；所述第一避让孔和第二避让孔两侧至少设有一组凸台，相对应的凸台之间距离小于滚子的直径，滚子分别穿过第一避让孔和第二避让孔与所述丝杠和所述螺母相接触。

所述滚子设置多个，且所有滚子在所述螺旋空间内沿螺旋方向依次布置，螺旋空间的截面为矩形或梯形。

所述滚子包括第一滚子和/或第二滚子，第一滚子和/或第二滚子均设置多个且第一滚子和/或第二滚子形状相同，所有第一滚子和/或第二滚子在所述螺旋空间内沿螺旋方向依次布置，且第一滚子位于所述丝杠的第一螺纹面和所述螺母的第一螺纹面之间，第二滚子位于丝杠的第二螺纹面和螺母的第二螺纹面之间。

所述的丝杠传动机构还包括设置于所述螺旋空间内的第一限位件、第二限位件、第一弹性件和第二弹性件，所述保持架位于第一弹性件和第二弹性件之间，第一弹性件位于保持架和第一限位件之间，第二弹性件位于保持架和第二限位件之间。

所述第一弹性件和所述第二弹性件均为螺旋弹簧，第一弹性件和第二弹性件包络体的侧面与螺旋空间的形状相配合。

本发明的丝杠传动机构，通过在丝杠与螺母之间加入保持架和滚子的组合，丝杠传动机构运行时多个滚子做滚动运动，可以提高传动效率，而且结构易于实现，保持架使滚子能够规则的滚动，保证丝杠传动机构运行过程中可以连续工作，避免出现卡死失效的情况。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是实施例一丝杠传动机构的剖视图；

图2是实施例一丝杠传动机构的保持架、滚子、弹性件及限位件的组合结构展开示意图；

图3-a是实施例二丝杠传动机构的剖视图；

图3-b实施例二丝杠传动机构的保持架、滚子展开示意图；

图4是实施例二丝杠传动机构的局部剖视图；

图中标记为：

1、丝杠；2、螺母；3、滚子；4、保持架；5、第一弹性件；6、第一限位件；7、第二弹性件；8、第二限位件。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图4所示，本发明提供了一种丝杠传动机构，该丝杠传动机构的传动效率与滚珠丝杠一致，但承载能力提高；该丝杠传动机构采用圆柱或圆锥滚子替代滚珠，但丝杠与螺母的工作原理依然是滚动，传动效率与滚珠丝杠基本一致，但相比于普通丝杠仍有显著提高。该丝杠传动机构承载能力相对于滚珠丝杠提高的原因为：该丝杠传动机构与现有技术中的滚珠丝杠传动机构都适用于赫兹定律。现有技术中的滚珠丝杠通过丝杠与螺母之间的球体承载，球体与螺纹面之间为点接触，本发明中，滚子丝杠通过丝杠与螺母之间的圆柱或圆锥滚子承载，滚子与螺纹面之间为线接触，根据赫兹公式，线接触的滚子丝杠承载能力更高。

该丝杠传动机构能够实现滚子规则的滚动：公开号为CN108561523A的专利文献提出的一种圆锥滚子丝杠副，在螺母两端设置有反向装置，丝杠与螺母之间形成循环通道，多个圆锥滚子排列在通道内形成循环链。为了满足其循环运动，螺母的结构较为复杂，螺母两端需要安装反向装置，增加了加工和装配难度；多个圆锥滚子排列在通道内，滚子与工作面接触的各点，离丝杠轴心越近，线速度越小，线速度的差异会导致滚子运动时发生倾斜。尽管可以通过圆锥滚子直径的不一致弥补线速度的不一致，但由于制造偏差，丝杠的偏心等问题无法避免，滚子在滚动时依然容易发生倾斜。滚子的倾斜会导致滚子实际滚动的方向在设计的运动方向上发生偏移，当偏移的角度过大时，会造成循环链卡死，进而导致传动失效。

本发明提出的丝杠传动机构，若干滚子被限位在螺旋状保持架上，机构运作时，保持架连同滚子一起运动，滚子在保持架的限制下，不会发生过度倾斜，从而实现滚子规则的滚动，消除了该结构发生卡死的可能性。

