CN1650114A - 用于线性运动轴承的分段滚珠/滚柱导向器 - Google Patents

Abstract

一种与线性运动和螺杆系统有关的导向器(10)构造成至少部分地围绕多个滚动元件(20)中的一个，以便防止在该滚动元件沿着循环滚珠轨道移动中，该滚动元件和相邻的滚动元件之间的滚珠到滚珠接触。

Description

用于线性运动轴承的分段滚珠/滚柱导向器

相关申请的相互参照

本申请基于在2002年2月27日提交的美国临时申请No.60/360,155，在这里通过参考充分结合了该临时申请。

技术领域

本发明总体涉及防摩擦的线性运动轴承装置。特别是，本发明涉及一种利用分段滚珠/滚柱导向器装置，用来消除在线性运动轴承里因滚珠到滚珠接触(ball-ball contact)所引起的振动。

背景技术

众所周知，相对于滑动轴承或导向螺杆，线性轴承或滚珠螺杆在承载的情况下，在减小动态和静态的摩擦方面有重要意义。目前，市场提供不同类型的线性轴承和滚珠螺杆。然而，它们有一个共同关注焦点，即，通过正确地控制滚珠的重复循环来提供平滑的线性或旋转运动。

典型的线性滚动轴承装置包括：一系列沿着形成在轨道组件周边的循环轨道移动的滚动元件，一个围绕在滚动元件周围、封闭的轴承保护盖，以限制在重复循环轨道里的滚动元件。为了实现准确的线性运动，轴承装置的轴必须沿着支撑结构按所期望的运动方向精确地排列。而且，精确的排列也使作用在轴承装置上的倾斜力最小，倾斜力可减少轴承的承载/寿命性能。

为了正确地把轴承装置排列在支撑结构(也就是轴、花键轴、导向槽或导轨)上，这种在支撑结构上轴承装置的安装通常涉及了定位面的精密机械加工。这种轴承装置典型地被成组安装，每一组由一定数量的端面轴承组成，以便咬合支撑结构的一些表面(也就是，像在支撑表面的上面和下面和/或沿着支撑表面的侧边)。在这些的例子中，通常提供一个轴承调整装置，它用来精确调整轴承装置在支撑结构上的安装，同时也通过调整一个相对的轴承装置来建立一个合适的轴承预加负载，这些原因是本领域技术人员都熟知的。在这种装置中，考虑支撑结构的精密机械加工是必要的，因为在支撑结构上完成精密机械加工是很困难和昂贵的。

其它的许多讨论过的缺点在公开的授权于Alison Ng、共同属于Thomson Industries，Inc.的美国专利No.5,346,313；5,558,442；5,613,780中的线性运动轴承结构中已被克服，本应用通过参考充分结合了以上专利。上述的专利，特别是美国专利5,613,780，公开了一种线性运动轴承装置，该装置包括：多个滚珠保持器段，它们包括至少一个有负载支承部分、返回部分和转向部分的滚珠轨道。于是多个独立的滚珠放置在滚珠轨道里，以使线性轴承能够提供小摩擦的运动。

特别地，这种小摩擦有适合这种有偏线性运动轴承装置结构的优点，这类轴承可以支撑沿着伸长的花键轴用来做线性运动的支架或轴台。这些轴承装置或是敞开类型或是闭合类型。

典型地，在线性轴承装置里，正如以上述的专利里公开的那样，当轴承在运转时，滚珠轨道里的滚珠到滚珠接触会产生不利的情况。滚珠到滚珠接触产生机械的和/或声音的振动。径向轴承企业创造了滚珠隔离圈技术来消除由于滚珠到滚珠接触而产生的振动。然而，最近在线性轴承技术方面的研究正朝着消除滚珠到滚珠接触本身的方向发展。

一个的这样研究是一种滚动元件链，也可认为是滚珠链。滚动元件链设计用来容纳一排滚动元件，也就是，滚珠，正如在滚动元件之间的分离器用来避免滚珠到滚珠接触的一个子装配一样。一个这种滚动元件链的例子在Shirai的美国专利No.5,947,605中公开。通常这种滚动元件链由非常柔性的材料做成，以允许滚珠重复循环转动。而且，谨慎的材料选择提高了滚珠链的衰减振动的特性。

