CN1549909A - 滚珠丝杠装置 - Google Patents

Abstract

一种滚珠丝杠装置，包括：螺旋轴，安装在螺旋轴上的螺母，以及插入螺旋轴的螺纹槽和螺母的螺纹槽之间的多个滚珠。在螺旋轴中设置有滚珠循环槽，所述滚珠循环槽用于连通地连接螺纹槽的下游侧和上游侧，以便将滚珠从下游侧返回到上游侧，从而在螺旋轴的螺纹槽中循环。滚珠循环槽具有弯曲的形状，以便沿滚珠滚动方向的中间区域径向向内下陷，并在两端处的区域中具有径向向外的弯曲形状。相对滚珠的循环，在相对端处的区域中滚动的滚珠的瞬心轨迹和在螺旋轴的螺纹槽中滚动的滚珠的瞬心轨迹满足预定的条件。

Description

滚珠丝杠装置

技术领域

本发明涉及一种滚珠循环型滚珠丝杠装置。

背景技术

滚珠丝杠装置总的来说包括：在其外周表面中具有螺纹槽的螺旋轴、在其内周表面中具有螺纹槽并且从外部安装到螺旋轴上的螺母和插入螺旋轴和螺母的各个螺纹槽之间的多个滚珠。滚珠随着螺旋轴或螺母的旋转运动在各个螺纹槽之间循环，因此，引起螺母和螺旋轴之间的相对伸缩运动。由于滚珠的循环，需要防止滚珠从各个螺纹槽之间滑出的措施。作为能够防止滚珠滑出的滚珠循环机构，可利用一种滚珠丝杠装置，所述滚珠丝杠装置具有用于循环滚珠的外部安装部分，也就是所谓的偏转器。以下将描述偏转器。

偏转器总的来说用于连接螺纹槽的上游侧和其下游侧，其中滚珠从上游侧滚出，并滚动到下游侧，从而在螺纹槽下游侧的滚珠经过螺脊返回到上游侧。被装配到在螺母中形成的径向通孔中的偏转器通过粘接剂被固定到所述通孔中。所述偏转器在其内径表面中具有滚珠循环槽，用于在螺纹槽的大致一圈中将滚珠从下游侧经过螺脊返回到上游侧。

这样的滚珠丝杠装置需要外部安装部分，即偏转器，这产生偏转器、加工通孔以将偏转器安装在螺母中以及将偏转器安装在螺母中的附加成本。另外，当偏转器很不精确地安装在螺母的通孔中时，滚珠循环槽和螺纹槽不能被精确地定位，导致滚珠的循环性能变差。因此，安装偏转器需要精度，而这是耗费成本的。由于这些原因，希望开发一种滚珠丝杠装置，其能够平稳地循环滚珠，而不使用偏转器。

因此，本发明的一个主要目的是提供一种滚珠丝杠装置，其能够循环滚珠而不使用偏转器。

发明内容

根据本发明的滚珠丝杠装置包括：螺旋轴，在螺旋轴的外周表面中设置有至少一个大体上为一圈的螺纹槽；螺母，其从外部安装在螺旋轴上，在螺母的内周表面中设置有螺纹槽，其导程角与螺纹槽的角度大体上相同；以及插入各个螺纹槽之间的多个滚珠。在螺旋轴中设置有滚珠循环槽，所述滚珠循环槽用于连接螺纹槽的下游侧和上游侧，以便下游侧上的滚珠返回到上游侧，从而在螺旋轴的螺纹槽中循环。滚珠循环槽沿滚珠滚动方向具有中间区域，所述中间区域具有被弯曲的形状，以便径向向内下陷，两端侧区域具有预定的形状并设置在中间区域的各侧上。而且，滚珠循环槽以下述方式构造：相对于滚珠的循环，在端侧区域中滚动的滚珠的瞬心轨迹和在螺旋轴的螺纹槽中滚动的滚珠的瞬心轨迹满足预定的条件。

根据本发明，滚珠循环槽代替偏转器被设置在螺旋轴上。滚珠循环槽循环滚珠，可以省去诸如转偏器等的外部安装部分，从而不再需要诸如形成通孔以将偏转器安装到螺母中和安装偏转器的加工步骤。沿滚珠滚动方向的滚珠循环槽的中间区域被形成为这样的形状，以便径向向内下陷，因此，被置于螺旋轴和螺母的各个螺纹槽之间的滚珠经滚珠循环槽平滑地循环。

在本发明的一个优选的实施例中，所述预定条件为：在滚珠循环槽的两端侧区域中滚动的滚珠的瞬心轨迹形成小弧，在螺旋轴的螺纹槽中滚动的滚珠的瞬心轨迹形成大弧，相对于大弧在小弧的交点处得到的切线与相对于小弧在该交点处得到的切线相交形成的角被设定为大于0度且至多为30度。在这种条件下，滚珠以最佳平滑度在滚珠循环槽和螺旋轴的螺纹槽之间滚入和滚出，从而被循环。

