CN1653278A - 备有减振功能的轴部件 - Google Patents

Abstract

本发明提供能确实衰减作用在金属制轴部件上的振动、并且能尽量防止噪音的轴部件。在上述金属制的轴部件上，形成有沿轴方向的花键槽和螺旋状的螺纹槽等。本发明的轴部件，由备有中空部的金属制轴本体、和无间隙地填满该中空部的作为振动吸收体的陶瓷材料构成。该陶瓷材料，以粉体、粒状体或流动体的状态充填到轴本体的中空部内，在该中空部内成形为与该中空部吻合的形状。

Description

备有减振功能的轴部件

技术领域

本发明涉及沿着轴方向形成有花键槽或螺旋状螺纹槽等的金属制轴部件，特别涉及能早期地使振动或噪音衰减的轴部件的改进。

背景技术

现有的滚珠花键轴，由沿轴方向形成有滚珠滚动槽的花键轴、和通过无限循环的滚珠卡合在该花键轴上的花键螺母构成。上述花键螺母沿着轴方向在花键轴的周围运动，同时可在花键轴与花键螺母之间传递转矩。

另外，现有的滚珠螺旋(ボ一ルねじ)装置，由以预定的间距形成有螺旋状滚珠滚动槽的丝杠轴、和通过无限循环的滚珠与该丝杠轴螺合的螺母构成。上述螺母与上述丝杠轴的旋转相应地在其轴方向运动。

但是，使用这些滚珠丝杠装置和滚珠花键轴等时，随着花键轴或丝杠轴与螺母的相对移动，上述滚珠无限循环，该滚珠一个一个地与这些轴部件接离，所以，当上述螺母高速运动时，滚珠强力地碰撞轴部件，该碰撞使轴部件振动，并且产生刺耳的振动音。

另外，这种滚珠丝杠装置和滚珠花键轴多用于工业用机械手的Z轴等，为了高精度地定位该Z轴，必须早期地使作用在花键轴及丝杠轴上的振动衰减，如果该振动衰减之前的整定时间长时，则使一个作业单位结束的间歇时间加长，生产效率降低。

现有技术中，鉴于该问题作出的轴部件，有日本特开昭62-103133号公报揭示的中空轴。该中空轴的周壁，是在金属制的内层和外层之间叠置陶瓷材料的中间层而形成的，不容易传递振动。

但是，该叠层构造的中空轴制作麻烦而且生产成本高。另外，作用在轴部件上的振动根据该轴部件本身的形状用途而不相同，为了有效地使该振动衰减，必须根据振动的频率将该叠置的中间层最佳化。对于这一点，由于在叠置了中间层的中空轴中，该中间层很薄，所以该中间层的设计和选择没有余地，很难根据各种用途使振动有效地衰减。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的是提供轴部件，该轴部件能确实衰减作用在轴部件上的振动，并且能尽量地防止噪音的发生。

为了实现上述目的，本发明的轴部件，其特征在于，由备有中空部的金属制轴本体、和无间隙地填满该中空部的作为振动吸收体的陶瓷材料构成。

上述陶瓷材料，可以形成为预定的形状后，压入到轴本体的中空部内，但是，考虑到轴部件组装的麻烦，最好将陶瓷材料以粉体、粒状体或流动体的状态充填到轴本体的中空部内，在该中空部内，成形为与该中空部吻合的形状。

另外，上述陶瓷材料，最好是以水硬性粉体和非水硬性粉体为主要成份的水硬性组合物。

附图说明

图1是表示采用本发明的转向横拉杆(轴部件)的实施例的正面图。

图2是表示采用了图1所示转向横拉杆的转向装置构造的概略图。

图3是图1的III-III线断面图。

图4是表示将本发明用于输出轴的滚珠丝杠花键轴的立体图。

图5是表示采用了图4所示滚珠丝杠花键轴的机械手的组装断面图。

图6是表示采用了本发明的丝杠装置的丝杠轴的正面图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的、备有减振功能的轴部件。

图1表示用于汽车动力转向装置的转向横拉杆8的一例。采用该转向横拉杆8的动力转向装置，如图2所示，备有转向系统1、与转向系统1的输出轴2连接着的齿轮齿条副机构3、检测转向系统1的转向力矩的转向力矩检测机构4、根据该转向力矩检测机构4的检测信号发出控制信号的控制机构5、根据该控制机构5的控制信号产生与转向力矩相应的辅助力矩的电动机6、与上述转向横拉杆螺合并且被上述电动机6驱动旋转的转向用滚珠螺纹部件(ボ一ルねじ)7。将转向把手1a转向时，齿轮齿条副机构3和转向用滚珠螺纹部件7使转向横拉杆8在轴线方向直线运动，连接在转向横拉杆两端的车轮11a、11b被转向。

