DE112015000566T5

DE112015000566T5 - Kugelumlaufspindel

Info

Publication number: DE112015000566T5
Application number: DE112015000566.8T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Suzuki
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2035-01-21
Also published as: JP2015143527A; US11111990B2; US20160341291A1; CN106415072A; CN106415072B; DE112015000566B4; WO2015115240A1; JP6257352B2; TW201544736A; TWI644036B

Abstract

Es wird eine Kugelumlaufspindel angegeben, bei welcher sich die Kugeln glatt in einen Rückführpfad einer Zirkulationskomponente bewegen können. Die Kugelumlaufspindel der vorliegenden Erfindung umfasst: einem Schraubenschaft (1) welcher an seiner äußeren Umfangsfläche eine spiralförmige Kugellaufrinne (1a) aufweist; eine Mutter (2), welcher an deren Innenumfangsfläche eine der spiralförmigen Kugellaufrinne (1a) gegenüberliegende spiralförmige belastete Kugellaufrinne (2a) aufweist; eine Zirkulationskomponente (4), in welcher wenigstens ein Teil eines Rückführpfades (7) ausgebildet ist, welche das eine Ende und das andere Ende der belasteten Kugellaufrinne (2a) der Mutter (2) miteinander verbindet; und eine Vielzahl von Kugeln (3), die zirkulieren können. Ein Kontaktabschnitt (8) ist auf einer äußeren Umfangsseite des Rückführpfades (7) der Zirkulationskomponente (4) ausgebildet, welcher die Kugel (3) an zwei oder mehr Punkten kontaktiert. Der Kontaktabschnitt (8) der Zirkulationskomponente (4) ist in Übereinstimmung mit einer Änderung in der Richtung einer auf die Kugel (3) wirkenden Zentrifugalkraft verdreht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugelumlaufspindel, bei der eine Vielzahl von Kugeln rollbar zwischen einem Schraubenschaft und einer Mutter angeordnet sind
Stand der Technik
Eine Kugelumlaufspindel umfasst einen Schraubenschaft, eine Mutter und eine Vielzahl von Kugeln, welche zwischen dem Schraubenschaft und der Mutter angeordnet sind. Eine spiralförmige Kugellaufrinne ist auf einer äußeren Umfangsoberfläche des Schraubenschaftes ausgebildet. Eine spiralförmige belastete Kugellaufrinne, welche der Kugellaufrinne der Schraubenwelle gegenüber liegt, ist auf einer inneren Umfangsfläche der Mutter ausgebildet. Die Vielzahl von Kugeln ist rollbar zwischen der Kugellaufrinne des Schraubenschafts und der belasteten Kugellaufrille der Mutter angeordnet. Wenn der Schraubenschaft relativ zu der Mutter gedreht wird, gewährleisten die Kugeln eine Rollbewegung zwischen diesen. Die Rollbewegung der Kugeln gewährleistet eine leichte Bewegbarkeit. Dementsprechend wird die Kugelumlaufspindel als mechanisches Element verwendet, die Drehbewegung in eine lineare Bewegung umwandelt, oder eine lineare Bewegung in eine Drehbewegung umwandelt.
Die Mutter ist mit einer Zirkulationskomponente versehen. Der gesamte Rückführpfad oder ein Teil des Rückführpfades, welcher eine Ende und das andere Ende der belasteten Kugellaufrinne der Mutter miteinander verbindet ist in der Zirkulationskomponente ausgebildet. Die Zirkulationskomponente in der der gesamte Rückführpfad gebildet wird, umfasst eine Rücklaufleitung, die das eine Ende und das andere Ende der belasteten Kugellaufrinne der Mutter miteinander verbindet. Die Zirkulationskomponente in der ein Teil des Rückführpfades gebildet wird, umfasst ein Endstück, das an einem Ende eines Durchgansloches angeordnet ist, welches parallel zu der Achse der Mutter ist. Ein Rückführpfad, der ein Ende der belasteten Kugellaufrinne der Mutter und das Durchgangsloch miteinander verbindet ist in dem Endstück ausgebildet ist.
Der Rückführpfad einer typischen Zirkulationskomponente enthält einen linearen Abschnitt, welcher in einer in einer Tangentialrichtung der belasteten Kugellaufrinne der Mutter vorgesehen ist, und einen Bogenabschnitt, welcher mit dem linearen Abschnitt verbunden ist, um die Bewegungsrichtung der Kugeln zu ändern. Wenn sich die Kugel entlang der spiralförmigen belasteten Kugellaufrinne bewegt, wirkt die Zentrifugalkraft auf die Kugel in der radialen Richtung der Mutter. Wenn die Kugel von der belasteten Kugellaufrille in den linearen Abschnitt der Rücklaufleitung der Zirkulationskomponente eintritt, ist die Kugel von der Zentrifugalkraft befreit und bewegt sich linear durch den linearen Abschnitt. Der Ball bewegt sich durch den linearen Abschnitt und bewegt sich dann durch den Bogenabschnitt um die Fahrtrichtung zu ändern.
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: JP 2009-30809 A

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Jedoch wirkt die Zentrifugalkraft auch auf die Kugel, die den Bogenabschnitt der Zirkulationskomponente durchläuft. Die Kugel bewegt sich unter der Zentrifugalkraft entlang einer Außenwand des Bogenabschnitts. Eine Querschnittsform des Bogenabschnitts der Zirkulationskomponente weist einen größeren Kreis auf, als der Durchmesser der Kugel. Dementsprechend kontaktiert, die Kugel eine innere Umfangsfläche des Bogenabschnitts nur an einem Punkt. Daher ist die Position der Kugel in dem Querschnitt des Bogenabschnitts nicht festgelegt. Sogar, wenn sich die Richtung der Zentrifugalkraft, die auf die Kugel wirkt leicht ändert, schlängelt sich die Kugel nach links und rechts in Bezug auf die Laufrichtung. Dies ist eine der Ursachen, das der Ball nicht glatt durchgeht.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kugelumlaufspindel bereitzustellen, die eine Kugel reibungslos in eine Rücklaufleitung einer Zirkulationskomponente bewegen kann.
