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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Gewindespindelanordnung in welcher
ein Rollelement zwischen einem Gewindespindelschaft und einer Spindelmutter
drehbar eingesetzt ist.
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Hintergrundtechnologie
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Es
ist eine Kugelgewindespindel bekannt, bei welcher Kugeln zwischen
dem Gewindespindelschaft und einem Spindelmutterelement bewegbar eingesetzt
sind. Wenn der Gewindespindelschaft relativ zu der Spindelmutter
gedreht wird, rollen und bewegen sich eine Mehrzahl von Kugeln,
die zwischen einer Rollrille des Gewindespindelschafts und einer belasteten
Kugelrollrille der Spindelmutter eingesetzt sind, und die Spindelmutter
wird in eine Axialrichtung des Gewindespindelschaftes bewegt. Die
Verwendung der Kugelumlaufspindel kann zu der Zeit des Drehens den
Reibungswiderstand des Gewindespindelschaftes bezüglich der
Spindelmutter reduzieren.
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Bei
einem Trend, eine elektrisch angetriebene Servolenkungsanordnung
zu verallgemeinern, ist es erforderlich, die Dicke der Spindelmutter
zu reduzieren und eine Zirkulationsstruktur zu vereinfachen, und
bei dem gegenwärtigen
Trend haben sich Kugelumlaufspindeln vom Ablenktyp etabliert. Bei
der Kugelumlaufspindel vom Ablenktyp, ist die Ablenkung (welche „Abschnitt" genannt werden kann)
zum Zirkulieren der Kugeln in die Spindelmutter eingebaut. Die Ablenkung
ist mit einer Kugelzirkulationsrille ausgebildet, die mit einer
belasteten Kugelzirkulationsrille der Spindelmutter in Verbindung
steht. Die Kugelzirkulationsrille der Ablenkung dient dazu, die Kugeln,
die in einer spiralförmig
verlaufenden Kugelrollrille um die Gewindespindel rollen, durch Überwinden
einer Gewinderille des Gewindespindelschaftes vor einem Rillenumlauf
zurückzuführen.
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Für ein sanftes
Zirkulieren der Kugeln ist es wichtig, einen Abschnitt, der die
belastete Kugelrollrille der Spindelmutter mit der Kugelzirkulationsrille der
Ablenkung verbindet, präzise
zu fertigen. Jedoch ist bei der herkömmlichen Kugelumlaufspindel
vom Ablenktyp eine Ablenkung in eine in der Spindelmutter ausgebildete Öffnung eingebaut,
und anschließend
wird die Ablenkung an der Spindelmutter durch Verbinden befestigt,
so dass die Ablenkung in ihrer Position in axialer und radialer
Richtung der Spindelmutter einfach verschoben wird, und es folglich schwierig
war, diesen Abschnitt, der die belastete Kugelrollrille der Spindelmutter
mit der Kugelzirkulationsrille der Ablenkung verbindet, präzise zu
fertigen.
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Um
ein derartiges wie oben genanntes Problem der Kugelumlauf spindeln
vom Ablenktyp zu lösen,
wurde eine Kugelumlaufspindel bereitgestellt, in welcher die belastete
Kugelrollrille und die Kugelzirkulationsrille integral an der Spindelmutter
ausgebildet sind, ohne die Ablenkung als unabhängiges Element in die Spindelmutter
einzubauen (siehe Patent-Veröffentlichung
1).
- Patent-Veröffentlichung
1: Offengelegte Japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2003-307263.
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Offenbarung der Erfindung
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Durch die Erfindung zu
lösende
Probleme
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Wenn
die Spindelmutter abgeschreckt wird, um die Festigkeit der Spindelmutter
zu erhöhen,
wird, selbst bei einer zylindrischen Spindelmutter, durch die (thermische)
Wärmebehandlung
der belasteten Kugelrollrille und der Kugelzirkulationsrille der
Spindelmutter ein Verzug verursacht. Der Verzug kann eine gleichmäßige Zirkulation
der Kugeln in einem Bereich beeinträchtigen, in welchem die belastete Kugelrollrille
an die Kugelzirkulationsrille anschlossen ist.
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Demnach
ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Gewindespindelanordnung
bereitzustellen, die geeignet ist, ein Positionsverhältnis zwischen
einer belasteten Kugelrollrille und einer Kugelzirkulationsrille
präzise
einzustellen, die beide an der Spindelmutter ausgebildet sind, und
ferner Anwendungsbeispiele einer solchen Gewindespindelanordnung
bereitzustellen.
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Mittel zum Lösen des
Problems
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Hiernach
wird die vorliegende Erfindung beschrieben. Ferner sind zum leichteren
Verstehen der Erfindung Bezugszeichen auf den Figuren in Klammern
hinzugefügt,
jedoch ist die vorliegende Erfindung dadurch nicht auf die in den
Figuren gezeigten Ausführungsformen
beschränkt.
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Zum
Lösen des
obigen Problems ist die Erfindung nach Anspruch 1 eine Gewindespindelanordnung,
aufweisend: einen Gewindespindelschaft (5), der an einer
Außenumfangsfläche davon
mit einer Rollelemente-Rollrille (6) in Form einer Spirale
ausgebildet ist; eine Spindelmutter (1), die an einer Innenumfangsfläche davon
mit wenigstens einer einzelnen Einfachumlaufrille (4) (single
one-turn of groove) ausgebildet ist, die von einer belasteten Rollelemente-Rollrille (2)
mit einem Teilkreis kleiner als ein Rillenkreisumfang und korrespondierend
zu der Rollelemente-Rollrille
(6) des Gewindespindelschaftes (5) und einer Rollelemente-Zirkulationsrille
(3) gebildet wird, die das eine und das andere Ende der
belasteten Rollelemente-Rollrille
(2) verbindet; und eine Mehrzahl von Rollelementen, die
zwischen der Rollelemente-Rollrille (6) des Gewindespindelschaftes (5)
und der belasteten Rollelemente-Rollrille
(2) und der Rollelemente-Zirkulationsrille (3)
der Spindelmutter (1) angeordnet und aufgenommen sind,
wobei die belastete Rollelemente-Rollrille (2) und die
Rollelemente-Zirkulationsrille
(3) der Spindelmutter (1) in der Innenumfangsfläche, welche
vorher wärmebehandelt
wurde, durch Ausführen
einer Schneidbearbeitung ausgebildet sind.