在本发明的另一个更优选的实施例中，滚珠循环槽的两端侧区域具有径向外突出的形状。

在本发明的另一个更优选的实施例中，在螺旋轴中独立地设置两个螺纹槽，每个螺纹槽大致为一圈，以及在螺旋轴的螺纹槽中分别设置对应于螺旋轴的各个螺纹槽的两个滚珠循环槽，以便分别连接螺纹槽的下游侧和上游侧。各个滚珠循环槽以大体相同的相位轴向设置。

在本发明的一个更优选的实施例中，用于可转动地保持滚珠的挡圈被安装在螺旋轴的外周上以便相对于螺旋轴并沿轴向的固定位置相对转动。

在本发明的一个更优选的实施例中，螺旋轴的螺纹槽、螺母的螺纹槽和滚珠循环槽的剖面为哥特式弧形。

在本发明的一个更优选的实施例中，螺母的螺纹槽的侧边形成有斜面，用来避免与滚入和滚出滚珠循环槽的滚珠相接触。

附图说明

图1是根据执行本发明的最佳模式的分解的滚珠丝杠装置的透视图；

图2是图1所示的滚珠丝杠的前视图；

图3A示出了沿图2的III-III线的螺母和螺旋轴的侧剖视图，所述螺母和螺旋轴已朝向彼此相对接近；

图3B示出了沿图2的III-III线的螺母和螺旋轴的侧剖视图，所述螺母和螺旋轴朝向彼此相对地伸出；

图4是沿图2的线IV-IV的剖视图；

图5是沿图2的线V-V的剖视图；

图6是沿图5的线VI-VI的剖视图；

图7是沿图5的线VII-VII的剖视图；

图8简要地示出了滚珠循环通路的侧视图；

图9是图8所示的滚珠循环通路的前视图；

图10是根据本发明另一实施例的滚珠丝杠装置的剖视图；

图11是图10所示的螺旋轴的滚珠循环槽的展开平面图；

图12是图11所示的滚珠循环槽的侧视图；

图13是图7所示的对应X部分的放大图；

图14是图4所示的对应XI部分的放大图；

图15示出了螺旋轴的螺纹槽中所设置的滚珠的运动的剖视图；

图16示出了在滚珠循环槽中所设置的滚珠的运动的剖视图；

图17涉及根据本发明另一实施例的滚珠丝杠装置的主要部分，并且是图7所示的对应X部分的放大图；

图18是根据图17所示的本发明的实施例的图4所示的对应XI部分的放大图；

图19是根据本发明另一实施例的滚珠丝杠装置的剖视图；

图20是图19所示的分解的装置的透视图；

图21是根据本发明另一实施例的滚珠丝杠装置的剖视图；

图22是根据本发明另一实施例的滚珠丝杠装置的剖视图；

图23是根据本发明另一实施例的滚珠丝杠装置的透视图；

具体实施方式

参照图1至图12，以下详细描述根据执行本发明的最佳模式的滚珠丝杠装置。滚珠丝杠装置1包括螺母2、螺旋轴3、多个滚珠4和挡圈5。在螺母2的内表面中形成从一个轴端到另一个轴端连续的单螺纹槽21。在螺旋轴3的外表面上形成两个独立的螺纹槽31a和31b，它们每个具有大致一圈。

螺母2的螺纹槽21和螺旋轴3的螺纹槽31a和31b被设定相同的导程角。在螺母2和螺旋轴3中，如图3B所示，当它们彼此分开最大的距离时，可以保证它们的重叠区域。螺纹槽31a和31b被设置在重叠区域中，其中，每个滚珠4独立地转动以便循环。

更具体地说，在螺旋轴3的螺纹槽31a和31b之间有轴向脊面，即螺脊32。与螺纹槽31a和31b相对应的两个滚珠循环槽33和34被设置在螺脊32处。这两个滚珠循环槽33和34分别连接相应的螺纹槽31a和31b的上游侧和下游侧，其中滚珠从上游侧滚动到下游侧，以便形成用于返回已经从下游侧滚动到上游侧的滚珠4的闭环，从而循环滚珠。滚珠循环槽33和34使螺纹槽31a和31b的下游侧上的滚珠4下陷到内径侧，从而滚珠经过螺母2的螺脊32运行并返回到上游侧。在螺纹槽31a和31b的描述中所使用的术语“大体上为一圈”的意思是：它们的长度小于一圈，但接近一圈，并且所述长度应当是这样的以便设置位于螺纹槽31a和31b下游侧和上游侧之间的滚珠循环槽33和34。

