DE112018006060B4

DE112018006060B4 - Kugelgewindespindel

Info

Publication number: DE112018006060B4
Application number: DE112018006060.8T
Authority: DE
Inventors: Yohei Amemiya
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2038-11-13
Also published as: WO2019107122A1; US20200355249A1; JP2019100357A; KR102195651B1; DE112018006060T5; CN111406167A; KR20200062366A; US10914365B2; TW201925651A; CN111406167B; JP6581643B2; TWI713938B

Abstract

Eine Kugelgewindespindel enthaltend:
eine Welle (1), die so geformt ist, dass sich eine schraubenförmige Kugelgewindenut (1a) und eine gerade Kugelkeilnut (1b) schneiden;
eine Kugelgewindemutter (2) mit einer schraubenförmigen Kugelgewindenut (24b) die der Kugelgewindenut (1a) in der Welle (1) zugewandt ist, wobei die Kugelgewindemutter (2) so konfiguriert ist, dass sie die Zirkulation einer in die Kugelgewindenut (1a) in der Welle (1) passenden Gewindekugel (27) ermöglicht; und
eine Kugelkeilwellenmutter (3) mit einer geraden Kugelkeilnut (34b), die der Kugelkeilnut (1b) in der Welle (1) zugewandt ist, wobei die Kugelkeilwellenmutter (3) so konfiguriert ist, dass diese die Zirkulation einer in die Kugelkeilnut (1b) in der Welle (1) passenden Keilkugel (37) ermöglicht, wobei
die Kugelgewindenut (1a) in der Welle (1) so tief wie oder tiefer als die Kugelkeilnut (1b) in der Welle (1) ausgeführt ist,
die Gewindekugel (27) im Durchmesser kleiner ist als die Keilkugel (37), wobei die Kugelgewindenut (1a) in der Welle (1) tiefer ausgeführt ist als die Kugelgewindenut (24b) in der Kugelgewindemutter (2), wobei ein Kugelzentrumsdurchmesser (BCD) einer Kugelgewindespindel mit der Welle (1), der Kugelgewindemutter (2) und der Gewindekugel (27) größer als der Durchmesser der Welle (1) ist.

Description

Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kugelgewindespindel, die z.B. für einen Z-θ-Aktuator für einen Industrieroboter verwendet wird.
Technischer Hintergrund
In einigen Fällen wird eine Kugelgewindespindel für einen Z-Aktuator verwendet, der z. B. für die Spitzenwelle eines Industrieroboters verwendet wird, um die Anforderungen an eine Erhöhung der Funktionalität und Präzision zu erfüllen. Die Kugelgewindespindel umfasst eine Welle, eine an der Welle montierte Kugelgewindemutter und einen an der Welle montierten Außenring der Kugelkeilwellenmutter. Die Kugelgewindemutter und die Kugelkeilwellenmutter verfügen jeweils über einen Drehantrieb zur Steuerung des Drehwinkels. Dementsprechend führt die Welle eine willkürliche Linearbewegung (Z), eine Drehbewegung (θ) und eine Spiralbewegung (Z-θ) aus.
Eine schraubenförmige Kugelschraubennut und eine gerade Kugelkeilnut sind in der Welle so ausgebildet, dass sie sich gegenseitig schneiden. Die auf der Welle montierte Kugelgewindemutter enthält eine schraubenförmige Kugelschraubennut, die der Kugelschraubennut in der Welle zugewandt ist, und zirkuliert die in die Kugelschraubennut in der Welle passenden Kugeln. Die an der Welle montierte Kugelkeilwellenmutter enthält eine gerade Kugelkeilnut, die der Kugelkeilnut in der Welle zugewandt ist, und zirkuliert Keilwellenkugeln, die in die Kugelkeilnut in der Welle passen.
Um die Kugelgewindespindel reibungslos zu betätigen, muss verhindert werden, dass die entlang der Kugelgewindespindelnut rollende Kugel in die Kugelkeilnut am Schnittpunkt der schraubenförmigen Kugelgewindespindelnut und der geraden Kugelkeilnut in der Welle eindringt. Darüber hinaus muss verhindert werden, dass die in der Keilnut rollende Kugel in die Kugelgewindenut eindringt. Daher ist bei einer bekannten Kugelgewindespindel die Kugelgewindenut in der Welle tiefer als die Kugelkeilnut (siehe Patentliteratur 1). Dadurch soll verhindert werden, dass die Kugel, die in der Kugelgewindenut rollt, über einen Höhenunterschied zwischen der Kugelgewindenut und der Kugelkeilnut klettert und vom Kurs abkommt und in die Kugelkeilnut eindringt. Andererseits werden die Keilnutkugeln durch einen Käfig der Kugelkeilwellenmutter gehalten und fallen, selbst wenn die Kugelkeilwellenmutter aus der Welle herausgezogen wird, nicht aus der Kugelkeilwellenmutter heraus. Die Keilnutkugel, die entlang der Kugelkeilnut rollt, läuft daher an der Kreuzung nicht aus der Bahn in die Kugelgewindenut.
