TWI230765B - Groove of linear guide - Google Patents

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TWI230765B TW093114150A TW93114150A TWI230765B TW I230765 B TWI230765 B TW I230765B TW 093114150 A TW093114150 A TW 093114150A TW 93114150 A TW93114150 A TW 93114150A TW I230765 B TWI230765 B TW I230765B
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Description

1230765
五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 線性滑執使用、、奋 零件，本發明转Ζί珠傳動’而包含執道、滑塊及滾珠等 乎#Λ、兽沾辦 寺別係關於一種線性滑軌之執道及滑塊上的 滾動溝的斷面給廒 沾社總壯Μ 领’以使滾珠和滾動溝間的接觸具有良好 的接觸特性。 【先前技術】 線^滑軌是重要的機械元件，目前已被廣泛的使用到._ 種精始、機械、自動化產業、半導體產業、醫療設備、航. 太 JL 紫笑 + 守’主要的功用在於應用滾珠（ba 1 1)的滾動來降低 :，移動時的摩擦阻力，使機構移動時更為省力，而且節· j此源’同時由於摩擦減少，接觸面的磨損及昇溫也會減 乂 ’使機構的精度及壽命雙雙提昇，並且機構的移動速度 也大幅向前提昇很多。 圖六為一種線性滑軌之示意圖，其中線性滑執包含一 執道1、—滑塊2及多數之滾珠3 ;而執道1呈長條狀， 其上沿軌道1之長軸方向設有執道滚動溝1 1 ;滑塊2則 套合於執道1上，在滑塊2上對應執道滾動溝1 1處設置 滑塊滾動溝2 ；[;多數之滾珠3則設置於執道滚動溝1 1 及滑塊滾動溝2丄之間，使滑塊2玎相對於執道1沿長軸藝 方向移動；為方便於說明，以下將前述之執道滚動溝1 1 及滑塊滾動溝2 1通稱為滾動溝。滑塊2上所設置之迴流 孔2 2則係用以供滾珠3迴流，而使滚珠3可於滾動溝及 迴流孔2 2間循環移動。 -
1230765 五、發明說明ο 圖七為傳統之滾動溝之溝斷面示意圖，傳統之滾動溝 之溝斷面（即執道滾動溝1 1或滑塊滾動溝2 1之溝斷面 輪廓線）為一個簡單的圓孤A B ，A及B為圓孤A B之端 點，圖中：圓孤A B的半徑比圓〇（即滾珠3之輪靡線） 之半徑略大，而圓孤A B的圓心在〇.’點上；圖中之丁點 指曲線（即圓孤A B )和圓〇之接觸點，線段〇T為〇點 和T點之連接線，連接圓〇的圓心〇點和曲線（即圓孤A B )上任一點C作一線段〇C ，而D點代表線段〇C和圓’' 〇的交點。其中0表示線段〇C和線段〇丁的夾角，而線. 段〇D的長度即等於圓〇之半徑。定義圓〇之半徑（即滾 珠的半徑）為R，〇’點到〇點之距離（等於圓孤A B之 籲 半徑和圓〇半徑的差值）定義為△，則線段〇’ C之長度 即為圓孤A B之半徑，等於（△ + R ):圖中之線段C D 的長度即代表滾珠3和滾動溝間之間隙，為方便於表示，
定義線段C D的長度為（5。經過解析幾何的分析，在各不 同角度0的條件下，其值和R的比值和△的關係如下： δ / R = (A2*cos26l+2A+l) — A · cos Θ — I 上述之（5/R值為一個無因次（nondimensional) 量，即其值和尺寸的單位無關；另外，一般為了方便說明 <· 圓孤A B和圓〇間之關係，定義圓孤A B的半徑除以圓〇 的直徑的值為形狀係數7/ ，形狀係數7?也為一個無因次 量，其值如下： 77 = ( 1 + △ / R ) /2 -
1230765 五、發明說明（3) 圖八為各種不同之形狀係數7?時，·角度β對（5 / R值 的折線圖。圖中之橫軸為角度<9 ，單位為度；貫軸為5 / R值，因為（5/R是無因次量故沒有單位。圖中顯示，如 果？？ = 0 · 5 6 (即圖中最左侧線）.，則（5 / R值=1 0—4時， 0約等於2. 5 ° (即折線和5 / R = 1 0_4的座標線的交點約 在（9=2.5° 處）；而如果7/=0.51，則（5/1^值=10_4 時，6»約等於6 ° ;但如果7/ = 0. 5，則δ / R值全部都等 於0，也就是說圓孤A Β和圓〇間全面接觸。