上述转向系统1，备有转向把手1a、与该转向把手1a连接着的输入轴12、和与该输入轴12连接着的输出轴2。上述转向力矩检测机构4检测转向力矩、即输入轴12和输出轴2的相对扭转角。

上述齿轮齿条副机构3备有小齿轮11和齿条齿9。小齿轮11通过万向接头结合在输出轴2的前端。齿条齿9形成在转向横拉杆8上，并且与小齿轮11啮合。当转向把手1a旋转时，转向把手1a的旋转通过输入轴12及输出轴2传递给小齿轮11，该小齿轮11把具有齿条齿9的转向横拉杆8往轴线方向推动。

转向横拉杆8是备有中空部8a的中空轴，在其一端侧形成有齿条齿9，在另一端侧形成有螺旋状的滚珠滚动槽10，上述转向用滚珠螺纹部件7通过在该滚珠滚动槽10上滚动的多个滚珠螺合在滚珠滚动槽10上。在转向横拉杆8的两端，通过一对球形接头13、13连接着车轮11a、11b。转向把手1a操作时，转向横拉杆8朝轴线方向直线运动，该直线运动通过球形接头13作为摆动运动传递给各车轮11a、11b，进行车轮11a、11b的转向。

另外，上述转向把手1a操作时，为了使转向横拉杆8的轴线方向的移动灵活地进行，电动机6产生与转向力矩相应的辅助力矩，借助该辅助力矩，使上述转向用滚珠螺纹部件7朝预定的方向旋转。这样，将转向把手1a转向时，转向横拉杆8不仅被齿轮齿条副机构朝轴线方向推动，而且也被转向用滚珠螺纹部件7朝轴线方向推动。

转向横拉杆8，在其备有中空部的金属制轴本体8的外周面，形成了齿条齿9和滚珠滚动槽10，这些齿条齿9和滚珠滚动槽10是用切削加工或搓丝加工形成的。齿条齿9和滚珠滚动槽10可以形成在一根轴本体8b上，但是也可以把形成有齿条齿的中空轴和形成有滚珠滚动槽的中空轴用焊接等方式接合起来，形成备有中空部的轴本体。

图3表示转向横拉杆8的、垂直于轴方向的断面。本实施例的转向横拉杆8的中空部8a内，无间隙地填满了由陶瓷材料构成的振动吸收体8c，该振动吸收体8c与轴本体8b的内周面密接。该振动吸收体8c也可以形成为圆筒形状后压入轴本体8b的中空部8a内，与轴本体8b一体化。但是，考虑到把振动吸收体8c形成为高精度圆筒状的麻烦、以及考虑到轴本体8b的中空部8a内存在着凹凸等情形，最好将振动吸收体8c以粉体、粒状体或流动体的状态充填到轴本体8b的中空部内，在中空部8a内成形为与该中空部8a吻合的形状。

为此，本实施例中，把以水硬性粉体和非水硬性粉体为主要成份的水硬性组合物(商品名：ジ一マ，住友大阪水泥制)加压充填到上述轴本体的中空部内，通过将其水热合成，使由陶瓷材料构成的振动吸收体与轴本体一体化。水硬性粉体是指遇水硬化的粉体，例如有硅酸钙化合物粉体、铝酸钙化合物粉体、氟铝酸钙化合物粉体、硫铝酸钙化合物粉体、铝铁酸钙化合物粉体、磷酸钙化合物粉体、半水或无水石膏粉体、具有自硬性的生石灰粉体、两种以上这些粉体的混合物粉体等，水硬性粉体的代表例，例如有硅酸盐水泥那样的粉体。

另外，非水硬性粉体，是指即使是单体与水接触也不硬化的粉体，但是也包含在碱性或酸性状态或高压蒸气环境下，其成份溶出，与其它已溶出成份反应而形成生成物的粉体。通过添加这样的非水硬性粉体，可以提高成形体成形时的充填率，减少成形体的空隙率，提高成形体的尺寸稳定性。作为非水硬性粉体的代表例，例如有氢氧化钙粉末、二水石膏粉末、碳酸钙粉末、矿渣粉末、烟灰粉末、硅石粉末、粘土粉末、硅蒸气粉末等。