Außerdem wird bei der bekannten Kugelgewindespindel der Kugeldurchmesser besonders durch die Tiefe der Nut bestimmt. Da die Kugelgewindenut in der Welle tiefer ausgeführt ist als die Kugelkeilnut, ist der Durchmesser der Gewindekugel größer als der der Keilkugel.
Weiterer relevanter Stand der Technik ist in folgenden Dokumenten beschrieben: US 6 382 039 B1 , US 2008/ 0 078 264 A1 , JP 2011-112 206 A , DE 41 42 983 A1 sowie der DE 602 23 959 T2 .
Zitierliste
Patent-Literatur
Patentliteratur 1: JP 62-165057 A
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In den letzten Jahren wurde eine Verringerung der Massenträgheit einer Kugelgewindespindel, d.h. eine Verringerung der Größe und des Gewichts einer Kugelgewindespindel, gefordert. Wenn Größe und Gewicht z.B. einer Kugelgewindespindel, die für die Spitzenwelle eines Industrieroboters verwendet wird, verringert werden können, ist es möglich, den Industrieroboter mit hoher Geschwindigkeit zu bewegen und die Größe eines Motors zu reduzieren.
Die bekannte Kugelgewindespindel muss jedoch die oben genannte Bedingung für den Schnittpunkt der Kugelgewindenut- und der Kugelkeilnut in der Welle erfüllen. Dementsprechend besteht das Problem, dass der Reduzierung von Größe und Gewicht der Kugelgewindespindel Grenzen gesetzt sind.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kugelgewindespindel bereitzustellen, deren Größe und Gewichtsreduzierung gefördert werden kann.
Lösung des Problems
Um das obige Problem zu lösen, wird eine Kugelgewindespindel mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Zudem wird eine Kugelgewindespindel mit den Merkmalen von Anspruch 2 angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist eine Kugelgewindespindel enthaltend: eine Welle, die so geformt ist, dass sich eine schraubenförmige Kugelgewindenut und eine gerade Kugelkeilnut überschneiden; eine Kugelgewindemutter mit einer schraubenförmigen Kugelgewindenut, die der Kugelgewindenut in der Welle gegenüberliegt, wobei die Kugelgewindemutter so konfiguriert ist, dass sie die Zirkulation einer in die Kugelgewindenut in der Welle eingepassten Kugel ermöglicht; und eine Kugelkeilwellenmutter mit einer geraden Kugelkeilnut, die der Kugelkeilnut in der Welle zugewandt ist, wobei die Kugelkeilwellenmutter so konfiguriert ist, dass dieser eine Zirkulation einer in der Kugelkeilnut in der Welle eingepassten Keilkugel ermöglicht, wobei die Kugelgewindenut in der Welle so tief wie oder tiefer als die Kugelkeilnut in der Welle ausgeführt ist, die Gewindekugel im Durchmesser kleiner als die Keilkugel ausgeführt ist, wobei die Kugelgewindenut in der Welle tiefer ausgeführt ist als die Kugelgewindenut in der Kugelgewindemutter, wobei ein Kugelzentrumsdurchmesser (BCD) einer Kugelgewindespindel mit der Welle, der Kugelgewindemutter und der Gewindekugel größer als der Durchmesser der Welle ist.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist eine Kugelgewindespindel enthaltend: eine Welle, die so geformt ist, dass sich eine schraubenförmige Kugelgewindenut und eine gerade Kugelkeilnut schneiden; eine Kugelgewindemutter mit einer schraubenförmigen Kugelgewindenut, die der Kugelgewindenut in der Welle zugewandt ist, wobei die Kugelgewindemutter so konfiguriert ist, dass sie die Zirkulation einer in die Kugelgewindenut in der Welle passenden Gewindekugel ermöglicht; und eine Kugelkeilwellenmutter mit einer geraden Kugelkeilnut, die der Kugelkeilnut in der Welle zugewandt ist, wobei die Kugelkeilwellenmutter so konfiguriert ist, dass diese die Zirkulation einer in die Kugelkeilnut in der Welle passenden Keilkugel ermöglicht,
wobei die Kugelgewindemutter einen Mutternkörper umfasst, in dem die Kugelgewindenut ausgebildet ist und in dem eine den Mutternkörper in axialer Richtung durchdringende Durchgangsbohrung ausgebildet ist, und ein Zirkulationskomponente, die an Endabschnitten des Mutterkörpers in axialer Richtung vorgesehen ist und einen mit der Schraubennut und dem Durchgangsloch des Mutterkörpers verbundenen Umkehrpfad aufweist, wobei die Kugelgewindenut in der Welle so tief wie oder tiefer als die Kugelkeilnut in der Welle ausgeführt ist, die Gewindekugel im Durchmesser kleiner ist als die Keilkugel, wobei die Kugelgewindenut in der Welle tiefer ausgeführt ist als die Kugelgewindenut in der Kugelgewindemutter.