CN217130247U - 一种直线驱动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种直线驱动机构，属于汽车传动技术领域，保持架为分体式独立结构，由多个保持架个体组成，单个保持架的制作工艺简单；将保持架分成多个独立式保持架，单个保持架可容纳2～15个滚动体，装配时，保持架之间有小弹簧连接，小弹簧的弹性形变可以包容适配不同加工误差的丝杠与螺母，避免卡死；丝杠和螺母的螺纹为锯齿形螺纹，一侧牙侧角3～10°，保证高效率；一侧牙侧角30°，保证高承载能力，同时也可以充分的使用空间。

Description

一种直线驱动机构

技术领域

本实用新型涉及汽车传动技术领域，尤其涉及一种直线驱动机构。

背景技术

在现有技术中有很大比例的机械传动，需要用直线驱动机构将输入端的旋转运动转化为输出端的直线运动。例如汽车的电机械式制动系统，通常形式为电机提供的动力，通过减速增扭机构传递至直线驱动机构，由直线驱动机构将旋转运动转化为连接件的直线运动，连接件对制动片和制动盘产生推力，从而获得制动力。直线驱动机构的形式一般有普通丝杠，滚珠丝杠和行星滚柱丝杠。

专利文献CN113883245A中提出了一种直线驱动机构，采用一种圆柱滚子或圆锥滚子作为丝杠与螺母之间受力承载的物体，丝杠和螺母具有类似于行星滚柱丝杠的齿形，螺纹牙型是对称的，且牙侧角一般为45°，这种结构相对于普通丝杠，在传动形式方面，利用纯滚动代替滑动，能够提高传动效率；相对于滚珠丝杠，在受力形式方面，采用线接触受力代替点接触受力，能够提高承载能力，从而实现传动效率与承载能力的兼顾。同时，该专利提出了一种整体式螺旋状结构的保持架，保持架安装在丝杠与螺母的螺旋空间内，保持架能够对滚子限位，保证滚子进行规则的滚动，防止滚子发生过度倾斜、卡死失效等情况。

专利文献CN113883196A中，将这种滚子直线驱动机构的方案，应用到了车辆的电机械式制动系统中。相对于现有技术中滚珠丝杠的点受力接触形式，采用圆柱滚子或圆锥滚子的滚子直线驱动机构的优势是通过接触线承受负载，能够为电机械式制动系统提供更大的承载能力，因此能够用于对承载能力要求严苛的商用车上。同时，该结构中滚子的布置形式为螺纹单侧布置，在丝杠工作方向上，丝杠与螺母通过两者中间的滚子传动；在丝杠非工作方向非工作受力时，相当于滑动丝杠，丝杠与螺母直接接触并传动，符合车辆制动时，直线驱动机构单向受力的特点，减少了不必要的功能冗余。

上述专利文献中的滚子直线驱动机构，弥足了现有传动技术中，由于滚珠丝杠的承载能力不足，或行星滚柱丝杠的成本高昂，导致在某些领域应用困难的不足之处，为传动装置的发展应用，提出了新的解决方案。

但是上述专利依然存在一些不足：CN113883245A中的保持架是整体式螺旋状结构，该结构利用现有工艺技术难以加工生产；易出现卡死的风险；CN113883245A的螺纹牙型是对称的，且牙侧角一般为45°，在单向受力的电制动工况下，不对称的牙型更具备优势。因此解决上述问题就显得十分重要了。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种直线驱动机构，保持架为分体式独立结构，由多个保持架个体组成，单个保持架的制作工艺简单；将保持架分成多个独立式保持架，单个保持架可容纳2～15个滚动体，装配时，保持架之间有小弹簧连接，小弹簧的弹性形变可以包容适配不同加工误差的丝杠与螺母，避免卡死；丝杠和螺母的螺纹为锯齿形螺纹，一侧牙侧角3～10°，保证高效率；一侧牙侧角30°，保证高承载能力，同时也可以充分的使用空间，解决了背景技术中出现的问题。

本实用新型的目的是提供一种直线驱动机构，所述间隔组件包括有保持架、大弹簧一、大弹簧二和滚动体；

保持架包括有多个且两两互相连接在一起，首端的保持架和末端的保持架分别通过大弹簧一和大弹簧二与丝杠的外螺纹和螺母的内螺纹形成的螺旋空间进行匹配安装，保持架内设置有2-15个滚动体。

