CN116241624A - 一种行星滚柱丝杠副 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种行星滚柱丝杠副，属于传动装置技术领域。包括丝杠、行星滚柱和螺母，所述丝杠穿设在螺母内，且所述丝杠的轴线与螺母轴线重合，多个所述行星滚柱环绕所述丝杠均匀的安装，每个所述行星滚柱均具有两段或两段以上的螺纹区段，相邻两段所述螺纹区段之间设有光杆段，所述行星滚柱包括原相位区段和变相位区段。本发明以行星滚柱作为改变预紧力的施加对象，只改变滚柱螺纹的分布方式，即可同时消除滚柱与丝杠、滚柱与螺母螺纹之间的双侧轴向传动间隙，使行星滚柱丝杠副中的预紧力对称、均匀，以消除反向爬行、冲击等不良现象，进而提高滚珠丝杠副的轴向传动刚度、反向传动精度及使用寿命。

Description

一种行星滚柱丝杠副

技术领域

本发明涉及一种行星滚柱丝杠副，属于传动装置技术领域。

背景技术

行星滚柱丝杠副是一种可将旋转运动和直线运动相互转化的机械传动装置，如图1所示，由丝杠、螺母、滚动体、行星架、内齿圈等组成。行星滚柱丝杠副的滚动体为行星滚柱，与常用的滚珠丝杠副相比，行星滚柱丝杠副具有多点、多副、多体的传动特点，从而决定其推力大、精度高、刚性大、寿命长、动态性能好、安装维护方便等优点。

随着自动化、智能化及现代高端制造业的迅速发展，行星滚柱丝杠副已广泛应用于机器人、注塑机、高精密重载机床等中、高负载的高端精密装备领域。此类高端精密装备面临频繁换向的工作需求。在较大负载的作用下，丝杠与滚柱、滚柱与螺母的螺纹啮合处将产生较大接触应力及接触变形，因而螺纹滚道的接触点对侧将产生一定的轴向传动间隙，如图3、4所示，当行星滚柱向右旋转前进时，行星滚柱与丝杠的啮合点在行星滚柱轴线下方的螺牙轮廓的a侧，在b侧与丝杠的螺牙之间具有一个轴向传动间隙，行星滚柱与螺母的啮合点在行星滚柱轴线上方的螺牙轮廓的b＇侧，在a＇侧与螺母的螺牙具有一个轴向传动间隙。因此，在启动、停止特别是换向时刻，行星滚柱丝杠副的轴向传动间隙将导致爬行、冲击等不良现象，因而降低了滚柱丝杠副的精度、传动刚度及使用寿命。

为消除或减小此类轴向传动间隙，需对行星滚柱丝杠副施加预紧力。目前，行星滚柱丝杠副多以螺母为预紧力的施加对象，如采用双螺母螺纹预紧、双螺母齿差式预紧、分体式剖切螺母预紧等方式。然而，双螺母方式将增加螺母的长度，增大占用的轴向空间；螺母螺纹一般为多头，双螺母会增大螺母结构的复杂性，增加了设计、加工及装配成本；分体式剖切螺母破坏了螺母螺旋滚道的连续性，会对行星滚柱丝杠副承载能力、传动效率以及使用寿命等带来负面影响。同时，行星滚柱丝杠传动副螺纹的接触方式为两类：丝杠与滚柱、滚柱与螺母。仅通过螺母的预紧方式只能消除或减小螺母与滚柱之间的螺纹间隙，不能消除或减小滚柱与丝杠之间的螺纹间隙。

此外，适当调整螺母、滚柱以及丝杠螺纹滚道中径尺寸也可对滚柱丝杠副施加预紧，但对应用最广泛的多头螺纹的丝杠与螺母加工精度提出了更高的要求，在一定程度上也降低了行星滚柱丝杠副的承载能力，增加了维护难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的技术方案以改善或解决如上所述的现有技术中存在的技术问题。

本发明提供的技术方案如下：一种行星滚柱丝杠副，包括丝杠、行星滚柱和螺母，所述丝杠穿设在螺母内，且所述丝杠的轴线与螺母轴线重合，多个所述行星滚柱环绕所述丝杠均匀的安装，每个所述行星滚柱均具有两段或两段以上的螺纹区段，相邻两段所述螺纹区段之间设有光杆段，所述螺纹区段包括原相位区段和变相位区段。