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Nach der vorliegenden Erfindung ist die Kugelgewindenut in der Welle zwar so tief wie oder tiefer als die Kugelkeilnut, der Durchmesser der Gewindekugel ist jedoch kleiner als der der Keilkugel. Die Kugelgewindemutter und die Kugelkeilwellenmutter unterscheiden sich in ihrer Zirkulationsstruktur. Dementsprechend ist der Außendurchmesser der Kugelgewindemutter wahrscheinlich größer als der der Kugelkeilwellenmutter. Dies liegt daran, dass die Keilkugel, die entlang der geraden Kugelkeilnut in der Welle rollt, in der Nähe der Welle in der Keilwellenmutter ausgelenkt werden kann, während die Gewindekugel, die entlang der schraubenförmigen Kugelgewindenut in der Welle rollt, in der Kugelgewindemutter in eine tangentiale Richtung ausgelenkt wird. Nach der vorliegenden Erfindung ist die Gewindekugel im Durchmesser kleiner als die Keilkugel. Dementsprechend können die Außendurchmesser sowohl der Kugelgewindemutter als auch der Kugelkeilwellenmutter bei guter Ausgewogenheit reduziert werden. Dadurch können Größe und Gewicht der Kugelgewindespindel reduziert werden.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht einer Kugelgewindespindel, bei der eine Gewindemutter und eine Keilmutter nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zusammengesetzt sind (ein Beispiel, bei dem die Gewindemutter auf der Vorderseite angeordnet ist).
2 ist eine perspektivische Ansicht der Kugelgewindespindel, bei der die Gewindemutter und die Keilmutter entsprechend der Ausführungsform zusammengesetzt sind (ein Beispiel, bei dem die Keilmutter auf der Vorderseite angeordnet ist).
3 ist eine perspektivische Außenansicht einer Welle entsprechend der Ausführungsform.
4A ist eine senkrechte axiale Querschnittsansicht der Welle gemäß der Ausführungsform, und 4B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils b in 4A.
5 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Kugelgewindemutter und der Welle gemäß der Ausführungsform (ein Teil der Kugelgewindemutter ist ausgeschnitten).
6 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht der Kugelgewindemutter entsprechend der Ausführungsform (ein Teil eines Deckelelements ist ausgeschnitten).
7A ist eine Querschnittsansicht entlang der Achse eines Mutternkörpers und der Welle entsprechend der Ausführungsform, und 7B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils b in 7A.
8 ist eine vergrößerte perspektivische Ansicht einer Kugelkeilwellenmutter und der Welle gemäß der Ausführungsform (ein Teil der Kugelkeilwellenmutter ist ausgeschnitten).
9 ist eine senkrechte axiale Querschnittsansicht der Kugelkeilwellenmutter und der Welle entsprechend der Ausführungsform (ein Teil der Kugelkeilwellenmutter ist ausgeschnitten).

Beschreibung der Ausführungsform
Eine Kugelgewindespindel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. Die Kugelgewindespindel der vorliegenden Erfindung kann jedoch in verschiedenen Moden ausgeführt werden und ist nicht auf die in der Beschreibung beschriebene Ausführungsform beschränkt. Die Ausführungsform wird in der Absicht bereitgestellt, es den Fachleuten zu ermöglichen, den Umfang der Erfindung durch vollständige Offenbarung der Beschreibung vollständig zu verstehen.
1 und 2 zeigen perspektivische Ansichten (Teilquerschnitte) der Kugelgewindespindel einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 1 ist ein Beispiel, bei dem eine Kugelgewindemutter 2 auf der Vorderseite angeordnet ist. 2 ist ein Beispiel, bei dem eine Kugelkeilwellenmutter 3 auf der Vorderseite angeordnet ist. In den 1 und 2 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 eine Welle, das Bezugszeichen 2 ist die Mutter und das Bezugszeichen 3 ist Kugelkeilwellenmutter. Das Bezugszeichen 23 bezeichnet ein Lager, das die Kugelgewindemutter 2 drehbar trägt. Das Bezugszeichen 33 bezeichnet ein Lager, das die Kugelkeilwellenmutter 3 drehbar lagert. Die Lager 23 und 33 sind auf einem Gehäuse eines Z-θ Aktuators montiert. Beispielsweise ist eine nicht illustrierte Riemenscheibe auf der Kugelgewindemutter 2 und der Kugelkeilwellenmutter 3 montiert, um eine Dreheingabe an die Kugelgewindemutter r 2 und die Kugelkeilwellenmutter 3 zu ermöglichen. Die Welle 1, die Kugelgewindemutter 2 und die Kugelkeilwellenmutter 3 werden nachstehend der Reihe nach beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, ist eine schraubenförmige Kugelgewindenut 1a mit einer vorgegebenen Steigung in einer Außenfläche der Welle 1 ausgebildet. Außerdem sind in der Außenfläche der Welle 1 gerade, in axialer Richtung verlaufende Kugelkeilnuten 1b ausgebildet. Die Anzahl der Anfänge der Kugelgewindenut 1a der Ausführungsform ist eins. Die Anzahl der Kugelkeilnuten 1b beträgt vier. Deren Anzahl wird jedoch entsprechend der Spezifikation entsprechend festgelegt.