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Die
Erfindung nach Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei der
Gewindespindelanordnung nach Anspruch 1 nur die belastete Rollelemente-Rollrille
(2) der Spindelmutter (1) nach der Schneidbearbeitung
geschliffen wurde und die Rollelemente-Zirkulationsrille (3)
der Spindelmutter (1) der Schneidbearbeitung nicht unterzogen
wurde.
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Die
Erfindung nach Anspruch 3 ist eine Gewindespindelanordnung, aufweisend:
einen Gewindespindelschaft (5), der an einer Außenumfangsfläche davon
mit einer Rollelemente-Rollrille (6) in Form einer Spirale
ausgebildet ist; eine Spindelmutter (1), die an einer Innenumfangsfläche davon
mit einer Mehrzahl von Ringen (21) ausgebildet ist, von
denen jeder von einer einzelnen Einfachumlaufrille (4)
gebildet ist, die von einer belasteten Rollelemente-Rollrille (2)
mit einem Teilkreis kleiner als ein Rillenkreisumfang und korrespondierend
zu der Rollelemente-Rollrille (6) des Gewindespindelschaftes
(5) und einer Rollelemente-Zirkulationsrille (3)
gebildet wird, die das eine und das andere Ende der Rollelemente-Rollrille
(2) verbindet; und eine Mehrzahl von Rollelementen, die
zwischen der Rollelemente-Rollrille (6) der Gewindespindel
(5) und der belasteten Rollelemente-Rollrille (2)
und der Rollelemente-Zirkulationsrille
(3) des Ringes 21 angeordnet und aufgenommen sind.
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Die
Erfindung nach Anspruch 4 ist eine Gewindespindelanordnung, aufweisend:
einen Gewindespindelschaft (5), der an einer Außenumfangsfläche davon
mit einer Rollelemente-Rollrille (6) in Form einer Spirale
ausgebildet ist; eine Spindelmutter (1), die an einer Innenumfangsfläche davon
mit wenigstens einer einzelnen Einfachumlaufrille (4) ausgebildet
ist, die von einer belasteten Rollelemente-Rollrille (2)
mit einem Teilkreis kleiner als ein Rillenkreisumfang und korrespondierend
zu der Rollelemente-Rollrille (6) der Gewindespindel (5)
und einer Rollelemente-Zirkulationsrille (3) gebildet wird,
die das eine und das andere Ende der belasteten Rollelemente-Rollrille (2)
verbindet; und eine Mehrzahl von Rollelementen, die zwischen der
Rollelemente-Rollrille (6) der Gewindespindel (5)
und der belasteten Rollelemente-Rollrille (2) und der Rollelemente-Zirkulationsrille (3)
der Spindelmutter (1) angeordnet und aufgenommen sind,
wobei an einem Verbindungsabschnitt zwischen der belasteten Rollelemente-Rollrille
(2) und der Rollelemente-Zirkulationsrille (3) eine
Bombage (19) ausgebildet ist, so dass der Zwischenraum
zwischen der Rollelemente-Rollrille (6) der Gewindespindel
(5) und der belasteten Rollelemente-Rollrille (2) in Richtung zu
der Rollelemente-Zirkulationsrille (3)
hin allmählich
aufgeweitet ist.
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Die
Erfindung nach Anspruch 5 ist eine Gewindespindelanordnung, aufweisend:
einen Gewindespindelschaft (5), der an einer Außenumfangsfläche davon
mit einer Rollelemente-Rollrille (6) in Form einer Spirale
ausgebildet ist; eine Spindelmutter (22), die an einer
Innenumfangsfläche
davon mit wenigstens einer einzelnen Einfachumlaufrille ausgebildet ist,
die von einer belasteten Rollelemente-Rollrille (25) mit
einem Teilkreis kleiner als ein Rillenkreisumfang und korrespondierend
zu der Rollelemente-Rollrille (6) der Gewindespindel (5)
und einer Rollelemente-Zirkulationsrille (24) gebildet
wird, die das eine und das andere Ende der belasteten Rollelemente-Rollrille (25)
verbindet; und eine Mehrzahl von Rollelementen, die zwischen der
Rollelemente-Rollrille (6) der Gewindespindel (5)
und der belasteten Rollelemente-Rollrille
(25) und der Rollelemente-Zirkulationsrille (24)
der Spindelmutter (22) angeordnet und aufgenommen sind,
wobei ein Fremdmaterial (26), dessen Substanz verschieden
ist von jener der Spindelmutter (22), in die Rollelemente-Zirkulationsrille
(24) der Spindelmutter (22) eingepasst ist und
die belastete Rollelemente-Rollrille (25) in der Spindelmutter
(22) und die Rollelemente-Zirkulationsrille (24)
in dem Fremdmaterial (26) durch vorheriges Schneiden der Spindelmutter
(22), in welche das Fremdmaterial (26) eingepasst
ist, ausgebildet werden.
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Die
Erfindung nach Anspruch 6 ist ein Verfahren zum Herstellen einer
Gewindespindelanordnung, in welcher zwischen einem Gewindespindelschaft
(5) und einer Spindelmutter (1) ein Rollelement eingesetzt
ist, wobei die Spindelmutter (1) wärmebehandelt wird, und danach
wenigstens eine einzelne Einfachumlaufrille, gebildet von einer
belasteten Rollelemente-Rollrille (2) mit einem Teilkreis
kleiner als ein Rillenkreisumfang und korrespondierend zu der Rollelemente-Rollrille
(6) der Gewindespindel (5) und einer Rollelemente-Zirkulationsrille
(3), die das eine und das andere Ende der Rollelemente-Rollrille
(2) verbindet, an einer Innenumfangsfläche der Spindelmutter (1)
durch Schneidbearbeiten ausgebildet wird.