本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明以中间传动件行星滚柱作为改变预紧力的施加对象，只改变滚柱螺纹的分布方式，即可同时消除滚柱与丝杠、滚柱与螺母螺纹之间的双侧轴向传动间隙，使行星滚柱丝杠副中的预紧力对称、均匀，以消除反向爬行、冲击等不良现象，进而提高滚珠丝杠副的轴向传动刚度、反向传动精度及使用寿命，本发明的实施方法简单，无需增加螺母结构及制作的复杂性，其传动平稳、结构紧凑、空间利用率高。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述行星滚柱的两端部设有轮齿，所述行星滚柱的两端还分别设有轴颈，所述螺母内设有内齿圈和行星架，所述轮齿与所述内齿圈啮合，所述轴颈安装在所述行星架上。

进一步的，所述行星架为带中心孔的薄圆锥零件，所述中心孔周围均匀分布若干个圆周阵列的小孔。

进一步的，在所述行星滚柱的同一轴向牙顶线上，所述变相位区段的各个牙顶起始位置比常规行星滚柱对应的牙顶位置具有前/后偏移量s。

进一步的，所述s为1‰-10‰的螺距。

进一步的，所述s小于或等于滚柱螺纹与丝杠螺纹之间的轴向传动间隙。

进一步的，所述螺纹区段分奇数段和偶数段，所述奇数段为原相位区段，所述偶数段为变相位区段，或者所述奇数段为变相位区段，所述偶数段为原相位区段。

采用上述进一步的有益效果是：原相位区段和变相位区段间隔分布，保证行星滚柱受力均匀，当行星滚柱的奇数段为原相位区段时，则其首段螺纹区段为原相位区段，能够使行星滚柱在丝杠和螺母上更顺利地旋入旋出。

进一步的，所述原相位区段和变相位区段的螺距相等。

采用上述进一步的有益效果是：使滚柱丝杠副正常工作。

进一步的，所述光杆段的直径小于所述螺纹区段的外螺纹小径。

采用上述进一步的有益效果是：所述光杆段不仅在螺纹加工时方便退刀，而且能够实现行星滚柱螺纹分区段的加工。

进一步的，所述光杆段的长度大于一个螺距。

进一步的，原相位区段与变相位区段的数量相同。

采用上述进一步的有益效果是：这样滚柱丝杠副在正向传动时所述滚柱丝杠的受力大小与在反向传动时所述滚柱丝杠的受力大小相等或相近，这样稳定性更好。

进一步的，每段所述螺纹区段的长度相等。

采用上述进一步的有益效果是：使行星滚柱受力均匀。

附图说明

图1为现有行星滚柱丝杠副的结构示意图；

图2为现有行星滚柱的结构示意图；

图3现有滚柱丝杠副中螺纹滚道的接触点对侧产生的轴向传动间隙结构示意图；

图4为图3中A处放大结构示意图；

图5为本发明的滚柱螺纹分区段变相位的方法原理图；

图6为本发明的滚柱螺纹变相位的原理图；

图7为图6的B处放大结构示意图；

图8为本发明的螺纹分区段变相位后的行星滚柱对丝杠和螺母的同时预紧时的结构示意图；

图9为图8中C处放大结构示意图；

图10为图8中D处放大结构示意图；

图11为本发明的行星架的结构示意图；

图12为本发明的内齿圈的结构示意图；

图13为本发明的螺母单元的结构示意图；

图14为本发明的行星滚柱丝杠副的结构示意图；

图中，1、丝杠；2、行星滚柱；201、第一段螺纹区段；202、第二段螺纹区段；203、第三段螺纹区段；204、第四段螺纹区段；205、轮齿；206、轴颈；3、螺母；4、光杆段；6、内齿圈；7、行星架。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图14所示，一种行星滚柱丝杠副，包括丝杠1、行星滚柱2和螺母3，所述丝杠1穿设在螺母3内，且所述丝杠1的轴线与螺母3轴线重合，多个所述行星滚柱2环绕所述丝杠1均匀的安装，每个所述行星滚柱2均具有两段或两段以上的螺纹区段，相邻两段所述螺纹区段之间设有光杆段4，所述螺纹区段包括原相位区段和变相位区段，所述行星滚柱2与丝杠1的外螺纹及螺母3的内螺纹同时啮合。

