DE69005982T2

DE69005982T2 - Drehbewegungsübertragung mittels Kugeln.

Info

Publication number: DE69005982T2
Application number: DE69005982T
Authority: DE
Inventors: Naotoshi Ohtsuka
Original assignee: Itoh Chu Shoji K K; Kuroda Precision Industries Ltd
Current assignee: Itoh Chu Shoji K K; Kuroda Precision Industries Ltd
Priority date: 1989-11-02
Filing date: 1990-11-01
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2010-11-02
Also published as: EP0426461A1; US5090266A; EP0426461B1; DE69005982D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln, und insbesondere eine Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln, die eine Getriebeschnecke und ein Schneckenrad umfaßt, das mit der Getriebeschnecke über eine Vielzahl von Metallkugeln kämmt, wobei die Getriebeschnecke mit einem Kugel-Zirkulationsweg versehen ist, der aus einer wendelförmigen Rille besteht, die an der Getriebeschnecke ausgeformt ist, und aus einer Zirkulationsbohrung, die so ausgeformt ist, daß sie sich durch das Innere der Getriebeschnecke erstreckt.
Es sind bisher verschiedene Drehübertragungsvorrichtungen, bestehend aus einer Getriebeschnecke und einem Schneckenrad, das über eine Vielzahl von xetallkugeln mit der Getriebeschnecke känt, vorgelegt worden. Einige spezielle Beispiele sind zum Beispiel in US-A-3.468.179 und 4.951.519, GB-A-2.164.719, FR-A-3.261.122 und JP-A-38-22759 und JP-A-48-31172 zu finden.
Ein typisches Beispiel für den Stand der Technik auf diesem Gebiet wird in den Figuren 12, 13 und 14 gezeigt, die mit der Offenbarung von JP-A-38-22759 übereinstimmen, und offenbart den Oberbegriff von Anspruch 1; ein gleichwertiger Stand der Technik wird auch in GB-A-1.l16.495 offenbart. Wie gezeigt, umfaßt die offenbarte Drehübertragungsvorrichtung ein Schneckenrad 8, eine sanduhrförmige Getriebeschnecke 1, die mit dem Schneckenrad 8 über Metallkugeln 5 kämmt und durch eine äußere Führung 7 abgedeckt ist, und zwei Muffen 4 an den gegenüberliegenden Enden der Getriebeschnecke 1. Der Kugel- Zirkulationsweg der sanduhrförmigen Getriebeschnecke 1 umfaßt eine Kugelrille 2 an der Außenseite der Getriebeschnecke 1 und eine Kugelzirkulationsbohrung 3 entlang der Achse der Getriebeschnecke 1. Wie in Figur 14 gezeigt, ist in jeder Muffe 4 am Übergang zwischen Kugelrille 2 und Kugelzirkulationsbohrung 3 ein Kugeleinfülloch 19 ausgeformt; nach Einfüllen der Metallkugeln wird das Kugeleinfülloch 19 mit einem Stopfen 20 verschlossen.
Wie in Figur 13 gezeigt, ist jede Nuffe 4 mit einem fächerförmigen Vorsprung 21 ausgeformt, der eine Führungsbohrung 22 aufweist. Die Führungsbohrung 22 wird ausgeformt, indem das entsprechende Ende der axialen Kugelzirkulationsbohrung 3 nach außen hin gekrümmt und dann langsam in die tangentiale Richtung überführt wird, bis es in die Kugelrille 2 an der Außenseite der sanduhrförmigen Getriebeschnecke 1 übergeht.
Der Kugel-Zirkulationsweg besteht also aus der Kombination von Kugelrille 2 an der Außenseite der Getriebeschnecke 1, der in den Stirnseiten der Getriebeschnecke 1 sowie in den Muffen 4 ausgeformten Führungsbohrung 22 und der Kugelzirkulationsbohrung 3 entlang der Achse der Getriebesc hnecke 1.
Andererseits offenbart die japanische Patentveröffentlichung Nr. 48(1973-31172 eine Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln, bei der der Kugel-Zirkulationsweg gebildet wird, indem zur Verbindung einer Kugelzirkulationsbohrung, die im Innern einer sanduhrförmigen Getriebeschnecke entlang deren Achse ausgeformt ist, mit einer wendelföritigen Kugelrille, die an der Außenseite der sanduhrföriiigen Getriebeschnecke ausgeförmt ist, gekrümmte Führungsröhren verwendet werden.