本发明的丝杠传动机构的结构简单，生产制造成本降低：现有技术中的丝杠传动机构，通常设计为循环式结构，但是在大多数机械传动的设备中，丝杠或螺母在做相对运动时，一般做往复运动，其相对运动的范围是有限的；并且，丝杠结构的受力特点为正压力会从0增加至要求值再减少至0，不断往复，在正压力为0时，可以通过回位装置使滚子回到初始位置，并开始准备下一次工作循环，同样能够满足机械传动的要求，所以设计成结构复杂的循环式结构是非必须的。

具体地说，如图1至图4所示，本发明的丝杠传动机构包括丝杠1、螺母2、滚子3和保持架4，丝杠1的外螺纹与螺母2的内螺纹之间形成螺旋空间，滚子3设置于保持架4上，且保持架4和滚子3位于螺旋空间内，丝杠1与螺母2通过多个滚子3在螺纹面上的滚动完成相对运动。

如图1所示，螺母2套设于丝杠1上，丝杠1上设置外螺纹，螺母2内部设置内螺纹，螺旋空间为在丝杠1的外螺纹与螺母2的内螺纹之间以一定的导程形成的腔体。处于螺旋空间中的保持架4呈螺旋状结构，保持架4的导程与丝杠1或螺母2的导程一致，保持架4在螺旋空间内沿螺旋方向延伸，滚子3连同保持架4一起安装在螺旋空间中，保持架4是用于对处于螺旋空间中的滚子3起到限位作用，且保持架4内的滚子3能够绕其轴线自由旋转。

保持架4被构造为用于控制滚子3在运动过程中的倾斜角度(该倾斜角度是滚子3的轴线与保持架4的宽度方向之间的夹角)处于设定范围内，倾斜角度的设定范围为0～5°，以防止丝杠传动机构运行过程中滚子3发生过度倾斜，使丝杠传动机构的实际运动方向与理论设计的运动方向不会出现较大的偏差，保证该丝杠传动机构运行过程中可以连续工作，不会出现循环链卡死失效的情况，而且这种丝杠传动机构的结构类似于非循环式滚珠丝杠，结构较为简单，从制造加工到装配的难度小，成本低，结构更易于实现。

滚子3与螺纹面接触的各点，离丝杠1的轴心越近，线速度越小，导致滚子3轴向两端的速度不一致，容易产生倾斜，因此设置保持架4，保持架4的作用是保证滚子3倾斜的角度在合理的范围内，让滚子3实际运动的方向与设计的运动方向不会出现较大的偏差。

滚子3可以是圆柱滚子，也可以圆锥滚子，圆柱滚子为直径不变的圆柱形结构，圆锥滚子为圆锥形结构。滚子3的外圆面与丝杠1的螺纹面和螺母2的螺纹面之间为线接触，相对于现有技术中采用的球形滚珠的点受力接触，采用圆柱滚子或圆锥滚子的优势是通过接触线来支撑负载，因此相对于现有技术的滚珠丝杠传动机构，本发明的丝杠传动机构的承载能力得到了提高。而且，通过在丝杠1与螺母2之间加入保持架4和滚子3的组合，丝杠传动机构运行时多个滚子3做滚动运动，可以提高传动效率。

如图1和图2所示，保持架4具有容纳滚子3的容置腔，保持架4包住滚子3的两个端面和侧面，在自由状态下，滚子3不会脱落，且滚子3可以在保持架4内自由旋转。保持架4的厚度小于滚子3的最小直径，滚子3的外圆面朝向保持架4的厚度方向上的相对两侧伸出，滚子3的外圆面与丝杠1和/或螺母2的螺纹面接触。