挡圈5由薄圆柱形部件形成并且在其圆周的许多位置处设置有滚珠穴51，以便沿圆周以等间隔隔开多个滚珠4，从而使它们互不干涉。滚珠穴51为轴向延伸的椭圆形状，在每一滚珠穴51中轴向容纳两个滚珠4。滚珠穴51的开口尺寸在径向大于滚珠4的直径，使滚珠4沿径向通过滚珠穴51并具有空间余量。

螺母2一体地连接到托架8上。螺旋轴3被不可旋转地并且轴向不可移动地安装到诸如壳体(未示出)或其它类似的固定部件上，同时螺母2相对于螺旋轴3被可转动地和轴向可移动地设置。

托架8由金属材料制成并包括轴向延伸的内圆柱部分81、外圆柱部分82及环形平板部分83，所述外圆柱部分82与内圆柱部分81同心并在内圆柱部分81的径向外侧，所述环形平板部分83在轴端侧上将内圆柱部分81和外圆柱部分82连接在一起。内圆柱部分81被以非接触状态设置在螺旋轴3的中心孔中，并相对支撑轴(未示出)经由滚动轴承(未示出)被支撑。外圆柱部分82一体地连接在螺母2的轴端侧区域的外周上。锯齿状突起84设置在外圆柱部分82的基侧上的内圆周表面上。锯齿状突起23沿插入方向被设置在螺母2背侧上的外圆周表面中。托架8和螺母2由于锯齿状突起84和23互相接合而沿圆周方向结合为一个部件。齿轮9由树脂制成，并且一体地形成在外圆柱部分82的外周表面中。

螺纹槽3在其自由端上具有减径部分35。挡圈5在其一端上具有径向向内的凸缘52。挡圈5的凸缘52与螺旋轴3的减径部分35接合。卡环10与设置在螺旋轴3的减径部分35上的周向槽啮合。卡环10被安装在远离台阶壁表面36的位置处，所述台阶壁表面36形成在螺旋轴3的减径部分35的边沿上形成螺纹槽21的部分处。挡圈5的凸缘52以小轴隙设置在卡环10和台阶壁表面36之间。因此，挡圈5相对于螺旋轴3沿轴向大致不可动，但可相对转动。

参考图8，下面将更详细地描述滚珠循环槽33和34。由于螺旋轴3的螺纹槽31a和31b与滚珠循环槽33和34具有相同的形状，下面将描述螺纹槽31a和与其对应的滚珠循环槽33。如图8中的实线所示，滚珠4沿箭头a方向滚入螺纹槽31a-up(上游侧上的螺纹槽)中，同时沿箭头b方向滚入螺纹槽a′中。而且，如实线所示，滚珠4沿箭头c方向滚入图8中前侧上的螺纹槽31a-dn(下游侧上的螺纹槽)中。滚珠4通过滚珠循环槽33从下游侧上的螺纹槽31a-dn返回到上游侧的螺纹槽31a-up。因此，螺纹槽31a形成闭环，所述闭环通过滚珠循环槽33将上游侧上的螺纹槽31a-up和下游侧上的螺纹槽31a-dh连接在一起。当滚珠4在螺纹槽31a中滚动时，滚珠4在螺纹槽31a和螺母2的螺纹21之间滚动，因此不必沉到内径侧。然而，如图3A所示，当滚珠4滚入滚珠循环槽33中时，螺母2侧构成螺脊32。如图3A所示，由于滚珠循环槽33形成较大的深度，滚珠4能够下陷到滚珠循环槽33中的内径侧，并因此经螺母2侧螺脊32运行并滚入到螺纹槽31a-up(上游侧上的螺纹槽)中。对于螺纹槽31b，通过滚珠循环槽34将上游侧的螺纹槽31a-up和下游侧的螺纹槽31a-dn连接在一起，所述滚珠循环槽34具有足够的深度以将滚珠4下陷到内径侧。

以下描述滚珠丝杠装置1的组装步骤。首先，挡圈5被安装在螺旋轴3上。下一步，挡圈5的滚珠穴51被涂以润滑脂直到填满，接着将需要数量的滚珠4放置在滚珠穴51中。优选的是，这里使用的润滑脂具有足够的粘性以防止滚珠4因其自重而掉落，并且用于将滚珠4保持在滚珠穴51内部。当前述的步骤完成后，挡圈5被设置为相对于螺旋轴3不转动并接着被结合到螺母2中。

以下描述上述的滚珠丝杠装置1的操作。首先，齿轮9随电机的转动而转动，并且与齿轮9一体的螺母2同步转动。被转动的螺母2由螺旋轴3引导以便沿一个轴向方向线性地移动。从而，例如，滚珠丝杠装置1的状态从图3A所示的状态变换为图3B所示的状态。当电机以相反方向被驱动时，螺母2响应于电机的反向转动也以相反方向转动，并沿相反的轴向方向移动，从而，例如，滚珠丝杠装置1的状态由图3B所示的状态变换为图3A所示的状态。