Außerdem war, während die Kugelrille 2 an der Außenseite der sanduhrförmigen Getriebeschnecke als eine spitzbogenförmige Nut ausgefontt ist, um Schräglauf zu vermeiden, wie in Figur 12 gezeigt, die herkömmliche Praxis bisher so, daß die Lage von geraden Linien, die sich vom Mittelpunkt 16 des durch die Profillinie 15 in axialer Richtung der Getriebeschnecke 1 definierten Kreises aus radial nach außen erstrecken, als radiale Bezugslinien 17 definiert wurde, und daß die wendelförmige Kugelrille 2 durch spanabhebende Verformung von dieser Richtung her ausgeformt wurde.
Somit treffen, wie in Figur 15 gezeigt, die mittlere radiale Bezugslinie 17 und die Achse 12 der Getriebeschnekke 1 aufeinander und bilden links und rechts Winkel Θ, die annähernd gleich (d. h. rechte Winkel) sind. Jedoch wird mit zunehmendem Abstand vom Nittelpunkt und mit abnehmendem Durchmesser des durch die Profillinie 15 der Getriebeschnecke 1 definierten Kreises der Winkel Θ, den die radialen Bezugslinien 17 mit der Achse 12 bilden, zunehmend spitzer, und die radialen Bezugslinien 17 verschieben sich in Richtung auf die Enden der Getriebeschnecke 1. Im Ergebnis werden die Positionen der radialen Bezugslinien 17 zu Scheitelpunkten P der spitzbogenförmigen Nut. Die Kugelrille 2, deren standardiäßige Bearbeitsposition die durch die Scheitelpunkte P führende Bezugslinie 18 ist, weist mit zunehmender Nähe zu den Enden der Getriebeschnecke 1 im Formprofil zunehmend Unterschiede zu der im mittleren Bereich auf und nimmt somit einen Querschnitt an, der sich von dem einer echten spitzbogenförmigen Nut unterscheidet.
Bei einer herkömmlichen Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln, wie sie z.B. in JP-A-38-22759 an Beispielen erläutert wird, ist es extrem schwierig, den Kugel-Zirkulationsweg mit Präzision abzuspanen, zu fertigen und anzupassen, so daß die Kugeln bei ihren Bewegungen nicht darin blockiert werden. Außerdem verläuft die Führungsbohrung, die in den fächerföritigen Vorsprüngen der Muffen ausgeformt ist, um den Kugel-Zirkulationsweg entlang der Achse der sanduhrförmigen Getriebeschnecke mit der Kugelrille an deren Außenseite zu verbinden, über die kurze Distanz zur Achse gekrümmt, und ihre Endbereiche treffen mit dem Kugel-Zirkulationsweg zusammen, indem sie senkrecht zu den Enden der Getriebeschnecke verlaufen. Im Ergebnis kann man nicht erwarten, daß die Kugeln leichtgängig rollen können, selbst wenn der Durchmesser der Muffen groß gewählt wird.
Der in JP-A-48-31172 offenbarte Kugel-Zirkulationsweg, bei dem die Kugelzirkulationsbohrung und die Kugelrille durch Führungsröhren verbunden sind, ist eine Verbesserung des in JP-A-38-22759 offenbarten Kugel-Zirkulationswegs und verringert tatsächlich die Anzahl der Bestandteile und vereinfacht die Fertigung. Dennoch wirft sie immer noch eine Reihe von Problemen auf. Besonders bei der Herstellung von Führungsröhren, die leichtgängigen Lauf der Kugeln gewährleisten sollen, ist es extrem schwierig, die Führungsröhren mit Krümmung zu versehen und deren Verbindungsbereiche derart präzise abzuspanen, daß ihr Innendurchmesser über ihre ganze Länge hinweg in engen Grenzen konstant bleibt, die Reibung minimiert und die Geräuschentwicklung verringert werden.