进一步改进在于：相邻的两个保持架通过小弹簧进行连接，小弹簧与保持架固定连接或者接触连接。

进一步改进在于：所述丝杠的外螺纹与螺母的内螺纹为锯齿形螺纹；锯齿形螺纹的牙型一侧牙侧角3～10°，一侧牙侧角30°。

进一步改进在于：所述保持架为扇形环状结构，保持架转动中心位于丝杠与螺母的中心轴线上，保持架内径边界与丝杠外螺纹的小径边界配合，保持架外径边界与螺母内螺纹的大径边界配合。

进一步改进在于：所述保持架的扇形平面内具有2～15个容置腔，容置腔容纳滚动体，滚动体匹配锯齿形螺纹的牙型；所述容置腔两侧设置有挡边，挡边保证滚动体在正常状态下不能脱落，滚动体在容置腔内可自由转动。

进一步改进在于：所述保持架沿圆周方向的结构为平面或螺旋面。

进一步改进在于：所有的保持架有差异或者无差异，从而用于匹配丝杠的外螺纹和螺母的内螺纹形成的螺旋空间。

进一步改进在于：所述滚动体为鼓型滚子、圆柱滚子或圆锥滚子。

进一步改进在于：所述滚动体为圆柱滚子或圆锥滚子，滚动体的端面进行相切圆弧修型、或对数曲线修型、或Johns Gohar曲线修型。

进一步改进在于：所述间隔组件的数量为一组或多组，布置在丝杠的外螺纹和螺母的内螺纹形成的螺旋空间内单侧或两侧。

进一步改进在于：所述保持架通过注塑或冲压或冷挤压形成；通过注塑形成时，可按照滚动体形状注塑形成仿形容置腔；通过冲压或冷挤压形成时，在容置腔两侧冲压形成挡边。

本实用新型的有益效果：一、本实用新型的直线驱动机构的性能更加的可靠、稳定：采用多个独立式保持架设计，单个保持架容纳2～15个滚动体，多个装有滚动体的保持架和多个弹性件按照螺旋线依次排列在丝杠与螺母之间的螺纹空间内，组合形成间隔组件。

现有工艺中，丝杠与螺母的螺纹一般通过冷挤压或磨削工艺形成，难免会存在一定的加工误差，因此滚道的尺寸并不与设计状态完全一致。本申请中，在每两个保持架之间布置小弹簧，不同的保持架组件之间的运动状态存在少许的不一致，在工作过程中可以转化为小弹性弹性行程变化，从而避免了卡死的情况，这种运动状态的差异会让间隔组件适应不同加工误差的丝杠或螺母，从而提高机构的可靠性。

滚动体布置在丝杠与螺母之间的螺旋空间内，并围绕着丝杠轴线做圆周方向的滚动，运动的轨迹为螺旋线。保持架具有容纳滚动体的容置腔，容置腔两侧设置有挡边，可以保证滚动体在自由状态下不会脱落，且可以在保持架内自由旋转。在保持架的作用下，滚动体长度方向始终指向丝杠的轴线，无论是在正常工况、磨损工况还是高负荷变形工况下，滚动体始终都能保持在正常工作状态，从而提高机构的可靠性。

二、本实用新型保持架可制造性提升，综合成本可以进一步降低：保持架为分体式独立结构，由多个保持架个体组成，保持架为扇形环状结构，沿圆周方向上的结构可以为平面、螺旋面或其他形状，保持架的结构类似于推力滚针轴承的保持架结构，制作工艺简单，可以借鉴现有技术，相对于整体式螺旋状保持架，独立式保持架的加工成本更低。

保持架的扇形平面内设置有2～15个容置腔，用于安装滚动体。当通过冲压或冷挤压工艺制作保持架时，冲压容置腔的同时可在容置腔两端留出挡边，两对应挡边之间的距离小于滚动的滚动直径，用于保证滚动体不会从容置腔两侧脱落；当通过注塑工艺制作保持架时，可按照滚动体的轮廓注塑形成仿形腔，清除容置腔两侧锐边，装配时直接将滚动体挤压进入容置腔。

间隔组件的安装可以借助一个类似丝杠的工装，工装一端与丝杠可拆卸的联接，工装的螺纹与螺母的螺纹相配合，首先将螺母固定，丝杠与工装联接，然后将间隔组件装入工装的螺纹中，再转动工装，工装带动丝杠转动并将间隔组件带入螺母中，最后断开工装与丝杠的联接，完成间隔组件的安装。

三、本实用新型直线驱动机构具有足够承载能力的同时，体积能够进一步缩小：相对于专利CN212407487U中丝杠所选用的一种类似行星滚柱丝杠的齿形，其牙侧角均为45°，本实用新型中的丝杠与螺母选用锯齿形螺纹，锯齿形螺纹的两边牙侧角都小于45°，其中非承载侧的牙侧角比承载侧的牙侧角大。