因此，当螺母2沿轴向往复运动时，螺母2和螺旋轴3的轴向重叠区域发生变化。当滚珠4被设置不会脱出时，滚珠4由挡圈5引导并在螺纹槽31a和31b中循环。滚珠的循环起到相对于螺旋轴3平滑地引导螺母2的作用。

在上面的描述中，挡圈5被设置为通过螺旋轴3的高度精确地制造的外周表面而转动，所述螺旋轴3的高度精确地制造的外周表面用于控制挡圈5本身在螺母2的轴向往复运动中的转动晃动，并且还避免挡圈5与滚珠4的干涉。例如，通过减小滚珠4因其滑出而以不稳定速率运动或类似情况的可能性，大大提高了滚珠4的运转性能和螺母2的平滑操作。因此，滚珠丝杠装置1能够不使用偏转器而循环滚珠。

如图8所示，滚珠循环槽33和34被设置为大体相同的相位并轴向互相邻接，因此螺旋轴3的螺纹槽31a和31b沿轴向紧密地排列。结果，减小了滚珠循环槽33和34轴向占用的面积。在这种情况下，被设置在滚珠循环槽33和34中的滚珠4既不会受到径向负载也不会受到轴向负载，因此沿轴向和周向邻近地提供两个滚珠循环槽33和34将在螺纹槽31a和31b的外周上以预定的角度产生无负载轴承面积。在这一方面，如图9所示，在缩短螺旋轴3和螺母2的轴向尺寸并将其外径设置为较大时，滚珠循环槽33和34处于螺纹槽31a和31b的圆周上的区域的角度θ可以较小。因此，需要较小数量的滚珠4设置在滚珠循环槽33和34中。因此，承载性能的减小被控制以消除实际应用中可能的麻烦。

除了上述优点外，不必像传统产品那样将返回管或偏转器安装到螺母2上。也不必像滚珠与公知端盖一起循环的结构那样在螺母2中形成轴向贯穿的滚珠循环通路。另一优点是螺母2可制得较薄并且可减小整个滚珠丝杠装置1的外径。

在螺旋轴3中，螺纹槽31a和31b仅设置在沿其轴向中间部分的预定长度中，而其两个轴端侧没有螺纹槽。因此，提高了设计的自由度，如能够在螺旋轴3的两个轴端侧上设计出不同的内和外径部分的形状。作为例子，未示出，螺纹槽不设置在螺旋轴3的两个轴端侧上，其中螺旋轴3的至少一个轴端侧可以较薄并减小了重量，但具有足够的强度。作为另一个例子，也未示出，可减小螺旋轴3的至少一个轴端侧上的外径，可由壳体或类似部件来支撑减径部分。而且，替代卡环10，可加大螺旋轴3的至少一个轴端侧上的外径。作为选择，可结合使用卡环10和螺旋轴3的大直径部分。

在滚珠丝杠装置1的情形中，有：第一种使用模式，其中，螺母2和螺旋轴3之一被转动以沿轴向移动另一个；第二种使用模式，其中螺母2和螺旋轴3之一沿轴向移动以转动另一个。第一种使用模式被称作前向效率，用于将转矩转换成推力。第二种使有模式被称作反向效率，用于将推力转换为转矩。

在第一种使用模式中，作为第一个例子，转动着的螺母2轴向移动。在这种情况下，螺旋轴3被设置为不可转动并且不可轴向移动以便使螺母2转动。作为第二个例子，不转动的螺母2轴向移动。在这种情况下，螺旋轴3被设置为沿轴向不可以移动，而螺母2被设置为不可转动以便使螺旋轴3转动。作为第三个例子，转动着的螺旋轴3轴向移动。在这种情况下，螺母2被设置为不可以转动并且不可轴向移动，以便使螺旋轴3转动。作为第四个例子，以不转动方式轴向移动螺旋轴3。在这种情况下，螺旋轴3被设置为不可以转动，而螺母2被设置为轴向不可移动，以便转动螺母2。

在第二种使用模式中，作为第一个例子，螺母2沿轴向不可移动地进行转动。在这种情况下，螺母2被设置为轴向不可以移动，而螺旋轴3被设置为不可以转动以便使螺旋轴3轴向移动。作为第二个例子，轴向移动的螺母2转动。在这种情况下，螺旋轴3被设置为轴向不可以移动和不可转动以便使螺母2轴向移动。作为第三个例子，螺旋轴3以轴向不可移动的方式转动。在这种情况下，螺旋轴3被设置为轴向不可以移动，而螺母2被设置为不可以转动以便使螺母2轴向移动。作为第四个例子，轴向移动的螺旋轴3转动。在这种情况下，螺母2被设置为轴向不可移动和不可转动以便使螺旋轴3轴向移动。

