CN202971788U - 滚珠丝杠结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供能够节省加工成本、提高制造自由度和产品可靠性的滚珠丝杠结构。所述滚珠丝杠结构中，由于循环槽(2b)直接形成于螺母2的内周面，因此，内滚道(2a)与循环槽(2b)之间能够平滑连接，钢球(3)滚动通过内滚道(2a)和循环槽(2b)之间时，不会发生噪声以及工作扭矩变动、如阻滞现象等，同时还能够抑制寿命降低。

Description

滚珠丝杠结构

技术领域

本实用新型涉及滚珠丝杠结构，其广泛用于工业机械以及汽车和船舶。

背景技术

近年来，汽车等领域的省力化开发有所进展。例如，人们开发了一种电动马达系统，使汽车变速箱以及驻车制动器等不用手动操作。其中，为了将电动马达的旋转运动高效率地转换成直线运动，电动马达的电动执行器大多使用滚珠丝杠结构。

通常的滚珠丝杠结构具有丝杠轴、螺母以及在二者之间形成的滚动通道内滚动的钢球。在所谓的偏向件型滚珠丝杠结构中，为了使钢球从滚动通道的一端滚向另一端然后滚回，在螺母上安装了偏向件(参看专利文献1)。另外，螺母的内滚道由丝锥形成的螺旋形刀具对螺母的内周面进行切削加工而形成(参看专利文献2)。

专利文献

专利文献1日本特开平11-270648号公报

专利文献2日本特开2005-69265号公报

然而，以往的滚珠丝杠制造技术存在以下问题：

(1)在螺母的内周面上切削螺旋形内滚道时，对滚珠丝杠实际运行时钢球并不滚动的部位，也不得不进行内滚道的切削加工，从而发生无益的加工。

(2)由于在加工完毕的螺母的内滚道上，存在实际不使用的内滚道(以下称之为闲置内滚道)。装配滚珠丝杠时，有可能误将钢球装入闲置滚道，引起钢球堵塞，从而引起运行故障。

(3)切削内滚道时，丝锥刀具伸入螺母一端向另一端一边进给一边逐渐增加切削量，因此丝锥刀具的刀刃呈锥形。由此增大了刀具的径向尺寸和轴向尺寸，加工机床和加工方法都会受到限制。

实用新型内容

实用新型要解决的课题

鉴于以往的滚珠丝杠制造技术存在的以上问题，本实用新型的目的是：提供能够节省加工成本、提高制造自由度和产品可靠性的滚珠丝杠结构。

解决课题的手段

本实用新型提供的滚珠丝杠结构，其包括：

丝杠轴，在其外周面上具有螺旋形的外滚道；

螺母，其围绕所述丝杠轴，且在所述螺母的内周面上具有螺旋形的内滚道以及连接所述内滚道两端而形成的循环槽；

多个钢球，其配置于由面对面设置的所述外滚道和所述内滚道形成的滚动通道内，能够滚动自如；

所述循环槽与所述螺母形成于一体，所述内滚道仅形成于钢球滚动的部位。

所述循环槽由与所述内滚道相连接的两个端部和中间部位构成，优选所述中间部位的表面硬度比所述两个端部的表面硬度低。

优选所述两个端部和所述内滚道的表面具有硬化层，所述中间部位没有硬化层。

另外，所述螺母的内滚道由仿形刀具一边自转、一边公转地切削加工形成，所述螺母的所述循环槽通过塑性加工形成于所述螺母的内周面上。

对上述滚珠丝杠结构进行热处理时，优选对所述螺母的内滚道和循环槽的一部分进行高频淬火，形成表面淬火层，其他部分不进行高频淬火。换言之，对所述螺母的内滚道施以高频淬火，表面硬度为HRC58～HRC62；对循环槽与内滚道的两个连接部位也施以高频淬火，表面硬度为HRC58～HRC62；高频淬火部位的硬度达到HV550以上的硬化层深度优选0.4mm以上。另一方面，所述循环槽的两端之间的中间部位不施以高频淬火，其表面硬度为HV550以下。

实用新型的效果

根据本实用新型提供的滚珠丝杠结构，由于循环槽与螺母形成于一体，所以能够减少加工步骤，而且循环槽与内滚道能够无高低差地圆滑地连接，因此能够避免钢球在螺母中滚动时产生噪音、冲撞等情况。此外，由于内滚道仅形成于钢球滚动的部位，所以，能够避免多余的加工，而且因闲置内滚道大大减少，所以误将钢球装入闲置内滚道的可能性也大大降低，从而提高了装配可靠性。

