CN114508570A - 一种润滑冷却的滚珠丝杠装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种润滑冷却的滚珠丝杠装置及工作方法，涉及滚珠丝杠技术领域，包括丝杠和螺母，丝杠与螺母之间形成润滑油腔，润滑油腔内设有密封圈，密封圈外圈连接并贴合螺母；密封圈内圈为弹性面，且弹性面与丝杠外圆周面之间留有可变的封油间隙，螺母轴向两端分别连接密封盖，密封盖与丝杠之间形成回流油腔；润滑油腔通过封油间隙连通回流油腔；针对目前滚珠丝杠润滑效果和散热效果不佳的问题，设置弹性密封圈分割润滑油腔和回流油腔，减少润滑油的外溢，并使回流油腔与润滑油腔之间形成压差，促使润滑油覆盖润滑油腔和回流油腔，润滑油实现全覆盖润滑和换热，提高滚珠丝杠运行平稳性。

Description

一种润滑冷却的滚珠丝杠装置及工作方法

技术领域

本发明涉及滚珠丝杠技术领域，具体涉及一种润滑冷却的滚珠丝杠装置及工作方法。

背景技术

滚珠丝杠为精密机械中应用较为广泛的功能部件，能够将旋转运动转换为线性运动，也能够将扭矩转换为轴向的反复作用力；相较于传统的丝杠滑块结构，在丝杠与滑块的配合位置安装滚珠，将丝杠与滑块配合的滑动摩擦改变为滚动摩擦，进一步减小摩擦阻力，改善传统丝杠滑块机构定位不佳及易损坏的问题。

滚珠丝杠对润滑性的要求更高，其润滑不良时会加速内部结构的磨损，降低滚珠丝杠的使用寿命，而目前通过滴加润滑油或填充润滑脂的方式，在滚珠丝杠频繁工作过程中，润滑剂损耗较快，滚珠丝杠内的滚珠容易处于乏油润滑的状态，增大了运行时的阻力，造成滚珠、滚道的快速磨损，现有通过连续供应润滑油保证内部的润滑剂存留，虽然能够一定程度上解决滚珠丝杠内部过度磨损的问题，但在使用过程中持续供给的润滑油会溢出，导致污染外部工件及润滑油的浪费；同时，滚珠丝杠快速运行时会产生大量的热，内部滚珠的热量难以有效释放，在挤压力和高温影响容易导致滚珠圆度发生变化，使滚珠产生损伤，虽然采用连续供应润滑油能够带走一部分热量，但是在运行过程中受到滚珠运动的影响，润滑油难以流动覆盖整个螺母滑块与丝杠的配合区域，导致散热不均，不同区域存在较大温差，反而容易诱发滚珠的形变损伤，影响滚珠丝杠的运行平稳性和寿命。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种润滑冷却的滚珠丝杠装置及工作方法，设置弹性密封圈分割润滑油腔和回流油腔，减少润滑油的外溢，并使回流油腔与润滑油腔之间形成压差，促使润滑油覆盖润滑油腔和回流油腔，润滑油实现全覆盖润滑和换热，提高滚珠丝杠运行平稳性。

本发明的第一目的是提供一种润滑冷却的滚珠丝杠装置，采用以下方案：

包括丝杠和螺母，丝杠与螺母之间形成润滑油腔，润滑油腔内设有密封圈，密封圈外圈连接并贴合螺母；密封圈内圈为弹性面，且弹性面与丝杠外圆周面之间留有可变的封油间隙，螺母轴向两端分别连接密封盖，密封盖与丝杠之间形成回流油腔；润滑油腔通过封油间隙连通回流油腔。

