CN1260499C - 滚珠丝杠机构 - Google Patents

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Abstract

一种滚珠丝杠机构，包括：金属材料的滚珠丝杠轴(14)，该滚珠丝杠轴(14)与旋转驱动源(12)同轴连接；树脂材料的螺母部件(18)，该螺母部件(18)拧到滚珠丝杠轴(14)上；以及板部件(20)，该板部件(20)通过螺钉部件(34)固定在螺母部件(18)的上表面上；以及滚珠(30)，该滚珠(30)布置在形成于螺母部件(18)中并由板部件(20)封闭的通道(32)上，且该滚珠(30)安装在滚珠丝杠轴(14)和螺母部件(18)的螺纹槽(26a、26b)中。

Description

滚珠丝杠机构
技术领域
本发明涉及一种滚珠丝杠机构，用于使螺纹拧在滚珠丝杠轴上的螺母部件通过旋转驱动源的驱动而沿轴向运动。
背景技术
通常，螺纹部分刻在滑动丝杠轴的外周表面上，该滑动丝杠轴可在旋转驱动源例如马达的旋转作用下而旋转。金属材料的螺母部件螺纹拧在滑动丝杠的螺纹部分上。内螺纹部分形成于螺母部件中，以便能拧到滑动丝杠轴的螺纹部分上。螺母沿旋转方向的运动受到限制，使得滑动丝杠轴的旋转运动转变成螺母部件的线性运动。因此，螺母部件可以沿轴向移动。
不过，在上述普通的滑动丝杠中，当螺母部件沿滑动丝杠轴的轴向移动时，在滑动丝杠轴的螺纹部分与螺母部件的内螺纹部分啮合的同时进行移动。而且，在螺纹部分和内螺纹部分之间出现摩擦阻力，这样，当滑动丝杠轴的旋转运动转变成螺母部件的线性运动时，传动效率较低。
而且，滑动丝杠轴和螺母部件由于摩擦阻力而磨损。因此，由于多年的使用而使耐久性降低。
另一方面，为了提高耐久性和提高将驱动力从滑动丝杠轴传递给螺母部件的传动效率，采用滚珠丝杠以代替上述滑动丝杠，在滚珠丝杠中，钢珠放入螺纹部分和内螺纹部分之间。这时，需要研磨螺母部件的内螺纹部分的、其中布置有钢珠槽，以便提高表面精度。
还有，为了减小滚珠丝杠轴的螺纹部分的磨损，希望能加热该滚珠丝杠轴，以便硬化滚珠丝杠轴的表面。在热处理过程中，由于加热，滚珠丝杠轴的轴心等处可能产生某些变形。因此，还需要校正滚珠丝杠轴的变形等。
也就是，当采用滚珠丝杠时，与滑动丝杠相比，例如还需要研磨、加热和校正变形。因此，生产步骤复杂，从而增加成本。
而且，当螺母部件沿轴向相对于滚珠丝杠轴的螺纹部分移动时，钢珠中的滚转阻力升高。为此，采用润滑油，以便减小滚转阻力。不过，它需要定期供给润滑剂，且定期维修工作复杂。
发明内容
本发明的总目的是提供一种滚珠丝杠机构，该滚珠丝杠机构能够通过将树脂材料的螺母部件可移动地拧在滚珠丝杠轴上而降低成本和提高耐久性。
附图说明
通过下面的说明并结合附图，将更清楚本发明的上述和其它目的、特征和优点，在附图中，通过图示实例表示了本发明的优选实施例。
图1是表示本发明实施例的滚珠丝杠机构的透视图；
图2是表示图1中所示的滚珠丝杠机构的纵剖图；
图3是表示图2中所示的螺母部件的内螺纹部分的放大纵剖图；
图4是表示促动器的横剖图，图1中所示的滚珠丝杠机构用于该促动器；以及
图5是表示图4中所示的促动器的纵剖图。
具体实施方式
参考图1和2，参考标号10表示本发明实施例的滚珠丝杠机构。
滚珠丝杠机构10包括：滚珠丝杠轴14，该滚珠丝杠轴14与旋转驱动源12的未示出驱动轴同轴连接；螺母部件18，内螺纹部分16(见图2)穿过该螺母部件18形成，以便拧到滚珠丝杠轴14上；以及板部件20，该板部件20封闭螺母部件18的安装孔28，如后面所述。
如图2所示，由金属材料形成的滚珠丝杠轴14包括刻在外周表面上的外螺纹部分22。滚珠丝杠轴14包括连接部分24a、24b，该连接部分24a、24b布置在两端，且该连接部分24a、24b的直径减小预定长度，以便与旋转驱动源12等相连。螺纹槽(第一螺纹槽)26a形成于外螺纹部分22上。该螺纹槽26a有基本半圆形横截面，这样，多个钢珠30布置在该螺纹槽上。
