CN207710405U - 一种双螺母精密滚珠丝杆副 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双螺母精密滚珠丝杆副，包括滚珠螺母和由上、下支撑部件支撑且由滚珠螺母旋转驱动仅能做轴向进给的滚珠丝杆，所述滚珠螺母由在周向相对限位但可轴向相对运动的主滚珠螺母和副滚珠螺母组成，滚珠螺母中的滚珠直径略小于滚珠螺母和滚珠丝杆上滚道的直径，所述下支撑部件上套设有一个可以相对下支撑部件螺旋转动的消隙螺母与所述副滚珠螺母轴向接触；所述主滚珠螺母和消隙螺母分别由驱动装置驱动转动。本实用新型可以保证滚珠丝杆沿机床的主设计基准轴实现高精度和高刚性的轴向移动。

Description

一种双螺母精密滚珠丝杆副

技术领域

本实用新型属于丝杆副，具体涉及一种双螺母精密滚珠丝杆副。

背景技术

滚珠丝杆副的工作方式为螺母旋转驱动丝杆轴向进给运动（丝杆不转）。大直径滚珠丝杆（参见图1），丝杆外径≥Ф120mm，一般是中空结构，内含一套独立的旋转主轴机构（图中未画出）。由于丝杆直径大，丝杆外圆柱面本身就是滑动导轨，因此对该丝杆圆柱面的轴向进给运动精度要求很高。丝杆的轴向切削力F随着刀具（磨具）的磨损、刀具以及工件进给量的变化，以及切削区域面积变化等因素而波动较大。在这一工况下，要保证被加工件厚度方向形位公差（厚度、平行度、平面度）的高精度，就要求该滚珠丝杆副的双向都要具有很高的轴向刚性。

有一种滚珠丝杆副为单螺母结构。为保证工作过程中，滚珠螺母与滚珠丝杆之间的轴向零间隙，一般采取滚珠螺母滚道变位技术，或滚珠钢球直径略大于滚道圆弧直径的方法，使螺母滚珠对丝杆滚道产生一定的预压力。这样一来，滚珠螺母与丝杆的钢球、滚道间配合很紧，使得工作过程中螺母丝杆间难以产生相对偏摆运动，螺母、丝杆就类似于一个整体零件（二者只能相对轴向移动，不能偏摆）。这种结构的丝杆副在上述应用背景下使用会产生以下明显的问题：

1、如图2（ⅰ）所示，由于主滚珠螺母ab主承力方向的安装基准面B相对滚珠丝杆的轴向进给基准轴A（由分别位于滚珠丝杆上下端的两个滑动轴承决定）存在垂直度偏差e₁，为保证这种方式下滚珠丝杆副的轴向刚性，需对滚珠螺母的轴向施加较大的预紧安装力F_安，在F_安作用下丝杆cd将会相对理论位置c^/d^/ 发生一个偏摆量e₂=e₁×H/W，其中W代表滚珠螺母的直径，H代表上下轴承间的间距。由于这种滚珠螺母副H>>W，因此，微小的制造误差e₁会产生较大的偏差e₂。

2、如图2（ⅱ）所示，由于制造和装配原因，滚珠丝杆相对于滚珠螺母产生垂直度偏摆量e₃，那么在上述e₂、e₃的共同影响下，要保证这种单螺母滚珠丝杆的轴向进给顺畅，就要求上下滑动轴承的内孔相对于丝杆的外圆柱配合面之间的直径方向间隙E ≥ 2×（e₂+e₃）=2×（e₁×H/W+e₃）。由此可见，在这种情况下，丝杆进给难以沿着原设计基准轴A精密进给，而是要受制于主滚珠螺母安装基准面B相对于进给基准轴A的垂直度误差e₁以及螺母丝杆之间本身的垂直度误差e₃综合影响，使得丝杆与滑动轴承之间的配合间隙比较大，这样对滚珠丝杆副的进给精度和刚性会产生严重影响。

这种单螺母滚珠丝杆副由于其结构本身的特点，决定了其螺母丝杆之间的预紧只能在出厂前由厂方设定，一旦随着使用时间的延长，滚珠滚道之间产生磨损与间隙，设备使用方很难去调节和重新预紧。

因此，这种单螺母滚珠丝杆副存在精度、刚度以及刚度保持性等方面的诸多问题。

为克服这种单螺母滚珠丝杆副的弊端，很多厂家采用了双螺母滚珠丝杆结构。但大多数是将两个螺母间设置弹性装置如弹簧片等，使双螺母之间产生相互撑开的力。中国实用新型专利（专利号：CN201320318571.0 滚珠丝杆螺母副）中公开了一种通过弹簧片结构预紧的双螺母滚珠丝杆副结构，该机构是通过一套弹簧片预紧装置使两个螺母产生相对收拢。这类双螺母丝杆机构虽然结构形式简单，螺母丝杆之间在弹性装置作用下能够起到一定的消隙作用和自动补偿磨损间隙的作用，也曾在很多丝杆双向受力不大的工况下有诸多应用，但它有一个很大的不足，就是丝杆有一个进给方向的刚性依赖于弹性装置的刚性。而在该方向轴向切削力较大或波动幅值较大的应用场合，其轴向刚性会变得比较差。