进一步地，所述回流油腔远离螺母的一端设有封堵件，以封堵回流油腔一端。

进一步地，所述润滑油腔的两端分别设有密封圈，密封圈与丝杠同轴布置，形成径向截面呈环形的封油间隙。

进一步地，所述螺母对应朝向润滑油腔的圆周面上设有安装槽，密封圈外圈嵌入安装槽内固定。

进一步地，所述弹性面探入丝杠螺纹形成的槽体内，并与槽体壁间隔布置。

进一步地，所述弹性面的径向截面呈弧形，弹性面能够在压力作用下发生弹性形变，以改变封油间隙的径向截面大小。

进一步地，所述螺母上设有进油孔，进油孔一端连通润滑油腔，另一端沿螺母径向贯穿螺母侧壁后连通润滑油供给机构。

进一步地，所述密封盖上设有出油孔，出油孔一端连通回流油腔，另一端沿密封盖径向贯穿密封盖后连通润滑油回收机构。

进一步地，所述润滑油供给机构包括油箱和油泵，油泵一端通过管路连通油泵，另一端通过管路接入进油孔；润滑油回收机构包括过滤器，过滤器一端连通油箱，另一端通过管路接入出油孔。

本发明的第二目的是提供一种润滑冷却的滚珠丝杠装置的工作方法，包括以下步骤：

向润滑油腔内充入润滑油，使润滑油腔内压力大于回流油腔内压力；

润滑油腔充满后，润滑油通过封油间隙流入回流油腔，对丝杠、螺母及润滑油腔内进行冷却和润滑；

调节润滑油腔内压力，从而改变封油间隙的径向截面积，调节润滑油流量。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

(1)针对目前滚珠丝杠润滑效果和散热效果不佳的问题，设置弹性密封圈分割润滑油腔和回流油腔，减少润滑油的外溢，并使回流油腔与润滑油腔之间形成压差，促使润滑油覆盖润滑油腔和回流油腔，润滑油实现全覆盖润滑和换热，提高滚珠丝杠运行平稳性。

(2)螺母作为配合丝杠的滑块部分，螺母的轴向两端分别设置密封盖，密封盖配合丝杠形成回流油腔，在丝杠与螺母配合区域的两端分别形成润滑油回收结构，通过主动回收减少润滑油的外泄，从而减少对外部组件的污染和润滑油的浪费。

(3)密封圈与丝杠外圆周之间留有间隙，该间隙在润滑油充满润滑油腔前能够阻挡润滑油进入回流油腔，在润滑油腔充满后，能够在压力作用下使润滑油从润滑油腔溢出至回流油腔；同时在不同压差作用下，能够使密封圈产生不同程度的形变，调节溢出流速，从而对换热效率、冷却效率进行调节。

(4)区别于传统利用润滑油进行冷却的方式；进油孔位于螺母轴向两端之间，从而使得润滑油进入润滑油腔的位置处于两个回流油腔之间，结合压力作用，能够使润滑油在润滑油腔内向两端移动，实现对配合位置的全覆盖，提高换热冷却的均匀度；不同位置处的滚珠分布情况不同，在两端流动阻力不同时，两端独立的密封圈能够在适应流速进行截面积大小的调节，保证换热的均匀度。

(5)通过在回流油腔和润滑油腔之间压力差，使得润滑油能够顺利形成流动，提高换热冷却效率，在配合位置范围内形成流动的润滑油，避免部分区域处于乏油润滑的状态，减小运行阻力并减缓滚珠与滚道的磨损，提高运行的平稳性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1或2中滚珠丝杠装置的示意图；

图2为图1中P处的局部放大示意图。

图中，1、丝杠；2、密封盖；3螺钉；4、密封圈；5、滚珠；6、螺母；7、进油孔；8、节流器；9、封堵件；10、密封件；11、出油孔；12、润滑油腔；13、回流油腔；14、过滤器；15、油箱；16、油泵；17、封油间隙。