Lösung des Problems
Zur Lösung des oben beschriebenen Problems, umfasst, gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung eine Kugelumlaufspindel: einem Schraubenschaft welcher an seiner äußeren Umfangsfläche eine spiralförmige Kugellaufrinne aufweist; eine Mutter, welcher an deren Innenumfangsfläche eine der spiralförmigen Kugellaufrinne gegenüberliegende spiralförmige belastete Kugellaufrinne aufweist; eine Zirkulationskomponente, in welcher wenigstens ein Teil eines Rückführpfades ausgebildet ist, welche das eine Ende und das andere Ende der belasteten Kugellaufrinne der Mutter miteinander verbindet; und eine Vielzahl von Kugeln, welche zwischen der Kugellaufrinne des Schraubenschaftes und der belasteten Kugellaufrinne der Mutter, und in dem Rückkehrpfad arrangiert sind, wobei ein Kontaktabschnitt auf einer äußeren Umfangsseite des Rückführpfades der Zirkulationskomponente ausgebildet ist, welcher die Kugel an zwei oder mehr Punkten kontaktiert, und der Kontaktabschnitt der Zirkulationskomponente in Übereinstimmung mit einer Änderung in der Richtung einer auf die Kugel wirkenden Zentrifugalkraft verdreht ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung bewegt sich die Kugel durch den gekrümmten Rückführpfad der Zirkulationskomponente in Kontakt mit dem Kontaktabschnitt, an zwei oder mehr Punkten. Dementsprechend wird die Position der Kugel in dem Querschnitt des Rückführpfades stabilisiert, und die Kugeln bewegen sich durch den Rückführpfad der Zirkulationskomponente in einem Zustand von der Reihe nach geordnet zu sein. Der Kontaktabschnitt ist in Übereinstimmung mit einer Änderung in der Richtung der auf die Kugel wirkenden Zentrifugalkraft verdreht. Dementsprechend bleibt, selbst wenn sich die Richtung der Zentrifugalkraft ändert, die Position der Kugel in dem Querschnitt des Rückführpfades stabil. Daher wird die nutzlose Bewegung der Kugel weiter reduziert, und die Bewegung der Kugel wird glatt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine äußere perspektivische Ansicht einer Kugelumlaufspindel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2(a) ist eine perspektivische Außenansicht einer Mutter, und 2(b) ist eine perspektivische Außenansicht eines Endstücks, das an der Mutter angebracht ist.
3 ist eine Seitenansicht der Kugelumlaufspindel.
4 ist eine perspektivische Ansicht der Mutter, an welcher die Endstücke befestigt sind.
5 ist eine perspektivische Außenansicht des Endstücks.
6 ist ein Querschnitt entlang einer Durchgangsbohrung der Mutter.
7 ist eine perspektivische Explosionsansicht des Endstücks.
8(a) und 8(b) veranschaulichen die Mittellinie eines Umlenkabschnittes des Endstückes (8(a) zeigt die Mittellinie des Umlenkabschnitt von der axialen Richtung der Mutter aus gesehen, und 8(b) zeigt die Mittellinie des Umlenkabschnitt von der Seite der Mutter aus gesehen).
9 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zur Berechnung der Zentrifugalkraft veranschaulicht.
10(a) und 10(b) sind Diagramme, die die Beziehung zwischen der Richtung der Zentrifugalkraft und Positionen eines Kontaktabschnitts veranschaulicht (10(a) veranschaulicht ein Beispiel der vorliegenden Erfindung und 10(b) veranschaulicht, ein Vergleichsbeispiel).
11(a) bis 11(c) sind Diagramme, die andere Beispiele des Kontaktabschnitts veranschaulicht (11(a) zeigt ein Beispiel, bei dem der Kontaktabschnitt drei gerade Linien enthält, 11(b) veranschaulicht ein Beispiel, bei dem der Kontaktabschnitt fünf geraden Linien umfasst, und 11(c) zeigt ein Beispiel, bei dem der Kontaktabschnitt drei Vorsprünge umfasst).
12(a) und 12(b) sind Diagramme, die das Ergebnis einer Analyse einer Kontaktkraft der Kugel darstellt, die auf das Endstück einwirkte (12(a) ist eine Querschnittsansicht des Endstückes in einer XZ-Ebene, und 12(b) ist eine Querschnittsansicht des Endstückes in einer YZ-Ebene).
Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Kugelumlaufspindel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen im Folgenden näher beschrieben. 1 zeigt eine perspektivische Außenansicht der Kugelumlaufspindel gemäß der Ausführungsform. Wie in 1 gezeigt, umfasst die Kugelumlaufspindel einen Schraubenschaft 1 und eine Mutter 2, die den Schraubenschaft 1 umgibt und die Achse mit dem Schraubenschaft 1 teilt.
Eine spiralförmige Kugellaufrille 1a mit einer konstanter Steigung, ist auf einer äußeren Umfangsfläche des Schraubenschafts 1 gebildet. Die Querschnittsform der Kugellaufrinne 1a ist eine gotische Bogenrinne, welche durch die Kombination von zwei Bögen gebildet ist. Der Radius des Bogens der gotischen Bogenrinne ist größer als der Radius einer Kugel 3 (siehe 3). Die Kugel 3 kontaktiert die Kugellaufrinne 1a des Schraubenschaft 1 an zwei Stellen. Die Anzahl der Windungen der Kugellaufrinne 1a kann eingestellt werden auf, beispielsweise eins, zwei, oder drei, wie es erforderlich ist.