3 zeigt eine perspektivische Außenansicht der Welle. Die Kugelgewindenut 1a hat in einer Querschnittsansicht senkrecht zur Nut eine gotische Bogenform. Die Kugelkeilnut 1b umfasst einen Kugelrollabschnitt 1b1, der einer Keilkugel 37 zugewandt ist (siehe 2), und einen dem Kugelrollabschnitt 1b1 benachbarten Käfigzugewandteabschnitt 1b2, wobei der Käfigzugewandteabschnitt 1b2 einem Käfig 41 zugewandt ist (siehe 9).
4 zeigt einen senkrechten axialen Querschnitt. Die Kugelgewindenut 1a hat in einem senkrechten axialen Querschnitt eine im Wesentlichen gerade Form. Ein Bezugszeichen 1a1 bezeichnet eine Kante der Kugelgewindenut 1a. Das Bezugszeichen 1a2 bezeichnet die Wurzel der Kugelgewindenut 1a. Darüber hinaus hat der Kugelrollabschnitt 1b1 der Kugelkeilnut 1b im Querschnitt die Form eines Kreisbogens. Der Käfigzugewandteabschnitt 1b2 der Kugelkeilnut 1b hat im Querschnitt im Wesentlichen eine L-Form. Es ist auch möglich, den Käfigzugewandteabschnitt 1b2 tiefer oder flacher zu machen als den Kugelrollabschnitt 1b1. Es ist auch möglich, die Kugelkeilnut 1b nur mit dem Kugelrollabschnitt 1b1 zu konfigurieren.
Wie in 3 dargestellt, schneiden sich die Kugelgewindenut 1a und die Kugelkeilnut 1b in einem Abschnitt A. Am Schnittpunkt A ist die Kugelgewindenut 1a tiefer als die Kugelkeilnut 1b, und die Kugelgewindenut 1a ist tiefer in der Welle 1 als die Kugelkeilnut 1b. Mit anderen Worten, wie in 4 dargestellt, ist ein Wurzeldurchmesser r1 der Kugelgewindenut 1a (der Wurzeldurchmesser (Radius) r1 von der Mitte O der Welle 1 bis zur Wurzel 1a2 der Kugelgewindenut 1a) kleiner als ein Wurzeldurchmesser r2 der Kugelkeilnut 1b (der Wurzeldurchmesser (Radius) r2 von der Mitte O der Welle 1 bis zur Wurzel der Kugelkeilnut 1b).
Wie in 3 dargestellt, ist die Kugelgewindenut 1a tiefer als die Kugelkeilnut 1b. Dementsprechend wird verhindert, dass eine entlang der Kugelgewindenut 1a rollende Gewindekugel 27 (siehe 1) den Höhenunterschied zwischen Kugelgewindenut 1a und Kugelkeilnut 1b überwindet und vom Kurs ab in die Kugelkeilnut 1b eindringt. Auf der anderen Seite wird die Keilkugel 37 vom Käfig 41 (siehe 9) der Kugelkeilwellenmutter 3 gehalten. Entsprechend fällt die Keilkugel 37 auch dann nicht aus der Kugelkeilwellenmutter 3 heraus, wenn die Kugelkeilwellenmutter 3 aus der Welle 1 herausgezogen wird. Die in der Kugelkeilnut 1b abrollende Keilkugel 37 läuft demnach nicht in die Gewindenut 1a am Schnittpunkt A ab.
5 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht (einschließlich eines Teilquerschnitts) der Kugelgewindemutter 2. Die Kugelgewindemutter 2 ist durch das Lager 23 drehbar gelagert. Das Lager 23 umfasst einen Außenring 21 und zwei Reihen von Lagerkugeln 22a und 22b. Der Außenring 21 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form und weist an einem Ende in axialer Richtung einen Flansch 21b auf. Der Außenring 21 ist über den Flansch 21b am Gehäuse des Z-θ Aktuators montiert. Zum Beispiel sind zwei Außenringnuten 21a in einer Innenfläche des Außenrings 21 ausgebildet. So sind z.B. zwei Innenringnuten 24a, die den Außenringnuten 21a gegenüberliegen, in einer Außenfläche der Kugelgewindemutter 2 ausgebildet. Die beiden Reihen der Lagerkugeln 22a und 22b sind zwischen den Außenringnuten 21a und den Innenringnuten 24a so angeordnet, dass sie rollfähig sind. Eine Dichtung 21c, die einen Spalt zwischen dem Außenring 21 und einem Mutternkörper 24 blockiert, ist auf dem Außenring 21 montiert.