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Die
Erfindung nach Anspruch 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass bei dem
Gewindespindelanordnungs-Herstellungsverfahren
nach Anspruch 6 die Einfachumlaufrille dem Schneidbearbeiten unterworfen
wird durch das Erteilen einer Drehschneidehauptbewegung an ein Schneidwerkzeug
(13), das im Inneren der Spindelmutter (1) angeordnet
ist, und das Erteilen einer Vorschubbewegung zu wenigstens einem
von der Spindelmutter (1) und dem Schneidwerkzeug (13).
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Wirkung der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
nach Anspruch 1 wird, da die belastete Rollelemente-Rollrille und
die Rollelemente-Zirkulationsrille
an der Innenumfangsfläche der
Spindelmutter nach der Wärmebehandlung
der Spindelmutter ausgebildet werden, kein Verzug dieser Rillen
aufgrund der Wärmebehandlung
verursacht. Dementsprechend können
die belastete Rollelemente-Rollrille und die Rollelemente-Zirkulationsrille
präzise
hergestellt werden.
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Gemäß der Erfindung
nach Anspruch 2 kann die belastete Rollelemente-Rollrille, in welcher
die Rollelemente mit der angelegten Last rollen, weiter fein oberflächenbearbeitet
werden. Andererseits rollen die Rollelemente ohne jede Last in der
Rollelemente-Zirkulationsrille und hat die Rollelemente-Zirkulationsrille
selbst eine komplizierte Rillenform, so dass es erwünscht ist,
dass die Rollelemente-Zirkulationsrille
nicht irgendeiner Schleifbearbeitung unterworfen wird.
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Gemäß der Erfindung
nach Anspruch 3 kann, da zum Bilden einer Spindelmutter eine Mehrzahl
von Ringen, von denen jeder mit der belasteten Rollelemente-Rollrille
und der Rollelemente-Zirkulationsrille ausgebildet ist, in axialer
Richtung des Gewindespindelschaftes zusammengebaut ist, eine im Belastungsmoment
stabile Spindelmutter bereitgestellt werden. Außerdem können die Ringe als standardisiertes
Produkt, wie zum Beispiel ein Lager, verkauft werden.
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Gemäß der Erfindung
nach Anspruch 4 kann in dem Fall, wenn die Rollelemente in einer
Mäanderweise
in die Rollelemente-Zirkulationsrille vordringen, der Widerstand
in Vordringrichtung der Rollelemente reduziert werden.
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Gemäß der Erfindung
nach Anspruch 5 kann aufgrund des Zusammenbauens der Spindelmutter mit
einem Fremdmaterial ein Verminderungseffekt (attenuation effect),
Schmierungseffekt, Geräuschabsorptionseffekt
oder Schwingungsdämpfungseffekt
zum Einsatz kommen.
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Des
Weiteren kann die Erfindung der Gewindespindelanordnung nach Anspruch
1 als eine Erfindung eines Herstellungsverfahrens dargestellt sein, so
wie die Erfindung nach Anspruch 6.
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Gemäß der Erfindung
nach Anspruch 7 kann durch das Anlegen einer Drehschneidehauptbewegung
an ein Schneidwerkzeug, das im Inneren der Spindelmutter angeordnet
ist und das eine Vorschubbewegung zu wenigstens einem von der Spindelmutter
und dem Schneidwerkzeug überträgt, eine
Einfachumlaufrille an der Innenumfangsfläche der Spindelmutter ausgebildet
werden.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, in der eine Spindelmutter einer Gewindespindelanordnung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
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2 ist
eine perspektivische Ansicht der Spindelmutter von 1 in
welcher (A) eine perspektivische Ansicht der Spindelmutter in der
Darstellung ist, in der die Kugelzirkulationsrille sichtbar ist,
und (B) eine perspektivische Ansicht der Spindelmutter in der Darstellung
ist, in der die belastete Kugelrollrille sichtbar ist.
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3 ist
eine Ansicht, die eine Darstellung zeigt, in welcher die Spindelmutter
mit dem Gewindespindelschaft verbunden ist.
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4 ist
eine Ansicht, in der ein Kugel-Durchgangsareal
der belasteten Kugelrollrille gezeigt ist (in welcher (A) eine Darstellung
zeigt, betrachtet aus einer Axialrichtung des Gewindespindelschafts
und (B) eine Darstellung zeigt, betrachtet von einer Seite des Gewindespindelschafts).
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5 ist
eine Abwicklungsansicht, in welcher die belastete Kugelrollrille
und die Kugelzirkulationsrille (Rücklaufabschnitt), die an einer
Innenumfangsfläche (Zylinderfläche) der
Spindelmutter ausgebildet sind, in einer Ebene abgewickelt sind.
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6 ist
eine Ansicht auf sich verlagernde geometrische Orte der Kugel und
der Kugelmitte zu der Zeit des Drehens des Gewindespindelschaftes.
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7 ist
eine Abwicklung der Ortskurve der Kugelmitte.
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8 ist
eine Ansicht, in der ein Bespiel für eine Schneideanordnung zum
Schneiden der Innenumfangsfläche
der Spindelmutter gezeigt ist.
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9 ist
eine Ansicht, in der die in der Spindelmutter auszubildende Rille
gezeigt ist.
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10 ist
eine Ansicht für
ein Beispiel, in der eine Darstellung gezeigt wird, in welcher die
Innenumfangsfläche
der Spindelmutter mittels einer Schneide geschnitten wird.