2(a) zeigt eine äußere perspektivische Ansicht der Mutter 2, die von dem Schraubenschaft 1 entfernt wurde. Die Mutter 2 weist einen zylindrischen Hauptabschnitt 2-1 und einen Flansch 2-2 in der axialen Richtung an einem Ende des Hauptabschnitts 2-1 auf. Ein Montageloch 2c zur Montage der Mutter 2 an einem Gegenstück ist zum Flansch 2-2 hin offen. Eine spiralförmige belasteten Kugellaufrinne 2a, welche der Kugellaufrinne 1a der des Schraubenschaft 1 zugewandt ist, ist an einer inneren Umfangsoberfläche der Mutter 2 ausgebildet. Die Steigung und die Anzahl der Windungen der belasteten Kugellaufrinne 2a ist gleich der Steigung und Anzahl der Windungen der Kugellaufrinne 1a ausgebildet. Die Querschnittsform der belasteten Kugelrinne 2a ist auch eine gotische Bogenrinne durch die Kombination von zwei Bögen gebildet wird.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Paar von Endstücken 4 als Zirkulationskomponenten zum Zirkulieren der Kugeln 3 in der axialer Richtung an beiden Enden der Mutter 2 angebracht. 1 zeigt nur das Endstück 4 an der Vorderseite der Mutter 2. Jedoch ist das Endstück 4 auch an der Rückseite der Mutter 2 vorgesehen ist. Wie in 2(a) veranschaulicht, ist eine Befestigungshölung 2b für das Endstück 4 in der axialen Richtung offen in zu einer Stirnfläche der Mutter 2. Das Endstück 4 ist in die Befestigungshölung 2b der Mutter 2 eingepasst.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Zirkulationsweges der Kugelumlaufspindel. 3 zeigt die Mutter 2, von welcher der Flansch 2-2 entfernt worden ist. Eine Mehrzahl von Kugeln 3 ist zwischen der Kugellaufrinne 1a des Schraubenschafts 1 und der belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2 arrangiert. Eine belastete Kugellaufbahn wird zwischen der Kugellaufrinne 1a des Schraubenschafts 1 und der belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2 gebildet. In der belasteten Kugellaufrinne rollen die Kugeln 3 welcher eine Last zwischen der Mutter 2 und dem Schraubenschaft aufnehmen.
Ein Rückführpfad 7, der ein Ende und das andere Ende der belasteten Kugellaufrinne 2a verbindet, ist in der Mutter 2 ausgebildet. Die Vielzahl von Kugeln 3 ist auch in dem Rückführpfad 7 arrangiert. Ein Durchgangsloch 7a, welches der parallel zu der Achse der Mutter 2 ist, ist in der Mutter 2 ausgebildet. Die Endstücke 4 sind an beiden Enden des Durchgangsloch 7a der Mutter 2 platziert. Der Rückführpfad 7 umfasst das Durchgangsloch 7a der Mutter 2 und Ablenkabschnitte 7b der Endstücke 4. Die Kugel 3, welche zu dem einem Ende der belasteten Kugelrollrinne 2a gerollt ist tritt in den Rückführpfad 7 ein und kehrt zu dem anderen Ende der belasteten Kugellaufrinne 2a über die Rücklaufbahn 7. Die Kugel 3 rollt wieder zu dem einen Ende der belasteten Kugelrollrinne 2a. Der Innendurchmesser des Rückführpfades 7 ist größer als der Durchmesser der Kugel 3. Die Kugel 3 wird im Rückführpfad 7 von der Last freigegeben.
4 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht der Mutter 2 an welcher die Endstücke 4 befestigt sind. In 4 sind die Ablenkungsabschnitte 7b der Endstücke 4 und die belastete Kugellaufrinne 2a durch gestrichelte Linien angedeutet, und das Durchgangsloch 7a durch Punkt-Strich-Linien. Wie oben beschrieben, verbindet der Ablenkungsabschnitte 7b des Endstückes 4 ein Ende der belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2 und das Durchgangsloch 7a. Die Mittellinie des Ablenkungsabschnitts 7b des Endstückes 4 ist über die gesamte Länge des Ablenkungsabschnitts 7b in einer Kurve ausgebildet, sodass veranlasst wird, dass die Zentrifugalkraft auf die durch den Ablenkungsabschnitt 7b bewegte Kugel 3 wirkt. Die Form der Mittellinie des Ablenkungsabschnitts 7b des Endstückes 4 wird im Folgenden beschrieben. Eine Krone 5, welche als schraffierter Bereich in 4 gezeigt ist, ist an einem Ende der belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2 ausgebildet. Ein Kontaktabschnitt 8 welcher nach Art eines gotischen Bogenrille ausgebildet ist, welcher weiter unten beschrieben wird, ist an einer äußeren Umfangsseite des Ablenkungsabschnitts 7b des Endstücks 4 ausgebildet. Die gotische Bogenrinne des Kontaktabschnittes 8 ist tiefer als der gotischen Bogenrinne der belasteten Kugellaufrille 2a der Mutter 2. Die Krone 5 umfasst eine geneigte Fläche, und verhindert die Erzeugung einer Pegeldifferenz zwischen der belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2 und dem Kontaktabschnitt 8 des Endstücks 4.
