CN1773146B - 滚珠丝杠组装体的冷却装置 - Google Patents

Abstract

滚珠丝杠组装体的冷却装置，包括滚珠丝杠轴、套在滚珠丝杠轴的滚珠螺母和多个滚珠，滚珠丝杠轴在中心部形成有轴向端密闭的冷却流体循环通道，在该通道两侧在径向有至少一个冷却流体入口、出口；具有：腔室，沿滚珠丝杠轴的周面形成，与冷却流体入口、出口连通；密封部件，在腔室轴向两端密闭设置在滚珠丝杠轴的外径部；冷却流体供给及排出部件，与腔室连通，密封部件包括：一对环状密封圈，设在腔室轴向两端，密封安装在滚珠丝杠轴的外径部；一对密封罩，套在滚珠丝杠轴的外径部以使密封圈紧密接触腔室两端，与密封圈紧密接触；密封壳，包围密封圈的周面，具有与外部连通的入口、出口用孔。本发明加工及装配容易、维修性好、可提高生产率和质量。

Description

滚珠丝杠组装体的冷却装置

技术领域

本发明涉及一种在把旋转运动转换为直线运动时使用的滚珠丝杠组装体，特别涉及一种滚珠丝杠组装体的冷却装置，该冷却装置能够容易进行冷却部件的加工及装配，维修性良好，并且能够提高生产效率和质量。

背景技术

一般，滚珠丝杠组装体(ball screw assembly)是把旋转运动转换为直线运动的装置。特别是，在要求高速高精度的机床或复合加工设备中使用的滚珠丝杠组装体，要求具备冷却装置，以便消除在高速驱动时所产生的运动摩擦热量。

因此，滚珠丝杠冷却装置，使滚珠丝杠的热位移最小化，以便提高加工精度，并且也提高滚珠丝杠的寿命。

以往，作为与滚珠丝杠冷却装置相关的公知技术，有日本公开专利公报中记载的特开2000-230617号(公开日2000.8.22)、特开2001-295909号(公开日2001.10.26)、特开2002-310258号(公开日2002.10.23)、特开2002-372119号(公开日2002.12.26)、特开2003-172427号(公开日2003.6.20)。

特开2000-230617号，使气/油雾经过形成在滚珠螺母上的气体供给路径，流向滚珠丝杠，同时实现滚珠螺母的冷却和滚珠支撑部的润滑。

特开2001-295909号，通过在滚珠丝杠轴的内部设置的冷却介质管道进行第1次冷却水供给，并以U字形式排出，再通过螺旋状冷却介质通道向滚珠螺母内进行第2次冷却水供给，然后在相反方向排出，利用温度检测器，使得不超过润滑脂的临界温度。

特开2002-310258号，使形成于滚珠螺母上的冷却流体循环槽与两个护套的切槽连通，以“Z”字形循环排出冷却流体来进行冷却。

特开2002-372119号，在滚珠螺母的圆周上，形成有多个轴向冷却孔，当滚珠螺母在滚珠丝杠轴上移动时，借助由冷却孔构成的换气，来进行冷却。

特开2003-172427号，向在滚珠螺母内部形成为圆形的空腔内填充传热性良好的冷却剂，来进行冷却。

但是，这些公知技术的结构，都是在滚珠螺母上直接形成通道，所以必须对滚珠螺母的结构进行变更，从而滚珠丝杠冷却装置不能直接设置在已有的滚珠丝杠上。

并且，由于必须在滚珠螺母的内部主体上直接形成冷却流路，因此制作起来比较困难。另外，在分体结构中适用冷却流路时，不仅必须对滚珠螺母的结构进行变更，而且组装部件数量增加，从而导致质量和生产效率降低。

另一方面，滚珠丝杠组装体在冷却滚珠丝杠轴时，即使在滚珠丝杠轴进行高速旋转运动时，也必须持续供给冷却流体，所以冷却流体供给部需要具备密封装置。作为冷却流体，使用气体或冷却水或冷却油，冷却油可以在雾状下使用，但这取决于设备的作业条件。只要密封装置稍微磨损，这种冷却流体就会泄漏，因此密封装置必须始终保持密封功能。由于这种密封装置是持续受到运动摩擦的部分，因此，如果上述密封装置被摩损或耐久性降低，就需要更换，此时，在更换时所要进行的分离及再设置，其组装性能必须要很容易。