中国实用新型专利（专利号：CN201220411637.6 螺旋传动副侧隙调整装置），还公开了一种螺旋传动副侧隙方向调整装置。但该专利是一种丝杆旋转驱动螺母及拖板轴向进给的装置，其描述的是双螺母梯形丝杆，另外其采用的螺母丝杆消隙方式是两个螺母之间产生相对旋转，直至两个端面相互贴紧，类似于双螺母并紧。但这种消隙方式从结构形式上并不适合精确可靠的螺母旋转驱动丝杆进给的工作方式。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种双螺母精密滚珠丝杆副，旨在保证滚珠丝杆沿机床的主设计基准轴实现高精度和高刚性的轴向移动。

为实现本实用新型目的，本实用新型提供的技术方案如下：

双螺母精密滚珠丝杆副，包括滚珠螺母和由上、下支撑部件支撑且由滚珠螺母旋转驱动仅能做轴向进给的滚珠丝杆，所述滚珠螺母由在周向相对限位但可轴向相对运动的主滚珠螺母和副滚珠螺母组成，滚珠螺母中的滚珠直径略小于滚珠螺母和滚珠丝杆上滚道的直径，所述下支撑部件上套设有一个可以相对下支撑部件螺旋转动的消隙螺母与所述副滚珠螺母轴向接触；所述主滚珠螺母和消隙螺母分别由驱动装置驱动转动。

在所述主滚珠螺母与上支撑部件之间及副滚珠螺母与消隙螺母之间分别设有一个推力轴承。

所述主、副滚珠螺母之间保持一定间隙，它们之间由导向销相连。

所述上、下支撑部件分别为上滑动轴承和下滑动轴承，所述上滑动轴承与滚珠丝杆之间设有两个对称的平键。

所述滚珠丝杆与所述上滑动轴承和下滑动轴承相配合的部分为上、下定位轴颈，所述滚珠丝杆通过所述上、下定位轴颈实现精确定位。

所述上、下定位轴颈的尺寸大小既可以相同也可以不同。

本实用新型的有益效果：

1、由于滚珠螺母为双螺母结构，滚珠直径略小于滚道直径，使得该螺母与滚珠丝杆之间可产生略微摆动。这样可在一定程度上消除滚珠螺母轴向安装面B相对丝杆进给轴A的垂直度误差e₁以及螺母丝杆之间的垂直度误差e₃的影响，使得滚珠丝杆与上下滑动轴承之间可保证很小的配合间隙，从而保证滚珠丝杆沿机床的主设计基准A实现高精度和高刚性的轴向移动。

2、副滚珠螺母被一套受到持续恒定轴向推力的消隙螺母推动作用。从而保证了滚珠螺母与丝杆之间的零间隙和可靠的轴向预负荷，使得这种滚珠丝杆副具有很高的轴向刚度。

3、由于该消隙机构是蜗杆斜齿轮副与螺纹螺旋传动副的组合机构，其传动具有自锁性；并且是刚性联接而非弹性联接，因此消隙机构的轴向刚性和可靠性很高。

下面结合附图进一步说明本实用新型的技术方案。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是单螺母滚珠丝杠副基准误差示意图。

具体实施方式

见图1，本实用新型提供的双螺母精密滚珠丝杆副，包括滚珠螺母和由滚珠螺母旋转驱动仅能做轴向进给的滚珠丝杆1，所述滚珠丝杆1在以上滑动轴承2的圆柱孔和下滑动轴承8的圆柱孔组成的公共基准轴A上进行轴向进给运动，上、下滑动轴承2、8与箱体9固联，上滑动轴承2与滚珠丝杆1之间有两个对称的平键（图中未画），以防止滚珠丝杆1在上下运动时产生相对于滑动轴承2、8的转动；所述滚珠螺母由主滚珠螺母4和副滚珠螺母6组成，滚珠螺母中的滚珠10直径略小于滚珠螺母和滚珠丝杆1上滚道的直径，主、副滚珠螺母4、6之间保持一定间隙，它们之间由数个导向销5相连，使得主、副滚珠螺母4、6在周向相对限位但可轴向相对运动；下滑动轴承8上套设有一个可以相对下滑动轴承8螺旋转动的消隙螺母7，在主滚珠螺母4与上滑动轴承2之间及副滚珠螺母6与消隙螺母7之间分别设有一个推力轴承3；所述主滚珠螺母4和消隙螺母7分别由驱动装置驱动转动，所述驱动装置采用蜗杆驱动装置，主滚珠螺母4与蜗杆构成蜗轮蜗杆副，主滚珠螺母4由蜗杆驱动转动，消隙螺母7与蜗杆构成蜗杆斜齿轮副，消隙螺母7由蜗杆驱动转动；在蜗杆斜齿轮副中，消隙螺母7外圆面本身为斜齿轮形式，由一蜗杆驱动其相对下滑动轴承8旋转，从而产生轴向消隙作用；图中W代表滚珠螺母的直径，H代表上下滑动轴承间的间距，所述滚珠丝杆1与所述上滑动轴承2和下滑动轴承8相配合的部分为上、下定位轴颈，所述滚珠丝杆1通过所述上、下定位轴颈实现精确定位，所述上、下定位轴颈的尺寸大小既可以相同也可以不同。D₁和D₂分别代表上、下滑动轴承圆柱孔的直径，d₁和d₂分别代表滚珠丝杆1上与上、下滑动轴承圆柱孔相配合的上、下定位轴颈的轴径， F代表滚珠丝杠承受的轴向切削力。

