CN220134542U - 一种防干涉的行星滚柱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种防干涉行星滚柱，属于传动装置技术领域。包括外螺纹段、轴颈和轮齿，两段所述轮齿分别设置在所述外螺纹段的两端，两段所述轴颈分别设置在两段所述轮齿的外侧，所述轮齿与所述外螺纹段之间还设有空刀段。本实用新型行星滚柱两端的轮齿与外螺纹段之间留有空刀段，可消除传统滚柱中轮齿与外螺纹段之间较长的过渡圆弧，可有效避免内齿圈侧面与过渡圆弧的旋转干涉，使行星滚柱的转动更加流畅。

Description

一种防干涉的行星滚柱

技术领域

本实用新型涉及一种防干涉的行星滚柱，属于传动装置技术领域。

背景技术

行星滚柱丝杠副是一种可将旋转运动和直线运动相互转化的机械传动装置，如图1所示，由丝杠、螺母、滚动体、行星架、内齿圈等组成。行星滚柱丝杠副的滚动体为行星滚柱，与常用的滚珠丝杠副相比，行星滚柱丝杠副具有多点、多副、多体的传动特点，从而决定其推力大、精度高、刚性大、寿命长、动态性能好、安装维护方便等优点。

随着自动化、智能化及现代高端制造业的迅速发展，行星滚柱丝杠副已广泛应用于机器人、注塑机、高精密重载机床等中、高负载的高端精密装备领域。此类高端精密装备面临频繁换向的工作需求。

但是，在传统行星滚柱中，轮齿与外螺纹段之间具有较长的过渡圆弧，在转动过程中，内齿圈侧面与行星滚柱上的过渡圆弧会产生旋转干涉，使滚柱的转动不流畅。

另外，在较大负载的作用下，丝杠与滚柱、滚柱与螺母的螺纹啮合处将产生较大接触应力及接触变形，因而螺纹滚道的接触点对侧将产生一定的轴向传动间隙，如图3、4所示，当行星滚柱向右旋转前进时，行星滚柱与丝杠的啮合点在行星滚柱轴线下方的螺牙轮廓的a侧，在b侧与丝杠的螺牙之间具有一个轴向传动间隙，行星滚柱与螺母的啮合点在行星滚柱轴线上方的螺牙轮廓的b＇侧，在a＇侧与螺母的螺牙具有一个轴向传动间隙。因此，在启动、停止特别是换向时刻，行星滚柱丝杠副的轴向传动间隙将导致爬行、冲击等不良现象，因而降低了滚柱丝杠副的精度、传动刚度及使用寿命。为消除或减小此类轴向传动间隙，需对行星滚柱丝杠副施加预紧力。目前，行星滚柱丝杠副多以螺母为预紧力的施加对象，如采用双螺母螺纹预紧、双螺母齿差式预紧、分体式剖切螺母预紧等方式。然而，双螺母方式将增加螺母的长度，增大占用的轴向空间；螺母螺纹一般为多头，双螺母会增大螺母结构的复杂性，增加了设计、加工及装配成本；分体式剖切螺母破坏了螺母螺旋滚道的连续性，会对行星滚柱丝杠副承载能力、传动效率以及使用寿命等带来负面影响。同时，行星滚柱丝杠传动副螺纹的接触方式为两类：丝杠与滚柱、滚柱与螺母。仅通过螺母的预紧方式只能消除或减小螺母与滚柱之间的螺纹间隙，不能消除或减小滚柱与丝杠之间的螺纹间隙。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新的技术方案以改善或解决如上所述的现有技术中存在的技术问题。

本实用新型提供的技术方案如下：一种防干涉的行星滚柱，包括外螺纹段、轴颈和轮齿，两段所述轮齿分别设置在所述外螺纹段的两端，两段所述轴颈分别设置在两段所述轮齿的外侧，所述轮齿与所述外螺纹段之间还设有空刀段。

本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有以下有益效果：

所述行星滚柱两端的轮齿与外螺纹段之间留有空刀段，可消除传统滚柱中轮齿与外螺纹段之间较长的过渡圆弧，可有效避免内齿圈侧面与过渡圆弧的旋转干涉，使行星滚柱的转动更加流畅；同时，干涉消除后，还可将滚柱上传统过渡圆弧所占轴向位置适当更改为螺纹，可有效增加滚柱螺纹的圈数，增大滚柱的承载及传动能力。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步的，所述外螺纹段包括两段或两段以上的螺纹区段，相邻两段螺纹区段之间设有光杆段，所述螺纹区段包括原相位区段和变相位区段。