发明内容

本发明就是鉴于上述情况而提出的，本发明的第1目的在于，提供一种滚珠丝杠组装体的冷却装置，该冷却装置容易进行冷却流体密封装置的更换和维修，并且向滚珠丝杠轴的内部供给冷却流体且冷却流体不会被泄漏。

本发明的第2目的在于提供一种滚珠丝杠组装体的冷却装置，该冷却装置使用冷却油容易进行作业，以最少的部件数量提高装配性，能够容易冷却滚珠螺母。

为了达到上述目的，本发明的滚珠丝杠组装体构成为，包括：在外径部形成有螺旋状滚珠沟槽的滚珠丝杠轴；滚珠螺母，套在所述滚珠丝杠轴的外径部上，在其内径部形成有对应于所述滚珠沟槽的螺旋状滚珠沟槽；多个滚珠，介于所述滚珠沟槽之间并可以旋转；把所述滚珠丝杠轴的转动动力转换成所述滚珠螺母的推进力，其特征在于，所述滚珠丝杠轴，在中心部形成有轴向的两端部被密闭的冷却流体循环通道，在所述循环通道的两侧，在半径方向具有至少一个冷却流体入口、出口，包括：腔室，与所述冷却流体入口、出口连通，并沿着所述滚珠丝杠轴的圆周面形成；密封部件，在所述腔室的轴向两端，被密闭设置在所述滚珠丝杠轴的外径部，以阻断冷却流体在腔室和所述滚珠丝杠轴的外径部之间泄漏；冷却流体供给及排出单元，与所述腔室连通，从外部向腔室内供给冷却流体并排出，

并且，本发明的特征在于，所述密封部件由以下部分构成：一对环状密封圈，设在所述腔室的轴向两端，并且分别被密封安装在所述滚珠丝杠轴的外径部；一对密封罩，套在所述滚珠丝杠轴的外径部上，以使一对环状密封圈紧密接触腔室的两端，且所述密封罩与所述一对环状密封圈紧密接触；密封壳，包围所述一对环状密封圈的圆周面，并且具有与外部连通的入口、出口用孔。

并且，本发明的特征在于，所述一对密封罩利用紧固部件固定在所述密封壳的两端，所述密封壳利用紧固部件固定在可旋转地容纳所述滚珠丝杠轴的一部分的轴承座上，以便能够容易地更换所述环状密封圈，分离所述密封壳和所述密封罩时，所述环状密封圈露出。

并且，本发明的特征在于，在所述滚珠螺母上，还具有套在其外径部上而被安装的冷却套管，所述冷却套管在内径部形成有螺旋状冷却流体循环槽，在外径部和内径部之间，在轴向形成有与所述冷却流体循环槽连通的冷却流体入口、出口孔，在所述滚珠螺母的法兰部形成有冷却流体入口、出口，并与所述冷却流体入口、出口孔连通。

并且，本发明的特征在于，在所述冷却套管的内径部和所述滚珠螺母的外径部之间，还设有装配在冷却套管上的中间套管。

并且，本发明的特征在于，所述冷却套管利用紧固部件固定在所述滚珠螺母的法兰部的断面上。

并且，本发明的特征在于，在所述冷却套管的内径部两端，还设有阻断冷却流体从冷却流体循环槽泄漏的O型密封圈。

并且，本发明的特征在于，在所述滚珠螺母的外径部表面，形成有呈螺旋状的冷却流体循环槽，以使冷却流体沿着上述表面循环；还具有套在所述滚珠螺母的外径部上而被安装的冷却套管，所述冷却套管在其外径部和内径部之间，在轴向上形成有与所述冷却流体循环槽连通的冷却流体入口、出口孔；在所述滚珠螺母的法兰部上，形成有冷却流体入口、出口，并与所述冷却流体入口、出口孔连通。