如图1至图4所示，保持架4具有第一避让孔和第二避让孔，容置腔位于第一避让孔和第二避让孔之间，滚子3分别穿过第一避让孔和第二避让孔与丝杠1和螺母2相接触。第一避让孔为在保持架4的第一外壁面上设置的孔，第二避让孔为在保持架4的第二外壁面上设置的孔，第一外壁面和第二外壁面为保持架4的厚度方向上相对的两个外壁面，保持架4的厚度方向与丝杠1的螺纹面相垂直，第一避让孔和第二避让孔的宽度方向与滚子3的轴线相垂直且与保持架4的厚度方向相垂直。第一外壁面上位于第一避让孔的两侧设有一组凸台，第二外壁面上位于第二避让孔的两侧设有两组凸台，第一外壁面上位于第一避让孔的相对两侧的凸台之间的距离小于滚子3的直径或小于容置腔的宽度，第二外壁面上位于第二避让孔的相对两侧的凸台之间的距离也小于滚子3的直径或小于容置腔的宽度，第一避让孔和第二避让孔与容置腔相连通，容置腔的宽度与滚子3的直径大小大致相等，且容置腔的长度与滚子3的长度大致相等，容置腔的内侧面与滚子的两个端面和侧面之间为间隙接触，滚子3位于容置腔内长度方向上相对两内壁面之间，滚子3可以在容置腔内自由旋转。滚子3在第一避让孔及第二避让孔的相对两侧的凸台的限位下，保持在保持架4的容置腔中不会脱落。

如图1和图2所示，滚子3设置多个，且所有滚子3在螺旋空间内沿螺旋方向依次布置，螺旋空间的截面的形状与滚子3的形状相匹配，该螺旋空间可通过改变螺纹的牙型或牙型角实现改变。当滚子3为圆柱滚子时，螺旋空间的截面为矩形；当滚子3为圆锥滚子时，螺旋空间的截面为梯形。

如图1至图4所示，本发明的丝杠传动机构还包括设置于螺旋空间内的第一限位件6、第二限位件8、第一弹性件5和第二弹性件7，保持架4位于第一弹性件5和第二弹性件7之间，第一弹性件5位于保持架4和第一限位件6之间，第二弹性件7位于保持架4和第二限位件8之间。第一弹性件5的一端与第一限位件6连接，第一弹性件5的另一端与保持架4的一端连接，第二弹性件7的一端与第二限位件8连接，第二弹性件7的另一端与保持架4的另一端连接，处于螺旋空间中的第一弹性件5和第二弹性件7呈螺旋状结构，第一弹性件5和第二弹性件7在螺旋空间内沿螺旋方向延伸。第一弹性件5对保持架4施加使其朝向远离第一限位销的位置处移动的弹性作用力，第二弹性件7对保持架4施加使其朝向远离第二限位销的位置处移动的弹性作用力，第一弹性件5和第二弹性件7是用于推动保持架4进行复位。

丝杠传动机构运转过程中，在一个工作循环后，滚子3不再受到丝杠1与螺母2的挤压，由保持架4与滚子3形成的组合件处于自由状态，然后在第一弹性件5或第二弹性件7的作用下，保持架4可以回到初始位置，并带动滚子3同步回到初始位置处，开始准备下一次工作循环。这种非循环式的丝杠传动机构，能够满足大多数机械传动的要求，并且，相对于循环式滚珠丝杠结构或行星滚柱丝杠，该结构更为简单，且对零件的尺寸要求低，利用现有技术很容易实现，从而生产制造的成本降低。

如图1至图3所示，螺母2的轴向两端的侧面分别设有一个通孔，第一限位件6穿过螺母2一端侧面上设置的通孔并伸入丝杠1的螺纹槽内，第二限位件8穿过螺母2另一端侧面上设置的通孔并伸入丝杠1的螺纹槽内，保持架4、滚子3及第一弹性件5和第二弹性件7在螺旋空间内的第一限位件6和第二限位件8之间活动。第一限位件6和第二限位件8固定设置在螺母2上，第一限位件6和第二限位件8插入丝杠1的螺纹槽中后不会影响丝杠1和螺母2的正常运动，带有滚子3的保持架4以及第一弹性件5和第二弹性件7在第一限位件6和第二限位件8与丝杠1、螺母2形成的空间中有限的活动。