Außerdem wird die Kugelrille an der Außenseite der herkömmlichen sanduhrförmigen Getriebeschnecke als wendelförmige spitzbogenförmige Nut durch spanabhebende Verformung in Richtung von Bezugslinien ausgeformt, die sich als gerade radiale Linien vom Mittelpunkt des durch die Profillinie in axialer Richtung der Getriebeschnecke definierten Kreises aus in Richtung auf die Außenseite der Getriebeschnecke erstrecken. Da sich somit im Formprofil der Kugelrille Unterschiede zwischen dem mittleren Bereich und dem der Enden der sanduhrförmigen Getriebeschnecke ergeben, wird die Wirksamkeit der Schräglaufvermeidung der spitzbogenförmigen Nut verringert, und der Kontakt zwischen Nut und Kugeln wird an einigen Stellen ungleichmäßig, was zu einer Zunahme von Rollreibung und Geräuschentwicklung führt. Da die spanabhebende Verformung erfolgte, indem das Schneidewerkzeug in der radialen Richtung rotierte, war es bisher insbesondere schwierig, eine spanabhebende Verformung mit hoher Präzision zu erreichen.
Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln bereitzustellen, die den Kugeln stabilen und leichtgängigen Lauf beim Rollen ermöglicht, so daß der Wirkungsgrad der Drehübertragung erhöht wird.
Um diese Aufgabe zu lösen, bietet die vorliegende Erfindung eine Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln mit folgenden Teilen: einer Getriebeschnecke, die einen Kugel-Zirkulationsweg besitzt, der aus einer wendelförmigen Kugelrille besteht, die an der Außenseite der Getriebeschnecke ausgeformt ist, Kugelmundlöchern an den Enden der Kugelrille und einer Kugelzirkulationsbohrung, die sich diagonal durch das Innere der Getriebeschnecke erstreckt und dabei in Richtung der Oberfläche der Getriebeschnecke von deren Achse aus eine versetzte Position einnimmt, so daß sich Öffnungen an den gegenüberliegenden Enden der Kugelzirkulationsbohrung ergeben, die diese mit den Kugelmundlöchern in einem stumpfen Winkel verbinden.
Somit ist bei der Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln gemäß dieser Erfindung die Kugelzirkulationsbohrung im Innern der Getriebeschnecke von der Achse der Getriebeschnecke aus in Richtung der Oberfläche der Getriebeschnecke versetzt und erstreckt sich diagonal. Als Resultat sind die Kugelmundlöcher der Kugelrille und die Kugelzirkulationsbohrung in einem stumpfen Winkel verbunden, wodurch Biegung und Verschleiß vermieden werden, so daß eine Kugel, die sich einem Kugelmundloch nähert, durch den zusammenwirkenden Effekt von Kugelführungsstruktur und tangentialem Winkel glatt in das Kugelmundloch eintreten/aus ihm austreten wird. Im Ergebnis können die Kugeln glatt von der Kugelrille in die Kugelzirkulationsbohrung und aus der Kugelzirkulationsbohrung in die Kugelrille laufen.
Die oben genannten und weitere Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnungen ersichtlich.
Figur 1 ist eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform der Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln gemäß dieser Erfindung;
Figur 2 ist eine Vorderansicht, teilweise im Schnitt, der sanduhrförmigen Getriebeschnecke der in Figur 1 gezeigten Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln;
Figur 3 ist eine Draufsicht der Getriebeschnecke aus Figur 2;
Figur 4 ist eine Seitenansicht der Getriebeschnecke aus Figur 2;
Figur 5 ist eine Vorderansicht einer Muffe der Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln gemäß dieser Erfindung;
Figur 6 ist eine Draufsicht der Muffe aus Figur 5;
Figur 7 ist eine Seitenansicht der Muffe aus Figur 5;
Figur 8 ist eine Unteransicht der Muffe aus Figur 5;
Figur 9 ist eine Schnittansicht, die den Zustand zeigt, bei dem eine Kugel durch den Bereich des Kugelmundlochs der Getriebeschnecke und der Kugelführung läuft;
Figur 10 ist eine Schnittansicht, die den Zustand des Stoßes einer Kugel gegen den Kantenbereich der Kugelführung zeigt;
Figur 11 ist eine vergrößerte Teilansicht der Kugelrille der sanduhrförmigen Getriebeschnecke gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 12 ist eine Vorderansicht einer Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln auf dem Stand der Technik;
