DE10204878B4

DE10204878B4 - Kugelgewindespindel

Info

Publication number: DE10204878B4
Application number: DE10204878A
Authority: DE
Inventors: Toru Maebashi Kanda; Daisuke Maebashi Maruyama; Hitoshi Maebashi Sannomiya
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-02-06
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: JP2002227955A; US6993992B2; US20030233898A1; DE10204878A1; US20020148314A1; US6722223B2

Abstract

Kugelgewindespindel (1) mit
einer Anzahl von Kugeln (4);
einer Schraubenwelle (2) mit an deren äußerer Oberfläche ausgebildeter, wendelförmiger Gewinderille (2a);
einer Schraubenmutter (3) mit an deren innerer Oberfläche analog zu der Gewinderille (2a) auf der Schraubenwelle (2) ausgebildeter Gewinderille (3a), welche mit der Schraubenwelle (2) in Eingriff ist, wobei die Kugeln (4) zwischen diesen angeordnet und rollbar in einer wendelförmigen Kugelrollstrecke (6) vorgesehen sind, die zwischen den zwei Gewinderillen (2a, 3a) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Variation der Summe von Lücken, C, zwischen den Kugeln (4) während des Rollens der Kugeln geringer als 1/20 des äußeren Kugeldurchmessers ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kugelgewindespindel. Im speziellen bezieht sich die Erfindung auf eine Kugelgewindespindel, welche einer geringen Verschlechterung der Betriebseigenschaften und dem Auftreten von Verschleiß, Drehmomentänderung, Rauschen, Vibration usw. durch eine Stagnation oder Konkurrenz von Kugeln ausgesetzt ist.
Eine Kugelgewindespindel weist eine Schraubenwelle und eine Schraubenmutter auf. Eine äußere Oberfläche der Schraubenwelle und eine innere Oberfläche der Schraubenmutter sind mit jeweiligen wendelförmigen Gewinderillen ausgestattet, die zueinander passen und einander gegenüberstehen. Der wendelförmige Raum, der zwischen den zwei Gewinderillen ausgebildet ist, das heißt die Kugelrollstrecke, ist mit einer Anzahl von Kugeln gefüllt, wobei die Kugeln in der Lage sind zu rotieren. In dieser Anordnung machen die Schraubenwelle und die Schraubenmutter eine wendelförmige Relativbewegung zu dem Rollen dieser Kugeln, um eine Relativbewegung in der Axialrichtung zu machen.
Eine solche Kugelgewindespindel hat eine Lücke, die zwischen den benachbarten Kugeln ausgebildet ist. Wenn die Kugeln rollen, variiert die Summe von all den Lücken in einem Umlauf mit jeder Bewegung einer Kugel. Im speziellen tendiert eine Kugelgewindespindel für eine Verwendung in einer Spritzgussmaschine oder dergleichen, das heißt eine Kugelgewindespindel, die Kugeln aufweist, die einen relativ größeren Durchmesser haben als der Durchmesser der Welle und daher einen relativ großen Schaufelwinkel haben, dazu, eine große Variation der Summe von Lücken zu haben (der Wert wird durch ein Summieren der Lücken zwischen den Kugeln über die gesamte Kugelgewindespindel erhalten). Daher ist eine Kugelgewindespindel, deren Summe von Lücken zwischen den Kugeln sehr variiert, einer Verschlechterung der Betriebseigenschaften und dem Auftreten von Verschleiß, Drehmomentänderung, Rauschen (Rauschen des Kugelschlupfes), Vibration usw. während des Rol lens der Kugeln (während des Betriebs der Kugelgewindespindel) durch eine Stagnation oder eine Konkurrenz der Kugeln als Nachteil ausgesetzt.
Die deutsche Patentanmeldung DE 199 25 040 A1 offenbart Kugelumlaufspindeleinrichtungen mit Abstandselementen zwischen den Kugeln, wobei durch die Auswahl der Spaltgrößen die Abstandselemente innerhalb des Zirkulationspfades an einem schrägen Abkippen gehindert werden.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Kugelgewindespindel zur Verfügung zu stellen, welche wenig einer Verschlechterung der Betriebseigenschaften und dem Auftreten von Verschleiß, Drehmomentänderung, Rauschen, Vibration usw. während des Betriebs durch eine Stagnation oder eine Konkurrenz der Kugeln ausgesetzt ist.
Die vorhergehende Aufgabe der Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den Beispielen ersichtlich.
Die vorhergehende Aufgabe der Erfindung kann mit dem folgenden Aufbau gelöst werden. Eine Kugelgewindespindel gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Schraubenwelle, eine Schraubenmutter und eine Anzahl von Kugeln auf. Die Schraubenwelle hat eine wendelförmige Gewinderille, die an deren äußerer Oberfläche ausgebildet ist. Die Schraubenmutter hat eine Gewinderille, die an deren innerer Oberfläche ausgebildet ist und die zu der Gewinderille an der Schraubenwelle passt, wobei die Schraubenmutter mit der Schraubenwelle in Eingriff ist, wobei die Kugeln rollbar in einer wendelförmigen Kugelrollstrecke dazwischen eingebracht sind, die zwischen den zwei Gewinderillen ausgebildet ist. In der Kugelgewindespindel ist die Variation der Summe der Lücken zwischen den Kugeln während des Rollens der Kugeln geringer als 1/20 des Durchmessers der Kugel.