5 zeigt ein detailliertes Diagramm des Endstücks 4. Die Mittellinie des Ablenkungsabschnitts 7b des Endstücks 4 ist eine Kurve, welche bewirkt, dass die Zentrifugalkraft auf den Ball 3 wirkt. Lang gestrichelte dreifach gepunktete Linien L3 in 5 zeigen Grenzen zwischen der äußeren Umfangsseite und einer inneren Umfangsseite des Ablenkungsabschnitts 7b. Die Zentrifugalkraft welche in Richtung der äußeren Umfangsseite des Ablenkungsabschnitts 7b ausgerichtet ist, wirkt auf die Kugel 3, die durch sich den Ablenkungsabschnitt 7b bewegt. Die äußere Umfangsseite des Ablenkungsabschnitts 7b muss die Kugel 3 an zwei oder mehr Stellen zu kontaktieren, um die Position der Kugel 3 zu stabilisieren, die die Zentrifugalkraft aufnimmt. Daher wird der Kontaktabschnitt 8, welcher die Kugel 3 an zwei Punkten kontaktiert, auf der äußeren Umfangsseite des Ablenkungsabschnitt 7b ausgebildet. Die Querschnittsform des Kontaktabschnittes 8 ist eine gotische Bogenrinne mit zwei Bögen. Der Radius des Bogens der gotischen Bogenrinne ist größer als der Radius der Kugel 3. In 5 ist die Form des Kontaktabschnitts 8, der in regelmäßigen Abständen in der Laufrichtung der Kugel geschnitten ist, durch strichpunktierte Linien L2 angedeutet. Ein Punkt-Strich-Linie L1 in 5 ist eine Linie, die den Boden des Kontaktabschnitts 8 verbindet.
Die Zentrifugalkraft, die auf die Kugel 3 wirkt, welche sich durch den Ablenkungsabschnitt 7b des Endstückes 4 bewegt, ändert sich die mit Änderungen der Position der Kugel 3 in der Bewegungsrichtung. Die Zentrifugalkraft wirkt in der radialen Richtung der Mutter 2 an einem Endabschnitt 7b1 des Ablenkungsabschnitts 7b, welcher verbunden ist mit der belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2, genauso wie in der belasteten Kugellaufrille 2a. Der Boden des Kontaktabschnitts 8 ist kontinuierlich in Bezug auf den Boden der belasteten Kugellaufrinne 2a. Wie in 8(a) gezeigt, wirkt, von der axialen Richtung der Mutter 2 gesehen, die Zentrifugalkraft in radialer Richtung (1) der Mutter 2 an dem Endabschnitt 7b1 des Ablenkungsabschnitts 7b.
Auf der anderen Seite wird, Richtung der Kugel 3 zu verändern, in der Mitte des Ablenkungsabschnitt 7b des Endstückes 4 ein Bogenabschnitt 7b2 gebildet, dessen Mittellinie aus einem einzigen Bogen gebildet wird. Der Bogenabschnitt 7b2 wird nachstehend beschrieben. Wie in 8(b) gezeigt, wirkt, in dem Bogenabschnitt 7b2 des Umlenkabschnitt 7b von der Seite der Mutter 2 aus gesehen, die Zentrifugalkraft auf die Kugel 3 in einer radialen Richtung (2) des Bogenabschnitts 7b2. Die Richtung (1) der Zentrifugalkraft unterscheidet sich von der Richtung (2) der Zentrifugalkraft. Selbst wenn sich die Richtung der Zentrifugalkraft, in Übereinstimmung mit Änderungen in der Position der Kugel 3 in der Bewegungsrichtung ändert, ist der Kontaktabschnitt 8 um die Mittellinie des Ablenkungsabschnitts 7b verdreht, in Übereinstimmung mit Änderungen in der Richtung der Zentrifugalkraft, die auf die Kugel 3 wirkt, um die Position der Kugel 3 zu stabilisieren. Der Ablenkungsabschnitts 7b des Endstücks ist zwischen dem Bogenabschnitt 7b2 und dem Endabschnitt 7b1 verdreht. Wie in 5 dargestellt, ist die Linie L1, welche den Boden des Kontaktabschnitts 8 verbindet, auch etwa 90 bis 110 Grad verdreht, in Übereinstimmung mit der Drehung des Kontaktabschnitts 8.
Wie in 5 dargestellt, ist die Querschnittsform einer inneren Umfangsseite 11 des Ablenkungsabschnitt 7b des Endstückes 4 in einem Halbkreis ausgebildet. Ein Aufnahmeabschnitt 12, der die Kugeln 3, welche entlang der belasteten Kugellaufrille 2a der Mutter 2 rollen, in den Ablenkungsabschnitt 7b aufnimmt, ist an einem Endabschnitt der inneren Umfangsseite 11 des Ablenkungsabschnitt 7b ausgebildet. Die Kugel 3 bewegt sich in Kontakt mit dem Kontaktabschnitt 8 an der äußeren Umfangsseite des Ablenkungsabschnitts 7b, was anzeigt, dass die Kugel 3 nicht durch in Kontakt kommen mit dem Aufnahmeabschnitt 12 an der inneren Umfangsseite 11 des Ablenkungsabschnitts 7b in den Ablenkungsabschnitts 7b geführt wird. Der Aufnahmeabschnitt 12 ist vorgesehen, um sicherzustellen, dass die Kugel 3 in den Ablenkungsabschnitts 7b geleitet wird, auch wenn diese von aus der Zirkulationslaufbahn abweicht oder sich mit geringer Geschwindigkeit bewegt. Der Radius des Halbkreises auf der inneren Umfangsseite 11 des Ablenkungsabschnitts 7b ist gleich auf den Radius des Durchgangslochs 7a.
6 veranschaulicht einen Querschnitt entlang des Durchgangslochs 7a der Mutter 2. Eine Punkt-Strich-Linie in 6 zeigt eine Mittellinie 14 des Ablenkungsabschnitt 7b des Endstücks 4. Die Mittellinie 14 des Ablenkungsabschnitt 7b ist an einem Ende (einem unteren Ende in 6) mit der Mittellinie der belasteten Kugellaufrinne 2a und am anderen Ende (ein oberes Ende in 6) mit der Mittellinie des Durchgangslochs 7a verbunden. 7 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht des Endstücks 4, welches an der Mutter 2 befestigt ist. Das Endstück, ist in zwei von einer Innenseite 4a und einer Außenseite 4b unterteilt, um die Herstellung zu erleichtern. Die geteilten Flächen unterscheiden sich von den Grenzen L3 zwischen der Innenumfangsseite und der äußeren Umfangsseite des Ablenkungsabschnitts 7b, wie durch die lang gestrichelte dreifach punktierten Linien in 5 gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel sind die Grenzen L3 nicht auf den geteilten Flächen, können jedoch so konfiguriert werden, dass sie die geteilten Flächen sind.