此外，由于循环槽形成于螺母的内周面上，所以不必像以往那样使用偏向件，能够避免钢球在螺母中滚动时产生噪音、冲撞等情况。

再进一步，由于循环槽由与内滚道相连接的两个端部和中间部位构成，并且优选两个端部和内滚道的表面具有硬化层，中间部位没有硬化层，所以，虽然循环槽的两个端部与滚动通道连接而形成的连接部受到来自滚动通道的钢球的冲撞，但是因为实施了高频淬火而形成有表面硬化层，所以不仅能够经得住所述冲撞，而且抗磨损。此外，由于中间部位所受载荷小，所以不需要形成硬化层，而且，由于没有硬化，其韧性好，不易出现开裂等损坏现象。

此外，由于所述螺母的内滚道由仿形刀具一边自转、一边公转地切削加工形成，因此与使用一般的丝锥刀具进行的切削加工相比，能够竭力抑制闲置滚道的切削加工，缩短加工时间，抑制刀具损耗。另外，一般的丝锥刀具的外径比螺母的内径大，加工的自由度将受到限制。但本实用新型提供的刀具，比如说，在比较细的转轴外周面上形成一个即可，所以能够提高加工自由度。更进一步，对滚珠丝杠进行装配时，由于使用以往的丝锥刀具时形成的闲置内滚道大大减少，因此误将钢球装入闲置滚道的可能性也大大降低，从而提高了装配可靠性。另外，仿形刀具指的是，刀具的切削面与内滚道的截面形状一致或者相近。

更进一步，所述螺母的循环槽，优选通过塑性加工形成于螺母的内周面。

在偏向件型滚珠丝杠结构中，需要将具有循环槽的偏向件装入螺母。然而，因为钢球滚动的内滚道与偏向件上的循环槽之间存在高低差，钢球滚过时，恐难避免发生噪声、工作扭矩变动以及寿命降低等问题。与之相比，本实用新型提供的滚珠丝杠结构不使用偏向件，在螺母的内周面直接设置循环槽，所以循环槽与内滚道之间不产生高低差，实现了平滑连接。钢球滚过时，不产生噪声和工作扭矩变动，同时还能够抑制寿命降低。

此外，所述螺母的循环槽以塑性加工方式形成于所述螺母的内周面，容易成形。同时使用与所述内滚道相适应的仿形刀具一边自转、一边公转地对所述循环槽进行切削加工，所以循环槽与内滚道之间能够平滑连接。钢球滚过时，不产生噪声和工作扭矩变动，同时还能够抑制寿命降低。

附图说明

图1是本实施方式之滚珠丝杠结构的轴向截面图。

图2是沿图1中的II-II方向的截面图。

图3(a)是表示与本实施方式相关的锻造用空心圆柱构件和模具的截面图。图3(b)是沿图3(a)中的IIIB方向的截面图。图3(c)是沿图3(b)中的IIIC方向的截面图。

图4(a)是空心圆柱构件锻造加工后的轴向截面图。图4(b)是锻造加工后的立体图。

图5(a)是表示对空心圆柱构件切削加工时的立体图。图5(b)是沿图5(a)的空心圆柱构件和切削刀具中的VB方向的视图。

图6(a)是空心圆柱构件切削加工后的轴向截面图。图6(b)是空心圆柱构件切削加工后的立体图。

图7是表示对螺母内周面的高频淬火方法进行说明的截面图。

图8是表示循环槽有效硬化层形成状态的截面图。

图9是用于比较的偏向件型滚珠丝杠结构的轴向截面图。

图10是沿图9中的IX方向的截面图。

图11是沿图1中的X方向的截面图。

图12(a)是空心圆柱构件和模具的截面图。图12(b)是沿图12(a)中的XIB方向的截面图。

附图标记说明

1 丝杠轴

2 螺母

3 钢球

N 空心圆柱构件

T 切削刀具

G 线圈

具体实施方式

以下参照附图对本实用新型的具体实施方式进行说明。

图1是本实施方式之滚珠丝杠结构的轴向截面图。图2是沿图1所示的螺母中的II-II方向的截面图。如图1所示的丝杠轴1，与图中未标出的从动部件联结，丝杠轴1不能旋转但能够在轴向移动，在丝杠轴1外周面具有外滚道1a。圆筒形的螺母2以围绕丝杠轴1的方式配置，其内周面具有2列内滚道2a(参看图2)，只能相对于壳体(图中未标出)作旋转运动。多个钢球3(参看图2)配置于由外滚道和内滚道形成的螺旋形滚动通道内，能够滚动自如，并且通过循环槽能够滚回原处。