虽然滚动元件链有减弱噪音或振动的优点，滚动元件链也有其缺点。这种滚动元件链在设计滚珠轨道的几何形状方面不能为设计者提供太多的自由。由于单链机械装置，滚动元件链必须遵循轨道几何形状，这个几何形状正交或几乎正交于在滚珠轨道上的加载方向。这就限制了对应于滚珠轨道的返回轨道几何形状的位置，经常由于滚动元件的返回结构的位置而导致外轴承封装尺寸不必要的增加或改变。如果轴承需要非常严格的、低于在滚珠轨道上的加载方向标准的返回结构，滚动元件链就必须由允许更大扭曲的非常柔性的材料。然而，这是一个非常不理想的设计，因为当材料被经常扭曲时，力就长期作用到材料上。

另一个在线性运动方面朝着消除线性运动和滚珠螺杆系统中的滚珠到滚珠接触的发展是滚珠隔离片。滚珠隔离片是单独的材料片，例如树脂或聚合物，这种材料片隔离开了轴承或滚珠螺杆里的滚动元件。滚珠隔离片能消除滚珠到滚珠接触而不会有由滚动元件链产生的限制。单独的滚珠隔离片之间像滚动元件链那样没有连接，这就允许设计者实现滚珠到滚珠分离器的设计而在滚珠轨道几何形状方面没有大的变化。

虽然滚珠隔离片允许在设计滚珠的返回几何形状方面有很多自由，它们仍然有缺点。由于使用单独的隔离片，设计者必须确保隔离片在运转期间不会脱离它们的位置。如果隔离片从滚珠之间的位置脱落到滚珠轨道的底部或侧面，它们就将严重阻碍线性运动。这就导致轴承的严重故障。

通过公开了位于相邻的滚动元件之间的隔离片，美国专利No.6,352,367图解说明了以上讨论的缺点，该隔离片如此构造，如果滚珠之间的距离超出隔离片的外部尺寸，滚珠就很容易脱离滚珠轨道，这就导致以上讨论的后果。

发明内容

据此，本发明的一个目的是提供一种新的滚珠到滚珠分离器技术，这将消除现有技术中滚动元件链和滚珠隔离片的缺点。

本发明的又一个目的是提供一种分段滚珠/滚柱导向器，用来消除在线性运动轴承中的滚珠到滚珠接触。

本发明的另外一个目的是提供一种分段滚珠/滚柱导向器，用来降低在线性运动轴承中机械的和/或声音的振动。

本发明的又一个目的是提供一种分段滚珠/滚柱导向器，允许在设计返回轨道几何形状方面有更大灵活性。

本发明的滚珠/滚柱导向器装置有一个导向器，构造用来支撑和引导至少一个滚动元件，以便，即使沿着滚珠轨道的可转移的相邻滚动元件之间的距离对导向器来讲足够大以至于脱离轨道，它仍然保持在轨道上。据此，因为导向器防止了不能接受的位移，否则，会导致对线性运动的阻碍，所以它保持了沿着滚珠轨道的相邻滚动元件之间的理想排列。

本发明的分段滚珠/滚柱导向器包括：一个第一隔离片组件，一个第二隔离片组件和至少一个连接组件，它用来在滚珠轴承周围以相等的直径距离连接并支撑第一与第二隔离片组件。第一和第二隔离片组件一般做成像圆盘一样的形状，也可以做成有至少一个凹入的表面，因此当装配好以后，滚珠轴承将可旋转的保持在分段滚珠/滚柱导向器里。优选的，导向器形成的尺寸可以保持和这样被支撑的滚珠轴承基本上连续滑动的接触。在使用中，滚珠轴承将在一个带隔离片的线性运动轴承的滚珠轨道上循环转动，所述隔离片防止滚珠到滚珠接触。因为每个分段滚珠/滚柱导向器包括两个隔离片组件，所以对于放置在线性运动轴承的滚珠轨道上的多个滚珠中每隔一个滚珠只需要一个分段滚珠/滚柱导向器。而且，当沿着滚珠轨道循环转动时，连接组件为用于滚珠的导向器。