具体实施方式

实施例1

本发明的一个典型实施例中，如图1-图2所示，给出一种润滑冷却的滚珠丝杠装置。

如图1所示的润滑冷却的滚珠丝杠装置能够将旋转运动转换为线性运动，通过丝杠1的转动，能够使配合于丝杠1的螺母6沿轴向移动，随着丝杠1的转动方向不同，螺母6能够沿轴线进行线性往复运动，从而带动连接螺母6的外部组件移动。

其中，润滑冷却的滚珠丝杠装置能够解决目前滚珠丝杠的润滑不佳和散热不佳的问题，通过在丝杠1与螺母6之间的润滑油腔12里布置弹性密封圈4，利用弹性密封圈4分割润滑油腔12和回流油腔13，减少润滑油的外溢，并使回流油腔13与润滑油腔12之间形成压差，促使润滑油覆盖润滑油腔12和回流油腔13，润滑油实现全覆盖润滑和换热，提高滚珠丝杠运行平稳性。

具体的，结合图1，润滑冷却的滚珠丝杠装置包括丝杠1和螺母6，螺母6与丝杠1之间设有滚珠5，丝杠1与螺母6之间形成润滑油腔12，滚珠5位于润滑油腔12内；同时，润滑油腔12内设有密封圈4，密封圈4外圈连接并贴合螺母6，密封圈4内圈为弹性面，且弹性面与丝杠1外圆周面之间留有可变的封油间隙17。

如图2所示，密封圈4与丝杠1外圆周之间留有间隙，该间隙在润滑油充满润滑油腔12前能够阻挡润滑油溢出。可以将封油间隙17设置为较小的尺寸，在润滑油充满利用润滑油的表面张力阻挡润滑油穿过封油间隙17，在润滑油腔12充满润滑油后，在压力作用下使润滑油穿过封油间隙17。

另外，也可以使密封圈4内圈接触并贴合丝杠1外圆周面，随着润滑油不断充入润滑油腔12，将润滑油腔12内的空气排出直至润滑油充满润滑油腔12，随着进一步充入润滑油，润滑油挤压密封内圈产生形变，从而实现润滑油的溢出。

可以理解的是，润滑油充入时，优先填充润滑油腔12，在润滑油腔12充满后，能够在压力作用下使润滑油从润滑油腔12溢出。

为了承接溢出的润滑油，避免润滑油外泄导致的污染和浪费问题，螺母6轴向两端分别连接密封盖2，密封盖2与丝杠1之间形成回流油腔13；润滑油腔12通过封油间隙17连通回流油腔13。

由于封油间隙17和密封圈4将润滑油腔12和回流油腔13分割，并使回流油腔13与润滑油腔12之间形成压差，促使润滑油覆盖润滑油腔12和回流油腔13，润滑油实现全覆盖润滑和换热，提高滚珠丝杠运行平稳性。

结合密封盖2结构，螺母6作为配合丝杠1的滑块部分，螺母6的轴向两端分别设置密封盖2，密封盖2配合丝杠1形成回流油腔13，在丝杠1与螺母6配合区域的两端分别形成润滑油回收结构，通过主动回收减少润滑油的外泄，从而减少对外部组件的污染和润滑油的浪费。

如图1所示，对于回流油腔13的形成，在本实施中，回流油腔13靠近螺母6的一端朝向润滑油腔12，并与润滑油腔12通过封堵间隙形成连通，回流油腔13远离螺母6的一端设有封堵件9，以封堵回流油腔13一端，使得回流油腔13形成相对密封的结构。

回流油腔13端部的封堵件9可以选用迷宫密封件，比如密封环、密封油毡等，通过封堵件9将回流油腔13与外界隔离，避免润滑油从回流油腔13端部外泄的问题。

如图1所示，对于润滑油腔12的结构，与密封盖2的分布相适应，螺母6的两端分别连接密封盖2，润滑油腔12的两端分别设置密封圈4，两个密封圈4分别对应位于两端的密封盖2，密封圈4与丝杠1同轴布置。