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11 ist
eine Ansicht, in der eine Gewindespindelanordnung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
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12 ist
eine Ansicht, in der eine Spindelmutter einer Gewindespindelanordnung
gemäß einer dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt ist (in welcher (A) eine Darstellung
zeigt, bei der die Spindelmutter mit einer Öffnung ausgebildet ist, (B)
eine Darstellung zeigt, bei der ein Fremdmaterial in die Spindelmutter
eingepasst ist, und (C) eine Darstellung zeigt, bei der in die Spindelmutter
eine Rille eingeschnitten ist.
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13 ist
eine Ansicht, in der eine Spindelmutter einer Gewindespindelanordnung
gemäß einer vierten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt ist (in welcher (A) eine Darstellung
zeigt, bei der zum leichteren Veranschaulichen einer Einfachumlaufrille
ein Abschnitt der Spindelmutter weggeschnitten ist und (B) eine
perspektivische Ansicht der Spindelmutter zeigt).
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14 ist
eine Ansicht, in der eine Spindelmutter einer Gewindespindelanordnung
gemäß einer fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt ist (in welcher (A) eine perspektivische
Ansicht und (B) eine perspektivische Ansicht einer in zwei Sektionen
geschnittenen Spindelmutter zeigt).
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Bezugszeichen
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- 1, 22, 31 Spindelmutter, 2, 25 belastete
Kugelrollrille, 3, 24 44 Kugelzirkulationsrille, 6 Kugelrollrille, 13 Schneidwerkzeug
(Stirnfräser), 19 Bombage, 21 Ring, 26 Fremdmaterial.
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Beste Art zum Ausführen der
Erfindung
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1 zeigt
eine Spindelmutter 1 einer Gewindespindelanordnung gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Spindelmutter 1 dieser
Ausführungsform
ist aus einem einzelnen Ring gebildet. Eine belastete Kugelrollrille 2 ist
an einer Innenumfangsfläche
der Spindelmutter 1 als eine belastete Rollelemente-Rollrille
mit Spiralform mit weniger als einem Einfachumlauf ausgebildet.
Die belastete Kugelrollrille 2 hat eine Steigung, die mit
einer Kugelrollrille des Gewindespindelschafts übereinstimmt, wie hier später ausgeführt. Die
Kugelzirkulationsrille 3 als eine Rollelemente-Zirkulationsrille
verbindet das eine und das andere Ende der belasteten Kugelrollrille 2 und
hat eine Steigung in eine entgegengesetzte Richtung zu jener der belasteten
Kugelrollrille. Die belastete Kugelrollrille 2 und die
Kugelzirkulationsrille 3 bilden eine Einfachumlaufrille 4.
Außer
der Einfachumlaufrille 4 ist keine Rille in der Innenumfangsfläche der
Spindelmutter 1 ausgebildet, und die Innenumfangsfläche der
Spindelmutter stellt eine Zylinderfläche dar. In 2 zeigt
(A) eine perspektivische Ansicht der Spindelmutter 1, in
welcher die Kugelzirkulationsrille 3 sichtbar ist, und
zeigt (B) eine perspektivische Ansicht der Spindelmutter 1,
in welcher die belastete Kugelrollrille 2 sichtbar ist.
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3 zeigt
die an dem Gewindespindelschaft aufgenommene Spindelmutter 1.
Eine Kugelrollrille 6 ist als eine Rollelemente-Rollrille
in Form einer Spirale mit einer vorbestimmten Steigung an der Außenumfangsfläche des
Gewindespindelschaftes 5 ausgebildet. Die belastete Kugelrollrille
der Spindelmutter 1 steht der Kugelrollrille 6 des
Gewindespindelschaftes 5 gegenüber. Eine Mehrzahl von Kugeln, nicht
gezeigt, als eine Mehrzahl von Rollelementen, die rollen und sich
bewegen können,
sind zwischen der belasteten Kugelrollrille 2 und der Kugelzirkulationsrille 3 der
Spindelmutter 1 und der Kugelrollrille 6 des Gewindespindelschaftes 5 angeordnet
und aufgenommen. Zum Verhindern des gegenseitigen Kontaktes ist
zwischen den benachbarten Kugeln ein Abstandshalter angeordnet.
Diese Abstandshalter können
in Reihenform mittels eines flexiblen bandförmigen Elements festgehalten
werden. Entsprechend der Relativdrehung der Spindelmutter zu dem
Gewindespindelschaft 5 rollen eine Mehrzahl von Kugeln unter
Last zwischen der belasteten Kugelrollrille 2 der Spindelmutter 1 und
der Kugelrollrille 6 des Gewindespindelschaftes 5.
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Die
Kugelzirkulationsrille 3 der Spindelmutter 1 entspricht
der Ablenkung einer herkömmlichen Struktur.
Die Kugelzirkulationsrille 3 dient dazu, dass die Kugel
das Schraubengewinde 7 des Gewindespindelschaftes 5 überwinden
kann, so dass die in der belasteten Kugelrollrille 2 des
Gewindespindelschaftes 5 rollende Kugel um den Gewindespindelschaft 5 zirkuliert
und zu der belasteten Kugelrollrille 2 zurückkehrt.
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Die
Rillenformen der belasteten Kugelrollrille 2 und der Kugelzirkulationsrille 3 der
Spindelmutter 1 werden hier darunter beschrieben.
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Die
belastete Kugelrollrille 2, die eine Ortskurve der zu belastenden
Kugel bildet, ist ähnlich
einer Rillenform einer allgemeinen Kugelumlaufspindelmutter ausgebildet,
so dass sich die Kugel in axialer Richtung des Gewindespindelschaftes
mit einer konstanten Geschwindigkeit in Übereinstimmung mit dem Rotationswinkel
des Gewindespindelschaftes bezüglich
der Achse bewegt. 4 zeigt ein Kugel-Durchgangsareal
der belasteten Kugelrollrille 2, wenn der Gewindespindelschaft
jeweils nahezu um 360 Winkelgrad um die Achse gedreht wird, wobei (A)
das Kugel-Durchgangsareal
der belasteten Kugelrollrille 2 aus einer Axialrichtung
des Gewindespindelschafts betrachtet zeigt und (B) das Kugel-Durchgangsareal
von einer Seite des Gewindespindelschafts betrachtet zeigt.