并且，本发明的特征在于，所述冷却套管利用紧固部件固定在所述滚珠螺母的法兰部的断面上。

并且，本发明的特征在于，在所述滚珠螺母的外径部两端，还具有阻断冷却流通从冷却流体循环槽泄漏的O型密封圈。

如后面所述，根据本发明的具有冷却单元的滚珠丝杠组装体，加工和组装的容易性及维修性提高，提高了生产效率和质量。

并且，切断冷却流体的泄漏的环状密封圈容易分解，更换操作性良好。

附图说明

图1是本发明的第1实施例的滚珠丝杠组装体的冷却装置结构图。

图2a是在图1所示的密封装置的放大剖面图。

图2b是图2a的K部放大图。

图3是本发明的第2实施例的滚珠丝杠组装体的冷却装置结构图。

图4是沿图3的A-A线看到的剖面图。

图5是适用于第2实施例的冷却套管的正剖面图。

图6是表示第2实施例的变形例的、滚珠丝杠组装体的冷却装置的结构图。

图7是本发明的第3实施例的滚珠丝杠组装体的冷却装置的结构图。

标号说明

20滚珠丝杠轴；25冷却流体循环通道；30滚珠螺母；36冷却流体循环槽；40滚珠；50冷却套管；51冷却流体循环槽；57冷却流体供给部件；58冷却流体排出部件；62密封壳；64环状密封圈；66、67密封罩；70中间套管；80腔室

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的优选实施例。

(第1实施例)

本发明的第1实施例适用于图1和图3所示的滚珠丝杠组装体。即，滚珠丝杠组装体具有滚珠丝杠轴20，在滚珠丝杠轴20的外径部的一定区间，形成有螺旋状滚珠沟槽21。

滚珠螺母30套在所述滚珠丝杠轴20上。在所述滚珠螺母30的内径部，形成有与所述滚珠丝杠轴20的滚珠沟槽21对应的螺旋状滚珠沟槽31。

在所述滚珠丝杠轴20的外径部与滚珠螺母30的内径部之间，具有多个滚珠40，所述滚珠40位于所述两个滚珠沟槽21、31之间并可以旋转。从而，多个滚珠40可以使所述滚珠丝杠轴20与滚珠螺母30相互旋转。

本发明的第1实施例如图1和图2a及图2b所示，在所述滚珠丝杠轴20的中心部，形成有在轴向的两端部被密闭的冷却流体循环通道25，在所述冷却流体循环通道25的两侧，在半径方向上具有冷却流体入口、出口26、27。

在所述冷却流体入口、出口26、27的圆周上，具有沿着滚珠丝杠轴20的圆周面与冷却流体入口、出口26、27连通的腔室80。

在所述腔室80的轴向两端具有被密闭设置在所述滚珠丝杠轴20的外径部上的密封装置60A、60B，以便阻断冷却流体在腔室80与所述滚珠丝杠轴20的外径部之间泄漏。

即使在滚珠丝杠轴20旋转时，所述密封装置60A、60B也能够防止出入所述冷却流体循环通道25的冷却流体泄漏到周围。从而，滚珠丝杠轴20的发热部位通过被持续供给的冷却流体冷却。

特别是，第1实施例的特征在于，更换密封装置60A、60B的密封圈非常简单，与以往那样，将滚珠丝杠轴20整体分解并更换的方式相比，更换操作性明显优异。

即，密封装置60A、60B防止通过所述腔室80流入或排出的冷却流体泄漏，被设置成具有相同结构。

因此，如果观察任一个密封装置60A，得知其由以下部分构成：一对环状密封圈64、64，设在所述腔室80的轴向两端，并且分别以密封的状态安装在所述滚珠丝杠轴20的外径部上；一对密封罩66、66，套在所述滚珠丝杠轴20的外径部上，以使所述一对环状密封圈64、64紧密接触在所述腔室80的两端，且所述密封罩与所述一对环状密封圈64、64紧密接触；密封壳62，包围所述一对环状密封圈64、64的圆周面，并且具有与外部连通的入口、出口用孔62a。

所述密封罩66、66利用螺栓67、67固定在密封壳62上，所述一对环状密封圈64、64设在使冷却流体入口、出口26、27和形成于所述密封壳62上的入口、出口用孔62a连通的位置上。

在这样构成的密封装置中，密封壳62利用螺栓201被安装在轴承座200上。在轴承座200上，设有支撑滚珠丝杠轴20的轴承202、202，滚珠丝杠轴20的一端由未图示的伺服电机驱动而旋转。