以下参照附图对本实施方式的制造方法进行说明。

首先在作为螺母坯件的带法兰盘的空心圆柱构件的内周面上加工循环槽。图3是循环槽的加工工序图。图3(a)是空心圆柱构件和模具的截面图，图3(b)是沿图3(a)中的IIIB方向的截面图，图3(c)是沿图3(b)所示的模具中的IIIC方向的截面图。用图3所示的模具M进行锻造加工。模具M呈圆柱形，其外径比空心圆柱构件的内径小。在模具M的外表面带有如图3(b)、(c)所示的S字形凸部Ma。凸部Ma与循环槽2b的形状一样。

将模具M插入空心圆柱构件N的内侧，使凸部Ma与空心圆柱构件N的内周面上部相抵接，然后在对模具M的两端进行支撑的状态下，向模具M方向按压(P)空心圆柱构件N，实施锻造加工作业。于是，如图4所示，凸部Ma将被复制到空心圆柱构件N的内周面上，形成2个凹形循环槽2b。

其次，在带有循环槽2b的空心圆柱构件N的内周面上加工内滚道。图5是内滚道的加工示意图。在此使用图5所示的切削刀具T进行切削加工。切削刀具T的转轴Ta的外周面上带有刀刃Tb。刀刃Tb的切削面与内滚道2a的形状一样。转轴Ta在围绕中心轴线O自转(参看图5(b)中的A)的同时，还围绕与之独立的偏心轴Q公转(参看图5(b)中的B)。另外，像这样的使切削刀具同时进行自转和公转的结构，类似于行星齿轮结构(图中未标出)。也就是说，将转轴Ta与行星齿轮联结以实现自转和公转。但不限于此种结构。

实施上述切削作业时，在空心圆柱构件N的端面附近，为了使自转刀具Tb不与空心圆柱构件N的内周面接触，需要将自转刀具Tb的公转轨道靠向公转轨道中心。更进一步，如图5所示，将切削刀具T的转轴Ta在规定的轴向位置向半径方向外侧移动，以内滚道2a的螺距一边沿轴向进给，一边公转，从而以更快的自转速度，在空心圆柱构件N的内周面上能够切削形成不超过360度的内滚道2a。此时，如图6所示，将循环槽2b在轴向位置和相位合起，便能够将循环槽2b与内滚道2a两端连接。

另外，使用图5所示的切削刀具T进行切削时，如要形成2条内滚道2a，则需要对空心圆柱构件N的内周面进行两次切削加工。如在转轴Ta上设置两个刀刃，则一次切削即能成形。

接着在具有循环槽2b和内滚道2a的空心圆柱构件N的内周面上进行淬火处理。图7是高频淬火处理的示意图。如图7所示，在空心圆柱构件N的内侧设置用于高频淬火的线圈G，线圈G沿整个内滚道2a配置。另外，对于循环槽2b，仅在其两端配置线圈G。这样的线圈配置方法，能够对整个内滚道2a和循环槽2b的两端实施高频淬火，但循环槽2b的中间部位不受到高频淬火。

通过以上高频淬火，循环槽2b能够形成超过HV550的有效硬化层，其形成状态示于图8。另外，图8是与沿循环槽2b上的钢球滚动方向垂直的截面图。图8的A、B、B’和C分别与图7中表示截断位置的符号相对应。比如说，图8的A表示图7中沿A线截断后的截面图。

循环槽2b的中间部位，如图8中的A、B、B’所示，循环槽的槽底并没有全部形成有效硬化层(图8中以斜线标示有效硬化层)。也就是说，在所述A部位，仅在所述槽底的两个边缘形成有效硬化层，与钢球3相接触的槽底部位没有形成有效硬化层。在所述B、B’部位，仅在钢球3改变滚动方向时碰到的部位(即一个边缘)形成有效硬化层。另一方面，如图8中C所示，循环槽2b的两个端部与内滚道2a一样，在整个所述槽底表面形成了有效硬化层。以上有效硬化层，其硬度达到550HV以上的有效硬化层深度优选0.4mm以上。

内滚道2a是经由钢球3承受载荷的负荷圈，通过高频淬火，其表面形成了淬火层，因此能够承受大载荷。还有，循环槽2b的两个端部与滚动通道连接而形成的连接部受到来自滚动通道的钢球的冲撞，但因为实施了高频淬火，形成了表面硬化层，所以不仅能够经得住所述冲撞，而且抗磨损。因此，循环槽2b的耐久性好。

另一方面，循环槽2b的中间部位载荷很小，属于非负荷圈，没有必要形成淬火层。况且，因为没有硬化，韧性较好，不易引起开裂等损坏现象。还有，循环槽2b的槽深度比内滚道2a深，螺母2上形成有循环槽2b的部位的壁厚比其他部位薄，正因为薄壁部位的韧性好，所以即使螺母2的外径设计得比较小，也就是说，即使将形成循环槽2b的部位的壁厚设计得更薄，螺母也不易发生开裂。