采用上述进一步的有益效果是，以行星滚柱作为改变预紧力的施加对象，只改变滚柱螺纹的分布方式，即可同时消除滚柱与丝杠、滚柱与螺母螺纹之间的双侧轴向传动间隙，使行星滚柱丝杠副中的预紧力对称、均匀，以消除反向爬行、冲击等不良现象，进而提高滚珠丝杠副的轴向传动刚度、反向传动精度及使用寿命，本实用新型的实施方法简单，无需增加螺母结构及制作的复杂性，其传动平稳、结构紧凑、空间利用率高。

进一步的，所述空刀段的外径小于所述外螺纹段的外螺纹小径。

采用上述进一步的有益效果是，保证空刀段位置与内齿圈不会发生干涉。

进一步的，所述空刀段的轴向长度大于1个螺距。

采用上述进一步的有益效果是，方便机加工。

进一步的，在所述滚柱的同一轴向牙顶线上，所述变相位区段的各个牙顶起始位置比常规行星滚柱对应的牙顶位置具有前后偏移量s。

进一步的，所述s为1‰-10‰的螺距。

进一步的，所述s小于或等于滚柱螺纹与丝杠螺纹之间的轴向传动间隙。

进一步的，所述螺纹区段分奇数段和偶数段，所述奇数段为原相位区段，所述偶数段为变相位区段，或者所述奇数段为变相位区段，所述偶数段为原相位区段。

采用上述进一步的有益效果是：原相位区段和变相位区段间隔分布，保证行星滚柱受力均匀，当行星滚柱的奇数段为原相位区段时，则其首段螺纹区段为原相位区段，能够使行星滚柱在丝杠和螺母上更顺利地旋入旋出。

进一步的，原相位区段与变相位区段的长度相同。

进一步的，所述原相位区段和变相位区段的螺距相等。

采用上述进一步的有益效果是：使滚柱丝杠副正常工作。

进一步的，所述光杆段的直径小于所述螺纹区段的外螺纹小径。

采用上述进一步的有益效果是：所述光杆段不仅在螺纹加工时方便退刀，而且能够实现行星滚柱螺纹分区段的加工。

进一步的，所述光杆段的长度大于一个螺距。

进一步的，所述原相位区段和变相位区段数量之和大于3段时，两端为原相位区段或变相位区段，中间为变相位区段或原相位区段。

进一步的，原相位区段与变相位区段的数量相同。

采用上述进一步的有益效果是：这样滚柱丝杠副在正向或反向传动时，就能够使滚柱丝杠的受力相同。

进一步的，所述行星滚柱的两端部设有轮齿，所述行星滚柱的两端还分别设有柱状轴颈。

附图说明

图1为现有行星滚柱丝杠副的结构示意图；

图2为现有行星滚柱的结构示意图；

图3现有滚柱丝杠副中螺纹滚道的接触点对侧产生的轴向传动间隙结构示意图；

图4为图3中A处放大结构示意图；

图5为本实用新型的滚柱螺纹分区段变相位的方法原理图；

图6为本实用新型的滚柱螺纹变相位的原理图；

图7为图6的B处放大结构示意图；

图8为本实用新型的螺纹分区段变相位后的行星滚柱对丝杠和螺母的同时预紧时的结构示意图；

图9为图8中C处放大结构示意图；

图10为图8中D处放大结构示意图；

图11为本实用新型的行星架的结构示意图；

图12为本实用新型的内齿圈的结构示意图；

图13为本实用新型的螺母单元的结构示意图；

图14为本实用新型的行星滚柱丝杠副的结构示意图；

图15为本实用新型的行星滚柱的结构示意图；

图中，1、丝杠；2、行星滚柱；201、第一段螺纹区段；202、第二段螺纹区段；203、第三段螺纹区段；204、第四段螺纹区段；205、轮齿；206、轴颈；3、螺母；4、光杆段；5、空刀段；6、内齿圈；7、行星架。

具体实施方式

以下结合实例对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图15所示，一种防干涉的行星滚柱，包括外螺纹段、轴颈206和轮齿205，两段所述轮齿205分别设置在所述外螺纹段的两端，两段所述轴颈206分别设置在两段所述轮齿205的外侧，所述轮齿205与所述外螺纹段之间还设有空刀段5。