In dieser Anordnung ist die Kugelgewindespindel wenig einer Verschlechterung der Betriebseigenschaften und dem Auftreten von Verschleiß, Drehmomentänderung, Rauschen, Vibration usw. während des Betriebs durch eine Stagnation oder eine Konkurrenz der Kugeln ausgesetzt. Die Kugelgewindespindel ist auch wenig einem Verschleiß oder einer Beschädigung auf den Aufbauelementen wie einer Kugel ausgesetzt.
Die Erfindung kann auch bei einer Kugelgewindespindel angewendet werden, die einen Abstandshalter zum Halten einer Kugel aufweist, der zwischen Kugeln angeordnet ist. In diesem Fall wird die Variation der Summe der Lücken zwischen den Abstandshaltern und den Kugeln während des Rollens der Kugeln auf kleiner als 1/20 des Kugeldurchmessers festgelegt.
Eine solche Kugelgewindespindel kann eine Wirkung ausüben, die verhindert, dass der Abstandshalter in die Kugelrollstrecke hinabfällt, oder eine Wirkung, die verhindert, dass der Abstandshalter neben der vorhergehenden Wirkung beschädigt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Als ein Beispiel und um die Beschreibung klarer zu machen, wird Bezug auf die zugehörige Zeichnung genommen, in welcher:
1 eine Querschnittsansicht ist, die eine Ausführungsform der Kugelgewindespindel gemäß der Erfindung zeigt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Eine Ausführungsform der Kugelgewindespindel gemäß der Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit der Querschnittsansicht in 1 beschrieben.
Eine Kugelgewindespindel 1 weist eine Schraubenwelle 2, eine zylindrische Schraubenmutter 3 und eine Anzahl von Kugeln 4 auf. Die Schraubenwelle 2 hat eine spiralförmige Gewinderille 2a mit einem Bogenquerschnitt, die an deren äußerer Oberfläche ausgebildet ist. Die zylindrische Schraubenmutter 3 hat eine wendelförmige Ge winderille 3a mit einem Bogenquerschnitt, die zu der Gewinderille 2a an der Schraubenwelle 2 passt, ist an deren innerer Oberfläche ausgebildet und mit der Schraubenwelle 2 in Eingriff. Die Anzahl von Kugeln 4 ist rollbar in einer wendelförmigen Kugelrollstrecke 6 mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt vorgesehen, die zwischen der Gewinderille 2a der Schraubenwelle 2 und der Gewinderille 3a der Schraubenmutter 3 ausgebildet ist.
Die Schraubenmutter 3 weist eine U-förmige Kugelzirkulierstrecke 7 auf, durch welche die Kugeln von der Kugelrollstrecke 6 zu der Kugelrollstrecke 6 zirkulieren. Genauer gesagt, die Kugeln rollen und bewegen sich durch die Kugelrollstrecke 6, bis sie um die Schraubenwelle 2 entlang der Gewinderille 2a durch eine Mehrzahl von Umdrehungen rotieren, um dann durch die Kugelzirkulierstrecke 7 an deren einen Ende aufgenommen zu werden, von welchem sie sich durch die Kugelzirkulierstrecke 7 zurück zu der Kugelrollstrecke 6 an dem anderen Ende bewegen. Dieser Vorgang wird dann wiederholt.
Die Schraubenmutter 3, welche mit der Schraubenwelle 2 in Eingriff ist, wobei die Kugeln 4 dazwischen angeordnet sind, und die Schraubenwelle 2 machen eine wendelförmige Bewegung relativ zu dem Rollen der Kugeln 4, um eine Relativbewegung in der Axialrichtung zu machen.
Die Querschnittsform der Gewinderillen 2a und 3a kann ein Spitzbogen sein, das heißt im Wesentlichen V-geformt durch ein Kombinieren zweier Bögen mit verschiedenen Krümmungszentren.
Die Kugeln 4, welche rollen und sich durch die Kugelrollstrecke 6 und die Kugelzirkulierstrecke 7 bewegen, haben eine Lücke C, die dazwischen ausgebildet ist, wie es in 1 gezeigt ist. Die Summe der Lücken C variiert mit dem Rollen der Kugeln 4. Die Variation der Summe der Lücken C tritt durch ein Ändern der Anzahl von Kugeln 4 auf, die in den jeweiligen Abschnitten der Strecke vorliegen.
Die Variation der Summe der Lücken C kann durch einen Entwurfswert der Höhe h der Kugelzirkulierstrecke 7 von dem Zentrum der Schraubenwelle 2, den Schaufel winkel γ der Kugel 4 und den Radius R der Krümmung des gebogenen Bereiches der Kugelzirkulierstrecke 7 (siehe 1) eingestellt werden. Das Einstellen der Variation der Summe der Lücken C kann durch ein vorheriges Festlegen des inneren Durchmessers der Kugelzirkulierstrecke 7 so vorgenommen werden, dass die Kugeln 4 in einer versetzten Weise in der Kugelzirkulierstrecke 7 angeordnet sind.
Die Erfindung wird in den folgenden Beispielen weiterbeschrieben, aber die Erfindung soll nicht so ausgelegt werden, dass sie darauf beschränkt ist.
Die Kugelgewindespindel 1 wurde berechnet für die Variation der Summe der Lücken C zwischen den Kugeln 4 in einer Umlaufreihe (Die Kugeln wurden geometrisch in einer Umlaufreihe auf einem Computer angeordnet. Die Summe der Lücken C wurde dann berechnet. Die Anordnung dieser Kugeln wurde dann geändert. Die Summe der Lücken C wurde dann berechnet. Dieser Vorgang wurde wiederholt, um die Variation der Summe der Lücken C zu bestimmen.). Die Ergebnisse der Berechnung der Kugelgewindespindel 1 wurde dann mit denen einer herkömmlichen Kugelgewindespindel verglichen.
Die verschiedenen Dimensionen und die Variation der Summe der Lücken C von dem Beispiel (Kugelgewindespindel 1) und der herkömmlichen Kugelgewindespindel sind in 1 gezeigt. Tabelle 1