综上所述，按照上述方法进行淬火，不仅能够提高整个螺母2的耐久性，而且还能够实现螺母2的小型化。

图9是用于比较的偏向件型滚珠丝杠结构的轴向截面图。图10是沿图9中的IX方向的截面图。图10是个示意图，没有用三维方式展示纵深的情况。图11是沿图1中的X方向的截面图。图11也是个示意图，没有用三维方式展示纵深的情况。示于图9、10的比较例，其特征是：具有循环槽4a的偏向件4安装于螺母2的安装孔2c。

丝杠轴1的外滚道1a和螺母2的内滚道2a形成的滚动通道是内径与钢球3的外径基本相似的螺旋状空间。如图10所示，具有循环槽4a的偏向件4装于螺母2’后，循环槽4a的钢球滚入部位必须处于螺母2的内滚道2a的径向外侧，据此，内滚道2a与循环槽4a之间将产生高低差Δ。因为偏向件4是与螺母2分体的别的构件，难以彻底消除高低差Δ。与之相比，在本实施方式中，如图11所示，内滚道2a与循环槽2b之间的D部位平滑连接，不产生高低差，钢球3滚动通过内滚道2a和循环槽2b之间时，不产生噪声以及工作扭矩变动(如阻滞现象等)，同时还能够抑制寿命降低。

更进一步，如图9所示，螺母2’的内周面沿轴向具有内滚道2a，此时，位于轴线方向的安装孔2c和2c之间的内滚道2a’(闲置内滚道)和与之面对面的外滚道1a之间，如果误装入虚线所示的钢球3，钢球3将不能滚动，从而引起丝杠轴1与螺母2相互卡住之危险。与之相比，本实施方式如图1所示，位于轴线方向的循环槽2b和2b之间没有内滚道，因此没有任何误装入钢球3的余地，丝杠轴1与螺母2不可能发生运行故障。

图12是表示变形例的循环槽形成工艺的示意图。图12(a)是空心圆柱构件和模具的截面图，图12(b)是沿图12(a)中的XIB方向的截面图。在图3所示的形成工艺中，仅在模具M的两端进行了支撑，如果压力P很大，模具M将发生挠曲，难以高精度地复制循环槽。

与之相比，示于图12的变形例，其空心圆柱构件N的中间具有孔Na，支柱SC通过孔Na进一步支撑模具M，对模具M实现了两端和中间的3点支撑，因此即使压力P很大，模具M的挠曲也会显著减少，从而能够实现循环槽的高精度复制。

另外，用于本变形例的空心圆柱构件N，虽然在其2条内滚道2a之间，设置了孔Na，但是，因孔Na与所述2条内滚道2a互不连通，故钢球3不可能脱落。使用滚珠丝杠结构时，可用盖子(图中未标示)将孔Na盖上。

以上对本实用新型的实施方式进行了具体说明。但本实用新型不限于上述实施方式，适当的变形和改进都属于本实用新型的权利要求范围。

Claims (6)

1.一种滚珠丝杠结构，其包括：

丝杠轴，在其外周面上具有螺旋形的外滚道；

螺母，其围绕所述丝杠轴，且在所述螺母的内周面上具有螺旋形的内滚道以及连接所述内滚道两端而形成的循环槽；

多个钢球，其配置在由面对面设置的所述外滚道和所述内滚道形成的滚动通道内，能够滚动自如；

其特征在于：所述循环槽与所述螺母形成于一体，所述内滚道仅形成于钢球滚动的部位。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠结构，其特征在于：所述循环槽通过塑性加工形成于所述螺母的内周面上。

3.根据权利要求2所述的滚珠丝杠结构，其特征在于：所述循环槽由与所述内滚道相连接的两个端部和中间部位构成，所述中间部位的表面硬度比所述两个端部的表面硬度低。

4.根据权利要求3所述的滚珠丝杠结构，其特征在于：所述两个端部和所述内滚道的表面具有硬化层，所述中间部位没有硬化层。

5.根据权利要求3或4中任意一项所述的滚珠丝杠结构，其特征在于：所述螺母的所述内滚道的表面硬度为HRC58～HRC62；所述循环槽的所述两个端部的表面硬度为HRC58～HRC62；所述循环槽的所述中间部位的表面硬度为HV550以下。

6.根据权利要求4所述的滚珠丝杠结构，其特征在于：所述硬化层通过高频淬火形成。

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