如图1和图2所示，第一弹性件5和第二弹性件7优选为螺旋弹簧，第一弹性件5和第二弹性件7包络体的侧面与螺旋空间的形状相配合。

为满足丝杠1或螺母2的强度，丝杠1和螺母2材料优选采用合金钢或碳钢材料制成。

保持架4选用金属材料制成，保持架4优选采用弹性钢材料制成，保持架4具有弹性性能，保持架4可产生一定的弹性变形量，保证保持架4在受力形变后可恢复原状态。

第一限位件6和第二限位件8选用金属材料制成，第一限位件6和第二限位件8优选采用材料制成。

本发明的丝杠传动机构，有益效果如下：

1、相对于普通丝杠传动机构，传动效率提高：本发明中的丝杠传动机构在丝杠与螺母之间加入保持架和滚子的组合，机构运作时多个滚子做滚动运动，提高结构的传动效率；

2、相对于滚珠丝杠传动机构，承载能力提高：本发明中的丝杠传动机构采用一种滚子替代滚珠，滚子可选的为圆柱滚子或圆锥滚子，相对于滚珠的点受力接触，圆柱滚子或圆锥滚子的优势是通过接触线来支撑负载，提高了丝杠传动机构的承载能力；

3、相对于行星滚柱丝杠，生产制造难度、成本降低：本发明中的丝杠传动机构，结构类似于非循环式滚珠丝杠，结构较为简单，从制造加工到装配的难度小，成本低；

4、相对于“循环式”圆锥滚子丝杠副，结构易于实现，滚子能够规则的滚动：本发明的丝杠传动机构通过保持架限位滚子，防止其运动过程中过度倾斜，实际运动方向与理论设计的运动方向不会出现较大的偏差，保证该丝杠运行过程中可以连续工作，不会出现循环链卡死失效的情况。

实施例一

如图1所示，螺旋空间是由丝杠1的第一螺纹面和第二螺纹面与螺母2的第一螺纹面和第二螺纹面包围形成，丝杠1的第一螺纹面和第二螺纹面为位于丝杠1的外螺纹的牙型两侧的表面(丝杠1的第一螺纹面和第二螺纹面之间的夹角即为牙型角)，滚子3和保持架4位于丝杠1的第一螺纹面和第二螺纹面之间。螺母2的第一螺纹面和第二螺纹面为位于螺母2的内螺纹的牙型两侧的表面(螺母2的第一螺纹面和第二螺纹面之间的夹角即为牙型角)，滚子3和保持架4位于螺母2的第一螺纹面和第二螺纹面之间。丝杠1的第一螺纹面与螺母2的第一螺纹面为相对布置，丝杠1的第二螺纹面与螺母2的第二螺纹面为相对布置，且丝杠1的第二螺纹面与螺母2的第二螺纹面相平行，滚子3的轴线与丝杠1的第二螺纹面与螺母2的第二螺纹面相垂直，丝杠1的第一螺纹面和螺母2的第一螺纹面位于保持架4的厚度方向上的相对两侧，丝杠1的第二螺纹面和螺母2的第二螺纹面位于保持架4的宽度方向上的相对两侧，保持架4的宽度方向与保持架4的厚度方向相垂直。

如图1和图2所示，在本实施例中，滚子3为圆柱滚子，滚子3的外圆面与丝杠1的第一螺纹面和螺母2的第一螺纹面相接触且构成线接触，螺旋空间的截面形状为矩形，丝杠1与螺母2通过多个滚子3在丝杠1和螺母2的第一螺纹面上的滚动完成相对运动。保持架4的宽度方向上的相对两外壁面分别与丝杠1的第二螺纹面和螺母2的第二螺纹面相接触。