Beispiel Herkömmlich

h(mm) 93,9 94,9

γ(°) 30 36

R(mm) 40,9 35,9

Variation der Lückensumme(mm) 0,32 1,17
Die Kugelgewindespindel des Beispiels und die herkömmliche Kugelgewindespindel haben außer bei h, γ und R die gleichen Dimensionen, wie folgt:

– Durchmesser der Schraubenwelle: 120 mm
– Kugelmittendurchmesser (BCD): 123 mm
– Führung: 20 mm
– Kugeldurchmesser: 15,875 mm (5/8 Zoll)
– Anzahl von Umläufen: 2,5 Umdrehungen × 4 Reihen

Wie in Tabelle 1 gesehen werden kann, zeigte die Kugelgewindespindel 1 des Beispiels, bei dem h, γ und R wie in Tabelle 1 ausgeführt entworfen wurden, eine geringe Variation der Lückensumme von 0,32 mm, welche geringer als 1/20 des Kugeldurchmessers (etwa 0,79 mm) ist. Im Ergebnis war die Kugelgewindespindel 1 des Beispiels nur wenig einer Verschlechterung der Betriebseigenschaften und dem Auftreten von Verschleiß, Drehmomentänderung, Rauschen, Vibration usw. während des Betriebs durch eine Stagnation oder eine Konkurrenz der Kugeln unterworfen.
Im Gegensatz dazu zeigte die herkömmliche Kugelgewindespindel eine große Variation der Lückensumme von 1,17 mm und war daher einer Verschlechterung der Betriebseigenschaften und dem Auftreten von Verschleiß, Drehmomentänderung, Rauschen, Vibration usw. während des Betriebs durch eine Stagnation oder eine Konkurrenz der Kugeln unterworfen.
Die vorliegende Erfindung zeigt lediglich ein Beispiel der Erfindung und beschränkt die Erfindung nicht.
Zum Beispiel die verschiedenen Dimensionen der Kugelgewindespindel 1 und die Form der Kugelzirkulierstrecke 7 können zweckmäßig insoweit modifiziert werden, dass die Aufgabe der Erfindung nicht beeinträchtigt wird (z. B., um die Variation der Lückensumme C einzustellen, kann der innere Durchmesser der Kugelzirkulierstrecke 7 größer als der Durchmesser der Kugel 4 vorbestimmt werden, so dass die Kugeln 4 in einer versetzten Weise in der Kugelzirkulierstrecke 7 angeordnet sind). Das Kugelzirkuliersystem ist nicht auf das Rücklaufrohrsystem beschränkt, wie es in der vorliegenden Ausführungsform verwendet wurde, sondern kann ein Endkappensystem, ein Kopfkreislaufsystem, ein Leichtblechsystem oder dergleichen sein. Weiter hin kann die Erfindung bei einer Kugelgewindespindel angewendet werden, die einen Abstandshalter zum Halten einer Kugel aufweist, der zwischen den Kugeln vorgesehen ist.
Wie oben erwähnt, ist die Kugelgewindespindel gemäß der Erfindung wenig einer Verschlechterung der Betriebseigenschaften und dem Auftreten von Verschleiß, Drehmomentänderung, Rauschen, Vibration usw. während des Betriebs durch eine Stagnation oder eine Konkurrenz der Kugeln unterworfen.