水硬性粉体和非水硬性粉体构成的混合粉体的组成比例中，非水硬性粉体的配合量为10～50重量％，最好为25～35重量％。如果配合量不足10重量％，则充填率低，如果超过了50重量％，则强度和充填率低，无论哪种情形都对成形、硬化后的各种性质有不好的影响，例如在机械加工时产生缺陷或者影响尺寸稳定性等。因此，最好考虑机械加工性等以及使充填率不过低地调节非水硬性粉体的配合量。

将上述轴本体与振动吸收体一体化的具体工序是，首先，在由硅酸盐水泥等的水硬性粉体、硅蒸气等的非水硬性粉体和其它添加物构成的混合粉体内，对于100重量部的水硬性粉体和非水硬性粉体的混合粉体，混合30重量部以下的水或不足理论水和量的物质，调节成形用混合物。混合时，最好采用可对成形用混合物施加强剪切力的混合方法或混合机械。

接着，把该得到的成形用混合物加压充填到轴本体的中空部内，充填完了后进行养护，使其硬化。该养护在室温或高温高压下进行，养护时间根据养护温度而变化。

这样，无论中空部的形状如何，都能把由陶瓷材料构成的振动吸收体无间隙地填入轴本体的中空部内。

表1中，表示对中空轴、和在中空轴内充填了上述振动吸收体的轴，计测固有振动数，并且，计测强制加振时的频率应答特性，求该时的衰减比和增益差(dB)的结果。如表1所示，在中空轴内无间隙地充填了由陶瓷材料构成的振动吸收体的轴，其衰减比比中空轴大。

表1

		中空轴	有吸收体
				1	固有振动数(Hz)	421	390
衰减比	0.0025	0.0145
			增益差(db)		0	-17.6
2	固有振动数(Hz)	1136					1079
			衰减比	0.0008	0.0349
	增益差(db)	0				-35.0

另外，如前所述，充填在中空轴内的陶瓷材料，通过变更非水硬性粉体的配合量和充填时的加压力，可以自由地调节空隙率和硬度，所以，也可以把与中空轴的形状和作用的振动数相应的衰减性能赋予轴部件。

因此，根据本实施例的转向装置，转向把手操作时，小齿轮与齿条齿啮合，或者转向用滚珠螺纹部件旋转时，即使在上述转向横拉杆上产生振动，该振动也能被早期地衰减，所以，可抑制随着该振动产生的噪音传播到汽车内部。

图4和图5表示采用本发明的机械手的实施例。

该机械手由滚珠螺旋花键轴和一对马达构成，通过控制一对马达的旋转和停止，可以使作为手臂的输出轴进行直行、旋转、螺旋各种运动。

如图4所示，上述滚珠螺旋花键轴，在一根输出轴50的外周面上，重复地形成螺旋状的滚珠螺纹槽51和沿轴方向延伸的滚珠花键槽52，使滚珠螺母53螺合在上述滚珠螺纹槽51上，使滚珠花键螺母54嵌合在上述滚珠花键槽52上，上述输出轴50，与这些滚珠螺母53和滚珠花键螺母54的停止·旋转相应地、朝轴方向直行或进行旋转运动。因此，为了使上述滚珠螺母53和滚珠花键螺母54相对于安装壳体能自由地旋转，在这些各螺母53、54的外周面，通过无数的滚珠55、56组装着支承轴承57、58。

该滚珠螺旋花键轴，如图5所示，安装在壳体上使用。即，滚珠螺母53和滚珠花键螺母54的各支承轴承57、58，固定在壳体59上，各螺母53、54相对于壳体59可旋转地支承着。另外，在滚珠螺母53和滚珠花键螺母54的各端部，固定着皮带轮60、61，图未示马达的旋转力，由架设在皮带轮60、61上的定时皮带传递给各螺母53、54。

上述滚珠螺母53，由螺母本体63、一对端帽65和无数的滚珠64构成。螺母本体63的内周面上，形成有与输出轴50的滚珠螺纹槽51相向的螺旋状负荷滚珠槽62。一对端帽65固定在螺母本体63的两端部，辅助滚珠64的无限循环。无数个滚珠64挟入在输出轴50的滚珠螺纹槽51与螺母本体63的负荷滚珠槽62之间。随着输出轴50与滚珠螺母53的相对旋转运动，上述滚珠64在滚珠螺纹槽51与负荷滚珠槽62之间滚动。另外，在螺母本体63上，沿着其轴方向形成了滚珠返回孔66，另一方面，在端帽65上，形成了方向转换槽(图未示)，该方向转换槽用于把在螺母本体63的负荷滚珠槽62上滚动结束的滚珠64送入上述滚珠返回孔66。随着滚珠螺母53的旋转，滚珠64无限循环。