所述外螺纹段包括两段或两段以上的螺纹区段，相邻两段螺纹区段之间设有光杆段4，所述螺纹区段包括原相位区段和变相位区段。所述空刀段5的外径小于所述外螺纹段的外螺纹小径。所述空刀段5的轴向长度大于1个螺距。

如图6和图7所示，在所述行星滚柱2的同一轴向牙顶线上，所述变相位区段的各个牙顶起始位置比常规行星滚柱2对应的牙顶位置具有前后偏移量s。所述s为1‰-10‰的螺距，所述s小于或等于滚柱螺纹与丝杠1螺纹之间的轴向传动间隙。需要说明的是，所述常规行星滚柱2是指其外螺纹为连续的原相位螺纹的行星滚柱2。

所述行星滚柱2更具体的结构及在所述行星滚柱丝杠副上的安装结构如下：如图14所示，行星滚柱丝杠副包括丝杠1、行星滚柱2和螺母3，所述丝杠1穿设在螺母3内，且所述丝杠1的轴线与螺母3轴线重合，多个所述行星滚柱2环绕所述丝杠1均匀的安装，每个所述行星滚柱2均具有两段或两段以上的螺纹区段，相邻两段所述螺纹区段之间设有光杆段4，所述螺纹区段包括原相位区段和变相位区段，所述行星滚柱2与丝杠1的外螺纹及螺母3的内螺纹同时啮合。

所述行星滚柱2的螺纹并非如图2所示的传统的整段式连续螺纹，而是如图5所示的分区段变相位的间断螺纹，分区段变相位的间断螺纹设计能够使行星滚柱2与丝杠1的外螺纹及螺母3的内螺纹同时无间隙整体式啮合。

需要首先说明的是，所述原相位区段指此区段的螺纹在滚柱上维持原有的形位分布，满足原有的相位角的对应关系。原有的相位角的对应关系是指在现有的行星滚柱2丝杠1结构中，行星滚柱2上的螺纹结构及两端的轮齿205结构需要根据在周向上的形位分布，满足相位角的对应关系，使得行星滚柱2在任意位置时，能够同时满足行星滚柱2上的螺纹与丝杆上的外螺纹、行星滚柱2上的螺纹与螺母3的内螺纹、轮齿205与内齿圈6的啮合。

行星滚柱2螺纹分区段的方法如下：如图5所示，根据行星滚柱2的长度，将假设的整段式连续螺纹进行适当的分区段处理，区段至少分为两段；每区段的长度相等，每区段所含完整的螺纹圈数相等；相邻两段螺纹区段之间设有光杆段4，所述光杆段4为螺纹退刀槽，光杆段4的直径略小于螺纹的内径，光杆段4的长度等于若干个完整螺距，在本实施例中，光杆段4的长度等于2个螺距，当然，所述光杆段4的长度可以为更长或更短；如图5所示为行星滚柱2螺纹分区段变相位的方法原理图，分区段时，每个螺纹区段的起点对应在假设的整段式连续螺纹上的径向截面的相位相同。

行星滚柱2螺纹变相位的方案如下：从左至右，将所述螺纹区段分奇数段和偶数段，保持约一半区段为原相位区段，原相位区段与变相位区段的数量相同，这样滚柱丝杠副在正向传动时所述滚柱丝杠的受力大小与在反向传动时所述滚柱丝杠的受力大小相等或相近，这样稳定性更好。另外，在本实施例中，第奇数段的螺纹区段为原相位区段，可以保证行星滚柱2的首段螺纹区段为原相位区段。将剩余区段作为变相位区段，即将第偶数段的螺纹区段作为变相位区段，适当增大或减小第偶数段的螺纹区段的起点的相位角，即通过旋转螺纹的方式实现变相位区段螺纹旋转前进或旋转后退，在所述滚柱的同一轴向牙顶线上，所述变相位区段的各个牙顶起始位置比常规行星滚柱2对应的牙顶位置具有前/后偏移量s，如图6和7所示。通过上述变相位方法，一方面可适当增大或减小变相位区段螺纹与原相位区段螺纹之间的距离，达到啮合过程中行星滚柱2对丝杠1和螺母3同时预紧的目的，如图8-9所示；另一方面还能保证变相位区段的螺纹在丝杠1和螺母3上仍能顺利地旋入旋出，使滚柱丝杠1副正常工作。