因此，如图1所示，如果通过供给管道57供给冷却流体，冷却流体在经过一侧腔室80进入半径方向上的冷却流体入口26后，在轴向上，经过冷却流体循环通道25。然后，通过冷却流体出口27在半径方向上流过，并且经过另一侧腔室80之后，向排出管道58排出。

根据这种第1实施例，冷却流体沿着冷却流体循环通道25的流路流过，同时吸收在滚珠丝杠轴20产生的热量并向外部排出，上述冷却流体循环通道25形成在滚珠丝杠轴20的中心部、且其轴向的两端部被密闭。

此时，为了使滚珠螺母30进行直线运动，滚珠丝杠轴20旋转，但是，通过密封壳62，流入滚珠丝杠轴20的冷却流体循环通道25中的冷却流体，不会泄漏到周围，并进行流入和排出。即，通过腔室80侧的环状密封圈66、66，阻断冷却流体在腔室80与滚珠丝杠轴20的外径部之间泄漏。

特别是，根据第1实施例，因环状密封圈64、64与滚珠丝杠轴20的运动摩擦而损坏的环状密封圈64、64，更换起来比较简单。

即，利用螺栓201松开密封壳62并使其从轴承座200分离，然后，分解两个密封罩66、66，则环状密封圈64、64露出，容易更换新品。以往的更换方法为：分解用于支撑滚珠丝杠轴的轴承，使滚珠丝杠轴在长度方向上伸出较长的长度进行分离，然后再进行更换作业。从而，与以往的更换方式相比，作业明显变得简单容易，并且维修性等提高。

(第2实施例)

图3是本发明的第2实施例的滚珠丝杠组装体10的冷却装置的结构图，图4是沿图3的A-A线看到的剖面图，图5是适用于第2实施例的冷却套管的正剖面图。

本发明的第2实施例在具备与第1实施例相同的冷却装置的状态下，还安装有如图3所示的、套在滚珠螺母30的外径部上的冷却套管50。

所述冷却套管50构成为：在其内径部，形成有螺旋状冷却流体循环槽51；在其外径部和内径部之间，形成有在轴向上与所述冷却流体循环槽51连通的冷却流体入口、出口孔51a、51b；在所述滚珠螺母30的法兰部32，形成有冷却流体入口、出口33、34，并与所述冷却流体入口、出口孔51a、51b连通。

所述冷却套管50优选由传热性良好的金属部件(例如铝等)构成为圆筒状。

所述冷却套管50的内径与所述滚珠螺母30的外径相同，并且所述冷却套管50套在滚珠螺母30的外径部上，所述冷却套管50通过多个螺栓60的紧固力固定在滚珠螺母30的法兰部32上。

所述冷却套管50在被贯通的内径部表面上，形成有螺旋状冷却流体循环槽51。所述冷却流体循环槽51，是在圆周方向上卷绕多回形成的冷却流路。因此，如图5所示，冷却流体循环槽51通过改变间距P和流路槽截面积，可以使冷却效果达到最佳。此处，槽的截面积也可以理解为冷却流路的截面积。

即，通过减小间距P，冷却流体的回旋次数增加，冷却流路的流路槽截面积增加，从而可以提高运动摩擦热的吸收量。在本实施例中，槽截面积构成为四方截面，但本发明不限于此。

所述冷却流体循环槽51具有入口、出口孔51a、51b。所述入口孔51a与滚珠螺母30的冷却流体入口33连通，出口孔51b与形成于滚珠螺母30的法兰部32的冷却流体出口34连通。

如图5所示，所述冷却套管50在内径部两侧形成有环状O型密封槽53、54，在所述O型密封槽53、54，设有如图3所示的O型密封圈61、61，以便阻断从冷却流体循环槽51流出的微量冷却流体。

这样构成的滚珠丝杠组装体10借助下述作用冷却滚珠螺母30。

首先，向冷却流体注入口33注入的气体或冷却流体(致冷剂)，通过冷却套管50的入口孔51a之后，沿着冷却流体循环槽51，绕着螺旋方向流动。这样，被导入冷却流体循环槽51流动的气体或冷却流体，在与滚珠螺母30的外径部表面接触的状态下流动，所以迅速吸收在滚珠螺母30产生的热量。