Figur 13 ist eine Seitenansicht einer Muffe, die an den gegenüberliegenden Enden der sanduhrförmigen
Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln aus Figur 12 befestigt ist;
Figur 14 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereichs der Verbindung zwischen der Muffe und der sanduhrförmigen Getriebeschnecke der Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln aus Figur 12; und
Figur 15 ist eine schematische Ansicht der Kugelrille der herkömmlichen sanduhrförmigen Getriebeschnecke
In der Ausführungsform der in Figur 1 gezeigten Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln gemäß dieser Erfindung bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine sanduhrförmige Getriebeschnecke, die, wie in den Figuren 2 bis 4 deutlicher gezeigt wird, mit einer wendelförmigen an ihrer Außenseite spanabhebend ausgeformten Kugelrille 2 und einer Kugelzirkulationsbohrung 3 versehen ist, die diagonal durch ihr Inneres mit einer von ihrer Achse aus in Richtung ihrer Oberfläche versetzten Position gebohrt ist.
Wie aus den Figuren 3 und 4 ersichtlich, werden Bereiche der Kugelrille 2 an deren gegenüberliegenden Enden entfernt, um Kugelmundlöcher 6 auszubilden, die es den Kugeln ermöglichen, in die Kugelzirkulationsbohrung 3 einzutreten/aus ihr auszutreten. Die Kugelzirkulationsbohrung 3 und die Kugelmundlöcher 6 treffen in stumpfem Winkel aufeinander.
An beiden Enden der sanduhrförmigen Getriebeschnecke 1 wird je eine Muffe 4, die mit einer an deren Seitenfläche vorspringenden Kugelführung 9 versehen ist, befestigt, wobei die Kugelführung 9 das entsprechende Kugelmundloch 6 der Kugelrille 2 abdeckt.
Wie in den Figuren 5 bis 8 gezeigt wird, springt die Kugelführung 9 seitlich in tangentialer Richtung an der Muffe 4 vor und hat eine halbkreisförmige Innenfläche, wie in der Schnittansicht zu sehen ist. Die Kugelführung 9 nimmt eine solche Position ein, daß sie das entsprechende Kugelmundloch 6 derart abdeckt, daß, wie in Figur 9 gezeigt, die Kugeln 5 (gezeigt wird nur eine Kugel) gut in den Raum passen, der durch die halbkreisförmige Innenfläche der Kugelführung 9 und die Kugelrille 2, die im Schnitt ebenfalls halbkreisförmig ist, definiert wird. Außerdem kommt, wie in Figur 10 gezeigt, die Kante 10 der Kugelführung 9 nicht mit den Kugeln 5 in Kontakt, sondern ist so geformt, daß sie einen solchen Winkel hat, daß eine Stoßfläche 11 an einer hinter dem Rand 10 gelegenen Stelle definiert wird.
Die an der Außenseite der Getriebeschnecke 1 spanabhebend ausgeformte Kugelrille 2 ist als wendelförmige spitzbogenförmige Nut ausgeformt, in die die Kugeln 5 in einer kontinuierlichen Reihe eingesetzt werden können. Wie in den Figuren 1 und 11 gezeigt, wird diese wendelförmige spitzbogenförmige Nut spanabhebend ausgeformt, indem gerade Linien in Normalenrichtung (im Winkel R) zur Achse 12 der Getriebeschnecke 1 als Spanungsbezugslinien 13 und die Arbeitsposition als Schnittpunkt P der Spanungsbezugslinie 13 mit der zentralen Bezugsachse 14 der Kugelrille 2 definiert werden.
Die fortlaufend in die nach der oben bezeichneten Weise mit dem Formprofil einer wendelförmigen Nut hergestellte Kugelrille 2 eingesetzten Kugeln 5 werden durch eine äußere Führung 7 abgedeckt, so daß sie frei rollen und laufen können und daß ein Schneckenrad 8 mit Kugel-Vertiefungen 8' über die Kugeln 5 mit der Getriebeschnecke 1 kämmt.