附图说明

结合附图，根据下面的优选实施例的详细描述，本发明以上和其它的目的，特征和优点将变得更加明显，其中：

图1是按照本发明的分段滚珠导向器装置的第一实施例的透视图；

图2是按照本发明的分段滚珠导向器装置的第一实施例的平面主视图；

图3是图1中除去滚珠的分段滚珠导向器的透视图；

图4是按照本发明图1中所绘的分段滚珠导向器的支撑/导向结构的透视图；

图4A是图4中沿着线I-I的剖面图；

图5是按照本发明的分段滚珠导向器的支撑/导向结构的另一个

实施例的透视图；

图6是按照本发明的分段滚珠导向器的支撑/导向结构的又一个

实施例的透视图；

图7图解说明了位于线性轴承装置滚珠轨道的负载支承部分的多个分段滚珠导向器装置；

图8是图7的放大图；

图9是按照本发明的分段滚珠导向器的又一个实施例的透视图。

具体实施方式

本发明的首选实施例将在下文参考附图来描述。在下面的描述中，清楚明白的功能或结构不再详细描述，以避免在不必要的细节方面遮盖本发明。在整个附图中，提供的同样元件在结构和功能上是等效的。

参考图1-8，按照本发明的分段滚珠/滚柱导向器一般通过附图标记10来标识。

图1-5图解说明了容纳一个滚珠轴承于其内的分段滚珠/滚柱导向器装置100。本发明的分段滚珠/滚柱导向器10包括至少一个第一隔离片组件12。虽然第一隔离片组件12能全部或部分地围绕滚动元件，例如滚珠轴承20，如下文将要描述的一样，支撑/导向器10的许多发明改进型还包括一个第二隔离片14。隔离片12和14互相之间沿着移动方向被隔开，功能上像一个防护装置一样来防止沿着轨道方向上移动的相邻的滚珠轴承20之间的互相接触。隔离片12和14之间的距离可以选择，以便它至少比滚珠轴承20的外径稍大。结果，至少导向器10的牵引部分保持和被支撑的滚珠轴承20的基本上连续滑动的接触，而对滚珠轴承20的转动没有不利影响。最好，作为结果，隔离片12、14和滚珠轴承20的几何形状，前者围绕滚珠轴承20以相同的半径距离被分隔开，和它的引导23、牵引21部分或区域一起并列，并且各自独立。为了保持相同的距离，本发明的装置包括至少一个第一连接组件16(图5)，但是，优选的包括两个连接组件16和18，在图1-4里说明得更清楚。

为了可靠地引导滚珠轴承20，第一和第二隔离片组件12、14可以做成具有座的形式，每一个有各自的凹入表面22、24(见图3)，与滚珠轴承20的区域21、23互补延伸。据此，当被装配好后，滚珠轴承20可转动地保持在分段导向器10里，并且，即使相邻的滚珠轴承200-206(图8)之间的距离意想不到的增加，导向器10仍然保持与被导向的滚珠轴承的滑动接触。从实际角度来看，导向器10不能在相邻的滚珠轴承之间偏离其位置，相邻的滚珠轴承沿着形成在轴承支架里滚珠轨道上的循环通道移动，而无论它们沿着滚珠轨道的相对位置如何。优选的是，隔离片组件12、14有形成在两侧24、26的凹入表面，一个用来容纳滚珠20，一个用来当运动时与相邻的滚珠保持接触，运行过程在下文描述。但是，做为选择地，内表面22、24可以是平坦的甚至是凸面的，仍然可以提供和滚珠轴承20的引导23、牵引21区域的接触。

图4到图6图解说明了分段滚珠/滚柱导向器的不同实施例。从根本上讲，不同实施例的变化在于组件和连接组件结构的不同。如图5所示，滚珠/滚柱导向器10包括只有一个连接组件16，然而图6的实施例有一个带凹口的连接组件。连接组件16、18的几何形状和特殊结构依靠滚珠轨道的具体设计。有利地，连接组件16、18的底部17、19收缩成弓形或大致圆锥形(图4A)，这将减少接触区域，结果也减少在连接组件和滚珠轨道侧表面的摩擦力。在操作中，如图4到6所示的实施例在功能上相似。隔离片12、14和连接组件16和18一样，通过不同的紧固件能被可分离地互相连接在一起。而且，导向器的所有元件都可以机械加工出彼此互补延伸并在导向器10的装配中彼此匹配的表面。例如，每一个隔离片12、14有用来容纳连接组件16和18上形成的突出部分的凹槽。做为选择地，滚珠/滚柱导向器的元件可以做成整体或单一的由不同材料加工制成，这些材料包括有低摩擦系数的工程聚合物和热塑性塑料。