被冷却流体吸收的热量，在冷却套管50的出口孔51b排出后，向滚珠螺母30的出口34排出。如果通过出口34排出的冷却流体是气体，则排放到大气中，如果是冷却油，则通过众所周知的清洁装置(省略图示)进行冷却处理后，再次向冷却流体注入口33供给，并且在冷却流体循环槽51内反复循环。

这样，在冷却流体循环槽51回旋的气体或冷却油始终包围滚珠螺母30的外径部表面，同时一面多次回旋、一面吸收运动摩擦热量并排出到外部，由此，不仅滚珠螺母30，在滚珠40和滚珠丝杠轴20产生的热量也被冷却。

另一方面，作为第2实施例的变形例，可以构成为图6所示。

变形例如图6所示，在冷却套管50的内径部与所述滚珠螺母30的外径部之间，还设有利用传热性良好的金属材料制成的中间套管70。所述中间套管70呈圆筒状并具有法兰部71。因此，中间套管70被安装成，法兰部71通过螺栓72固定在冷却套管50的侧断面上。

此时，O型密封圈61、61，对在冷却套管50的内径部与中间套管70的外径部间隙之间微量流出并排出到外部的冷却流体进行阻断。

根据这样构成的本发明的第2实施例及其变形例：

第一，形成于冷却套管50的内径部上的冷却流体循环槽51的加工容易。并且，在加工时，冷却流体循环槽51的间距P和流路槽截面积可以自由变形，以使冷却效果最佳。

第二，由于是把冷却套管50套入并固定在滚珠螺母30上的结构，所以分解装配简单，从而维修性良好。

第三，不变更滚珠螺母30的结构，即可将冷却流体导入滚珠螺母30并进行冷却。从而，本发明的冷却装置能够直接设置在已有的滚珠丝杠装置上。

结果，由于具有这些优点，部件缺陷减少，并且可以提高产品的生产效率和质量。

(第3实施例)

图7表示本发明的第3实施例。第3实施例如图7所示，在滚珠螺母30的外径部表面，形成有螺旋状冷却流体循环槽36，包围所述冷却流体循环槽36的冷却套管150套在所述滚珠螺母30的外径部上。所述冷却套管150利用螺栓60固定在所述滚珠螺母30的法兰部32上。

所述冷却流体循环槽36与冷却套管150的入口孔150a及出口孔150b连通。所述入口孔150a与滚珠螺母30的冷却流体入口33连通，出口孔150b与形成于滚珠螺母30的法兰部32上的冷却流体出口34连通。

在所述滚珠螺母30的外径部两侧，设有O型密封圈161、162，上述O型密封圈161、162用于阻断在冷却流体循环槽36泄漏的气体或冷却流体(致冷剂)。

这种第3实施例构成为，在滚珠螺母30的外径部形成冷却流体循环槽36，冷却套管150包围所述冷却流体循环槽36。因此，冷却流体循环槽36形成与第2实施例相同的冷却流路。所以，在滚珠螺母30产生的运动摩擦热量，被沿着冷却流体循环槽36在螺旋方向流动的冷却流体，即，被气体或冷却油吸收，并向排出口34排出。

在第2实施例的情况下，在滚珠螺母30上形成冷却流体循环槽36，在夹入O型密封圈161、162之后，把准备的冷却套管150装配在滚珠螺母30上，从而简单地完成设置。

并且，冷却流体循环槽36的加工变得容易，而且冷却套管150的圆筒状制作比较简单，所以容易装配及分解，并且维修性良好。

以上所述的本发明，是利用所限定的实施例和附图进行了说明，但本发明不限于此，在本发明所属技术领域中，只要是具有普通知识的人员，在本发明的技术构思和上述保护范围内，可以进行各种修改和变形。

在本说明书中，所附加的各个附图等，用于例示本发明的优选实施例，起到能够进一步理解发明的详细说明和本发明的技术构思的作用，所以本发明不能解释为仅限定于附图所记载的事项。

Claims (8)

1.一种滚珠丝杠组装体的冷却装置，该滚珠丝杠组装体包括：滚珠丝杠轴(20)，在外径部形成有螺旋状滚珠沟槽(21)；滚珠螺母(30)，套在所述滚珠丝杠轴(20)的外径部上，并且在内径部形成有对应于所述滚珠沟槽(21)的螺旋状滚珠沟槽(31)；多个滚珠(40)，介于所述滚珠沟槽(21、31)之间并可以旋转；把所述滚珠丝杠轴(20)的转动动力转换成所述滚珠螺母(30)的推进力，