8(a) und 8(b) veranschaulichen die Mittellinie 14 des Ablenkungsabschnitt 7b des Endstücks 4. 8(a) zeigt die Mittellinie 14 des Ablenkungsabschnitt 7b von der axialen Richtung der Mutter 2 aus gesehen. 8(b) zeigt die Mittellinie 14 des Ablenkungsabschnitt 7b, von der Seite der Mutter 2 aus gesehen. Wie oben beschrieben, verbindet der Ablenkungsabschnitt 7b die belastete Kugellaufrinne 2a der Mutter 2 mit dem Durchgangsloch 7a der Mutter 2. Wie in 8(a) gezeigt, stimmt die Krümmung der Mittellinie 14 nahe dem Endabschnitt 7b1 des Ablenkungsabschnitt 7b mit der Krümmung der belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2 von der axialen Richtung der Mutter 2 gesehen, überein. Der Radius der Krümmung der belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2 ist die Hälfte des BKD (Ball Kreisdurchmessers). Die Krümmung ist der Kehrwert des Krümmungsradius. Die Krümmung der Mittellinie 14 des Ablenkungsabschnitts 7b verringert sich allmählich mit zunehmendem Abstand von der belasteten Kugellaufrinne 2a. In der Ausführungsform wird die Krümmung kontinuierlich verringert. Eine Klothoidenkurve, eine Spline-Kurve oder dergleichen kann als die Kurve, deren Krümmung sich kontinuierlich verändert, verwendet werden.
Die Mittellinie 14 des Ablenkungsabschnitt 7b des Endstückes 4 ist auf diese Weise konfiguriert. Dementsprechend kann die Kontinuität der Zentrifugalkraft zwischen der belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2 und dem Ablenkungsabschnitts 7b gehalten werden, und auch kann die Zentrifugalkraft in der radialen Richtung der Mutter 2 schrittweise in Richtung des Durchgangslochs 7a reduziert werden. Die Kugel 3 bewegt sich entlang der linearen Laufbahn in dem Durchgangsloch 7a. Dementsprechend wirkt die Zentrifugalkraft nicht auf die Kugel 3 ein. Die Zentrifugalkraft wird progressiv in Richtung des Durchgangslochs 7a reduziert, um so auch die Kontinuität der Zentrifugalkraft auf die lineare Laufbahn des Durchgangslochs 7a der Mutter 2 sicher zu stellen.
Wie in 8(b) dargestellt, von der Seite der Mutter 2 gesehen, enthält der Ablenkungsabschnitt 7b des Endstückes 4 den Bogenabschnitt 7b2, wo die Mittellinie 14 nach Art eines Bogens ausgebildet ist, den Endabschnitt 7b1 welcher mit der belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2 verbunden ist, einen ersten Kurvenabschnitt 7b3, welcher den Bogenabschnitt 7b2 und den Endabschnitt 7b1 verbindet, und einen zweiten Kurvenabschnitt 7b4, der den Bogenabschnitt 7b2 und das Durchgangsloch 7a verbindet.
In dem Bogenabschnitt 7b2, ist die Mittellinie 14 aus einem einzigen Bogen gebildet. Der Bogenabschnitt 7b2 spielt eine Rolle, um die Richtung der Kugel 3 zu ändern. Das Segment des Bogenabschnitts 7b2 ist durch den Winkel θ in 8(b) dargestellt.
Wie in 8(b) gezeigt, ist die Mittellinie 14 in Übereinstimmung mit der Steigung (lead) der belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2 in dem Endabschnitt 7b1, von der Seite der Mutter 2 gesehen, schräg geneigt. Wenn die Achse der Mutter 2 in der horizontalen Richtung (X-Achse) angeordnet ist, ist einen Neigungswinkel θ1 des Endabschnitts 7b1 in Bezug auf die vertikale Richtung (Z-Achse) gleich dem Steigungswinkel der belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2.
Wie in 8(b) gezeigt, verbindet der erste Kurvenabschnitt 7b3 den Endabschnitt 7b1 und den bogenförmigen Abschnitt 7b2, so dass die tangentiale Richtung und die Krümmung der Mittellinie 14, wie von der Seite der Mutter 2 gesehen, kontinuierlich sind. Die Krümmung des ersten Kurvenabschnitt 7b3 ist Null an dem mit dem Endabschnitt 7b1 verbunden Teil und ist gleich der Krümmung des Bogenabschnitts 7b2 an dem Teil, der dem Bogenabschnitt 7b2 verbunden ist.
Wie in 8(b) gezeigt, verbindet der zweite Kurvenabschnitt 7b4 den Bogenabschnitt 7b2 und das Durchgangsloch 7a, so dass die tangentiale Richtung und die Krümmung der Mittellinie 14, von der Seite der Mutter 2 gesehen, durchgehend sind. Die Krümmung des zweiten Kurvenabschnitt 7b4 ist gleich der Krümmung des Bogenabschnitts 7b2 an dem mit dem Bogenabschnitt 7b2 verbunden Teil, und ist Null an dem mit dem Durchgangslochs 7a verbundenen Teil. Kurven, wo eine Krümmung kontinuierlich ist, wie beispielsweise eine Klothoide und eine Spline-Kurve kann können für den ersten und zweiten Kurvenabschnitt 7b3 und 7b4 verwendet werden.