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5 ist
eine Ansicht, bei der die an einer Innenumfangsfläche (Zylinderfläche) der
Spindelmutter ausgebildete belastete Kugelrollrille 2 und
die Kugelzirkulationsrille (Rücklaufabschnitt)
in einer Ebene abgewickelt sind. Die Ortskurve des Mittelpunktes der
Kugel, die sich in der belasteten Kugelrollrille 2 bewegt,
stellt in einer Ebene eine gerade Linie dar. Die Ortskurve des Mittelpunktes
der Kugel, die sich in der Kugelzirkulationsrille 3 bewegt,
stellt eine kurvige Linie dar, die, in einer Ebene, kontinuierlich
ein Paar von parallelen Linien verbindet. In 5 ist diese
kurvige Linie mit einem Kreisbogen 3a und einer geraden
Linie 3b gezeigt. Für
diese kurvige Linie können mehrere
kurvige Linien, die anders sind als diese kurvige Linie, verwendet
werden. Die in der belasteten Kugelrollrille 2 rollende
Kugel durchläuft
die Kugelzirkulationsrille 3 und kehrt dann zurück in die
belastete Kugelrollrille 2.
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Die
belastete Kugelrollrille 2 ist zum Beispiel an einem Abschnitt
von 330 Winkelgrad innerhalb von 360 Winkelgrad eines Rundumlaufes
an der Innenumfangsfläche
der Spindelmutter 1 ausgebildet und demgegenüber ist
die Kugelzirkulationsrille 3 zum Beispiel an einem Abschnitt
von 30 Winkelgrad ausgebildet. Dies deshalb, weil es die belastete
Kugelrollfläche
zum Erhöhen
der Belastbarkeit größer macht.
Um die Vorrückrichtung
von den in der belasteten Kugelrollrille 2 rollenden Kugeln
in die Kugelzirkulationsrille 3 nicht zu rapide zu ändern, ist
ein Neigungswinkel θ der
Linie der Kugelzirkulationsrille 3 bezüglich der Linie der belasteten
Kugelrollrille 2 festgesetzt, der zum Beispiel kleiner
ist als 60 Winkelgrad.
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In
der Kugelzirkulationsrille 3 schnellt die Kugel auf das
Schraubengewinde 7 des Gewindespindelschaftes 5 herauf,
so dass sich die Kugel in radialer Richtung des Gewindespindelschaftes 5 bewegen kann. 6 zeigt
einen sich verlagernden geometrischen Ort der Kugel und der Kugelmitte
zu der Zeit der Drehung des Gewindespindelschaftes 5. In 6 steigt
die in der Kugelrollrille 6 vorrückende Kugel an der Ecke 11 des
Schraubengewindes 7 des Gewindespindelschaftes 5 hoch.
In diesem Moment steigt die Kugel aufwärts, während sie an einem Abschnitt
zwischen der Ecke 11 des Schraubengewindes 7 und
der Kugelzirkulationsrille 3 der Spindelmutter 1 abgestützt ist,
und die Ortskurve 9 der Kugelmitte beschreibt einen Kreisbogen
um die Ecke des Schraubengewindes 7. In einem Fall, bei
dem die Ecke 11 des Schraubengewindes abgerundet oder abgeschrägt ist,
beschreibt die Ortskurve der Kugelmitte eine Gestalt, die mit der
abgerundeten oder abgeschrägten
Form übereinstimmt,
und welche im Wesentlichen die gleiche ist wie der Kreisbogen. Hierin,
wenn der Innendurchmesser der Spindelmutter 1 kleiner gemacht
ist, als der Durchmesser der Ortskurve der Mitte der in der Kugelrollrille 6 rollenden
Kugel, wie aus der Axialrichtung des Gewindespindelschaftes 5 gesehen,
würde die
Kugel leicht geschoben.
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Der
sich verlagernde geometrische Ort der Kugel ist hier oben beschrieben,
die sich verlagernden geometrischen Orte anderer Elemente, wie beispielsweise
Abstandshalter, die in Verbindung mit den Kugeln laufen, werden
als im Wesentlichen gleich erachtet, wie der sich verlagernde geometrische
Ort der Kugel.
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Die
dreidimensionale Form der Kugelzirkulationsrille 3 der
Spindelmutter ist als eine Hüllkurve (Hüllfläche) aus
einer Zusammensetzung von Schnittgebilden der Kugelzirkulationsrille 3 in
einer Ebene senkrecht zu einer Fläche definiert, die von Kontaktlinien
der Ortskurve 9 der Kugelmitte an Teilungspunkten gebildet
wird, an welchen die Ortskurve der Kugelmitte der in den 5 und 6 gezeigten
Kugelzirkulationsrille 3 in gleichgroßem Intervall mit einer Länge entlang
der kurvigen Linie und senkrechten Linien absteigend von den betreffenden
Teilungspunkten zu der Achse des Gewindespindelschaftes 5 geteilt
ist.
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Bei
einer beispielgebenden Ausführungsform
wurde das Schnittgebilde der Kugelzirkulationsrille 3 so
hergestellt, dass sie eine Kreisbogenform mit einem geringfügig größeren Radius
hat, als ein Kugelradius, wobei eine Ebene an einer Inklination der
Abwicklung der Ortskurve 9 der Kugelmitte, gezeigt in 7,
in die Tangentialrichtung gedreht wurde. Auf diese Weise wurde die
Kugelzirkulationsrille 3 beschrieben.