Die Kugelgewindemutter 2 umfasst den rohrförmigen Mutternkörper 24, Zirkulationskomponenten 25a und 25b, die an den Endabschnitten des Mutternkörpers 24 in axialer Richtung vorgesehen sind, und die Deckelelemente 26a und 26b, die die Zirkulationskomponenten 25a und 25b abdecken. Wie in 6 dargestellt, sind die Zirkulationskomponenten 25a und 25b in axialer Richtung in Aussparungen 24e in den Endflächen des Mutternkörpers 24 untergebracht. Die Zirkulationskomponenten 25a und 25b sind fixiert und mit den ringförmigen Deckelelementen 26a und 26b abgedeckt. Die Deckelelemente 26a und 26b sind mit Befestigungselementen 30 wie z.B. Schrauben am Mutternkörper 24 befestigt.
Wie in 5 dargestellt, ist in einer Innenfläche des Mutternkörpers 24 eine schraubenförmige Kugelgewindenut 24b, die der Kugelgewindenut 1a in der Welle 1 gegenüberliegt, eingeformt (siehe auch 7 A und B). Die Gewindekugel 27 ist zwischen der Kugelgewindenut 24b im Mutternkörper 24 und der Kugelgewindenut 1a in der Welle 1 rollbeweglich angeordnet.
In den Zirkulationskomponenten 25a und 25b ist jeweils eine im wesentlichen bogenförmige Umlenkbahn 28 zur Zirkulation der Gewindekugel 27 ausgebildet. Im Mutternkörper 24 ist ein gerades Durchgangsloch 29 ausgebildet, das den Mutternkörper 24 in axialer Richtung durchdringt. Die Umlenkbahnen 28 sind mit der Kugelgewindenut 24b und dem Durchgangsloch 29 des Mutternkörpers 24 verbunden.
Eine schraubenförmige belasteter Rollbahn 20 zwischen der Kugelgewindenut 24b und der Kugelgewindenut 1a in der Welle 1, die im Wesentlichen bogenförmigen Umlenkbahnen 28 und das gerade Durchgangsloch 29 konfigurieren eine Zirkulationsbahn. Die Umlenkbahn 28 der Zirkulationskomponente 25a lenkt die entlang der schraubenförmigen belasteter Rollbahn 20 rollende Gewindekugel 27 in eine tangentiale Richtung ab und führt die Gewindekugel 27 zum Durchgangsloch 29. Die zum Durchgangsloch 29 geführte Gewindekugel 27 durchläuft die Umlenkbahn 28 der gegenüberliegenden Zirkulationskomponente 25b und wird dann wieder in die belastete Rollbahn 20 zurückgeführt.
7A und B zeigen Querschnittsansichten des Mutternkörpers 24 entlang einer Achse 1c. Bei einer allgemeinen Kugelgewindespindel ist die Tiefe d1 der Kugelgewindenut 1a in der Welle 1 gleich der Tiefe d2 der Kugelgewindenut 24b im Mutternkörper 24. Im Gegensatz dazu ist in der Ausführungsform die Tiefe d1 der Kugelgewindenut 1a in der Welle 1 grösser als die Tiefe d2 der Kugelgewindenut 24b im Mutternkörper 24. Dadurch soll der BCD (Ball Center Diameter; der Durchmesser durch einen Kugelmittelpunkt O1 in axialer Richtung gesehen) der Kugelgewindespindel einschließlich der Welle 1, der Kugelgewindemutter 2 und der Gewindekugel 27 verringert werden.
Der Querschnitt der in 7B dargestellten Kugelgewindenut 1a hat die Form eines gotischen Bogens. Die Gewindekugel 27 kommt an zwei Punkten P1 in einem vorgegebenen Kontaktwinkel mit der Kugelgewindenut 1a in Berührung. Darüber hinaus hat der Querschnitt der Kugelgewindenut 24b ebenfalls die Form eines gotischen Bogens. Die Gewindekugel 27 kommt an zwei Punkten P2 mit der Kugelgewindenut 24b in einem vorbestimmten Kontaktwinkel in Berührung. Wird der BCD verkleinert, verringert sich die Tiefe d2 der Kugelgewindenut 24b und es kann eine Kantenbelastung auftreten. Um dies zu vermeiden, wird der BCD grösser als ein Durchmesser d3 der Welle 1 gemacht, um zu verhindern, dass die Kugelgewindenut 24b zu flach wird.