本实用新型中，所述驱动装置也可采用齿条驱动装置，主滚珠螺母4和消隙螺母7分别与齿条构成齿轮齿条副，主滚珠螺母4和消隙螺母7均由齿条驱动转动。

本实用新型中主滚珠螺母4主要起承载负荷的作用，副滚珠螺母6主要起消除滚珠螺母与滚珠丝杆副之间的间隙作用；由于滚珠10直径略小于滚珠螺母4和滚珠丝杆1上滚道的直径，因此滚珠螺母与滚珠丝杆1之间可以略微摆动，这样可在一定程度上消除滚珠螺母轴向安装基准面B相对滚珠丝杆1进给基准轴A（即上、下滑动轴承孔的公共轴心线A，也是机床的主设计基准轴）的垂直度误差e₁以及滚珠螺母与滚珠丝杆1之间的垂直度误差e₃的影响，使得滚珠丝杆1与上、下滑动轴承2、8之间可保证很小的配合间隙，从而保证滚珠丝杆1沿机床的主设计基准A实现高精度和高刚性的轴向移动；主、副滚珠螺母4、6之间保持一定间隙，且由数个导向销5相连，这样可保证主、副滚珠螺母4、6只产生轴向移动而不能相对转动；消隙螺母7与下滑动轴承8组成一个螺纹螺旋传动机构，消隙螺母7在蜗杆的作用下通过螺旋转动来推动副滚珠螺母6向主滚珠螺母4靠拢而消除滚珠螺母与丝杆1的间隙，从而产生轴向消隙作用。

螺纹螺旋传动机构和蜗杆斜齿轮副组成了较佳的消隙装置。蜗杆斜齿轮副中的蜗杆既可以由手动旋转调节，也可由液压缸或气缸或弹簧装置作用而产生持续的预加扭矩作用，从而保证消隙螺母持续不断地以一定轴向力消除滚珠丝杆1与滚珠螺母之间的间隙。由于该消隙装置是蜗杆斜齿轮副与螺纹螺旋传动机构的组合机构，其传动具有自锁性；并且是刚性联接而非弹性联接，因此消隙装置的轴向刚性和可靠性很高。

消隙装置具体动作方式如下：主滚珠螺母4由一蜗轮蜗杆副驱动旋转从而带动滚珠丝杆1上下移动。主滚珠螺母4在旋转的同时，通过导向销5来带动副滚珠螺母6共同旋转。而另一方面，消隙螺母7通过另一套持续不断产生恒定预加扭矩的蜗杆斜齿轮副和相对下滑动轴承8的螺旋传动作用，从而产生恒定的轴向推力来推动副滚珠螺母6以恒定的轴向力靠拢主滚珠螺母4，从而在消除滚珠螺母与滚珠丝杆1之间间隙的同时，保持对滚珠丝杆1的恒定轴向预压力。

Claims (6)

1.一种双螺母精密滚珠丝杆副，其特征是包括滚珠螺母和由上、下支撑部件支撑且由滚珠螺母旋转驱动仅能做轴向进给的滚珠丝杆，所述滚珠螺母由在周向相对限位但可轴向相对运动的主滚珠螺母和副滚珠螺母组成，滚珠螺母中的滚珠直径略小于滚珠螺母和滚珠丝杆上滚道的直径，所述下支撑部件上套设有一个可以相对下支撑部件螺旋转动的消隙螺母与所述副滚珠螺母轴向接触；所述主滚珠螺母和消隙螺母分别由驱动装置驱动转动。

2.根据权利要求1所述的双螺母精密滚珠丝杆副，其特征是在所述主滚珠螺母与上支撑部件之间及副滚珠螺母与消隙螺母之间分别设有一个推力轴承。

3.根据权利要求1或2所述的双螺母精密滚珠丝杆副，其特征是所述主、副滚珠螺母之间保持一定间隙，它们之间由导向销相连。

4.根据权利要求3所述的双螺母精密滚珠丝杆副，其特征是所述上、下支撑部件分别为上滑动轴承和下滑动轴承，所述上滑动轴承与滚珠丝杆之间设有两个对称的平键。

5.根据权利要求4所述的双螺母精密滚珠丝杆副，其特征是所述滚珠丝杆与所述上滑动轴承和下滑动轴承相配合的部分为上、下定位轴颈，所述滚珠丝杆通过所述上、下定位轴颈实现精确定位。

6.根据权利要求5所述的双螺母精密滚珠丝杆副，其特征是所述上、下定位轴颈的尺寸大小既可以相同也可以不同。