在使用中，分段滚珠/滚柱导向器在线性运动轴承的滚珠轨道上循环转动，该轴承带防止滚珠到滚珠接触的隔离片组件。图7和8是线性轴承装置70的滚珠隔离环部分或轴承支架72。滚珠隔离环部分72包括：一个有装载轴承部分76的滚珠轨道74，一个返回部分78和一个转向部分80。因为每个分段滚珠/滚柱导向器10包括：两个隔离片组件12、14，所以只有对于放置在线性运动轴承70滚珠轨道74上的多个滚珠中的每隔一个滚珠只需要一个分段滚珠/滚柱导向器10。隔离片组件12和14容纳第一滚珠200，第二滚珠202在隔离片组件14的外凹表面26和下一个相邻的导向器10的隔离片组件12的外凹表面(没有表示)之间循环转动。当滚珠200、202、204、206循环转动提供线性运动时，隔离片组件12、14将消除滚珠到滚珠接触。而且，当沿着滚珠轨道74循环转动时，连接组件或组件组16、18为滚珠20担当导向器，这时可防止脱落轨道的滚珠移动。

图9图解说明了分段滚珠导向器的第五实施例。如图9所示，导向器90做成一个有一个内表面92、一个外表面94、一个上表面96和一个下表面98的环形组件。导向器最好做成平表面。作为对环形组件的改进，内表面92和外表面94可以做成凹槽形状以使滚珠20之间的距离最小。正如以上描述的其它实施例，当沿着滚珠轨道74循环转动时，导向器90为滚珠担当导向器。

本发明有可都使用滚动元件链和滚珠隔离片的好处，而没有相关联的不利因素。本发明的滚珠/滚柱导向器以相同的方式担当滚动元件链，而没有受限扭曲的不利因素。通过没有互相连接的独立的分段滚珠导向器装置，在滚珠导向器之间的极大量的扭曲可能导致在设计返回轨道几何形状方面的很大灵活性。

而且，当滚动元件(也就是轴承滚珠)之间的间隙随着时间的过去、随滚珠隔离片一起出现增大时，滚珠/滚柱导向器并没有脱离它原来位置的危险。这通过在滚珠隔离片组件之间的连接组件或组件16、18来实现。这就使线性轴承的设计者放松了对滚珠轨道几何形状的公差要求。同样这使设计者可以自由地为分段滚珠/滚柱导向器选择硬或软的材料，因为滚珠之间的间隙变化不会导致灾难性故障。

虽然参考优选实施例详细描述本发明时，它们仅仅代表典型的应用。例如，滚珠轴承20能和径向轴承组成一体。至少一个隔离片12、14的外表面85(图9)沿着滚动元件20的牵引或引导区域23、21能做成凹槽形状，以便凹槽的形状和尺寸可以导向和支撑相邻的滚珠轴承。这样，这可很清楚的理解为，本领域的技术人员所做出各种变形，都落入本发明的精神实质和范围。

Claims (25)

1.一个用于沿着轨道可转移的至少一个滚动元件的导向装置，包括一个导向器，该导向器构造为沿着该轨道引导至少一个滚动元件，同时保持该滚动元件沿着该轨道与其基本上连续的滑动接触引导。

2.权利要求1中的导向装置，其中导向器包括至少一个隔离片，它在至少一个滚动元件的径向相对的引导区域和牵引区域之间延伸。

3.权利要求2中的导向装置，其中至少一个隔离片是环状的。

4.权利要求2中的导向装置，其中至少一个隔离片沿着至少一个滚动元件的引导区域和牵引区域之一是不连续的。

5.权利要求2中的导向装置，其中至少一个隔离片有相对的内侧和外侧，它们或者互相平行地延伸或者都朝着底部会聚，以便减少底部的接触表面。

6.权利要求5中的导向装置，其中底部是弓形的或基本上是圆锥形的。

7.权利要求5中的导向装置，其中至少一个隔离片的内侧有至少一个这样的部分，它和滚动元件的各自引导区域和牵引区域并列，并弯曲以保持和各自的引导区域和牵引区域基本上连续的接触。

8.权利要求7中的导向装置，其中隔离片的弯曲部分有一个表面，该表面与至少一个滚动元件的各自的引导和牵引区域互补延伸。

9.权利要求5中的导向装置，其中至少一个隔离片的外侧有一个设有弯曲表面的区域，该弯曲表面构造用来可滑动地支撑第二滚动元件，该第二滚动元件位于紧靠至少一个滚动元件上游或下游的位置。