如图5所示，所述行星滚柱2具有四段螺纹区段，第一段螺纹区段201和第三段螺纹区段203为原相位区段，第二段螺纹区段202和第四段螺纹区段204为变相位区段。

另外，在本实施例中，所述行星滚柱2还包括轮齿205和轴颈206，两段所述轮齿205分别设置在所述行星滚柱2的两端，所述轴颈206为圆柱。如图13所示，所述螺母3带三段阶梯内孔，两端孔的内径大于中间孔的内径，两端孔与中间孔分界处形成两个台阶面。中间孔设有内螺纹，与行星滚柱2的外螺纹啮合。两端孔表面光滑，分别各安装1个内齿圈6和1个行星架7，所述轮齿205与所述内齿圈6啮合，所述轴颈206安装在所述行星架7上，本发明中螺纹分区段变相位的行星滚柱2和行星架7组成行星滚柱单元，行星滚柱单元通过内齿圈6及弹性开口挡圈安装在螺母3中，螺母3、内齿圈6、行星架7和弹性开口挡圈组成螺母单元，丝杠1嵌入行星滚柱单元后可自动形成一种行星滚柱丝杠副(如图14所示)。更具体的，所述行星滚柱2的两端为直径小于外螺纹小径的光滑圆柱状轴颈206，如图5所示；行星架7安装在螺母3两端，将光滑圆柱状轴颈206插入行星架7的阵列孔内，如图11所示，使行星滚柱2径向均匀分布；光滑圆柱状轴颈206与中间螺纹区段之间为轮齿205，如图5所示，分别与螺母3两端的内齿圈6啮合，如图12、14所示；通过行星架7和内齿圈6的约束可实现丝杠1周围行星滚柱2的行星运动。

在本实施例中，丝杠1带多头外螺纹，牙型为三角形；螺母3带多头内螺纹，牙型为三角形；行星滚柱2带单头外螺纹，牙型为圆弧形，行星滚柱2为11个。

如图12所示，所述内齿圈6为圆环结构，通过靠近轮齿205侧的底面与螺母3两端的台阶面轴向定位，其外圆面与螺母3的两端孔过盈配合定位。内齿圈6的内孔面沿轴向分为两部分；一半带内齿，与行星滚柱2两端的轮齿205啮合；另一半为光滑表面，其内径小于内齿齿根的直径，内齿的侧面可形成行星架7的轴向定位面；光滑表面安装行星架7，光滑表面的长度大于行星架7的长度，剩余光滑部分的中间位置设有环状凹槽，可安装弹性开口挡圈，将行星架7轴向固定在内齿圈6中。

如图11所示，所述行星架7为带中心大孔的薄圆锥零件，其圆锥面为弹性开口挡圈的约束面，其中心孔周围均匀分布若干个圆周阵列的小孔，小孔为行星滚柱2的约束孔。行星架7的大底面为行星滚柱2的轴向限位面，限制行星滚柱2与螺母3的轴向相对位置。