采用锯齿形螺纹的优点为：一般非承载滚子压力侧牙侧角为30°，角度越大，越能够为承载侧提供更大的支撑能力，结构强度越高，但由于滚动体丝杠不仅仅考虑结构强度，还需要考虑接触强度，所以牙侧角可以适当的减小；将间隔组件布置在锯齿形螺纹的牙侧角为3～10°的一侧，在相同轴向力条件下，接触应力比45°更小，能够让丝杠与螺母之间的空间增大，能够适配更大的滚动体，从而增加滚动体与螺纹的接触面积。以圆柱滚子为例，当丝杠的牙侧角从45°变为10°，滚动体的接触长度从2.5mm增加至3mm时，根据赫兹接触应力公式计算，在其他参数不变的条件下，接触应力下降了约23%，能够显著提高直线驱动机构的承载能力。

四、本实用新型在直线驱动机构的承载能力方面，滚动体选用圆柱滚子、圆锥滚子或鼓型滚子等柱状型滚子，与滚珠不同的是，此类柱状滚子在传动过程中与丝杠或螺母的接触方式类似于线接触，相对于滚珠丝杠的点接触，线接触能够承受更大的负载；同时，圆锥和圆柱滚子两个端面可以进行修型处理，按照相切圆弧、或对数曲线、或Johns Gohar曲线对柱状滚子的端面进行修型后，进一步减低边缘效应的影响，圆柱圆锥滚子的承载能力能够进一步增加。

附图说明

图1为具体实施方式直线驱动机构的结构示意图。

图2为具体实施方式间隔组件的部分结构示意图。

图3为具体实施方式保持架组件的结构示意图。

图4为具体实施方式保持架的结构示意图。

图5为具体实施方式电机械制动系统的示意图。

其中：1-丝杠，2-螺母，3-间隔组件，4-弹性件，4a-大弹簧一，4b、大弹簧二，4c-小弹簧，5-滚动体，6-保持架，6a-容置腔，6b-挡边，7-保持架组件，8-执行器，9-活塞，10-制动钳总成。

具体实施方式

为了加深对本实用新型的理解，下面将结合实施例对本实用新型作进一步详述，该实施例仅用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型保护范围的限定。

如图1所示，本实施例提供一种直线驱动机构，包括有丝杠1、螺母2和间隔组件3，间隔组件3设置在丝杠1的外螺纹和螺母2的内螺纹形成的螺旋空间内；间隔组件3安装在丝杠1与螺母2的螺纹承载侧，从丝杠1输入扭矩和转速，从螺母2输出压力；丝杠与螺母1的螺纹采用锯齿形螺纹，丝杠1与螺母2的承载滚子压力侧牙侧角为3～10°，非承载滚子压力侧牙侧角为30°。

如图2所示，具有滚动体5的保持架6两两通过小弹簧4c按照螺旋线依次排列在丝杠1与螺母2的螺旋空间内，形成间隔组件；首端的保持架6和末端的保持架6分别通过大弹簧一4a和大弹簧二4b与丝杠1的外螺纹和螺母2的内螺纹形成的螺旋空间进行匹配安装，大弹簧一4a与大弹簧二4b的长度可不一致；滚动体5选用圆柱滚子，并且对圆柱滚子两端进行对数曲线修型处理。

如图3-4所示，保持架6为扇形环状结构，保持架6转动中心位于丝杠1与螺母2的中心轴线上，保持架6内径边界与丝杠1外螺纹的小径边界配合，保持架6外径边界与螺母2内螺纹的大径边界配合；

保持架6沿圆周方向上的结构为平面，保持架通过冲压工艺形成，形成容置腔6a的同时在容置腔6a两侧留出三对挡边6b，容置腔6a两侧对应挡边6b之间的距离小于滚动体5的滚动直径，单个保持架6可形成三个容置腔6a，容纳三个滚动体5，动体5在容置腔6a内可自由转动，滚动体5匹配锯齿形螺纹的牙型。

如图5所示，本实施例提供一种带有上述直线运动机构的电机械制动系统，执行器8处于直线驱动机构的输入端，与螺母2配合的活塞9处于直线驱动机构的输出端；执行器8为直线驱动机构输入扭矩，经直线驱动机构将旋转运动转化为直线运动，向活塞9输出压力，执行器8与制动钳组件10均为公开技术。