Claims

Kugelgewindespindel (1) mit einer Anzahl von Kugeln (4); einer Schraubenwelle (2) mit an deren äußerer Oberfläche ausgebildeter, wendelförmiger Gewinderille (2a); einer Schraubenmutter (3) mit an deren innerer Oberfläche analog zu der Gewinderille (2a) auf der Schraubenwelle (2) ausgebildeter Gewinderille (3a), welche mit der Schraubenwelle (2) in Eingriff ist, wobei die Kugeln (4) zwischen diesen angeordnet und rollbar in einer wendelförmigen Kugelrollstrecke (6) vorgesehen sind, die zwischen den zwei Gewinderillen (2a, 3a) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Variation der Summe von Lücken, C, zwischen den Kugeln (4) während des Rollens der Kugeln geringer als 1/20 des äußeren Kugeldurchmessers ist.
Kugelgewindespindel (1) mit einer Anzahl von Kugeln (4); einer Schraubenwelle (2) mit an deren äußeren Oberfläche wendelförmig ausgebildeter Gewinderille (2a); einer Schraubenmutter (3) mit an deren innerer Oberfläche analog zu der Gewinderille (2a) der Schraubenwelle (2) ausgebildeter Gewinderille (3a), welche mit der Schraubenwelle (2) in Eingriff ist, wobei dazwischen die Anzahl der Kugeln (4) eingebracht ist, die rollbar mit einem Abstandshalter zum Halten einer Kugel vorgesehen sind, die zwischen diesen in einer wendelförmigen Kugelrollstrecke (6) eingebracht ist, die zwischen den zwei Gewinderillen (2a, 3a) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Variation der Summe von Lücken, C, zwischen den Kugeln (4) und den Abstandshaltern während des Rollens der Kugeln geringer als 1/20 des Kugeldurchmessers ist.
Die Kugelgewindespindel nach Anspruch 1, wobei die Variation der Summe von Lücken, L, durch wenigstens einen der Entwurfswerte einer Höhe, h, der Kugelzirkulierstrecke (7) von dem Zentrum der Schraubenwelle (2), einem Schlaufenwinkel, γ, der Kugel (4), und einem Krümmungsradius, R, eines gebogenen Bereiches der Kugelzirkulierstrecke (7) eingestellt wird.
Die Kugelgewindespindel nach Anspruch 2, wobei die Variation der Summe der Lücken, L, durch wenigstens einen der Entwurfswerte einer Höhe, h, der Kugelzirkulierstrecke (7) von dem Zentrum der Schraubenwelle (2), einem Schaufelwinkel, γ, der Kugel (4), und einem Krümmungsradius, R, eines gebogenen Bereiches der Kugelzirkulierstrecke (7) eingestellt wird.
Die Kugelgewindespindel nach Anspruch 1, wobei die Schraubenmutter (3) mit einer Kugelzirkulierstrecke (7) vorgesehen ist, die einen inneren Durchmesser hat, der etwas größer als der äußere Kugeldurchmesser ist.
Die Kugelgewindespindel nach Anspruch 2, wobei die Schraubenmutter (3) mit einer Kugelzirkulierstrecke (7) vorgesehen ist, die einen inneren Durchmesser hat, der etwas größer als der äußere Kugeldurchmesser ist.
Die Kugelgewindespindel nach Anspruch 5, wobei die Kugelzirkulierstrecke (7) ein Rücklaufrohr aufweist.
Die Kugelgewindespindel nach Anspruch 6, wobei die Kugelzirkulierstrecke (7) ein Rücklaufrohr aufweist.