Die Mittellinie 14 des Ablenkungsabschnitt 7b des Endstücks 4 ist eine dreidimensionale Kurve, die durch die Kombination der zweidimensionalen Kurve in 8(a) und der zweidimensionalen Kurve in 8(b) gebildet wird. Wenn die Kontinuität der Krümmung in den in den in 8(a) und 8(b) gezeigten zweidimensionalen Kurven gehalten wird, wird auch die Kontinuität in der dreidimensionalen Kurve gehalten. Die Kontinuität der Krümmung wird, um die Verhinderung des Auftretens einer plötzlichen Änderung der Zentrifugalkraft zu ermöglichen, gehalten.
Das Verfahren zur Berechnung der Richtung der Zentrifugalkraft, die auf die Kugel 3 wirkt, ist wie folgt: Wenn die Mittellinie 14 des Ablenkungsabschnitt 7b des Endstückes 4 mathematisch ausgedrückt wird, kann die Richtung der Zentrifugalkraft, durch die zweite Ableitung erhalten werden. Wie in 9 dargestellt kann, selbst wenn die Mittellinie 14 des Ablenkungsabschnitts 7b nur als Koordinaten ausgedrückt wird, die Richtung der Zentrifugalkraft auch aus den Koordinaten der Mittellinie 14 des Ablenkungsabschnitts 7b erhalten werden, wie in Math. 1 angegeben. Der Kontaktabschnitt 8 mit einem Boden in der Richtung der Zentrifugalkraft, wird produziert, nachdem die Richtung der Zentrifugalkraft, die auf die Kugel 3 einwirkt erhalten wird.
[Math. 1]

v →₁ = r →₁ – r →₀
v →₀ = r →_o – r →_–1
a →₀ = v →₁ – v →₀

r ist ein Positionsvektor ist. v ein Geschwindigkeitsvektor ist. a eine Beschleunigungsvektor. Die Indizes, –1, 0 und 1, zeigen Positionen.
10(a) veranschaulicht eine Querschnittsansicht des Ablenkungsabschnitts 7b des Endstücks 4. Zwei oder mehrere Kontaktstellen sind erforderlich, um die Position der Kugel 3 zu stabilisieren, die die Zentrifugalkraft aufnimmt. In dem Beispiel in 10(a) ist die Querschnittsform des Kontaktabschnitts 8 als eine gotischen Bogenrinne gemacht, so dass der Kontaktabschnitts 8 die Kugel 3 an zwei Punkten P1 und P2 kontaktiert. Die Kontaktstellen zwischen dem Kontaktabschnitt 8 und der Kugel 3 sind bilateral symmetrisch zu einer Richtung D der Zentrifugalkraft platziert, die auf die Kugel 3 wirkt.
10(b) veranschaulicht, als ein Vergleichsbeispiel, einen Querschnitt eines Ablenkungsabschnitts 7b' eines bekannten Endstücks, welches die Kugel 3 an einer Stelle kontaktiert. Wenn eine innere Umfangsfläche des Ablenkungsabschnitts 7b' die Kugel 3 an einem einzigen Punkt P3 kontaktiert, weicht die Kugel 3 nach links und rechts aus, wenn sich die Richtung D der Zentrifugalkraft ändert, so dass deren Position instabil wird.
11(a), 11(b) und 11(c) veranschaulichen andere Beispiele der Querschnittsform des Ablenkungsabschnitts 7b des Endstücks 4. 11(a) veranschaulicht ein Beispiel, bei dem ein Kontaktabschnitt 18 drei gerade Linien umfasst. Zwei Geraden 18a auf beiden Seiten kontaktieren die Kugel 3. 11(b) zeigt ein Beispiel, bei dem ein Kontaktabschnitt 28 fünf gerade Linien umfasst. Vier Geraden 28a mit Ausnahme der zentralen geraden Linie kontaktieren die Kugel 3. Der Kontaktabschnitt 28 kontaktiert die Kugel 3 an vier Punkten. 11(c) veranschaulicht ein Beispiel, bei dem ein Kontaktabschnitt 38 drei Vorsprünge 38a aufweist. Der Kontaktabschnitt 38 kontaktiert die Kugel 3 an drei Punkten. Auf diese Weise kann die Anzahl der Kontaktpunkte zwischen den Kontaktabschnitten 8, 18, 28 und 38 und der Kugel 3 so lange eine beliebige Anzahl sein, solange es zwei oder mehr sind. Die Querschnittsformen der Kontaktabschnitte 8, 18, 28 und 38 können auch eine beliebige Kombination von Kreisbögen, gerade Linien, Vorsprünge und dergleichen sein.
Bis zu diesem Punkt wurde ist die Konfiguration der Kugelumlaufspindel gemäß der Ausführungsform im Detail beschrieben. Die Kugelumlaufspindel gemäß der Ausführungsform hat die folgenden Effekte.
Die Kugel 3 bewegt sich durch den gekrümmten Ablenkungsabschnitt 7b des Endstücks 4, in Kontakt mit dem Kontaktabschnitt 8 an zwei Punkten. Dementsprechend wird die Position der Kugel 3 in dem Querschnitt des Ablenkungsabschnitts 7b stabilisiert. Die Kugeln 3 bewegen sich durch den Ablenkungsabschnitt 7b des Endstücks 4 in dem Zustand in dem sie in einer Reihe aufgereiht sind. Der Kontaktabschnitt 8 ist in Übereinstimmung mit Änderungen in der Richtung der Zentrifugalkraft, welche auf die Kugel 3 wirkt, verdreht. Dementsprechend kann, auch wenn sich die Richtung der Zentrifugalkraft, die auf die Kugel wirkt, ändert, die Position der Kugel 3 im Querschnitt des Ablenkungsabschnitts 7b stabil bleiben. Daher wird die nutzlose Bewegung der Kugel 3 weiter reduziert, um die Bewegung der Kugel 3 glatt zu machen.