因此，本实施例的丝杠传动机构为滚子3、保持架4、第一弹性件5和第二弹性件7布置在螺纹两侧中的一侧，也可以认为是本实施例的丝杠传动机构用于单向受力传动结构的方案。

如图1所示，在本实施例中，保持架4与滚子3的组合布置在丝杠外螺纹下端与螺母2内螺纹上端，丝杠外螺纹上端与螺母2内螺纹下端直接接触。

图1中演示的工作角α为45度，但工作角可以根据要求变化，工作角最小可以设计为0，这时螺纹变为矩形螺纹。

本实施例的丝杠传动机构在工作过程中，丝杠1作为动力输入部件，螺母2作为动力输出部件，丝杠1绕其轴线进行旋转。

本实施例的丝杠传动机构的工作原理如下：

丝杠传动机构在将旋转运动转换为直线运动过程中，丝杠1沿第一方向进行旋转，固定在保持架4上的所有滚子3在丝杠1和螺母2的螺纹面上滚动，由保持架4和滚子3形成的组合件在螺旋空间内向螺旋空间的一端进行移动，第一弹性件5或第二弹性件7被挤压，滚子3分担从丝杠1传递来的负载，并通过接触线将动力传递至螺母2，由于螺母2在径向方向和圆周方向上被限位，螺母2会随着丝杠1的转动角度按照对应的导程转化为直线运动，最终能够推动与螺母2相连接的连接件做直线运动。

运动转换结束后，丝杠1沿第二方向进行旋转，丝杠传动机构对外压力未消失时，滚子3受到丝杠1和螺母2的挤压，此时丝杠1与螺母2的相对运动是通过滚子3的滚动产生的；丝杠传动机构对外压力消失后，滚子3受到丝杠1和螺母2的挤压力消失，这时丝杠1的第二螺纹面与螺母2的第二螺纹面相接触，通过丝杠1与螺母2的螺纹面直接接触产生滑动完成相对运动，此时的丝杠传动机构可以看做成一个普通的丝杠螺母传动机构，传动效率显著下降。但由于该案例丝杠1仅用于单侧向受力，丝杠1反旋为非工作状态，承载的压力载荷很小或几乎不存在，所以在这里即使效率下降，也不会消耗很多能量。

第一方向和第二方向为相反的两个方向，如第一方向为顺时针方向，则第二方向为逆时针方向。因此，滚子3是用于在丝杠1沿第一方向进行旋转时，传递丝杠1与螺母2之间的负载，使丝杠传动机构实现旋转运动到直线运动的转换。丝杠1沿第二方向进行旋转时，丝杠传动机构通过丝杠1与螺母2的螺纹面之间的滑动摩擦来实现旋转运动到直线运动的转换。

丝杠传动机构在工作过程中，多个滚子3滚动时，丝杠1与螺母2产生相对运动，正压力从0开始增加到要求值，由保持架4和滚子3形成的组合件在螺旋空间中向一边移动；正压力从要求值又减少至0时，滚子3不再受到丝杠1和螺母2的挤压，组合件呈自由状态，在弹性件的作用下回到初始位置，从而完成一次工作循环，且为下一次工作循环做好准备。

本实施例的丝杠传动机构的承载能力与传动效率相对于普通丝杠有明显提升，基本与滚珠丝杠一致；但是在相反方向上相当于普通丝杠，传动效率下降。因此，本实施例的丝杠传动机构可用于丝杠传动机构中单向受力工作的情况，对于反方向运动时的传动效率和承载能力没有要求或要求不高的情形。

实施例二

如图3和图4所示，本实施例的丝杠传动机构与实施例一的丝杠传动机构的主要不同点在于滚子、保持架4和弹性件的布置方式不同。

具体地说，在本实施例中，滚子包括第一滚子和第二滚子，第一滚子和第二滚子均设置多个且第一滚子和第二滚子形状相同，所有第一滚子和第二滚子在螺旋空间内沿螺旋方向依次布置，且第一滚子位于丝杠1的第一螺纹面和螺母2的第一螺纹面之间，第二滚子位于丝杠1的第二螺纹面和螺母2的第二螺纹面之间。保持架4包括第一保持架单元和第二保持架单元，第一保持架单元和第二保持架单元的结构基本相同，第一保持架单元和第二保持架单元均具有一定的宽度、厚度和长度，第一保持架单元的宽度方向上的一端与第二保持架单元的宽度方向上的一端相连接，第一滚子和第二滚子连同保持架一起安装在螺旋空间中，保持架是用于对处于螺旋空间中的第一滚子和第二滚子起到限位作用，且保持架内的第一滚子和第二滚子能够绕其轴线自由旋转。