可以理解的是，丝杠1的径向截面和密封圈4的径向截面均为圆形，在密封圈4套设在丝杠1外后，密封圈4同轴套设在丝杠1外圈，密封圈4与丝杠1之间形成径向截面呈环形的封油间隙17。

需要指出的是，结合上述的密封圈4内圈为弹性面的特性，在密封圈4产生形变时，密封圈4的径向截面面积发生变化，同时也会导致其呈不规则环形，在回流油腔13的压力小于密封圈4的弹力时，密封圈4逐渐恢复原状态。

密封圈4内圈形成的封油间隙17在供润滑油经过时，密封圈4受到润滑油径向的压力作用；同时，由于密封圈4的端面受到润滑油腔12产生的轴向压力作用，密封圈4的轴向两端端面均受到压力作用，由于润滑油腔12、回流油腔13存在压力差，密封圈4受到朝向回流油腔13的轴向力，为了保持密封圈4的位置，可以将密封圈4与螺母6连接。

在本实施例中，为了进一步提高密封圈4位置的稳定性，螺母6对应朝向润滑油腔12的圆周面上设有安装槽，密封圈4外圈嵌入安装槽内固定。

如图1所示，安装槽布置在螺母6的端部位置，并配合密封盖2将密封圈4位置固定；具体的，密封盖2与螺母6之间通过螺钉3连接，并通过密封件10密封，防止润滑油从密封盖2和螺母6之间流出。

可以理解的是，密封盖2与螺母6之间的密封件10可以采用弹性密封圈、密封环等密封元件，满足密封盖2对螺母6两端的密封需求。

如图2所示，在螺母6与丝杠1相对运动的过程中，弹性面探入丝杠1螺纹形成的槽体内，并与槽体壁间隔布置，形成封油间隙17。

在本实施例中，丝杠1上设置的螺纹槽体为弧形断面槽体，因此，将弹性面的径向截面也配置为弧形，弹性面能够在压力作用下发生弹性形变，以改变封油间隙17的径向截面大小。

在不同压差作用下，能够使密封圈4产生不同程度的形变，调节溢出流速，从而对换热效率、冷却效率进行调节。

针对背景技术中的润滑油冷却性能不佳的问题，在本实施例中，螺母6上设有进油孔7，进油孔7一端连通润滑油腔12，另一端沿螺母6径向贯穿螺母6侧壁后连通润滑油供给机构；密封盖2上设有出油孔11，出油孔11一端连通回流油腔13，另一端沿密封盖2径向贯穿密封盖2后连通润滑油回收机构。

通过润滑油供给机构和润滑油回收机构，形成润滑油在丝杠1和螺母6配合位置的循环，润滑油在为配合位置提供润滑作用的同时，能够与配合位置的滚珠5、丝杠1和螺母6进行热交换，并将升温后的润滑油排出至润滑油回收机构，随着不断注入较低温度的润滑油与滚珠丝杠装置进行热交换，达到对其整体的冷却。

如图1所示，在本实施例中，润滑油供给机构包括油箱15和油泵16，油泵16一端通过管路连通油泵16，另一端通过管路接入进油孔7；润滑油回收机构包括过滤器14，过滤器14一端连通油箱15，另一端通过管路接入出油孔11。

为了方便对润滑油的注入速度进行控制，在本实施例中，进油孔7位置设置有节流器8，对进入润滑油腔12内润滑油的流速进行控制；润滑油在经过过滤后通过外部回流管路进入油箱15得到回收，在油箱15内进行冷却，通过油泵16将冷却后的润滑油输入润滑油腔12和回流油腔13，达到冷却作用。

通过在回流油腔13和润滑油腔12之间压力差，使得润滑油能够顺利形成流动，提高换热冷却效率，在配合位置范围内形成流动的润滑油，避免部分区域处于乏油润滑的状态，减小运行阻力并减缓滚珠5与滚道的磨损，提高运行的平稳性。