10.权利要求2中的导向装置，其中导向器还包括：

一个第二隔离片，它和至少一个滚动元件的各自的引导区域和牵引区域并列，该第二隔离片构造用来保持和该至少一个滚动元件基本上连续的接触；

至少一个连接器，它在至少一个和第二隔离片之间延伸并连接它们，以确保在至少一个滚动元件沿着轨道的移动中，在至少一个滚动元件和第二隔离片之间基本上连续的接触。

11.权利要求10中的导向装置，其中导向器还包括一个第二连接器，只要至少一个滚动元件由导向器包围，该第二连接器就和至少一个连接器分隔开，并且在至少一个和第二隔离片之间延伸。

12.权利要求11中的导向装置，其中至少一个和第二连接器中的一个是不连续的。

13.权利要求11中的导向装置，其中至少一个和第二连接器及至少一个和第二隔离片可分开地装配或整体制成。

14.权利要求11中的导向装置，其中导向器由从一组包括聚合物、热塑性塑料、以及聚合物和热塑性塑料化合物中挑选的、并具有低摩擦系数特性的材料制成。

15.一种线性运动和滚珠螺杆系统，包括：

一个环形的循环通道；

多个沿着移动方向在环形的循环通道里的可转移的滚动元件；以及

至少一个导向器，用来容纳多个滚动元件，并且构造用来防止在一个滚动元件和该滚动元件相邻的上游和下游滚动元件之间的滚珠到滚珠接触。

16.权利要求15中的线性运动和滚珠螺杆系统，其中至少一个导向器包括：

一个引导隔离片，位于至少一个滚动元件和下游滚动元件之间并横跨循环通道；

一个牵引隔离片，位于至少一个滚动元件和上游滚动元件之间并横跨循环通道；

至少一个连接器，它在引导隔离片和牵引隔离片之间延伸并连接它们，并且横向延伸超出循环通道以便至少部分地围起至少一个滚动元件。

17.权利要求16中的线性运动和滚珠螺杆系统，还包括一个第二连接器，该第二连接器从至少一个连接器径向地分隔开，并在引导隔离片和牵引隔离片之间延伸并且横向延伸超出循环通道。

18.权利要求17中的线性运动和滚珠螺杆系统，其中所述一个和第二连接器中的至少一个是不连续的，以便减少连接器和与循环通道相邻的表面之间的摩擦。

19.权利要求16中的线性运动和滚珠螺杆系统，其中引导隔离片和牵引隔离片的至少一个具有相对的内侧和外侧表面，所述表面朝着对方向内弯曲，以便为至少一个滚动元件和各自上游和下游的滚动元件形成一个第一座。

20.权利要求16中的线性运动和滚珠螺杆系统，其中导向器构造用来使引导隔离片和牵引隔离片均匀地从至少一个滚动元件的滚动轴分隔开。

21.权利要求16中的线性运动和滚珠螺杆系统，其中至少一个滚动元件和至少牵引隔离片在至少一个滚动元件沿着循环通道的移动中保持基本上连续的接触。

22.权利要求17中的线性运动和滚珠螺杆系统，其中引导隔离片和牵引隔离片以及所述一个和第二连接器可分开地互相连接或互相固定。

23.一个线性运动轴承，包括：

一个设有至少一个环形的循环通道的轴承支架；

一系列独立的沿着循环通道可移动的轴承滚珠；

多个沿着循环滚珠通道的可滑动的导向器，安排为每隔一个轴承滚珠可导向地被支持在各自的导向器中，以防止在轴承滚珠移动中，相邻轴承滚珠产生滚珠到滚珠接触。

24.权利要求23中的线性运动轴承，其中多个导向器中的每一个包括：

一个横跨循环通道的引导隔离片；

一个牵引隔离片，位于从引导隔离片上游的位置，并横跨循环通道；以及

至少一个连接器，它在引导隔离片和牵引隔离片之间延伸并连接它们，并横向延伸超出循环通道，然而，当这些轴承滚珠沿着循环通道移动时，导向器和轴承滚珠保持基本上连续的接触。

25.权利要求24中的线性运动轴承，还包括一个从至少一个连接器径向分隔开的第二连接器。

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