另外，上述滚珠花键螺母54由螺母本体68、无数的滚珠69、和滚珠保持器70构成。螺母本体68的内周面上，形成有与输出轴50的滚珠花键槽52相向的负荷滚珠槽67。无数的滚珠69挟入在输出轴50的滚珠花键槽52与螺母本体68的负荷滚珠槽67之间。滚珠保持器70固定在螺母本体8的中空部，用于保持和导引上述滚珠69。该滚珠花键螺母54，防止输出轴50与滚珠螺母54的相对旋转，将输出轴50朝轴方向导引。

另外，上述输出轴50，由备有中空部的轴本体、和无间隙地充填在该轴本体的中空部内的振动吸收体构成，该振动吸收体由与上述转向横拉杆8同样的陶瓷材料形成。

上述已往的负荷运动驱动装置中，用图未示的两个马达分别使滚珠螺母53和滚珠花键螺母54独立地旋转，通过组合滚珠螺母53的旋转运动和滚珠花键螺母54的旋转运动，可以得到输出轴50的直行运动、旋转运动、或将直行及旋转组合起来的螺旋运动。例如，在使滚珠花键螺母54静止的状态，使滚珠螺母53旋转时，从输出轴50可得到与滚珠螺母53的旋转方向相应的直行运动。另外，在使滚珠螺母53静止的状态，使滚珠花键螺母54旋转时，从输出轴50可得到与滚珠花键螺母54的旋转方向一致的螺旋运动。

该机械手中，对输出轴50赋予直行运动、旋转运动、或螺旋运动时，由于滚珠螺母53和滚珠花键螺母54备有的多个滚珠在输出轴50的滚珠花键槽52和滚珠螺纹槽51上滚动，所以，该滚动对输出轴赋予了振动，另外，输出轴50本身的旋转也产生振动。因此，使滚珠螺母53和滚珠花键螺母54高速旋转时，在预定的运动结束、定位后的输出轴50上残存着振动，在该振动衰减之前，不能进行停止位置的机械手作业，因此不能缩短间歇时间。

但是，本实施例的机械手，由于在输出轴50的中空部内充填了由陶瓷材料构成的振动吸收体，所以，能够使因滚珠的滚动和输出轴本身的高速旋转而在该输出轴上产生的振动早期地衰减，可以缩短采用该机械手的组装作业等的间歇时间。

图6表示采用了本发明的滚珠丝杠装置的丝杠轴80。

图1所示的转向横拉杆8、图4所示的机械手的输出轴50，都形成为两轴端开口的中空轴，将振动吸收体从两端部的开口充填到中空部内。但是，滚珠丝杠装置的丝杠轴，在其两轴端必须安装用于支承该丝杠轴旋转的轴承，另外，还必须安装用于把马达的旋转传递给该丝杠轴的接头，必须将轴端加工成与用途相应的形状。

因此，图6所示的丝杠轴80中，在外周面上形成有螺旋状滚珠滚动槽81的中空轴82的中空部83内，充填了振动吸收体84后，将加工成预定形状的端末部85、86接合在该中空轴82的两端开口，将该开口闭塞。端末部85、86与中空轴82的轴端的接合，是采用摩擦溶接。具体地说，是在将中空部82与端末部85、86的轴心对准的状态，将中空轴82固定住，另一方面，使端末部85、86高速旋转，将端末部85、86压接在中空轴82的轴方向端面上。

这样，在充填了由陶瓷材料构成的振动吸收体84的中空轴82的两轴端，可以备有端末部85、86，可以制造振动衰减比大的丝杠轴80。

工业实用性

如上所述根据本发明的备有减振功能的轴部件，通过把由陶瓷材料构成的振动吸收体无间隙地充填在轴本体的中空部内，可以大大地衰减作用在轴部件上的振动，可以尽量地防止噪音的发生。

Claims (4)

1.轴部件，其特征在于，由备有中空部的金属制轴本体、和无间隙地填满该中空部的作为振动吸收体的陶瓷材料构成。

2.如权利要求1所述的轴部件，其特征在于，上述陶瓷材料，以粉体、粒状体或流动体的状态充填到轴本体的中空部内，在该中空部内，成形为与该中空部吻合的形状。

3.如权利要求1所述的轴部件，其特征在于，上述陶瓷材料，是以水硬性粉体和非水硬性粉体为主要成份的水硬性组合物。

4.如权利要求1所述的轴部件，其特征在于，轴本体的两端开口部，被接合在该开口部上的端末部闭塞，上述振动吸收体被密闭在轴本体的中空部内。

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