实施例2

本发明的另一典型实施方式中，如图1-图2所示，给出一种润滑冷却的滚珠丝杠装置的工作方法。

结合实施例1中的润滑冷却的滚珠丝杠装置，该工作方法的步骤如下：

向润滑油腔12内充入润滑油，使润滑油腔12内压力大于回流油腔13内压力；

润滑油腔12充满后，润滑油通过封油间隙17流入回流油腔13，对丝杠1、螺母6及润滑油腔12内进行冷却和润滑；

通过节流器8调节润滑油腔12内压力，从而改变封油间隙17的径向截面积，调节润滑油流量。

区别于传统利用润滑油进行冷却的方式；本实施例中，将进油孔7配置为位于螺母6轴向两端之间，从而使得润滑油进入润滑油腔12的位置处于两个回流油腔13之间，结合压力作用，能够使润滑油在润滑油腔12内向两端移动，实现对配合位置的全覆盖，提高换热冷却的均匀度。

滚珠丝杠在工作时，不同位置处的滚珠5分布情况不同，在两端流动阻力不同时，两端独立的密封圈4能够在适应流速进行截面积大小的调节，形成相适应的流速，保证换热的均匀度，同时保证润滑效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种润滑冷却的滚珠丝杠装置，其特征在于，包括丝杠和螺母，丝杠与螺母之间形成润滑油腔，润滑油腔内设有密封圈，密封圈外圈连接并贴合螺母；密封圈内圈为弹性面，且弹性面与丝杠外圆周面之间留有可变的封油间隙，螺母轴向两端分别连接密封盖，密封盖与丝杠之间形成回流油腔；润滑油腔通过封油间隙连通回流油腔。

2.如权利要求1所述的润滑冷却的滚珠丝杠装置，其特征在于，所述回流油腔远离螺母的一端设有封堵件，以封堵回流油腔一端。

3.如权利要求1所述的润滑冷却的滚珠丝杠装置，其特征在于，所述润滑油腔的两端分别设有密封圈，密封圈与丝杠同轴布置，形成径向截面呈环形的封油间隙。

4.如权利要求1所述的润滑冷却的滚珠丝杠装置，其特征在于，所述螺母对应朝向润滑油腔的圆周面上设有安装槽，密封圈外圈嵌入安装槽内固定。

5.如权利要求1所述的润滑冷却的滚珠丝杠装置，其特征在于，所述弹性面探入丝杠螺纹形成的槽体内，并与槽体壁间隔布置。

6.如权利要求5所述的润滑冷却的滚珠丝杠装置，其特征在于，所述弹性面的径向截面呈弧形，弹性面能够在压力作用下发生弹性形变，以改变封油间隙的径向截面大小。

7.如权利要求1所述的润滑冷却的滚珠丝杠装置，其特征在于，所述螺母上设有进油孔，进油孔一端连通润滑油腔，另一端沿螺母径向贯穿螺母侧壁后连通润滑油供给机构。

8.如权利要求7所述的润滑冷却的滚珠丝杠装置，其特征在于，所述密封盖上设有出油孔，出油孔一端连通回流油腔，另一端沿密封盖径向贯穿密封盖后连通润滑油回收机构。

9.如权利要求8所述的润滑冷却的滚珠丝杠装置，其特征在于，所述润滑油供给机构包括油箱和油泵，油泵一端通过管路连通油泵，另一端通过管路接入进油孔；润滑油回收机构包括过滤器，过滤器一端连通油箱，另一端通过管路接入出油孔。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的润滑冷却滚珠丝杠装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

向润滑油腔内充入润滑油，使润滑油腔内压力大于回流油腔内压力；

润滑油腔充满后，润滑油通过封油间隙流入回流油腔，对丝杠、螺母及润滑油腔内进行冷却和润滑；

调节润滑油腔内压力，从而改变封油间隙的径向截面积，调节润滑油流量。

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