螺母部件18有：柱形部分31，该柱形部分31通过对树脂材料进行注射模制而形成；以及凸缘部分33，该凸缘部分33形成于该柱形部分31的一端处。安装孔28形成于该柱形部分31的外周表面上。在安装孔28内形成有用于钢珠30的通道32，以便在螺母部件18的移动过程中使该钢珠30能够运动。基本矩形的板部件20通过一对螺钉部件34而固定在安装孔28上，从而封闭该安装孔28(见图1)。安装在安装孔上的板部件20形成为使得板部件20的外周表面基本与螺母部件18的外周表面平齐。
金属材料制成的多个钢珠30可在滚珠丝杠轴14的外螺纹部分22的螺纹槽26a和螺母部件18的内螺纹部分16的螺纹槽(第二螺纹槽)26b之间滚动和/或滑动。螺纹槽26b有基本半圆形的横截面，这样，多个钢珠30布置在该螺纹槽26b上。多个钢珠30连续布置在滚珠丝杠轴14和螺母部件18的相应螺纹槽26a、26b上。当螺母部件18移动时，这些钢珠30沿螺纹槽26a、26b的外周表面滚动和/或滑动。螺纹拧在滚珠丝杠轴14上的螺母部件18将通过未示出的固定部件来防止绕滚珠丝杠轴14的中心沿旋转方向运动。
通道32具有由板部件20封闭的基本C形横截面。通道32在一端的第一开口36朝着滚珠丝杠轴14的螺纹槽26a开口。同样，布置在另一端的第二开口38朝着滚珠丝杠轴14的螺纹槽26a开口。第一和第二开口36、38与通道32连通。该第一和第二开口36、38布置成这样，当第一开口36恰好位于螺纹槽26a上面时，第二开口38也恰好位于螺纹槽26a的另一部分的上面。
也就是，当螺母部件18沿滚珠丝杠轴14轴向移动时，布置在沿移动方向靠前分布的螺纹槽26a上的钢珠30从第一开口36进入通道32内。预先布置在通道32内的钢珠30受到从第一开口36进入通道32内的钢珠的挤压，该钢珠30将从第二开口38供给沿移动方向靠后分布的螺纹槽26a内。
在该结构中，通道32由板部件20封闭。因此，进入通道32中的钢珠30不会离开通道32。当拆开板部件20时，可以很容易地对通道32的内部进行维修以及执行钢珠30的更换操作。
通常由金属材料形成的螺母部件将由低表面硬度的树脂材料形成。因此，当螺母部件18沿滚珠丝杠轴14移动时，施加在滚珠丝杠轴14上的负载(例如惯性)将在滚动过程中减小。因此，可以由具有较低硬度的金属材料来形成滚珠丝杠轴14，例如由轻金属或软钢(例如铝)。因此，可以减小滚珠丝杠轴14的重量以及施加在旋转驱动源12上的驱动负载。这样，可以采用小规格的旋转驱动源。
当螺母部件18由具有相对较低表面硬度的树脂材料形成时，与金属材料的普通螺母部件相比，可以降低滚珠丝杠轴14的外螺纹部分22表面的表面硬度。因此，不需要加热滚珠丝杠轴14以增加表面硬度。而且，例如还不需要校正由热处理引起的、滚珠丝杠轴14的轴心的变形。
板部件20例如通过利用树脂材料例如PBF(聚对苯二甲酸丁二酯)进行注射模制而形成。板部件20通过螺钉部件34而安装在螺母部件18的安装孔28上。
如图3所述，环形油槽40形成于螺母部件18的螺纹槽26b上。该环形油槽40沿螺纹槽26b的周围表面延伸，并离开上面布置钢珠30的螺纹槽26b的底部预定长度。油槽40从螺纹槽26b的周围表面凹入预定深度。油槽40充满润滑剂42(例如油脂)。当在螺母部件18的移动中润滑剂42涂覆在钢珠30表面上时，在钢珠30的表面上形成油膜。因此，钢珠30能够在螺纹槽26b的周围表面上光滑滚动和/或滑动。油槽40可以通过注射模制而很容易地形成。
润滑剂42包括基于烯烃的油脂。该基于烯烃的油脂适于树脂材料。因此，可以合适润滑由树脂材料形成的螺母部件18。从而可以更好地在钢珠30表面上形成油膜。因此，可以减小磨损，并可以提高耐久性。
当用作润滑剂42的、基于烯烃的油脂的运动粘度不小于0.002m2/s时，将以如下方式工作。当施加在滚珠丝杠机构10中的钢珠30上的负载较小时，钢珠30沿螺纹槽26a、26b滑动。当施加在钢珠30上的负载较大时，钢珠30沿螺纹槽26a、26b滚动。