Wenn sich die Getriebeschnecke 1 der Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln mit der vorerwähnten Struktur dreht, wird die Drehung auf das Schneckenrad 8, das über die Kugeln 5 mit ihr kämmt, übertragen. Während diese Drehübertragung erfolgt, laufen die Kugeln, die sich in der Kugelrille 2 in fortlaufender Reihe bef inden, rollend die Kugelrille 2 entlang und werden durch das Kugelmundloch 6 am Abschlußende der Kugelrille 2 nacheinander und glatt in die Kugelzirkulationsbohrung 3 geführt. Die Kugeln 5 laufen dann durch die Kugelzirkulationsbohrung 3, bis sie aus dem Kugelmundloch 6 am Anfangsende der Kugelrille 2 geschoben werden, wonach sie erneut in der gleichen Weise zirkulieren. Da die Kugelrille 2 so ausgeformt ist, daß sie das Formprofil einer spitzbogenförmigen Nut hat, indem als Arbeitsposition der Spanung der Schnittpunkt P der Spanungsbezugslinie 13 mit der zentralen Bezugsachse 14 verwendet wird, verläuft die zentrale Bezugsachse 14 in allen Bereichen der Kugelrille 2 durch deren Mittelpunkt. Im Ergebnis wird ein hervorragender Kontakt mit den Kugeln gewährleistet und Schräglauf verhindert, so daß die Kugeln glatt rollen und laufen können.
Wie der vorangegangenen Beschreibung entnommen werden kann, liefert die vorliegende Erfindung also eine Verbesserung des Kugel-Zirkulationswegs in einer Drehübertragungsvorrichtung, bei der eine sanduhrförmige Getriebeschnecke und ein Schneckenrad über Kugeln miteinander kämmen, die rollend laufen, wobei eine Verbesserung insbesondere darin besteht, daß die Kugelführung der Muffe, die bei dem Kugelmundloch befestigt ist, bei dem die in die Außenseite der sanduhrförmigen Getriebeschnecke spanabhebend ausgeformte Kugelrille mit der diagonal im Innern der Getriebeschnecke ausgeformten Kugelzirkulationsbohrung verbunden ist, so hergestellt ist, daß die Kante der Führungshalterung, die eine kritische Stelle darstellt, was glatten Eintritt/Austritt der Kugeln betrifft, nicht in direkten Kontakt mit den Kugeln kommt, wodurch Verschleiß, Abmeißeln, Biegung und Reibung verhindert werden. Außerdem wird, da die Innenfläche der Kugelführung, die in Richtung des Kontakts liegt, mit halbkreisförmigen Querschnitt ausgeformt ist, wodurch die Kugelführung die Kugeln schalenförmig abdecken und somit ihren glatten Lauf in oder aus der Kugelzirkulationsbohrung gewährleisten kann, Reibungswiderstand merklich verringert, die Gefahr der Blockierung der Kugeln wegen Festfressens beseitigt und Geräuschentwicklung verhindert. Im Ergebnis erhöht sich der Wirkungsgrad der Drehübertragung, und Hochgeschwindigkeitsumdrehung wird möglich.
Weiterhin kann die Kugelführung, da sie als überstehendes Bauelement geformt ist, leicht gefertigt werden und im Hinblick auf die sanduhrförmige Getriebeschnecke ebenfalls leicht eingepaßt werden. Somit kann eine Verbesserung bei der Präzision der spanabhebenden Verformung sowie eine Verringerung der Produktionskosten verwirklicht werden.
Zusätzlich ist, da die spanabhebende Verformung der Kugelrille in allen Bereichen der Getriebeschnecke durchgeführt wird, indem der Schnittpunkt zwischen der Spanungsbezugslinie und der zentralen Bezugsachse als Arbeitsposition verwendet wird, das Resultat eine wendelförmige spitzbogenförmige Nut, die gleichmäßigen Kontakt mit den Kugeln gewährleistet, und im Ergebnis werden das Rollen sowie der Lauf der Kugeln stabilisiert, wird Schräglauf vermieden, der Reibungswiderstand verringert, der Wirkungsgrad der Drehübertragung erhöht und die Geräuschentwicklung merklich verringert.
Außerdem vereinfacht die Tatsache, daß die spanabhebende Verformung und das Glätten der in der sanduhrförmigen Getriebeschnecke ausgeformten Kugelrille von einer Normalenrichtung zur Achse der Getriebeschnecke aus durchgeführt wird, die Vorarbeit zur Ausformung der Nut und liefert Verbesserungen sowohl bei der Produktivität als auch bei der Präzision der spanabhebenden Verformung.