8 zeigt eine vergrößerte perspektivische Ansicht (einschließlich einer Teilquerschnittsansicht) der Kugelkeilwellenmutter 3. Die Kugelkeilwellenmutter 3 ist durch das Lager 33 drehbar gelagert. Das Lager 33 enthält einen Außenring 31 und zwei Reihen von Lagerkugeln 32a und 32b. Der Außenring 31 hat eine im wesentlichen zylindrische Form und weist an einem Ende in axialer Richtung einen Flansch 31b auf. Der Außenring 31 ist z.B. über den Flansch 31b am Gehäuse des Z-θ Aktuators montiert. Zum Beispiel sind zwei Außenringnuten 31a in einer Innenfläche des Außenrings 31 ausgebildet. So sind z.B. zwei Innenringnuten 34a, die der Außenringnut 31a gegenüberliegen, in einer Außenfläche der Kugelkeilwellenmutter 3 ausgebildet. Die beiden Reihen der Lagerkugeln 32a und 32b sind zwischen den Außenringnuten 31a und den Innenringnuten 34a so angeordnet, dass sie rollfähig sind. Auf dem Außenring 31 ist eine Dichtung 31c montiert, die einen Spalt zwischen dem Außenring 31 und einem äußeren Laufringkörper 34 blockiert.
Die Kugelkeilwellenmutter 3 umfasst den rohrförmigen Außenringkörper 34 und die ringförmigen Zirkulationskomponenten 35a und 35b, die an den Endabschnitten des Außenringkörpers 34 in axialer Richtung montiert sind. 9 zeigt eine senkrechte axiale Querschnittsansicht der Kugelkeilwellenmutter 3. Wie in 9 dargestellt, ist in einer Innenfläche des äußeren Laufbahnkörpers 34 eine geradlinige Kugelkeilnut 34b (ausgebildet, die der Kugelkeilnut 1b in der Welle 1 gegenüberliegt und sich in axialer Richtung erstreckt. Die Querschnitte der beiden Kugelkeilnuten 1b und 34b haben die Form eines Kreisbogens. Die Keilkugel 37 ist zwischen den Kugelkeilnuten 1b und 34b so angeordnet, dass sie eine Wälzbewegung ausführen kann. Die Keilkugel 37 kommt an einem Punkt mit jeder der Kugelkeilnuten 1b und 34b in Kontakt. Der Kontaktwinkel der Keilkugel 37 ist so eingestellt, dass vier Reihen der Keilkugeln 37 ein Drehmoment im und gegen den Uhrzeigersinn übertragen können.
Im äußeren Laufringkörper 34 ist eine gerade Rücklaufbahn 39 gebildet, die den äußeren Laufringkörper 34 in axialer Richtung und parallel zur Kugelkeilnut 34b durchdringt. Die Rücklaufbahn 39 ist nicht in radialer Richtung der Kugelkeilnut 34b angeordnet (d.h. auf einer Linie, die die Achse 1c der Welle 1 und die Kugelkeilnut 34b verbindet), sondern in der Nähe der Welle 1, um den Durchmesser des äußeren Laufringkörpers 34 zu verringern.
Der Käfig 41 ist auf die Innenfläche des äußeren Laufringkörpers 34 montiert. Der Käfig 41 hält die Keilkugel 37 so, dass die Keilkugel 37 auch dann nicht herausfallen kann, wenn die Kugelkeilwellenmutter 3 aus der Welle 1 herausgezogen wird.
Wie in 8 dargestellt, ist in den Zirkulationskomponenten 35a und 35b jeweils eine U-förmige Umlenkbahn 38 zur Zirkulation der Keilkugel 37 ausgebildet. In 8 sind die Keilkugeln 37 dargestellt, die sich durch die U-förmigen Umlenkbahnen 38 bewegen. In der Realität ist jedoch die Umlenkbahn 38 in jeder der Zirkulationskomponenten 35a und 35b ausgebildet. Die Umlenkbahnen 38 sind mit der Kugelkeilnut 34b und der Rücklaufbahn 39 der Kugelkeilwellenmutter 3 verbunden.
Eine geradlinig belastete Rollbahn 36 zwischen den Kugelkeilnuten 1b und 34b, die U-förmigen Umlenkbahnen 38 und die geradlinige Rücklaufbahn 39 konfigurieren eine Zirkulationsbahn. Die Umlenkbahn 38 der Zirkulationskomponente 35a lenkt die Keilkugel 37, die auf der geraden belasteten Rollbahn 36 rollt, im Wesentlichen U-förmig ab und führt die Keilkugel 37 zur Rücklaufbahn 39 in der Nähe der Welle 1. Die Keilkugel 37, die zur Rücklaufbahn 39 geführt wurde, durchläuft die Umlenkbahn 38 der gegenüberliegenden Zirkulationskomponente 35b und wird dann wieder zur belasteten Rollbahn 36 zurückgeführt.