所述滚珠丝杠轴(20)，在中心部形成有轴向的两端部被密闭的冷却流体循环通道(25)，在所述循环通道(25)的两侧，在半径方向具有至少一个冷却流体入口、出口(26、27)，

包括：

腔室(80)，与所述冷却流体入口、出口(26、27)连通，并且沿着所述滚珠丝杠轴(20)的圆周面形成；

密封部件，在所述腔室(80)的轴向两端，被密闭设置在所述滚珠丝杠轴(20)的外径部，以便阻断冷却流体在腔室(80)和所述滚珠丝杠轴(20)的外径部之间泄漏；

冷却流体供给及排出部件(57、58)，与所述腔室(80)连通，从外部向腔室(80)内供给冷却流体并排出，

所述密封部件由以下部分构成：

一对环状密封圈(64、64)，设在所述腔室(80)的轴向两端，并且分别被密封安装在所述滚珠丝杠轴(20)的外径部；

一对密封罩(66、66)，套在所述滚珠丝杠轴(20)的外径部上，以使一对环状密封圈(64、64)紧密接触腔室(80)的两端，且所述密封罩与所述一对环状密封圈(64、64)紧密接触；

密封壳(62)，包围所述一对环状密封圈(64、64)的圆周面，并且具有与外部连通的入口、出口用孔(62a)，其特征在于，

所述一对密封罩(66、66)利用紧固部件固定在所述密封壳(62)的两端，

所述密封壳(62)利用紧固部件(201)固定在可旋转地容纳所述滚珠丝杠轴(20)的一部分的轴承座(200)上，以便能够容易地更换所述环状密封圈(64)，分离所述密封壳(62)和所述密封罩(66)时，所述环状密封圈(64)露出。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠组装体的冷却装置，其特征在于，在所述滚珠螺母(30)上，还具有套在其外径部上而被安装的冷却套管(50)，

所述冷却套管(50)在内径部形成有螺旋状冷却流体循环槽(51)，在外径部和内径部之间，在轴向形成有与所述冷却流体循环槽(51)连通的冷却流体入口、出口孔(51a、51b)，

在所述滚珠螺母(30)的法兰部(32)，形成有冷却流体入口、出口(33、34)，并与所述冷却流体入口、出口孔(51a、51b)连通。

3.根据权利要求2所述的滚珠丝杠组装体的冷却装置，其特征在于，在所述冷却套管(50)的内径部与所述滚珠螺母(30)的外径部之间，还设有装配在冷却套管(50)上的中间套管(70)。

4.根据权利要求2所述的滚珠丝杠组装体的冷却装置，其特征在于，所述冷却套管(50)利用紧固部件固定在所述滚珠螺母(30)的法兰部(32)的断面上。

5.根据权利要求2所述的滚珠丝杠组装体的冷却装置，其特征在于，在所述冷却套管(50)的内径部两端，还设有阻断冷却流体从冷却流体循环槽(51)泄漏的O型密封圈(61、62)。

6.根据权利要求1所述的滚珠丝杠组装体的冷却装置，其特征在于，在所述滚珠螺母(30)的外径部表面，形成有呈螺旋状的冷却流体循环槽(36)，以使冷却流体沿着上述表面循环；

还具有套在所述滚珠螺母(30)的外径部上而被安装的冷却套管(150)；

所述冷却套管(150)在其外径部和内径部之间，在轴向上形成有与所述冷却流体循环槽(36)连通的冷却流体入口、出口孔(150a、150b)；

在所述滚珠螺母(30)的法兰部(32)上，形成有冷却流体入口、出(33、34)，并与所述冷却流体入口、出口孔(150a、150b)连通。

7.根据权利要求6所述的滚珠丝杠组装体的冷却装置，其特征在于，所述冷却套管(150)利用紧固部件固定在所述滚珠螺母(30)的法兰部(32)的断面上。

8.根据权利要求6所述的滚珠丝杠组装体的冷却装置，其特征在于，在所述滚珠螺母(30)的外径部两端，还具有阻断冷却流体从冷却流体循环槽(36)泄漏的O型密封圈(161、162)。

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