参照图10至12，下面将进行更详细地描述。由于挡圈5被螺旋轴3转动，如图10所示，在螺旋轴3和挡圈5之间的内径间隙X1的值被设置为小于螺母2和挡圈5之间的外径间隙X2。例如，内径间隙X1被设置为0.1-0.4mm。螺旋轴3的外周表面通常被加工成圆度为0.1和表面粗糙度为1.6Ra，所述螺旋轴3引导挡圈5。在日本工业标准(JIS)中规定，圆度为最大外径和最小外径之差与指定外径的比率，及Ra为算术平均粗糙度。

螺旋轴3的螺纹槽31a和31b与滚珠循环槽33和34具有相同的形状。因此，下面描述螺纹槽31a和与螺纹槽31a相对应的滚珠循环槽33。

在本实施例中，为了使滚珠4在螺纹槽31a和滚珠循环槽33之间平滑地滚入和滚出，按下述方式形成连接螺旋轴3的螺纹槽31a和滚珠循环槽33的部分和滚珠循环槽33的形状。

针对滚珠4在螺纹槽31a和滚珠循环槽33之间平滑地滚入和滚出，希望滚珠循环槽33的周向长度(即图9所示的占据角θ)相对较大。然而，考虑到设置在滚珠循环槽33中的滚珠4既不受到推力负载也不受到径向负载，优选的是，滚珠循环槽33的周向长度(即图9所示的占据角θ)相对较小。这就要求根据上述方面设计滚珠循环槽33。

更具体而言，当滚珠在滚珠循环槽33和34中滚动时，以下通过由滚珠4所画出的瞬心轨迹C来描述滚珠循环槽33和34的形状。

首先，图11所示的角度α被设置在45-60度范围内。角度α是指由滚珠4所画出的瞬心轨迹C的倾斜角，所述滚珠4相对螺旋轴3的转动轴O沿滚珠循环槽33和34中的滚珠的滚动方向穿过中间区域。

倾斜角α被设置得越大，滚珠循环槽33和34的周向长度增加得越多，随之图9所示的占据角θ变得更大。这将减小影响滚珠4的滚动阻力，从而提高了滚珠4运动的平滑度，而减小了推力负载或径向负载的负载能力。

倾斜角α被设置得越小，滚珠循环槽33和34的占据角θ变得越小。这将增加负载能力，而影响滚珠4的滚动阻力变大，从而减小了滚珠4运动的平滑度。

与前述情况相比，当倾斜角α被设置为较大时，提高了滚珠4的运动平滑度，与之相反，滚珠循环槽33和34的占据角θ变大而导致负载能力减小。因此，倾斜角α被设置在前述范围(45-60度)内并设法使其尽可能地小，以便滚珠循环槽33和34的占据角θ尽可能地小，以便增加负载能力。

下一步，螺旋轴3的螺纹槽31a和31b和滚珠循环槽33和34尽可能地平滑连接。更具体而言，如图11所示，经过将螺旋轴3的螺纹槽31a和31b与滚珠循环槽33和34连接在一起的部分的滚珠4的瞬心轨迹C被设置为曲线，所述曲线的曲率半径R至少是滚珠4的直径r的1.8倍。

当滚珠4滚入和滚出滚珠循环槽33和34时，在改变它们的方向时将减小影响滚珠4的滚动阻力。接着，滚珠4可具有平滑的轴向盘绕和滚动运动，有效地减小滚珠循环槽33和34与滚珠4的摩擦。

如图12所示，滚珠循环槽33和34形成这样的弯曲形状以便在滚珠4的滚动方向的中间区域33a和34a中径向向内下陷，并且滚珠循环槽33和34还可在两端侧区域33b和34b中形成径向向外弯曲或突出的形状，作为预定的形状。在这种情况下，两端侧区域33b和34b不一定具有径向向外弯曲的形状，而是可具有能循环滚珠4的其它预定的形状，诸如平直的直线形状或其它某种形状。

参照图12来描述连接部分33c和34c，所述连接部分33c和34c在滚珠循环槽33和34的两端侧区域处被分别连接到螺旋轴3的螺纹槽31a和31b的下游侧和上游侧。为便于描述，参照图12，以剖面形式示出了滚珠循环槽33和34的半圆形底部，还示出了滚珠4与滚珠循环槽33和34的底部的滚动接触。当滚珠循环槽33和34具有哥特式弧形形状的剖面时，滚珠4与滚珠循环槽33和34的侧壁滚动接触，然而在图12中没有示出。

在本实施例中，连接部分33c和34c及其附近形成为具有预定的形状，以便在滚珠循环槽33和34的两端侧区域33b和34b中滚动的滚珠4的瞬心轨迹和在螺旋轴3的螺纹槽31a和31b的各个下游侧和上游侧滚动的滚珠4的瞬心轨迹相对于滚珠4的循环满足预定的条件。