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Falls
die beschriebene Kugelzirkulationsrille 3 und die belastete
Kugelrollrille 2 präzise
gearbeitete werden können,
kann die Kugel im Wesentlichen ohne Spiel bewegt werden und die
Kugel kann reibungsarm zirkulieren. Das Arbeitsverfahren der Kugelzirkulationsrille 3 und
der belasteten Kugelrollrille 2 wird nachfolgend beschrieben.
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Zuerst
wird die Spindelmutter 1, die eine zylindrische Form hat,
einer Wärmebehandlung
von Abschrecken und Anlassen unterzogen. In diesem Zustand behält die Innenumfangsfläche der
Spindelmutter 1 seine zylindrische Flächenform bei, es sind keine
belastete Kugelrollrille 2 und Kugelzirkulationsrille 3 ausgebildet.
Als nächstes
wird die Innenumfangsfläche
der Spindelmutter 1, die vorbereitend wärmebehandelt wurde, geschnitten,
um dadurch die belastete Kugelrollrille 2 und die Kugelzirkulationsrille 3 auszubilden.
Bei dieser Verarbeitung können,
da die belastete Kugelrollrille 2 und die Kugelzirkulationsrille 3 gleichzeitig
durch den gleichen Schneideschritt mit dem selben Schneidwerkzeug
ausgebildet werden, die belastete Kugelrollrille 2 und
die Kugelzirkulationsrille 3 präzise in die Spindelmutter 1 eingearbeitet
werden. Da der Schneideschritt nach der Wärmebehandlung ausgeführt wird,
kann die Auswirkung des Verzugs aufgrund der Wärmebehandlung beseitigt werden.
Darüber
hinaus kann, wenn das Schneiden nach der Wärmebehandlung ausgeführt wird,
die Rauheit der belasteten Kugelrollrille 2 und die Kugelzirkulationsrille 3 verbessert
werden.
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Bei
dieser Ausführungsform
wird beispielsweise nur die belastete Kugelrollrille 2 der
Spindelmutter 1 mittels eines Schleifsteins nach dem Schneidbearbeiten
geschliffen und die Kugelzirkulationsrille 3 wird nicht
geschliffen. Für
die belastete Kugelrollrille 2, in der die Kugeln mit der
angelegten Last rollen, ist es erwünscht, dass die Rille 2 beim
Schleifarbeiten feinbearbeitet wird. Da andererseits die Kugeln
in der Kugelzirkulationsrille 3 ohne angelegte Last rollen
und die Rille 3 außerdem
eine komplizierte Form hat, ist es aus Kostengründen von Vorteil, die Rille 3 nicht
zu schleifen.
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8 zeigt
ein Beispiel für
eine Schneideanordnung zum Schneiden der Innenumfangsfläche der Spindelmutter 1.
Diese Schneideanordnung erteilt eine Drehschneidehauptbewegung an
einen Stirnfräser 13,
der als Schneidwerkzeug im Inneren der Spindelmutter angeordnet
ist, und erteilt ferner eine Vorschubbewegung an die Spindelmutter 1 und
den Stirnfräser 13.
Insbesondere wird die Schneideanordnung auf eine solche Weise betrieben,
dass sich, als Vorschubbewegung, der Stirnfräser 13 in der Achsrichtung
(Z-Achse) der Spindelmutter 1 bewegt, während die Spindelmutter 1,
eingeklemmt von einem Spannfutter, um die Achse der Spindelmutter gedreht
wird. Die Position des Stirnfräsers 13 in
radialer Richtung (Y-Achse) der Spindelmutter wird eingestellt,
um die Schneidtiefe in die Spindelmutter 1 in radialer
Richtung davon mittels des Stirnfräsers 13 zu steuern.
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Ein
Hochdruckfluid trifft auf eine Turbine 14 auf. Der Stirnfräser 13,
der von einem dynamischen Drucklager 15 drehbar abgestützt ist,
wird zum Einscheiden einer Rille in die Innenumfangsfläche der Spindelmutter 1 mit
beispielsweise 2 bis 4000 U/min gedreht. Die Drehbewegung der Spindelmutter
1 um ihre Achse und die Bewegung des Stirnfräsers 13 in die Z-Achs-
und Y-Achsrichtung sind in Übereinstimmung
mit dem Anschnittwinkel der belasteten Kugelrollrille 2 und
der Form der Kugelzirkulationsrille 3 miteinander synchronisiert,
und wie in 9 gezeigt ist, werden diese
Rillen kontinuierlich bearbeitet. Da die belastete Kugelrollrille 2 und
die Kugelzirkulationsrille 3 mittels des mit hoher Geschwindigkeit
rotierenden Stirnfräsers 13 bearbeitet
werden können, können die
Steigung und die Tiefe ungeachtet der Rotation der Spindelmutter 1 eingestellt
werden. Aus diesem Grund wird es möglich, eine Gewindespindel mit
großer
Steigung zu schaffen, und eine ungebundene kurvige Linie kann als
Form für
die Kugelzirkulationsrille gewählt
werden. Die Rille kann geschliffen werden, wenn als ein Werkzeug
ein Schleifstein anstelle des Stirnfräsers 13 verwendet
wird.