用于滚珠丝杠轴的普通油脂等的运动粘度为大约0.0001m2/s。因此，形成于钢珠表面上的油膜较薄。当钢珠在螺纹槽上滑动时，表面将缺乏油膜，从而逐渐产生磨损。
在本发明中，用作润滑剂42的油脂的运动粘度不小于0.002m2/s，形成于钢珠30的表面上的油膜较厚。因此，当钢珠30沿螺纹槽26a、26b滑动以及当钢珠30沿螺纹槽26a、26b滚动时，润滑剂42的润滑都很有效。因此，可以合适提高滚珠丝杠机构10的耐久性。
而且，在螺纹槽26b的底部形成间隙44。当钢珠30布置在螺纹槽26b上时，该间隙44稍微从钢珠30的外周表面凹入。因此，该间隙44也以与油槽40相同的方式而充满润滑剂42。从而可以利用润滑剂42来在钢珠30的表面上合适形成油膜。
本发明实施例的滚珠丝杠机构10的基本结构如上所述下面将介绍它的工作、功能和效果。
当未示出的电源向旋转驱动源12供电时，与未示出的驱动轴相连的滚珠丝杠轴14将旋转。如图1所示，当滚珠丝杠轴14沿箭头A方向旋转时，因为防止螺母部件18沿旋转方向运动，螺纹拧在滚珠丝杠轴14上的螺母部件18沿轴向方向(箭头C的方向)移动。
在该处理过程中，如图2所示，布置在螺纹槽26a上的钢珠30沿与螺母部件18的移动方向(箭头C的方向)相反的方向(箭头D的方向)从螺母部件18的第一开口36而一个接一个地进入通道32。预先布置在通道32内的钢珠30受到从螺纹槽26a进入的钢珠30的挤压。当第一开口36恰好位于螺纹槽26a上面时，第二开口38也恰好在另一节距的螺纹槽26a上面。因此，在该结构中，布置在沿螺母部件18移动方向靠前分布的螺纹槽26a上的钢珠30从第一开口36进入通道32内。预先布置在通道32内的钢珠30受到从第一开口36进入通道32内的钢珠的挤压，该钢珠30连续从第二开口38供给沿移动方向靠后分布的螺纹槽26a内。
也就是，重复这些步骤，这样，当螺母部件18沿轴向移动时，钢珠30从第一开口36进入通道32，且钢珠30连续从第二开口38供给沿移动方向靠后分布的螺纹槽26a内。因此，在该结构中，钢珠30在滚动和/或滑动时进行循环。
在螺纹槽26a中的钢珠30通过在形成于螺母部件18的螺纹槽26a上的油槽40中的润滑剂42而合适润滑。因此，螺母部件18可以沿轴向方向更光滑地移动。而且，在定期将润滑剂42添加给钢珠30时，不需要进行任何复杂操作。
当由未示出的电源供给旋转驱动源的电流特性与上述相反时，滚珠丝杠轴14沿箭头B方向旋转(见图1)。当滚珠丝杠轴14沿箭头B方向旋转时，螺纹拧在滚珠丝杠轴14上的螺母部件18沿与上述方向相反的轴向方向(箭头D的方向)移动。
也就是，布置在滚珠丝杠轴14的螺纹槽26a和螺母部件18的螺纹槽26b之间的钢珠30在螺纹槽26a和螺纹槽26b的周围表面上滚动和/或滑动。因此，螺母部件18沿滚珠丝杠轴14的轴向方向(箭头C或D的方向)移动。
如上所述，在本发明的实施例中，金属材料滚珠丝杠轴14在外周上刻有螺纹槽26，而螺母部件18通过布置在螺母部件18和滚珠丝杠轴14的螺纹槽26a之间的钢珠30而螺纹拧入。当树脂材料的螺母部件18通过钢珠30而轴向移动，且将防止螺母部件18沿旋转方向运动时，在钢珠30的滚动和/或滑动过程中可以减小滚珠丝杠轴14和螺母部件18之间的阻力。因此，可以使螺母部件18更光滑地沿轴向移动。且与普通结构的滑动丝杠相比还可以提高在将滚珠丝杠轴14的旋转运动转变成螺母部件18的线性运动时的传动效率。
当螺母部件18由树脂材料形成时，可以减小钢珠30滚动和/或滑动过程中作用在与螺母部件18拧在一起的滚珠丝杠轴14上的负载。因此，没必要对滚珠丝杠进行加热，目前，这种加热一直用来增加滚珠丝杠的表面硬度。因此，也没有必要修正由于在热处理过程中产生的热量而在滚珠丝杠轴中产生的轴绕中心的变形。因此，可以进一步提高生产率。
当螺母部件18由树脂材料形成时，并不需要研磨内螺纹部分16以提高内螺纹部分16的精度。该研磨是复杂的步骤。因此，还可以进一步提高生产率，并可以减小螺母部件18的重量。