Claims

1. Drehübertragungsvorrichtung unter Verwendung von Kugeln (5), mit folgenden Teilen:

- einer Getriebeschnecke (1), die einen Kugel-Zirkulationsweg besitzt, der aus einer wendelförmigen Kugelrille (2) besteht, die an der Außenseite der Getriebeschnecke (1) ausgeformt ist,

- Kugelmundlöchern (6) an den Enden der Kugelrille (2),

- einer großen Anzahl von Metallkugeln (5), die in einer kontinuierlichen Reihe in den Kugel-Zirkulationsweg eingesetzt sind,

- einem Schneckenrad (8) mit einer Vielzahl von Kugel-Vertiefungen (8') zur Aufnahme von Kugeln auf seiner Peripherie, das über die Kugeln (5) mit der Getriebeschnecke kämmt,

- Muffen (4) an den gegenüberliegenden Enden der Getriebeschnecke (1),

- und Kugelführungen (9) mit halkreisförmiger Querschnittsform, die tangential von den Muffen (4) überstehen und die die Kugelmundlöcher (6) der Getriebeschnecke (1) abdecken,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine Kugelzirkulationsbohrung (3) vorgesehen ist, die sich diagonal durch das Innere der Getriebeschnecke (1) erstreckt und dabei in Richtung der Oberfläche der Getriebeschnecke (1) von deren Achse (12) aus eine versetzte Position einnimmt, so daß sich Öffnungen an den gegenüberliegenden Enden der Kugelzirkulationsbohrung (3) ergeben, die diese mit den Kugelmundlöchern (6) in einem stumpfen Winkel verbinden.

2. Drehübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelrille (2) als eine wendelförmige spitzbogenförmige Nut durch spanabhebende Verformung hergestellt ist, wobei bei der spanabhebenden Verformungsposition ein Schnittpunkt (P) verwendet wird, der zwischen einer zentralen Bezugsachse (14) der Kugelrille (2) und einer Verformungsbezugslinie (13) in Normalenrichtung zu der Achse (12) der Getriebeschnecke (1) liegt.