第一保持架单元被构造为用于控制第一滚子在运动过程中的倾斜角度(第一滚子的倾斜角度是指第一滚子的轴线与第一保持架单元的宽度之间的夹角)处于设定范围内，倾斜角度的设定范围为0～5°，以防止丝杠传动机构运行过程中滚子发生过度倾斜。第二保持架单元被构造为用于控制第二滚子在运动过程中的倾斜角度(第二滚子的倾斜角度是指第二滚子的轴线与第二保持架单元的宽度之间的夹角)处于设定范围内，倾斜角度的设定范围为0～5°，以防止丝杠传动机构运行过程中滚子发生过度倾斜。

第一保持架单元具有容纳第一滚子的第一容置腔，第一保持架单元包住第一滚子的两个端面和侧面，在自由状态下，第一滚子不会脱落，且第一滚子可以在第一保持架单元内自由旋转。第一保持架单元的厚度小于第一滚子的最小直径，第一滚子的外圆面朝向第一保持架单元的厚度方向上的相对两侧伸出，第一保持架单元的厚度方向与第一保持架单元的宽度方向相垂直，第一滚子的外圆面与丝杠1和/或螺母2的螺纹面接触。第一保持架单元具有第一避让孔和第二避让孔，第一容置腔位于第一避让孔和第二避让孔之间，第一避让孔和第二避让孔的宽度小于第一滚子的直径，第一滚子分别穿过第一避让孔和第二避让孔与丝杠1和螺母2相接触。第一避让孔为在第一保持架单元的第一外壁面上设置的孔，第二避让孔为在保持架的第二外壁面上设置的孔，第一外壁面和第二外壁面为第一保持架单元的厚度方向上相对的两个外壁面，第一保持架单元的厚度方向与丝杠1的螺纹面相垂直，第一避让孔和第二避让孔的宽度方向与滚子的轴线相垂直且与第一保持架单元的厚度方向相垂直。第一避让孔和第二避让孔与第一容置腔相连通，第一容置腔的宽度大于第一避让孔和第二避让孔的宽度，第一容置腔的宽度与第一滚子的直径大小大致相等，且第一容置腔的长度与第一滚子的长度大致相等，第一滚子位于第一容置腔内长度方向上相对两内壁面之间。第一滚子保持在第一保持架单元的第一容置腔中不会脱落。

第二保持架单元具有容纳第二滚子的第二容置腔，第二保持架单元包住第二滚子的两个端面和侧面，在自由状态下，第二滚子不会脱落，且第二滚子可以在第二保持架单元内自由旋转。第二保持架单元的厚度小于第二滚子的最小直径，第二滚子的外圆面朝向第二保持架单元的厚度方向上的相对两侧伸出，第二保持架单元的厚度方向与第二保持架单元的宽度方向相垂直，第二滚子的外圆面与丝杠1和/或螺母2的螺纹面接触。第二保持架单元具有第三避让孔和第四避让孔，第二容置腔位于第三避让孔和第四避让孔之间，第三避让孔和第四避让孔的宽度小于第二滚子的直径，第二滚子分别穿过第三避让孔和第四避让孔与丝杠1和螺母2相接触。第三避让孔为在第二保持架单元的第一外壁面上设置的孔，第四避让孔为在保持架的第二外壁面上设置的孔，第一外壁面和第二外壁面为第二保持架单元的厚度方向上相对的两个外壁面，第二保持架单元的厚度方向与丝杠1的螺纹面相垂直，第三避让孔和第四避让孔的宽度方向与滚子的轴线相垂直且与第二保持架单元的厚度方向相垂直。第三避让孔和第四避让孔与第二容置腔相连通，第二容置腔的宽度大于第三避让孔和第四避让孔的宽度，第二容置腔的宽度与第二滚子的直径大小大致相等，且第二容置腔的长度与第二滚子的长度大致相等，第二滚子位于第二容置腔内长度方向上相对两内壁面之间。第二滚子保持在第二保持架单元的第二容置腔中不会脱落。