滚珠丝杠轴14可以由具有较低硬度的金属材料形成，例如轻金属或软钢(例如铝)。因此，可以减小滚珠丝杠轴14的重量，并可以减小施加在旋转驱动源12上的驱动负载。
当充满润滑剂42的油槽40和间隙44形成于螺母部件18的螺纹槽26b上时，通过油槽40中的润滑剂42，油膜合适形成于钢珠30的外周表面上。因此，不需要进行定期将润滑剂42供给钢珠30的维护操作。
下面将参考图4和5介绍促动器100，本发明实施例的滚珠丝杠机构10用于该促动器100。
促动器100包括：细长构架(本体)102；旋转驱动源106，该旋转驱动源106通过第一端板104与构架102的一端相连；滚珠丝杠机构10，该滚珠丝杠机构10用作相对于构架102可拆卸的单元，用于通过联轴器部件108而传递旋转驱动源106的旋转驱动力；滑动器110，该滑动器通过由该滚珠丝杠机构10传递的驱动力而沿构架102的轴向往复运动；以及引导轴112a、112b，用于沿构架102引导滑动器110。
第一端板104通过未示出的螺钉部件与构架102的一端相连。由电驱动的旋转驱动源106与第一端板104的基本中心部分相连。孔114a穿过第一端板104的基本中心部分而形成。旋转驱动源106的驱动轴116插入孔114a中。布置在构架102上的壳体(本体)118与第一端板104的、与和旋转驱动源106相连的一侧相反的另一侧进行连接。形成于壳体118中的孔114b与第一端板104的孔114a连通。轴承部件120a插入壳体118的孔114b中。
第二端板(本体)122通过未示出的螺钉部件以与前述相同的方式而与构架102的另一端相连轴承部件120b安装到形成于第二端板122的基本中心处的孔114c中。
滚珠丝杠机构10的滚珠丝杠轴14的一个连接部分24a由壳体118中的轴承部件120a可旋转地支承。连接部分24a通过联轴器部件108与旋转驱动源106的驱动轴116同轴连接。也就是，滚珠丝杠轴14可通过旋转驱动源106而与驱动轴116一起旋转。
盘状轴承保持部件124安装在滚珠丝杠轴14和轴承部件120a的端表面之间。轴承保持部件124的外径大于孔114b。因此，能防止轴承部件120a从壳体118中脱出。滚珠丝杠轴14的另一连接部分24b可旋转地由第二端板122的轴承部件120b支承。
螺母部件18插入滑动器110内，并使凸缘部分33布置在靠近旋转驱动源106的一侧。螺母部件18可与该滑动器110一起移动。
引导轴112a、112b离开滚珠丝杠轴14预定距离，并基本平行地在滚珠丝杠轴14的两侧。引导轴112a、112b的第一端插入壳体118内并由该壳体118支承。引导轴112a、112b的第二端插入第二端板122内并由该第二端板122支承。
安装孔128在靠近壳体118的一侧形成于滑动器110的中心部分上，螺母部件18插入安装孔128中。与安装孔128相比直径减小的通孔130朝着第二端板122延伸。滚珠丝杠轴14插入通孔130中。
一对引导孔131a、131b(见图4)形成于滑动器110的通孔130的两侧。引导孔131a、131b布置成基本平行，并彼此分开预定的间开距离。多个滚珠衬套132a、132b安装在引导孔131a、131b内，用于保持引导轴112a、112b。滚珠衬套132a、132b非常精确地引导引导轴112a、112b的外周表面。垫圈134布置在滚珠衬套132a、132b之间，并保持滚珠衬套132a、132b，同时使滚珠衬套132a、132b彼此分开预定距离。
环形的防脱开环136安装在引导孔131a、131b的开口附近。滚珠衬套132a、132b通过该防脱开环136而防止与滑动器110脱开。也就是，滑动器110的两侧由环绕滚珠丝杠机构10中心的引导轴112a、112b引导。因此，由于引导轴112a、112b引导滑动器110，滑动器110可以非常精确地线性运动。
阻尼装置138a、138b安装在滑动器110的端表面上，并分别对着壳体118和第二端板122。当滑动器110沿轴向移动时，该阻尼装置138a、138b可吸收当滑动器110处于移动末端位置时产生的振动(见图4)。