所述行星滚柱2的螺纹并非如图2所示的传统的整段式连续螺纹，而是如图5所示的分区段变相位的间断螺纹，分区段变相位的间断螺纹设计能够使行星滚柱2与丝杠1的外螺纹及螺母3的内螺纹同时无间隙整体式啮合。

需要首先说明的是，所述原相位区段指此区段的螺纹在滚柱上维持原有的形位分布，满足原有的相位角的对应关系。原有的相位角的对应关系是指在现有的行星滚柱2丝杠1结构中，行星滚柱2上的螺纹结构及两端的轮齿205结构需要根据在周向上的形位分布，满足相位角的对应关系，使得行星滚柱2在任意位置时，能够同时满足行星滚柱2上的螺纹与丝杆上的外螺纹、行星滚柱2上的螺纹与螺母3的内螺纹、轮齿205与内齿圈6的啮合。

如图6和图7所示，在所述行星滚柱2的同一轴向牙顶线上，所述变相位区段的各个牙顶起始位置比常规行星滚柱2对应的牙顶位置具有前/后偏移量s。所述s为1‰-10‰的螺距，所述s小于或等于滚柱螺纹与丝杠螺纹之间的轴向传动间隙。需要说明的是，所述常规行星滚柱2是指其外螺纹为连续的原相位螺纹的行星滚柱2，在图5中，上方的行星滚柱2为常规的行星滚柱，在图6中，下方的行星滚柱2为常规的行星滚柱。

行星滚柱2螺纹分区段的方法如下：如图5所示，根据行星滚柱2的长度，将假设的整段式连续螺纹进行适当的分区段处理，区段至少分为两段；每区段的长度相等，每区段所含完整的螺纹圈数相等；相邻两段螺纹区段之间设有光杆段4，所述光杆段4为螺纹退刀槽，光杆段4的直径略小于螺纹的内径，光杆段4的长度等于若干个完整螺距，在本实施例中，光杆段4的长度等于2个螺距，当然，所述光杆段4的长度可以为更长或更短；如图5所示为行星滚柱2螺纹分区段变相位的方法原理图，分区段时，每个螺纹区段的起点对应在假设的整段式连续螺纹上的径向截面的相位相同。

行星滚柱2螺纹变相位的方案如下：从左至右，将所述螺纹区段分奇数段和偶数段，保持约一半区段为原相位区段，原相位区段与变相位区段的数量相同，这样滚柱丝杠副在正向传动时所述滚柱丝杠的受力大小与在反向传动时所述滚柱丝杠的受力大小相等或相近，这样稳定性更好。另外，在本实施例中，第奇数段的螺纹区段为原相位区段，可以保证行星滚柱2的首段螺纹区段为原相位区段。将剩余区段作为变相位区段，即将第偶数段的螺纹区段作为变相位区段，适当增大或减小第偶数段的螺纹区段的起点的相位角，即通过旋转螺纹的方式实现变相位区段螺纹旋转前进或旋转后退，在所述滚柱的同一轴向牙顶线上，所述变相位区段的各个牙顶起始位置比常规行星滚柱2对应的牙顶位置具有前/后偏移量s，如图6和7所示。通过上述变相位方法，一方面可适当增大或减小变相位区段螺纹与原相位区段螺纹之间的距离，达到啮合过程中行星滚柱2对丝杠1和螺母3同时预紧的目的，如图8-9所示；另一方面还能保证变相位区段的螺纹在丝杠1和螺母3上仍能顺利地旋入旋出，使滚柱丝杠1副正常工作。