如图3和图4所示，螺旋空间是由丝杠1的第一螺纹面和第二螺纹面与螺母2的第一螺纹面和第二螺纹面包围形成，丝杠1的第一螺纹面和第二螺纹面为位于丝杠1的外螺纹的牙型两侧的表面(丝杠1的第一螺纹面和第二螺纹面之间的夹角即为牙型角)，第一滚子位于丝杠1的第一螺纹面和螺母2的第一螺纹面之间，第一保持架单元也是位于丝杠1的第一螺纹面和螺母2的第一螺纹面之间，第二滚子位于丝杠1的第二螺纹面和螺母2的第二螺纹面之间，第二保持架单元也是位于丝杠1的第二螺纹面和螺母2的第二螺纹面之间。丝杠1的第一螺纹面和第二螺纹面为位于丝杠1的外螺纹的牙型两侧的表面，第一保持架单元的宽度方向与第二保持架单元的宽度方向之间的夹角与牙型角大小相同。丝杠1的第一螺纹面与螺母2的第一螺纹面为相对布置，丝杠1的第二螺纹面与螺母2的第二螺纹面为相对布置，丝杠1的第一螺纹面和螺母2的第一螺纹面位于第一保持架单元的厚度方向上的相对两侧，丝杠1的第二螺纹面和螺母2的第二螺纹面位于第二保持架单元的宽度方向上的相对两侧。

如图3和图4所示，在本实施例中，第一滚子和第二滚子均为圆柱滚子，第一滚子的外圆面与丝杠1的第一螺纹面和螺母2的第一螺纹面相接触且构成线接触，第二滚子的外圆面与丝杠1的第二螺纹面和螺母2的第二螺纹面相接触且构成线接触，螺旋空间的截面形状为矩形，丝杠1与螺母2通过多个第一滚子在丝杠1和螺母2的第一螺纹面上的滚动以及多个第二滚子在丝杠1和螺母2的第二螺纹面上的滚动完成相对运动。

因此，本实施例的丝杠传动机构为第一滚子、第二滚子、保持架、第一弹性件5和第二弹性件7布置在螺纹的两侧，也可以认为是本实施例的丝杠传动机构用于双向受力传动结构的方案。

如图3所示，在本实施例中，丝杠1与螺母2之间通过安装在保持架上的多个第一滚子和第二滚子相互配合，丝杠1的螺纹面与螺母2的螺纹面之间不直接接触，其形成的螺旋空间轴剖面形状类似于“<”或“>”形状。保持架呈螺旋状，保持架的螺距和导程与丝杠1或螺母2的一致，保持架同时对两组滚子进行限位。由保持架与第一滚子和第二滚子形成的组合件的截面形状可以呈“<”形状，布置在丝杠1的螺纹两侧；或呈“>”形状，布置在螺母2的螺纹两侧。第一滚子和第二滚子安装在保持架上，自由状态下，第一滚子和第二滚子不会脱落，且第一滚子和第二滚子可以在保持架内自由旋转。第一滚子和第二滚子连同保持架安装在螺旋空间内，第一滚子和第二滚子的外圆面与丝杠1或螺母2的螺纹面接触。

如图3和图4所示，第一弹性件5优选为螺旋弹簧，第一弹性件5包络体的外廓形状设计为“<”或“>”形状，配合螺旋空间轴剖面的形状。第一弹性件5的外表面与丝杠1的第一螺纹面和第二螺纹面相接触，第一弹性件5的外表面并与螺母2的第一螺纹面和第二螺纹面相接触。第二弹性件7优选为螺旋弹簧，第二弹性件7包络体的外廓形状设计为“<”或“>”形状，配合螺旋空间轴剖面的形状。第二弹性件7的外表面与丝杠1的第一螺纹面和第二螺纹面相接触，第二弹性件7的外表面并与螺母2的第一螺纹面和第二螺纹面相接触。

图3中演示的工作角α为45度，但工作角可以根据要求变化，工作角最小可以设计为0，这时外螺纹和内螺纹都变为矩形螺纹，保持架及第一滚子和第二滚子需要设计为两排，分别分布在螺纹上下侧。