所述预定条件是：不管滚珠循环槽33和34的剖面是半圆形或哥特式弧形，滚珠4的瞬心轨迹满足下述交角β。交角β是第一切线Y和第二切线Z彼此相交的角。相对大弧R1在交点K处得到第一切线Y，及相对小弧R2在交点K处得到第二切线Z，所述交点K为大弧R1和小弧R2的交点，所述小弧R2由滚珠4在滚珠循环槽33和34的两端侧区域33b和34b中滚动的瞬心轨迹C形成，所述大弧R1由滚珠4在螺纹槽31a和31b中滚动的瞬心轨迹C形成。在本实施例中，将交角β的度数设定为大于0(零)度且最多为30度，或优选最多为20度。当小弧R2的曲率中心P2被设置在直线G上时，交角β为0度，所述直线G连接大弧R1的曲率中心P1和交点K。连接部分33c和34c形成为满足交角β的形状。

这样，当连接滚珠循环槽33和34与螺旋轴3的螺纹槽31a和31b的连接部分33c和34c被设置为具有满足交角β的形状时，当滚珠4在螺旋轴3的螺纹槽31a和31b与滚珠循环槽33和34之间滚入和滚出时，可减小滚珠4的径向位移以使滚珠4平滑地滚入和滚出。

为了比较，当交角β被设置为大于30度时，在滚珠循环槽33和34中的连接部分33c和34c变得陡峭起来，因此，当滚珠4滚入滚珠循环槽33和34中时，滚珠4不利地经历较大的径向位移。而且，当滚珠循环槽33和34与螺旋轴3的螺纹槽31a和31b已被形成后，螺旋轴3变硬以待通过抛光或研磨而进行最后的加工，前述的情况在随后的抛光步骤中特别地不利。在抛光步骤中，抛光工具被设置为与螺旋轴3的螺纹槽31a和31b相接触，接着，转动螺旋轴3。当抛光工具与螺旋轴3的螺纹槽31a和31b相接触时，抛光工具不接触滚珠循环槽33和34，这时，滚珠循环槽33和34不能被抛光。在这种条件下，当连接部分33c和34c形成这样的形状以使交角β扩大到大于30度时，连接部分33c和34c产生尖锐的尖端部分。当连接部分33c和34c所形成的形状使交角β减小到最多30度时，连接部分33c和34c产生圆形尖端部分。总之，在抛光步骤中，交角β还可起到在连接部分33c和34c中不产生利刃的必要条件，所述连接部分33c和34c将滚珠循环槽33和34与螺旋轴3的螺纹槽31a和31b连接在一起。

如上所述，滚珠循环槽33和34的占据角θ，即不能承受负载的区域，被设置为尽可能地小，与之相应，负载能力被设置为尽可能地大，接着，影响滚珠4滚入滚珠循环槽33和34的滚动阻力被设置为尽可能地小，以便滚珠4尽可能平滑地滚动。因此，在滚珠丝杠装置中负载能力和运动的平滑度可以良好的平衡方式相结合。

前面的描述适用于螺旋轴3的螺纹槽31b和滚珠循环槽34之间的关系。

本发明的其它实施例

1)参照图13至16来描述本发明的其它实施例。

如图13和14所示，螺母2的螺纹槽21、螺旋轴3的螺纹槽31a和31b以及滚珠循环槽33和34中的任意一个的剖面为哥特式弧形，其中右和左圆形侧壁尖细并在槽底部处连续。21w为螺母2的螺纹槽21的右和左侧壁，31bw为螺纹槽31b的右和左侧壁，33w为滚珠循环槽33的右和左侧壁，及34w为滚珠循环槽34的右和左侧壁。螺纹槽31a的右和左侧壁没有示出，但与螺纹槽31b的右和左侧壁相同。

在这种结构中，当循环的滚珠4从螺旋轴3的螺纹槽31a和31b(下游侧31a-dn和31b-dn)移动到滚珠循环槽33和34时，滚珠4与滚珠循环槽33和34的接触点接近滚珠循环槽33和34的开口。因此，滚珠4受到沿它们下陷到滚珠循环槽33和34的方向的力的影响，这就防止了滚珠4在螺旋轴3的螺脊32上运动或卡在螺旋轴3的螺脊32上，从而使滚珠4平滑地循环。

为详细的描述，参照图15和16，首先，当滚珠4处于螺旋轴3的螺纹槽31a和31b中时，如图15所示，滚珠4与螺纹槽31a和31b以45°的接触角互相接触。接着，当滚珠移动到滚珠循环槽33和34时，如图16所示，原先处于图15中的接触角45°处的滚珠4与滚珠循环槽33和34的接触点P慢慢移动到滚珠循环槽33和34(槽的较浅侧)的开口附近，如图16所示。结果，滚珠4受到沿其下陷到滚珠循环槽33和34的方向的力F的作用。