Entsprechend der Ausführungsform ist zwar die Kugelgewindenut 1a in der Welle 1 tiefer als die Kugelkeilnut 1b, aber die Gewindekugel 27 ist im Durchmesser kleiner als die Keilkugel 37. Es ist zu beachten, dass in den 1 und 2 die Gewindekugel 27 im Durchmesser größer erscheint als die Keilkugel 37. Allerdings ist in der Praxis der Durchmesser der Gewindekugel 27 jedoch kleiner als der der Keilkugel 37. Die Kugelgewindemutter 2 und die Kugelkeilwellenmutter 3 unterscheiden sich in der Zirkulationsstruktur. Dementsprechend ist der Außendurchmesser der Kugelgewindemutter 2 wahrscheinlich größer als der der Kugelkeilwellenmutter 3. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Keilkugel 37, die entlang der geraden Kugelkeilnut 1b in der Welle 1 rollt, in der Nähe der Welle 1 in der Kugelkeilwellenmutter 3 ausgelenkt wird, während die Gewindekugel 27, die entlang der schraubenförmigen Kugelgewindenut 1a in der Welle 1 rollt, in der Kugelgewindemutter 2 in tangentialer Richtung ausgelenkt wird. Dementsprechend können die Außendurchmesser sowohl der Kugelgewindemutter 2 als auch der Kugelkeilwellenmutter 3 bei guter Ausgewogenheit reduziert werden. Dadurch können Größe und Gewicht der Kugelgewindespindel reduziert werden.
Um die Tiefe der Kugelgewindenut 1a in der Welle 1 zu vergrößern, ist entweder eine Vergrößerung des Durchmessers der Gewindekugel 27oder eine Reduktion des BCD erforderlich. Gemäß der Ausführungsform ist die Tiefe d1 der Kugelgewindenut 1a in der Welle 1 grösser als die Tiefe d2 der Kugelgewindenut 24b in der Mutter 2. Entsprechend wird der BCD der Kugelgewindespindel reduziert. Daher kann die Tiefe der Kugelgewindenut 1a in der Welle 1 erhöht werden, ohne den Durchmesser der Gewindekugel 27 zu vergrößern.
Der BCD der Kugelgewindespindel ist größer als der Durchmesser d3 der Welle 1. Dementsprechend ist es möglich, das Auftreten einer Kantenbelastung auf die Kugelgewindenut 24b in der Kugelgewindemutter 2 durch die zu flache Kugelgewindenut 24b in der Kugelgewindemutter 2 zu verhindern.
Der Querschnitt der Kugelgewindenut 1a in der Welle 1 hat eine gotische Bogenform. Zumindest ein Teil des Querschnitts der Kugelkeilnut 1b in der Welle 1 hat die Form eines Kreisbogens. Entsprechend kann die Kugelgewindenut 1a in der Welle 1 tiefer als die Kugelkeilnut 1b ausgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Realisierung der obigen Ausführungsform beschränkt und kann in andere Ausführungsformen innerhalb eines Rahmens modifiziert werden, der den Geist der vorliegenden Erfindung nicht verändert.
Bei der obigen Ausführungsform ist die Kugelgewindenut in der Welle tiefer als die Kugelkeilnut in der Welle. Es ist jedoch auch möglich, die Tiefe der Kugelgewindenut in der Welle gleich der Tiefe der Kugelkeilnut in der Welle zu machen. Die Gewindekugel wird nicht nur durch die Kugelgewindenut in der Welle, sondern auch durch die Gewindenut in der Mutter geführt. Dementsprechend ist es möglich, selbst wenn sie gleich gemacht sind zu verhindern, dass die Gewindekugel an der Schnittstelle von der Gewindenut- zur Kugelkeilnut den Kurs ändert.
In der obigen Ausführungsform sind die Querschnitte der Kugelkeilnuten in der Welle und in der Kugelkeilwellenmutter kreisbogenförmig ausgebildet, können aber auch in gotischer Bogenform ausgeführt werden. Darüber hinaus sind die Querschnitte der Kugelgewindenuten in der Welle und der Mutter in eine gotische Bogenform gebracht, können aber auch in eine Kreisbogenform gebracht werden.
Die Beschreibung basiert auf der am 28. November 2017 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-227937 , deren gesamter Inhalt hier aufgenommen wurde.