本实施例的丝杠传动机构在工作过程中，丝杠1作为动力输入部件，螺母2作为动力输出部件，丝杠1绕其轴线进行旋转。

本实施例的丝杠传动机构的工作原理如下：

在丝杠传动机构在运转过程中，由于丝杠1进行旋转，保持架、滚子及弹性件布置在螺纹的双侧，丝杠1与螺母2的相对运动均通过螺纹两侧布置的滚子的滚动产生，在丝杠1与螺母2相对运动的往复行程中，螺纹两侧布置的第一滚子和第二滚子交替受力承载，不会出现传动效率下降的情况。在一次工作循环后，正压力从要求值又减少至0，滚子不再受到丝杠1和螺母2的挤压，保持架与第一滚子和第二滚子呈自由状态，在弹性件的作用下回到初始位置，且为下一次工作循环做好准备。

因此，第一滚子是用于在丝杠1沿第一方向进行旋转时，传递丝杠1与螺母2之间的负载；第二滚子是用于在丝杠1沿第二方向进行旋转时，传递丝杠1与螺母2之间的负载。第一方向和第二方向为相反的两个方向，如第一方向为顺时针方向，则第二方向为逆时针方向。

本实施例的丝杠传动机构的传动效率相对于实施例一的丝杠传动机构更加稳定，不会出现传动效率下降的情况。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.丝杠传动机构，包括丝杠、螺母和滚子，丝杠的外螺纹与螺母的内螺纹之间形成螺旋空间，其特征在于：所述丝杠传动机构还包括保持架，所述滚子设置于保持架上，且保持架和滚子位于所述螺旋空间内。

2.根据权利要求1所述的丝杠传动机构，其特征在于：所述滚子为圆柱滚子或圆锥滚子。

3.根据权利要求1或2所述的丝杠传动机构，其特征在于：所述保持架被构造为用于控制所述滚子在运动过程中的倾斜角度处于设定范围内。

4.根据权利要求3所述的丝杠传动机构，其特征在于：所述保持架具有容纳所述滚子的容置腔，滚子在保持架内能够自由旋转。

5.根据权利要求4所述的丝杠传动机构，其特征在于：所述保持架的厚度小于所述滚子的最小直径，滚子的外圆面与所述丝杠和/或所述螺母的螺纹面接触。

6.根据权利要求4所述的丝杠传动机构，其特征在于：所述保持架具有第一避让孔和第二避让孔，所述容置腔位于第一避让孔和第二避让孔之间，所述容置腔的内侧面与滚子的侧面及两个端面间隙接触；所述第一避让孔和第二避让孔两侧至少设有一组凸台，相对应的凸台之间距离小于滚子的直径，滚子分别穿过第一避让孔和第二避让孔与所述丝杠和所述螺母相接触。

7.根据权利要求3所述的丝杠传动机构，其特征在于：所述滚子设置多个，且所有滚子在所述螺旋空间内沿螺旋方向依次布置，螺旋空间的截面为矩形或梯形。

8.根据权利要求3所述的丝杠传动机构，其特征在于：所述滚子包括第一滚子和/或第二滚子，第一滚子和/或第二滚子均设置多个且第一滚子和/或第二滚子形状相同，所有第一滚子和/或第二滚子在所述螺旋空间内沿螺旋方向依次布置，且第一滚子位于所述丝杠的第一螺纹面和所述螺母的第一螺纹面之间，第二滚子位于丝杠的第二螺纹面和螺母的第二螺纹面之间。

9.根据权利要求1或2所述的丝杠传动机构，其特征在于：还包括设置于所述螺旋空间内的第一限位件、第二限位件、第一弹性件和第二弹性件，所述保持架位于第一弹性件和第二弹性件之间，第一弹性件位于保持架和第一限位件之间，第二弹性件位于保持架和第二限位件之间。

10.根据权利要求9所述的丝杠传动机构，其特征在于：所述第一弹性件和所述第二弹性件均为螺旋弹簧，第一弹性件和第二弹性件包络体的侧面与螺旋空间的形状相配合。

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