促动器100的基本结构如上所述，本发明实施例的滚珠丝杠机构10用于该促动器100。下面将介绍它的操作、功能和效果。
当接通未示出的电源时，旋转驱动源106的旋转驱动力通过联轴器部件108传递给滚珠丝杠轴14。滚珠丝杠轴14沿预定方向旋转，螺母部件18的内螺纹部分16螺纹拧在该滚珠丝杠轴14上。因此，与螺母部件18相连的滑动器110在引导轴112a、112b的引导作用下沿构架102的轴向与螺母部件18一起移动。当流过旋转驱动源106的电流的特性通过未示出的控制器来转换时，滑动器110可以沿构架102的轴向往复运动。
因此，滚珠丝杠轴14用作旋转轴，螺母部件18螺纹拧在该轴上，且螺母部件18可通过钢珠30而沿轴向方向移动。因此，当滚珠丝杠轴14的旋转运动转变成螺母部件18的线性运动时，与普通丝杠结构相比，可以提高传动效率。因此，从旋转驱动源106传递的驱动力可以高效转变成滑动器110的往复运动。
滚珠丝杠轴14可以由金属材料形成，例如具有相对较小材料硬度的铝。因此，可以减小滚珠丝杠轴14的重量，并可以减小施加在旋转驱动源106上的驱动负载。因此，可以采用小型的旋转驱动源106。而且，可以形成尺寸小和重量轻的促动器100。
当充满润滑剂42的油槽40和间隙44形成于螺母部件18的螺纹槽26b上时，通过润滑剂42而在钢珠30的外周表面上合适形成油膜。因此，不需要进行定期将润滑剂42供给钢珠30的维护操作。
当螺纹槽26b的间隙44和油槽40中的润滑剂42是基于烯烃的油脂，且该基于烯烃的油脂的运动粘度不小于0.002m2/s时，当螺母部件18沿滚珠丝杠轴14的轴线移动时，在钢珠30沿螺纹槽26a、26b滑动以及当钢珠30沿螺纹槽26a、26b滚动的情况下，润滑剂42的润滑都很有效。因此，可以合适提高滚珠丝杠机构10的耐久性。
尽管已经参考优选实施例特别表示和介绍了本发明，但是应当知道，在不脱离由附加的权利要求确定的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以进行变化和改变。

Claims (6)

1.一种滚珠丝杠机构，包括：
金属材料的滚珠丝杠轴(14)，该滚珠丝杠轴(14)有刻在其外周上的第一滚珠丝杠槽(26a)；以及
树脂材料的螺母部件(18)，该螺母部件(18)通过在所述第一滚珠丝杠槽(26a)和形成于所述螺母部件(18)中的第二滚珠丝杠槽(26b)之间的滚珠(30)而螺纹拧在所述滚珠丝杠轴(14)上；
其中，所述一对油槽(40)形成于所述螺母部件(18)的所述第二滚珠丝杠槽(26b)上，所述油槽(40)在所述滚珠(30)的每个侧面上沿所述第二滚珠丝杠槽(26b)的周围表面延伸，并离开所述第二滚珠丝杠槽(26b)的底部预定长度，以及
在所述第二滚珠丝杠槽(26b)和所述第二滚珠丝杠槽(26b)中的所述滚珠(30)之间、在所述第二滚珠丝杠槽(26b)的底部形成间隙(44)。
2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠机构，其中：所述滚珠丝杠轴(14)由轻金属或软钢形成。
3.根据权利要求1所述的滚珠丝杠机构，其中：所述螺母部件(18)有安装孔(28)，该安装孔(28)开口于所述螺母部件(18)的外周表面上，所述安装孔(28)由板部件(20)封闭。
4.根据权利要求1所述的滚珠丝杠机构，其中：所述螺母部件(18)通过注射模制而形成。
5.根据权利要求1所述的滚珠丝杠机构，其中：所述油槽对(40)充满润滑剂(42)，所述润滑剂(42)包括运动粘度不小于0.002m2/s的、基于烯烃的油脂。
6.根据权利要求1所述的滚珠丝杠机构，其中：所述滚珠丝杠轴(14)可旋转地由促动器(100)的本体(102)支承，所述螺母部件(18)可通过旋转驱动源(106)的旋转而沿所述轴向方向移动，所述螺母部件(18)与滑动器(110)相连。
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