如图5所示，所述行星滚柱2具有四段螺纹区段，第一段螺纹区段201和第三段螺纹区段203为原相位区段，第二段螺纹区段202和第四段螺纹区段204为变相位区段。

另外，在本实施例中，所述行星滚柱2还包括轮齿205和轴颈206，两段所述轮齿205分别设置在所述行星滚柱2的两端，所述轴颈206为圆柱。如图13所示，所述螺母3带三段阶梯内孔，两端孔的内径大于中间孔的内径，两端孔与中间孔分界处形成两个台阶面。中间孔设有内螺纹，与行星滚柱2的外螺纹啮合。两端孔表面光滑，分别各安装1个内齿圈6和1个行星架7，所述轮齿205与所述内齿圈6啮合，所述轴颈206安装在所述行星架7上，本发明中螺纹分区段变相位的行星滚柱2和行星架7组成行星滚柱单元，行星滚柱单元通过内齿圈6及弹性开口挡圈安装在螺母3中，螺母3、内齿圈6、行星架7和弹性开口挡圈组成螺母单元，丝杠1嵌入行星滚柱单元后可自动形成一种行星滚柱丝杠副(如图14所示)。更具体的，所述行星滚柱2的两端为直径小于外螺纹小径的光滑圆柱状轴颈206，如图5所示；行星架7安装在螺母3两端，将光滑圆柱状轴颈206插入行星架7的阵列孔内，如图11所示，使行星滚柱2径向均匀分布；光滑圆柱状轴颈206与中间螺纹区段之间为轮齿205，如图5所示，分别与螺母3两端的内齿圈6啮合，如图12、14所示；通过行星架7和内齿圈6的约束可实现丝杠1周围行星滚柱2的行星运动。

在本实施例中，丝杠1带多头外螺纹，牙型为三角形；螺母3带多头内螺纹，牙型为三角形；行星滚柱2带单头外螺纹，牙型为圆弧形，行星滚柱2为11个。

如图12所示，所述内齿圈6为圆环结构，通过靠近轮齿205侧的底面与螺母3两端的台阶面轴向定位，其外圆面与螺母3的两端孔过盈配合定位。内齿圈6的内孔面沿轴向分为两部分；一半带内齿，与行星滚柱2两端的轮齿205啮合；另一半为光滑表面，其内径小于内齿齿根的直径，内齿的侧面可形成行星架7的轴向定位面；光滑表面安装行星架7，光滑表面的长度大于行星架7的长度，剩余光滑部分的中间位置设有环状凹槽，可安装弹性开口挡圈，将行星架7轴向固定在内齿圈6中。

如图11所示，所述行星架7为带中心大孔的薄圆锥零件，其圆锥面为弹性开口挡圈的约束面，其中心孔周围均匀分布若干个圆周阵列的小孔，小孔为行星滚柱2的约束孔。行星架7的大底面为行星滚柱2的轴向限位面，限制行星滚柱2与螺母3的轴向相对位置。

以具有两段螺纹区段的行星滚柱2为例，第一段螺纹区段201为原相位区段，第二段螺纹区段202为变相位区段，其行星滚柱丝杠副的工作原理如下：

如图8、9所示，丝杠1为驱动轴，当丝杠1向右旋转前进时，在第一段螺纹区段201为原相位区段，行星滚柱2与丝杠1的无间隙啮合点在行星滚柱2轴线下方的螺牙轮廓的a₁侧，行星滚柱2轴线下方的螺牙轮廓的b₁侧与丝杠1的螺牙之间具有一个轴向传动间隙；第二段螺纹区段202为变相位区段，即适当增大或减小第二段的螺纹区段的起点的相位角，此时，如图8、10所示，在第二段螺纹区段202内，行星滚柱2与丝杠1的无间隙啮合点在行星滚柱2轴线下方的螺牙轮廓的b₂侧，行星滚柱2轴线下方的螺牙轮廓的a₂侧与丝杠1的螺牙之间具有一个轴向传动间隙；调整螺母3与行星滚柱2的对合位置，如图8、9所示，在第一段螺纹区段201内，使行星滚柱2与螺母3的无间隙啮合点在行星滚柱2轴线上方的螺牙轮廓的a₁＇侧，行星滚柱2与螺母3在b₁＇侧具有一个轴向传动间隙；而在第二段螺纹区段202内，如图8、10所示，行星滚柱2与螺母3的无间隙啮合点会在行星滚柱2轴线上方的螺牙轮廓的b₂＇侧，行星滚柱2与螺母3在a₂＇侧具有一个轴向传动间隙。因此，当丝杠1向右旋转前进时，行星滚柱2的受力点在第一段螺纹区段201内的a₁侧和第二段螺纹区段202内的b₂＇侧，在所述丝杠1与所述行星滚柱2的螺纹在第一段螺纹区段201内的a₁侧曲面无间隙啮合并推动所述行星滚柱2沿轴向向右运动，所述行星滚柱2的螺纹在在第二段螺纹区段202内的b₂＇侧曲面与所述螺母3无间隙啮合并推动所述螺母3沿轴向向右运动。反之，当丝杠1向左旋转后退时，行星滚柱2的受力点在第二段螺纹区段202内的b₂侧和第一段螺纹区段201内的a₁＇侧，所述丝杠1与所述行星滚柱2的螺纹在在第二段螺纹区段202内的b₂侧曲面无间隙啮合并推动所述行星滚柱2沿轴向向左运动，所述丝杠1与所述螺母3的螺纹在在第一段螺纹区段201内的a₁＇侧曲面无间隙啮合并推动所述螺母3沿轴向向左运动。不仅当换向时消除了行星滚柱2与丝杠1、行星滚柱2与螺母3螺纹之间的双侧轴向传动间隙，并且还使行星滚柱丝杠副中的预紧力对称、均匀。