以具有两段螺纹区段的行星滚柱2为例，第一段螺纹区段201为原相位区段，第二段螺纹区段202为变相位区段，其行星滚柱丝杠副的工作原理如下：

如图8、9所示，丝杠1为驱动轴，当丝杠1向右旋转前进时，在第一段螺纹区段201为原相位区段，行星滚柱2与丝杠1的无间隙啮合点在行星滚柱2轴线下方的螺牙轮廓的a₁侧，行星滚柱2轴线下方的螺牙轮廓的b₁侧与丝杠1的螺牙之间具有一个轴向传动间隙；第二段螺纹区段202为变相位区段，即适当增大或减小第二段的螺纹区段的起点的相位角，此时，如图8、10所示，在第二段螺纹区段202内，行星滚柱2与丝杠1的无间隙啮合点在行星滚柱2轴线下方的螺牙轮廓的b₂侧，行星滚柱2轴线下方的螺牙轮廓的a₂侧与丝杠1的螺牙之间具有一个轴向传动间隙；调整螺母3与行星滚柱2的对合位置，如图8、9所示，在第一段螺纹区段201内，使行星滚柱2与螺母3的无间隙啮合点在行星滚柱2轴线上方的螺牙轮廓的a₁＇侧，行星滚柱2与螺母3在b₁＇侧具有一个轴向传动间隙；而在第二段螺纹区段202内，如图8、10所示，行星滚柱2与螺母3的无间隙啮合点会在行星滚柱2轴线上方的螺牙轮廓的b₂＇侧，行星滚柱2与螺母3在a₂＇侧具有一个轴向传动间隙。因此，当丝杠1向右旋转前进时，行星滚柱2的受力点在第一段螺纹区段201内的a₁侧和第二段螺纹区段202内的b₂＇侧，在所述丝杠1与所述行星滚柱2的螺纹在第一段螺纹区段201内的a₁侧曲面无间隙啮合并推动所述行星滚柱2沿轴向向右运动，所述行星滚柱2的螺纹在在第二段螺纹区段202内的b₂＇侧曲面与所述螺母3无间隙啮合并推动所述螺母3沿轴向向右运动。反之，当丝杠1向左旋转后退时，行星滚柱2的受力点在第二段螺纹区段202内的b₂侧和第一段螺纹区段201内的a₁＇侧，所述丝杠1与所述行星滚柱2的螺纹在在第二段螺纹区段202内的b₂侧曲面无间隙啮合并推动所述行星滚柱2沿轴向向左运动，所述丝杠1与所述螺母3的螺纹在在第一段螺纹区段201内的a₁＇侧曲面无间隙啮合并推动所述螺母3沿轴向向左运动。不仅当换向时消除了行星滚柱2与丝杠1、行星滚柱2与螺母3螺纹之间的双侧轴向传动间隙，并且还使行星滚柱丝杠副中的预紧力对称、均匀。

因此，分区段变相位结构的行星滚柱2能够改变行星滚柱2与丝杠1及螺母3的啮合点位置，消除行星滚柱2与丝杠1、行星滚柱2与螺母3螺纹之间的双侧轴向传动间隙，使行星滚柱丝杠副中的预紧力对称、均匀，以消除反向爬行、冲击等不良现象，进而提高滚珠丝杠1副的轴向传动刚度、反向传动精度及使用寿命。

本发明实施方法简单，无需增加螺母3结构及制作的复杂性，仅通过对滚柱螺纹进行分区段变相位，即可同时消除或减小滚柱与丝杠1、滚柱与螺母3之间螺纹的反向间隙，增加行星滚柱丝杠副整体预紧力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种防干涉的行星滚柱，其特征在于，包括外螺纹段、轴颈(206)和轮齿(205)，两段所述轮齿(205)分别设置在所述外螺纹段的两端，两段所述轴颈(206)分别设置在两段所述轮齿(205)的外侧，所述轮齿(205)与所述外螺纹段之间还设有空刀段(5)；

所述外螺纹段包括两段或两段以上的螺纹区段，相邻两段螺纹区段之间设有光杆段(4)，所述螺纹区段包括原相位区段和变相位区段。

2.根据权利要求1所述的防干涉的行星滚柱，其特征在于，所述空刀段(5)的外径小于所述外螺纹段的外螺纹小径。

3.根据权利要求2所述的防干涉的行星滚柱，其特征在于，所述空刀段(5)的轴向长度大于1个螺距。

4.根据权利要求1所述的防干涉的行星滚柱，其特征在于，在所述行星滚柱(2)的同一轴向牙顶线上，所述变相位区段的各个牙顶起始位置比常规行星滚柱(2)对应的牙顶位置具有前后偏移量s。

5.根据权利要求4所述的防干涉的行星滚柱，其特征在于，所述s为1‰-10‰的螺距。

6.根据权利要求4所述的防干涉的行星滚柱，其特征在于，所述s小于或等于滚柱螺纹与丝杠(1)螺纹之间的轴向传动间隙。

7.根据权利要求2～6任意一项所述的防干涉的行星滚柱，其特征在于，所述螺纹区段分奇数段和偶数段，所述奇数段为原相位区段，所述偶数段为变相位区段，或者所述奇数段为变相位区段，所述偶数段为原相位区段。

8.根据权利要求2～6任意一项所述的防干涉的行星滚柱，其特征在于，所述原相位区段与变相位区段的长度相同。

9.根据权利要求1所述的防干涉的行星滚柱，其特征在于，所述原相位区段和变相位区段的螺距相等。