Der Kontaktabschnitt 8 des Endstücks 4 ist zwischen dem Bogenabschnitt 7b2 und dem Endabschnitt 7b1 verdreht. Dementsprechend ist die Position der Kugel 3 stabil, selbst wenn sich die Richtung der Zentrifugalkraft, zwischen dem Bogenabschnitt 7b2, der die Richtung der Kugel 3 ändert und dem Endabschnitt 7b1, der mir der belasteten Kugellaufrinne 2a verbunden ist, ändert.
Aus der axialen Richtung der Mutter 2 gesehen, ist Mittellinie 14 des Ablenkungsabschnitts 7b des Endstückes 4 als eine Kurve ausgebildet, deren Krümmung sich mit zunehmendem Abstand von der belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2 allmählich verringert. Dementsprechend ist es möglich, die Zentrifugalkraft zu veranlassen auf die Kugel 3 einzuwirken, unmittelbar nach die Kugel 3 von der belasteten Kugellaufrille 2a der Mutter 2 in den Ablenkungsabschnitt 7b des Endstücks 4 eintritt. Die Position der Kugel 3 ist unmittelbar nach dem Eintritt in den Ablenkungsabschnitt 7b des Endstücks 4 stabil. Die Krümmung der Mittellinie 14 des Ablenkungsabschnitt 7b verringert sich schrittweise in Richtung des Durchgangsloches 7a. Dementsprechend ist es auch möglich, die Kontinuität der Zentrifugalkraft auf die lineare Laufbahn des Durchgangslochs 7a zu gewährleisten. Ferner bewegt sich die Kugel 3 in Kontakt mit der äußeren Umfangsseite des Ablenkungsabschnitt 7b des Endstücks 4. Entsprechend ist der Kontakt zwischen dem Aufnahmeabschnitt 12 an der inneren Umfangsseite des Ablenkungsabschnitt 7b und der Kugel 3 reduziert, so dass die Lebensdauer des Aufnahmeabschnitts 12 verbessert wird.
Von der Seite der Mutter 2 gesehen, enthält der Ablenkungsabschnitt 7b des Endstücks 4 den Bogenabschnitt 7b2, den Endabschnitt 7b1, welcher mit dem belasteten Kugellaufrinne 2a der Mutter 2 verbunden ist, den ersten Kurvenabschnitt 7b3, welcher den Bogenabschnitt 7b2 und den Endabschnitt 7b1 verbindet, so dass die Krümmung der Mittellinie 14, dass die Krümmung der Mittellinie 14 kontinuierlich ist, und den zweiten Kurvenabschnitt 7b4, welcher den Bogenabschnitt 7b2 und das Durchgangsloch 7a derart verbindet, dass die Krümmung der Mittellinie 14 kontinuierlich ist. Dementsprechend kann die Kontinuität der Zentrifugalkraft in dem Ablenkungsabschnitt 7b sichergestellt werden.
In Querschnittsansicht des Ablenkungsabschnitt 7b des Endstücks 4 gesehen, sind die Kontaktstellen der Kontaktabschnitte 8, 18, 28, und 38 des Endstücks 4 mit der Kugel 3 beidseitig (bilateral) symmetrisch in Bezug auf die Richtung der Zentrifugalkraft, die auf die Kugel 3 wirkt platziert. Dementsprechend kann verursacht werden, dass die Reaktionskraft in einer entgegengesetzten Richtung zu der Richtung der Zentrifugalkraft, auf die Kugel 3 wirkt, so dass die Position der Kugel 3 stabilisiert werden kann.
Beispiel 1
Es wurde eine Analyse einer Kontaktkraft mit der Kugel 3 gemacht, welche an dem Endstück 4 erzeugt wurde, wenn die Last axial auf die Mutter 2 der Kugelspindel aus 1 aufgebracht wurde und der Schraubenschaft 1 wird gedreht wurde. 12(a) und 12(b) veranschaulichen das Ergebnis der Analyse. 12(a) ist eine Querschnittsansicht des Endstückes 4 in einer X-Z-Ebene. 12(b) ist eine Querschnittsansicht des Endstückes 4 in einer Y-Z-Ebene. Ein Teil welcher in den Zeichnungen mit • aufgetragen ist, ist der Kontaktbereich 8, wo die Kugel 3 in Kontakt mit dem Ablenkungsabschnitt 7b steht. Die Kugel 3 kontaktiert nur den Kontaktabschnitt 8 an der äußeren Umfangsseite des Ablenkungsabschnitts 7b und kontaktiert den Aufnahmeabschnitt 12 an der inneren Umfangsseite des Ablenkungsabschnitts 7b kaum. Die Kontaktkräfte zwischen der Kugel 3 und dem Kontaktbereich 8 hatten im Allgemeinen auch stabile kleine Werte, und waren nicht teilweise und plötzlich erhöht. Der Abschnitt, welcher mit • aufgetragen ist, ist verdreht, was zeigt, dass der Kontaktteil 8 verdreht ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eine Realisierung der obigen Ausführungsform beschränkt und kann im Rahmen von verschiedenen Ausführungsformen realisiert werden, ohne den Kern der vorliegenden Erfindung zu verändern.
In der obigen Ausführungsform wurde die Zirkulationskomponente beschrieben, wobei als ein Beispiel, das Endstück genommen wurde, in dem ein Teil des Rücklaufbahn gebildet ist. Es kann jedoch auch eine Rücklaufleitung in welcher der gesamte Rückführpfad gebildet ist, als Zirkulationskomponente verwendet werden.