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Anders
als oben ist es möglich,
die Rillen mittels einer Innendurchmesser-Rillenbearbeitung herzustellen,
die herkömmlich
als bezeichnet ist als „Innenkurve". 10 zeigt
diese Verfahren (ein Beispiel des Schneidens einer Innenumfangfläche der
Spindelmutter mittels Schneide). In diesem Beispiel wird die Rille
an ihren seitlichen sich neigenden Flächen 2a, 2a mittels
Schneide geschnitten und bearbeitet, während die Spindelmutter 1 um
die Achse gedreht wird. In dem Fall, dass die Spindelmutter eine
konstante Steigung hat, kann die Rille unter Verwendung eines Formstahls
geschnitten werden. Bei der belasteten Kugelrollrille 2 und
der Kugelzirkulationsrille 3 sind die Steigungen jedoch
in im Wesentlichen entgegengesetzte Richtungen geneigt. Die belastete Kugelrollrille 2 und
die Kugelzirkulationsrille 3, die entgegengesetzt geneigte
Steigungen aufweisen, werden unter Verwendung eines eingespannten Formstahls
geschnitten, die ausgebildeten Rillen stellen keine konstanten Rillenweiten
bereit. Aus diesem Grund wurde ein Verfahren eingesetzt, bei welchem
eine der geneigten seitlichen Flächen 2a der Rille
mittels Schneide 17 geschnitten wird, während die Spindelmutter 1 in
die eine Richtung gedreht wird, und danach die andere geneigte seitliche
Fläche 2b der
Rille mittels der Schneide 17 geschnitten wird, während die
Spindelmutter 1 in die entgegengesetzte Richtung gedreht
wird.
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Nachfolgend
wird die Zirkulation der Kugel erläutert. In der belasteten Kugelrollrille 2 der
Spindelmutter 1 rollen die Kugeln in einem eingerasteten Zustand
zwischen der belasteten Kugelrollrille 2 der Spindelmutter 1 und
der Kugelrollrille 6 des Gewindespindelschaftes 5.
Der Kugel, welcher in der belasteten Kugelrollrille 2 eine
Kraft zum Bewegen in Vorrückrichtung
gegeben ist, wird in der Kugelzirkulationsrille 3 keine
Kraft zum Bewegen in Vorrückrichtung 3 erteilt,
so dass es notwendig wird, die Kugel in der Kugelzirkulationsrille 3 mittels
der Kugel in der belasteten Kugelrollrille 2 nach innen
zu drängen.
Die Kugeln in der Kugelzirkulationsrille 3 enthalten abwechselnd eine
Kugel, die gegen die Seite der Spindelmutter gedrängt wird
und eine Kugel, die gegen die Seite des Gewindespindelschaftes gedrängt wird, und
die Kugeln bewegen sich in der Kugelzirkulationsrille 3 in
schlängelnder
Weise vorwärts.
Dann, wenn die in der Kugelzirkulationsrille 3 in schlängelnder
Weise sich vorwärts
bewegenden Kugeln in die belastete Kugelrollrille 2 eintreten,
ist, zum Reduzieren des Widerstandes in Kugel-Vorrückrichtung,
an der Verbindungsstelle der belasteten Kugelrollrille 2 und
der Kugelzirkulationsrille 3, wie in 4 gezeigt, eine
Bombage 19 ausgebildet, so dass zwischen der Kugelrollrille 6 des
Gewindespindelschaftes 5 und der belasteten Kugelrollrille 2 der
Spindelmutter 1 ein sich in Richtung zu der Kugelzirkulationsrichtung 3 hin
allmählich
aufweitender Zwischenraum ausgebildet ist.
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Als
Nächstes
wird das Kugel-Einsetzverfahren erläutert. Die Kugel wird zwischen
die belastete Kugelrollerille 2 und die Kugelzirkulationsrille 3 der Spindelmutter 1 in
einem Zustand eingesetzt, bei dem die Spindelmutter 1 nahe
an das Ende des Gewindespindelschaftes verlagert ist. Da die belastete Kugelrollerille 2 und
die Kugelzirkulationsrille 3 der Spindelmutter 2 als
Einfachumlauf ausgebildet sind, wird vermieden, dass die Kugel in
einen gesonderten Abschnitt eintritt, wie bei einer herkömmlichen
Kugelgewindespindel vom Ablenk-Typ, was folglich die Arbeit des
Einfügens
einfach macht. Außerdem
können,
wenn die belastete Kugelrollerille 2 und die Kugelzirkulationsrille 3 als
Ganzes ausgeschnitten wurde, die Längen davon in Umfangsrichtung
konstant hergestellt werden, so dass zu der Zeit des Einfügens der
Abstandshalter zwischen die benachbarten Kugeln keine Schwierigkeiten
verursacht werden.
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11 zeigt
eine Gewindespindelanordnung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei dieser beispielgebenden Ausführungsform
ist eine Mehrzahl von, beispielsweise zwei, Ringen 21,
in welchen eine Einfachumlaufrille ausgebildet ist, an einem Gewindespindelschaft 5 montiert.
Zwischen diesen zwei Ringen 21 ist ein Abstandshalter,
nicht dargestellt, angeordnet und die zwei Ringe 21 sind
einer Lagereinheit ähnlich
an beiden Enden des Abstandshalters anmontiert. Diese Abstandshalter
und zwei Ringe 21 bilden eine Spindelmutter. Durch Anpassen
einer Abmessung des Abstandshalters kann eine Vorlast ausgeglichen
und die Momenten-Zusatzkapazität
der Spindelmutter geeignet festgelegt werden. Eine solche Spindelmutter
kann bevorzugt für
eine Servolenkungsanordnung verwendet werden, bei welcher die von
einem Elektromotor abgegebene Leistung mittels einer Kugelgewindespindel
als Antriebskraft an eine Lenkspindel übertragen wird.
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Ferner
kann die Einfachumlaufrille des Rings 21 der zweiten Ausführungsform ähnlich wie
bei der Spindelmutter der ersten Ausführungsform durch Durchführen des
Schneidbearbeitens ausgebildet werden oder kann, von der ersten
Ausführungsform verschieden,
durch das Bilden einer Auswölbung
bei einem Rohrmaterial, durch ein Montageverfahren aus Pulversintern
und Rillenbrünieren
(groove burnishin) oder durch Spritzgießen aus einem Harzmaterial
ausgebildet werden.