根据具有上述结构的滚珠丝杠装置，螺旋轴3的螺纹槽31a和31b的下游侧31a-dn和31b-dn与上游侧31a-up和31b-up由滚珠循环槽33和34连接在一起以形成闭环。因此，已滚到螺纹槽31a和31b的下游侧31a-dn和31b-dn的滚珠4下陷到内径侧以越过螺母2的螺脊22，以便它们被引导到上游侧31a-up和31b-up，从而被循环。

由于滚珠循环槽33和34的剖面为哥特式弧形，当滚珠4在循环过程中从螺旋轴3的螺纹槽31a和31b移动到滚珠循环槽33和34时，滚珠4和滚珠循环槽33和34的接触点P接近滚珠循环槽33和34的开口。因此，力沿滚珠4下陷到滚珠循环槽33和34的方向作用于滚珠4，这样就防止了滚珠4在螺旋轴3的螺脊32上运动或卡在螺旋轴3的螺脊32上，以形成滚珠4的平滑循环。

而且，利用挡圈5来保持滚珠4，防止了螺纹槽21、31a和31b中的滚珠4之间互相妨碍，并在螺母2和螺旋轴3之间提供平滑的相对转动。

螺旋轴3的螺纹槽31a和31b可不必是两个，可以是一个、三个或更多个。滚珠循环槽33和34可被设置为轴向互相邻接或在周向上具有不同的相位。

2)参照图17和18，对本发明的另一实施例进行描述。图17示出了放大的图7的X部分，及图18示出了放大的图4的XI部分。如这些图所示，沿螺母2的螺纹槽21的侧边形成斜面24，以避免当滚珠4滚入和滚出滚珠循环槽33和34时与滚珠4的任何接触。利用转动工具(切削工具)或磨石沿构成螺脊32和螺母2的螺纹槽21的边界的两个侧边来车削螺纹槽21的整个长度，形成斜面24。优选的是，在可靠地避免与滚珠4的任何接触方面，斜面深度越深越好。然而，太深的斜面有可能使螺纹槽21不能引导滚珠4。由于这一问题，应将斜面的深度设置为：滚珠4可被安全地引导及安全地避免与滚珠4的任何接触。在这种结构中，螺旋轴3的螺纹槽31a和31b的下游和上游侧由滚珠循环槽33和34连接在一起，以形成闭环。因此，已滚到螺旋轴3的螺纹槽31a和31b的下游侧的滚珠4下陷到内径侧以越过螺母2的螺脊22，以便它们被引导到螺纹槽的31a和31b的上游侧，从而被循环。利用沿螺母2的螺纹槽21的侧边形成的斜面24，所述斜面24用于在滚珠4滚入和滚出滚珠循环槽33和34时避免与滚珠4的任何接触，可防止滚珠4在滚入和滚出滚珠循环槽33和34时在螺纹槽21的侧边上运动，从而导致滚珠4的平滑循环。

3)图19和20所示的滚珠丝杠装置是其中未使用挡圈5的装置类型。无挡圈滚珠丝杠装置1包括包括螺母2、螺旋轴3、多个滚珠4。在螺母2的内表面中形成螺纹槽21，及在螺旋轴3的外表面上形成螺纹槽31a和31b。多个滚珠4被置于螺纹槽21和螺纹槽31a和31b之间。在螺母2中从一个轴端到另一个轴端连续地形成单个螺纹槽21。在螺旋轴3的轴向中间区域形成独立的螺纹槽，每个螺纹槽大致为一圈。螺母2的螺纹槽21和螺旋轴3的螺纹槽31a和31b被设定为具有相同的导程角。螺纹槽21、31a和31b的剖面被设置为哥特式弧形，但其剖面也可为半圆形。在螺纹槽、31a及另一螺纹槽31b之间有螺脊32。

在这种螺旋轴3中设置有滚珠循环槽33和34，所述滚珠循环槽33和34用于将各个螺纹槽31a和31b形成为独立的闭环。滚珠循环槽33和34分别连接螺纹槽31a和31b的上游侧和下游侧，并具有曲折形状，以便将螺纹槽31a和31b下游侧上的滚珠4下陷到内径侧，从而滚珠4越过螺母2的螺脊22，并因此返回到上游侧。滚珠循环槽33和34使多个滚珠4设置在各个螺纹槽31a和31b中，以独立地滚动和循环。滚珠循环槽33和34的剖面被设置为半圆形，但其剖面可为哥特式弧形。

圆周槽35被分别设置在螺旋轴槽3的轴向两端侧上的外周表面上。圆周槽35分别与卡环7相啮合。卡环10的外径值被设置为大于螺母2的内径，因此卡环10限制螺母2的轴向移动行程。