In dem obigen Ausführungsbeispiel ist die Mittellinie des Ablenkungsabschnitts des Endstücks sich über die gesamte Länge in einer Kurve erstreckend ausgebildet, welcher bewirkt, dass die Zentrifugalkraft auf die Kugel einwirkt. Jedoch kann auch ein Teil der Mittellinie des Ablenkungsabschnitts des Endstückes auch in einer geraden Linie gebildet sein.
In der obigen Ausführungsform wird die dreidimensionale Kurve gebildet, durch die Kombination der zweidimensionalen Kurve, aus 8(a) und der zweidimensionale Kurve aus 8(b). Es ist jedoch auch möglich die dreidimensionale Kurve, durch Auftragen dreidimensionaler Positionen und Interpolation der aufgetragenen Punkte mittels einer dreidimensionalen Spline-Kurve (das heißt, eine Spline-Kurve, wie beispielsweise einer NURBS-Kurve, wo eine Krümmung kontinuierlich ist) oder einer dreidimensionale Klothoidenkurve zu bilden.
In der obigen Ausführungsform ist der Querschnitt auf der inneren Umfangsseite des Ablenkungsabschnitts des Endstückes als ein Halbkreis gebildet, es kann aber auch in eine gotische Bogenrinne ausgebildet werden.
In dem obigen Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsform der Kugellaufrinne des Schraubenschaftes und der belasteten Kugellaufrinne der Mutter in einer gotischen Bogenrinne mit zwei Kreisbögen ausgebildet, sie kann jedoch auch in einer Kreisbogenrinne ausgebildet sein, einschließlich eines einzigen Bogens.
Die vorliegende Beschreibung basiert auf der japanischen Patentanmeldung No. 2014-016305 , eingereicht am 31. Januar 2014, deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste

1: Schraubenschaft
1a: Kugellaufrinne
2: Mutter
2a: belastete Kugellaufrinne
3: Kugel
4: Endstück (Zirkulationskomponente)
7: Rückführpfad
7a: Durchgangsbohrung
7b: Ablenkungsabschnitt (Rückkanal) des Endstücks
7b1: Endteil
7b2: Bogenabschnitt
7b3: erster Kurvenabschnitt
7b4: zweiter Kurvenabschnitt
8, 18, 28, 38: Kontaktabschnitt
14: Mittellinie des Rückführpfads

Claims

Eine Kugelumlaufspindel, mit: einem Schraubenschaft welcher an seiner äußeren Umfangsfläche eine spiralförmige Kugellaufrinne aufweist; eine Mutter, welcher an deren Innenumfangsfläche eine der spiralförmigen Kugellaufrinne gegenüberliegende spiralförmige belastete Kugellaufrinne aufweist; eine Zirkulationskomponente, in welcher wenigstens ein Teil eines Rückführpfades ausgebildet ist, welche das eine Ende und das andere Ende der belasteten Kugellaufrinne der Mutter miteinander verbindet; und eine Vielzahl von Kugeln, welche zwischen der Kugellaufrinne des Schraubenschaftes und der belasteten Kugellaufrinne der Mutter, und in dem Rückkehrpfad arrangiert sind, wobei ein Kontaktabschnitt auf einer äußeren Umfangsseite des Rückführpfades der Zirkulationskomponente ausgebildet ist, welcher die Kugel an zwei oder mehr Punkten kontaktiert, und der Kontaktabschnitt der Zirkulationskomponente in Übereinstimmung mit einer Änderung in der Richtung einer auf die Kugel wirkenden Zentrifugalkraft verdreht ist.
Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1, wobei der Rückführpfades der Zirkulationskomponente enthält: ein Bogenabschnitt, welcher eine bogenförmige Mittellinie hat; und einen Endabschnitt, welcher mit der belasteten Kugellaufrinne der Mutter verbunden ist, und der Kontaktabschnitt der Zirkulationskomponente zwischen dem Bogenabschnitt und dem Endabschnitt verdreht ist.
Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Mutter ist mit einem Durchgangsloch versehen ist, welches parallel zu einer Achse der Mutter vorgesehen ist, in der Zirkulationskomponente ein Umlenkabschnitt gebildet ist, welcher an einem Ende des Durchgangslochs der Mutter platziert ist, um ein Ende der belasteten Kugelrollrinne der Mutter mit dem Durchgangsloch zu verbinden, der Kontaktabschnitt an einer äußeren Umfangsseite der Umlenkabschnittes der Zirkulationskomponente gebildet ist, und eine Mittellinie des Umlenkabschnittes der Zirkulationskomponente in einer Kurve gebildet ausgebildet ist, welche eine Krümmung aufweist, die sich, von der axialen Richtung der Mutter aus gesehen, mit zunehmendem Abstand von der belasteten Kugelrollrinne der Mutter allmählich reduziert.
Die Kugelumlaufspindel nach Anspruch 3, wobei von der Seite der Mutter aus gesehen, der Rückführpfad der Zirkulationskomponente beinhaltet: den Bogenabschnitt mit der bogenförmigen Mittellinie; den Endabschnitt, welcher mit der belasteten Kugellaufrinne der Mutter verbunden ist, der Endabschnitt eine Mittellinie in Bezug auf eine Leitung (lead) der belasteten Kugellaufrinne der Mutter geneigt ist; einen ersten Kurvenabschnitt, der den Bogenabschnitt und den Endabschnitt derart miteinander verbindet, dass die Krümmung der Mittellinie kontinuierlich ist; und einen zweiten Kurvenabschnitt, der den Bogenabschnitt und das Durchgangsloch derart miteinander verbindet, so dass die Krümmung der Mittellinie kontinuierlich ist.
Die Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einem Querschnitt des Rückführpfads der Zirkulationskomponente, Kontaktpunkte des Kontaktabschnitts der Zirkulationskomponente mit der Kugel zweifach seitlich (bilateral) symmetrisch in Bezug auf die Richtung der auf die Kugel wirkenden Zentrifugalkraft platziert sind.