Bezugszeichenliste

1: Welle
1a: Kugelgewindenut in der Welle
1a2: Wurzel der Kugelgewindenut
1b: Kugelkeilnut in der Welle
1b1: Kugelrollabschnitt
1b2: Käfigzugewandterabschnitt
1c: Achse
2: Kugelgewindemutter
3: Kugelkeilwellenmutter
20: belastete Rollbahn
21: Außenring
21a: Außenringnut
21b: Flansch
21c: Dichtung
22a: Lagerkugel
22b: Lagerkugel
23: Lager
24: Mutterkörper
24a: Innenringnut
24b: Kugelgewindenut in der Kugelgewindemutter
24e: Aussparung
25a: Zirkulationskomponente
25b: Zirkulationskomponente
26a: Deckelelement
26b: Deckelelement
27: Gewindekugel
28: Umlenkbahn
29: Durchgangsloch
30: Befestigungselement
31: Außenring
31a: Außenringnut
31b: Flansch
31c: Dichtung
32a: Lagerkugel
32b: Lagerkugel
33: Lager
34: Außenringkörper
34a: Innenringnut
34b: Kugelkeilnut in der Kugelkeilwellenmutter
35a: Zirkulationskomponente
35b: Zirkulationskomponente
36: belastete Rollbahn
37: Keilkugel
38: Umlenkungsbahn
39: Rücklaufbahn
41: Käfig
A: Schnittpunkt
d3: Durchmesser der Welle
O: Mitte der Welle
O1: Kugelmitte
P1: Kontaktpunkt der Gewindekugel mit der Kugelgewindenut in der Welle
P2: Berührungspunkt der Gewindekugel mit der Kugelgewindenut in der Kugelgewindemutter
r1: Wurzeldurchmesser der Kugelgewindenut
r2: Wurzeldurchmesser der Kugelkeilnut

Claims

Eine Kugelgewindespindel enthaltend: eine Welle (1), die so geformt ist, dass sich eine schraubenförmige Kugelgewindenut (1a) und eine gerade Kugelkeilnut (1b) schneiden; eine Kugelgewindemutter (2) mit einer schraubenförmigen Kugelgewindenut (24b) die der Kugelgewindenut (1a) in der Welle (1) zugewandt ist, wobei die Kugelgewindemutter (2) so konfiguriert ist, dass sie die Zirkulation einer in die Kugelgewindenut (1a) in der Welle (1) passenden Gewindekugel (27) ermöglicht; und eine Kugelkeilwellenmutter (3) mit einer geraden Kugelkeilnut (34b), die der Kugelkeilnut (1b) in der Welle (1) zugewandt ist, wobei die Kugelkeilwellenmutter (3) so konfiguriert ist, dass diese die Zirkulation einer in die Kugelkeilnut (1b) in der Welle (1) passenden Keilkugel (37) ermöglicht, wobei die Kugelgewindenut (1a) in der Welle (1) so tief wie oder tiefer als die Kugelkeilnut (1b) in der Welle (1) ausgeführt ist, die Gewindekugel (27) im Durchmesser kleiner ist als die Keilkugel (37), wobei die Kugelgewindenut (1a) in der Welle (1) tiefer ausgeführt ist als die Kugelgewindenut (24b) in der Kugelgewindemutter (2), wobei ein Kugelzentrumsdurchmesser (BCD) einer Kugelgewindespindel mit der Welle (1), der Kugelgewindemutter (2) und der Gewindekugel (27) größer als der Durchmesser der Welle (1) ist.
Eine Kugelgewindespindel enthaltend: eine (1) Welle, die so geformt ist, dass sich eine schraubenförmige Kugelgewindenut (1a) und eine gerade Kugelkeilnut (1b) schneiden; eine Kugelgewindemutter (2) mit einer schraubenförmigen Kugelgewindenut (24b), die der Kugelgewindenut (1a) in der Welle (1) zugewandt ist, wobei die Kugelgewindemutter (2) so konfiguriert ist, dass sie die Zirkulation einer in die Kugelgewindenut (1a) in der Welle (1) passenden Gewindekugel (27) ermöglicht; und eine Kugelkeilwellenmutter (3) mit einer geraden Kugelkeilnut (34b), die der Kugelkeilnut (1b) in der Welle (1) zugewandt ist, wobei die Kugelkeilwellenmutter (3) so konfiguriert ist, dass diese die Zirkulation einer in die Kugelkeilnut (1b) in der Welle (1) passenden Keilkugel (37) ermöglicht, wobei die Kugelgewindemutter (2) einen Mutterkörper (24) umfasst, in dem die Kugelgewindenut (24b) ausgebildet ist und in dem eine den Mutterkörper (24) in axialer Richtung durchdringende Durchgangsbohrung (29) ausgebildet ist, und eine Zirkulationskomponente (25a, 25b), die an Endabschnitten des Mutterkörpers (24) in axialer Richtung vorgesehen ist und einen mit der Schraubennut (24b) und dem Durchgangsloch (29) des Mutterkörpers (24) verbundenen Umkehrpfad (28) aufweist, wobei die Kugelgewindenut (1a) in der Welle (1) so tief wie oder tiefer als die Kugelkeilnut (1b) in der Welle (1) ausgeführt ist, die Gewindekugel (27) im Durchmesser kleiner ist als die Keilkugel (37), wobei die Kugelgewindenut (1a) in der Welle (1) tiefer ausgeführt ist als die Kugelgewindenut (24b) in der Kugelgewindemutter (2).
Die Kugelgewindespindel nach Anspruch 2, wobei ein Kugelzentrumsdurchmesser (BCD) einer Kugelgewindespindel mit der Welle (1), der Kugelgewindemutter (2) und der Gewindekugel (27) größer als der Durchmesser der Welle (1) ist.
Die Kugelgewindespindel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Querschnitt der Kugelgewindenut (1a) in der Welle (1) eine gotische Bogenform hat und mindestens ein Teil eines Querschnitts der Kugelkeilnut (1b) in der Welle (1) eine Kreisbogenform hat.