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12 zeigt
eine Gewindespindelanordnung gemäß einer
dritten Ausführungsform,
in welcher (A) eine Darstellung zeigt, in welcher eine Öffnung 23 an
einem Abschnitt korrespondierend zu einer Kugelzirkulationsrille 24 einer
Spindelmutter 22 ausgebildet ist, (B) eine Darstellung
zeigt, in welcher Fremdmaterial 26 in die Spindelmutter 22 eingepasst ist,
und (C) eine Darstellung zeigt, in welcher die belastete Kugelrollrille 25 und
die Kugelzirkulationsrille 24 durch Schneidbearbeiten der
Spindelmutter ausgebildet sind. Wie in (A) gezeigt ist, wird zuerst
die Öffnung 23 an
einem einer Kugelzirkulationsrille 24 einer Spindelmutter 22 entsprechenden
Abschnitt ausgebildet. Als nächstes
wird, wie in (B) gezeigt ist, das Fremdmaterial 26 in die Öffnung 23 eingepresst, wobei
als solches Fremdmaterial 26 ein Material mit Verminderungsfunktion,
Schmiervermögen
und Geräuschabsorptionsfähigkeit
verwendet wird. Dann wird, wie in (C) gezeigt, die Spindelmutter 22 mit
dem eingepassten Fremdmaterial 26 dem Schneidbearbeiten
unterzogen, um die belastete Kugelrollrille 25 und die
Kugelzirkulationsrille 24 auszubilden. Die Kombination
der Spindelmutter 22 mit dem Fremdmaterial 26 kann
der Spindelmutter 22 Verminderungseffekt, Schmierungseffekt,
Geräuschabsorptionseffekt
oder Dämpfungseffekt
verleihen.
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13 zeigt
eine Spindelmutter 31 einer Gewindespindelanordnung gemäß einer
vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind an einer Innenumfangsfläche der
Spindelmutter 31 zwei Einfachumlaufrillen 32 ausgebildet.
In 13 zeigt (A) eine Darstellung, bei welcher ein
Abschnitt der Spindelmutter für
ein leichteres Verständnis
der Einfachumlaufrille 32 weggeschnitten ist und zeigt
(B) eine perspektivische Ansicht der Spindelmutter. Die Rillenform
der einen von zwei Einfachumlaufrillen 32 ist die gleiche
wie eine einzelne Einfachumlaufrille. Bei dieser Ausführungsform
sind die Phasen der Kugelzirkulationsrillen 33 der zwei
Einfachumlaufrillen übereinstimmend
an bezüglich
des Umfangs gleicher Position. Durch das Anwenden dieser Anordnung
kann die Gesamtlänge der
Spindelmutter 31 verkürzt
werden, und dabei kann eine verstärkte Struktur gegen ein Moment
aufgrund der Neigung der Gewindespindelschaftachse und der Mittelachse
der Spindelmutter bereitgestellt werden.
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14 zeigt
eine Spindelmutter einer Gewindespindelanordnung gemäß der fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 14 zeigt
(A) eine perspektivische Ansicht und (B) eine perspektivische Ansicht einer
Spindelmutter, die in zwei Teile geschnitten ist. Bei dieser beispielgebenden
Ausführungsform
sind zwei Einfachumlaufrillen an der Innenumfangsfläche der
Spindelmutter 31 ausgebildet, und eine Abdeckung 34 ist
an der Kugelzirkulationsrille 33 der Spindelmutter unter
Verwendung eines unabhängigen
Elementes ausgebildet. Das heißt,
es funktioniert genauso wie eine so genannte Ablenkung vom Tunnel-Typ,
und wenn die durch den Einfachumlauf zirkulierende Kugel das Schraubengewinde 7 des
Gewindespindelschaftes (3) überwindet, wird die Kugel vor
einem Kontakt mit dem Schraubengewinde 7 des Gewindespindelschaftes 5 bewahrt,
Es wird erwartet, dass ein Effekt von Reibungs- und Geräuscherzeugungsverminderung
in einem Fall der Verwendung eines geschmiedeten Gewindespindelschaftes
erzielt werden.
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Für den Einsatz
bei einer mehrgängigen
Gewindespindel, würde
die Anmeldung ausgeführt
werden durch das Bereitstellen von mehreren Paaren von belasteten
Kugelrollrillen und Kugelzirkulationsrillen bei Einfachumlaufzirkulation
der Rollelemente um der Gewindespindelschaft. Sie ist auch anwendbar
bei Überspringen
des Gewindespindelgewindes mittels einer Abdeckung gemäß der fünften Ausführungsform.
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Zusammenfassung
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Eine
Gewindespindelanordnung, aufweisend: einen Gewindespindelschaft 5,
der an einer Aunenumfangsfläche
davon mit einer Rollelemente-Rollrille 6 in Form einer
Spirale ausgebildet ist; eine Spindelmutter 1, die an einer
Innenumfangsfläche
davon mit wenigstens einer einzelnen Einfachumlaufrille 4 ausgebildet
ist, die von einer belasteten Rollelemente-Rollrille 2 mit
einem Teilkreis kleiner als ein Rillenkreisumfang und korrespondierend zu
der Rollelemente-Rollrille 6 des Gewindespindelschaftes
und einer Rollelemente-Zirkulationsrille 3 gebildet ist,
die das eine und das andere Ende der Rollelemente-Rollrille 2 verbindet;
und eine Mehrzahl von Rollelementen, die zwischen der Rollelemente-Rollrille 6 des
Gewindespindelschafts 5 und der belasteten Rollelemente-Rollrille 2 und
der Rollelemente-Zirkulationsrille 3 der
Spindelmutter 1 angeordnet und aufgenommen sind. Die belastete
Rollelemente-Rollrille 2 und die Rollelemente-Zirkulationsrille 3 der
Spindelmutter 1 sind durch Ausschneiden an der Innenumfangsfläche der
Spindelmutter 1 ausgebildet, welche vorher wärmebehandelt
wurde. Bei der auf diese Weise ausgebildeten Gewindespindelanordnung
kann folglich das Positionsverhältnis
zwischen einer belasteten Kugelrollrille und einer Kugelzirkulationsrille
präzise
eingestellt werden.