本实施例在电子机械式制动器中的直线驱动机构的工作原理过程如下：

受到控制器的指令，电机带动减速齿轮旋转，通过减速机构最终带动滚针丝杠做卡钳的夹紧动作，齿轮的输出部分将扭矩和转速传递给丝杠1，该直线驱动机构将旋转运动转化为直线运动的工作过程中，由丝杠1向第一方向进行旋转，所有圆柱滚子的滚动体5一边在保持架的容置腔6a内自转，一边在丝杠1与螺母2的螺纹上滚动，与滚子配合的工作面为牙侧角为3～10°侧，不但滚子与轴向力的夹角小，而且长度比牙侧角为45°的滚子更长，接触应力下降了至少23%，从而提高了承载能力；由于螺母2在圆周方向上被限制转动，因此不会跟随丝杠1转动，而是随着丝杠1转动的角度，按照设定的导程转化为直线运动，向工作方向移动，完成直线驱动机构的功能。

受到控制器的指令，电机带动减速齿轮旋转，通过减速机构最终带动滚针丝杠1做卡钳的释放动作，齿轮的输出部分将扭矩和转速传递给丝杠，由丝杠1向第二方向进行旋转，第二方向与第一方向的方向相反，在初期，在存在轴向正压力的条件下，丝杠1和螺母2的牙侧角为3～10°侧与滚子配合工作，滚子呈滚动运动，阻力很小，可以做到快速的释放；在轴向正压力消失的条件下，丝杠1与螺母2通过螺纹的牙侧角约为30°侧接触，呈滑动运动，此时直线驱动机构相当于普通滑动丝杠，螺母向非工作方向移动，滑动相对滚动阻力明显增大；该阻力会导致电流增加，从而为电控系统提供了信息，另外，阻力增加阻碍速度，有利于减少不必要的行程，从而防止电子机械式制动装置过量的动作；圆柱滚子在没有受到丝杠与螺母的挤压力之后，在大弹簧和小弹簧的作用下，回到初始状态位置，并为下一次运动做好准备。

以上案例仅针对于从丝杠输入扭矩和转速，由螺母输出压力的情况，若从螺母输入扭矩和转速，由螺杆输出压力，其牙侧角的设计与上述案例相反。

以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述。显然，本实用新型具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本实用新型的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种直线驱动机构，包括有丝杠（1）、螺母（2）和间隔组件（3），间隔组件（3）设置在丝杠（1）的外螺纹和螺母（2）的内螺纹形成的螺旋空间内；

其特征在于：所述间隔组件（3）包括有保持架（6）、大弹簧一（4a）、大弹簧二（4b）和滚动体（5）；

保持架（6）包括有多个且两两互相连接在一起，首端的保持架（6）和末端的保持架（6）分别通过大弹簧一（4a）和大弹簧二（4b）与丝杠（1）的外螺纹和螺母（2）的内螺纹形成的螺旋空间进行匹配安装，保持架（6）内设置有2-15个滚动体（5）。

2.如权利要求1所述一种直线驱动机构，其特征在于：相邻的两个保持架（6）通过小弹簧（4c）进行连接。

3.如权利要求1所述一种直线驱动机构，其特征在于：所述丝杠（1）的外螺纹与螺母（2）的内螺纹为锯齿形螺纹；锯齿形螺纹的牙型一侧牙侧角3～10°，一侧牙侧角30°。

4.如权利要求3所述一种直线驱动机构，其特征在于：所述保持架（6）为扇形环状结构，保持架（6）转动中心位于丝杠（1）与螺母（2）的中心轴线上，保持架（6）内径边界与丝杠（1）外螺纹的小径边界配合，保持架（6）外径边界与螺母（2）内螺纹的大径边界配合。

5.如权利要求4所述一种直线驱动机构，其特征在于：所述保持架（6）的扇形平面内具有2～15个容置腔（6a），容置腔（6a）容纳滚动体（5），滚动体（5）匹配锯齿形螺纹的牙型；所述容置腔（6a）两侧设置有挡边（6b），挡边（6b）保证滚动体在正常状态下不能脱落，滚动体（5）在容置腔（6a）内可自由转动。

6.如权利要求4所述一种直线驱动机构，其特征在于：所述保持架（6）沿圆周方向的结构为平面或螺旋面。

7.如权利要求1或5所述一种直线驱动机构，其特征在于：所述滚动体（5）为鼓型滚子、圆柱滚子或圆锥滚子。

8.如权利要求7所述一种直线驱动机构，其特征在于：所述滚动体（5）为圆柱滚子或圆锥滚子，滚动体（5）的端面进行相切圆弧修型、或对数曲线修型、或Johns Gohar曲线修型。

9.如权利要求1所述一种直线驱动机构，其特征在于：所述间隔组件的数量为一组或多组，布置在丝杠（1）的外螺纹和螺母（2）的内螺纹形成的螺旋空间内单侧或两侧。

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