因此，分区段变相位结构的行星滚柱2能够改变行星滚柱2与丝杠1及螺母3的啮合点位置，消除行星滚柱2与丝杠1、行星滚柱2与螺母3螺纹之间的双侧轴向传动间隙，使行星滚柱丝杠副中的预紧力对称、均匀，以消除反向爬行、冲击等不良现象，进而提高滚珠丝杠1副的轴向传动刚度、反向传动精度及使用寿命。

本发明实施方法简单，无需增加螺母3结构及制作的复杂性，仅通过对滚柱螺纹进行分区段变相位，即可同时消除或减小滚柱与丝杠1、滚柱与螺母3之间螺纹的反向间隙，增加行星滚柱丝杠副整体预紧力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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)

1.一种行星滚柱丝杠副，其特征在于，包括丝杠(1)、行星滚柱(2)和螺母(3)，所述丝杠(1)穿设在螺母(3)内，且所述丝杠(1)的轴线与螺母(3)轴线重合，多个所述行星滚柱(2)环绕所述丝杠(1)均匀的安装，每个所述行星滚柱(2)均具有两段或两段以上的螺纹区段，相邻两段所述螺纹区段之间设有光杆段(4)，所述螺纹区段包括原相位区段和变相位区段，所述行星滚柱(2)与丝杠(1)的外螺纹及螺母(3)的内螺纹同时啮合。

2.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠副，其特征在于，所述行星滚柱(2)的两端部设有轮齿(205)，所述行星滚柱(2)的两端还分别设有轴颈(206)，所述螺母(3)内设有内齿圈(6)和行星架(7)，所述轮齿(205)与所述内齿圈(6)啮合，所述轴颈(206)安装在所述行星架(7)上。

3.根据权利要求2所述的行星滚柱丝杠副，其特征在于，所述行星架(7)为带中心孔的薄圆锥零件，所述中心孔周围均匀分布若干个圆周阵列的小孔。

4.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠副，其特征在于，在所述行星滚柱(2)的同一轴向牙顶线上，所述变相位区段的各个牙顶起始位置比常规行星滚柱(2)对应的牙顶位置具有前/后偏移量s。

5.根据权利要求4所述的行星滚柱丝杠副，其特征在于，所述s为1‰-10‰的螺距。

6.根据权利要求4所述的行星滚柱丝杠副，其特征在于，所述s小于或等于滚柱螺纹与丝杠螺纹之间的轴向传动间隙。

7.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠副，其特征在于，所述螺纹区段分奇数段和偶数段，所述奇数段为原相位区段，所述偶数段为变相位区段，或者所述奇数段为变相位区段，所述偶数段为原相位区段。

8.根据权利要求1～7任意一项所述的行星滚柱丝杠副，其特征在于，所述原相位区段和变相位区段的螺距相等。

9.根据权利要求1～7任一项所述的行星滚柱丝杠副，其特征在于，所述光杆段(4)的直径小于所述螺纹区段的外螺纹小径。

10.根据权利要求9所述的行星滚柱丝杠副，其特征在于，所述光杆段(4)的长度大于1个螺距。

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