例如，螺母2被支撑以便自由转动，螺旋轴3以不可转动和轴向不可移动的方式被安装。如图1的双点划线所示，当螺母2被转动时，螺母2在卡环10之间的螺旋轴3上轴向滑动。

在无挡圈滚珠丝杠装置的情况下，如图21所示，大体为一圈的螺纹槽31a形成于螺旋轴3上，螺纹槽31a通过滚珠循环槽33形成闭环。在这种情况下，当螺旋轴3的螺纹槽31a、滚珠循环槽33和螺母2的螺纹槽21的剖面被设置为哥特式弧形时，滚珠4可在四个点上接触螺母2的螺纹槽21和螺旋轴3的螺纹槽31a。当瞬时负载作用于螺母2上时，这就使得其倾斜得到控制。

在无挡圈滚珠丝杠装置的情况下，如图22所示，大体为一圈的螺纹槽31a形成于螺旋轴3上，螺纹槽31a通过滚珠循环槽33形成闭环。在这种情况下，螺旋轴3的螺纹槽31a和滚珠循环槽33的剖面可为半圆形。在图22的情况中，优选的是，在轴向远离螺纹槽31a的区域中，将诸如金属或树脂轴衬或类似的圆柱形滑动轴承11置于至少一个轴端侧上，所述轴端侧处于螺母2和螺旋轴3之间的环形空间中。当瞬态负载作用于螺母2上时，这就使其倾斜得到控制。

在图23所示的可能的结构中，凹陷部分38可设置在螺旋轴3的区域中，在该区域中将形成滚珠循环槽33和34，而其上已经形成滚珠循环槽33和34的块12可被装配到凹陷部分38中。

块12可实现在滚珠循环槽33和34与螺纹槽31a和31b之间的精确定位，与通过粘结剂将常规偏转器安装在螺母2上相比，所述块12以较高精度被安装在螺旋轴3上，因此，块12不会不利地影响滚珠的循环性能。

由于块12小于螺旋轴3，与在螺旋轴3的外周表面上直接形成滚珠循环槽33和34相比，可简化在其上形成滚珠循环槽33和34的加工步骤。当滚珠循环槽33和34被磨损或损坏时，不必更换螺旋轴3，仅需更换块12，凹陷部分38可为贯穿开口。

工业应用性

本发明可被应用于在机床、半导体装置、精密定位台、机器人和传送设备中将转动运动转化为线性运动或反之的方法。

Claims (7)

1.一种滚珠丝杠装置，包括：

螺旋轴，在螺旋轴的外周表面中设置有至少一个大体上为一圈的螺纹槽；

螺母，其从外部安装在螺旋轴上，在螺母的内周表面中设置有螺纹槽，螺母的螺纹槽的角度与螺旋轴的螺纹槽的角度大体上相同；和

多个滚珠，其插入各个螺纹槽之间；其特征在于：

在螺旋轴上设置有滚珠循环槽，所述滚珠循环槽用于连接螺旋轴的螺纹槽的下游侧和上游侧，以便滚珠从下游侧返回到上游侧，从而在螺旋轴的螺纹槽中被循环；

所述滚珠循环槽沿滚珠滚动方向具有中间区域，所述中间区域具有这样的弯曲形状，以便径向向内下陷，以及两端侧区域，所述两端侧区域被设置在中间区域的两侧并具有预定的形状；和

所述滚珠循环槽具有这样的结构：相对于滚珠的循环，在所述两端侧区域中滚动的滚珠的瞬心轨迹及在螺旋轴的螺纹槽中滚动的滚珠的瞬心轨迹满足预定的条件。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠装置，其特征在于：

所述预定条件为：在滚珠循环槽的两端侧区域中滚动的滚珠的瞬心轨迹形成小弧，在螺旋轴的螺纹槽中滚动的滚珠的瞬心轨迹形成大弧，相对于大弧在小弧的交点处得到的第一切线与相对于小弧在该交点处得到的第二切线相交形成的角被设定为大于0度且至多为30度。

3.根据权利要求1所述的滚珠丝杠装置，其特征在于：滚珠循环槽的两端侧区域具有径向向外凸出的形状。

4.根据权利要求1所述的滚珠丝杠装置，其特征在于：

在螺旋轴中设置两个独立的螺纹槽和对应于螺旋轴的各个螺纹槽的两个滚珠循环槽，用于分别连接各个螺纹槽的下游侧和上游侧，所述每个螺纹槽大致为一圈；和

各个滚珠循环槽沿轴向以大体相同的相位设置。

5.根据权利要求1所述的滚珠丝杠装置，其特征在于：用于可转动地保持滚珠的挡圈被安装在螺旋轴的外周上，以便在轴向的固定位置相对于螺旋轴相对地转动。

6.根据权利要求1所述的滚珠丝杠装置，其特征在于：螺旋轴的螺纹槽、螺母的螺纹槽和滚珠循环槽中的任一个具有哥特式弧形剖面。

7.根据权利要求1所述的滚珠丝杠装置，其特征在于：在螺母的螺纹槽的侧边缘上形成斜面，所述斜面用于在滚珠滚入和滚出滚珠循环槽时避免与滚珠相接触。

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