根據線性滑 執的國際標準的定義，其滾珠的變形量達到滾珠的直徑的 1 0_4時，則有明顯的永久塑性變形（破壞）產生，因此在 一般的使用下，滾珠的變形量不能達到滾珠直徑的1 (T4。 從圖八可以看出，如果77 = 0. 5 6，則（5 / R值不大於1 0-4 的角度0約只有2. 5 ° ，故可以有效承受負荷的區域很 小；為了增加有效承受負荷的區域，降低77的值是一個常 用的方法，當7/ = 0. 5 3時，有效承受負荷的區域可提昇到 3.4° :當7/ = 0 . 5 2時，有效承受負荷的區域提昇到4 ° ; 當7/ = 0. 5 1時，有效承受負荷的區域可達到6 ° ，此時雖 然會有較大的有效承受負荷的區域，可是只要7?有一點點 誤差而使7? = 0. 5時，即會造成圓孤A B和圓〇間全面接 觸，而（5 / R值全部都等於0，也就是線性滑執之滾珠會 和其滾動溝全面接觸，並使滾珠和其滾動溝間的磨擦嚴重 增加，並產生嚴重的摩擦。 製造上的微小誤差是難以避免的，不管是線性滑執之
第7頁 1230765 五、發明說明（4) 滾珠尺寸，或是滾動溝之圓孤半徑都會有尺寸上的誤差存 在，因此形狀係數7/有微小的誤差是難以避免的。形狀係 數7?較大時，線性滑執的負荷能力不佳；而形狀係數7?接 近於0 . 5時，又會造成線性滑執的摩擦嚴重增加的危險。 因此，傳統之線性滑執之圓孤形輪廓的滾動溝設計實有改 進的需要，以避免線性滑執的負荷能力不高，或是容易導 致線性滑執之滾珠和其滾動溝全面接觸的問題而使滾珠和 其滾動溝間的摩擦嚴重增加並產生大量的磨損。 【發明内容】 本發明之主要目 的斷面輪廓，以避免 而使滾珠和其滾動溝 的問題；其次，本發 軌具有良好的有效承 負荷能力。 為了選用適當的 張斷面輪廓必需是一 比直線提供較高的有 在各種曲線中以二次 明選擇二次曲線做為 依其離心率之小於1 雙曲線及拋物線三種 X2 / a2 + y2 / b2 = 1 的即在於提供一種線性滑軌之滾動溝 線性滑執之滾珠和其滾動溝全面接觸 間的摩擦嚴重增加並產生大量的磨損 明之滾動溝的斷面輪廊也可使線性滑 受負荷區域，使線性滑轨具有良好的 滾動溝的斷面輪廓，首先，本發明主 個曲線，因為曲線和圓間的接觸可以 效承受負荷區域。其次，本發明認為 曲線最為簡單，為方便於製造，本發 滾動溝的斷面輪廓。二次曲線的型式 、大於1及等於1 ，共可分為橢圓、 ，其中橢圓的方程式可表示為：
1230765 五、發明說明（5) 雙曲線的方程式可表示為：
X2 /a2 -y2 /b2 = J 而拋物線的方程式可表示為· X2 = 4 c y 由於其長軸半徑等於短軸半徑， 圓則為擴圓的一種特例 而使 a = b 即圓的方程式表示為： X2 /a2 +y2 /a2 +在上列的方程式中，除以外，只有拋物線是只 而要一個自轡赵 心 文双的，而自變數兪多則問題愈複雜而不易控 刺。為方#於公k ^ 面 刀析，圓及拋物線都可能是解決滾動溝的斷 、二廓的良好解決方案，但由前述之說明中已知圓孤形的 ^ ，的斷面輪廓具有使用上問題，故可能的解決方案為
做兔、吞^ ί做為滚動溝的斷面輪廓。本發明即使用抛物線 文為滾動溝的斷面輪廓。 參為方便進一步瞭解本發明之特徵及技術内容，請詳細 及圖= = = =本發明之較佳實施例及說明，然而此實施例 式4 t、a兒明及參考用，而非用以對本發明做任何限制
1230765 五、發明說明（6) 者。 【實施方式】 圖一為使用拋物線做為線性滑執滾動溝溝斷面之示意 .圖，其中之曲線P表示一拋物線，為滾動溝之溝斷面的輪 廓線，圓〇表示滾珠的輪廓，定義滾珠的半徑為R ;而圖 中之丁點指曲線（即拋物線P )和圓〇之接觸點，也是拋 物線P的頂點，線段〇T為〇點和T點之連接線，長度等-' 於R，連接圓〇的圓心〇點和曲線（即抛物線P )上之一. 點C作一線段〇C ，而D點代表線段〇C和圓〇的交點。 其中0表示線段〇C和線段〇丁的夾角，而線段〇D的長 _ 度即等於圓〇之半徑，即線段OD的長度（等於R)，圖 中之線段C D的長度即代表滾珠3和滾動溝間之間隙，為 方便於表示，定義線段C D的長度為（5。設拋物線P的焦 點為F，線段F T的長度即為拋物線P之焦距f ，並定義 比例係數$為R / f ，則線段〇F長度等於（R — f )， 又等於f ( f 一1 )。 ’ 為計算5值和R的比值，首先是在圖一中晝出拋物線 P的準線L，依照拋物線的定義，拋物線上的任一點至準 線的垂直距離等於該點到焦點的距離，因此圖一中之線段 _ CF的長度等於線段CE的長度，而線段TF的長度等於 線段T Η的長度，即線段T F的長度和線段T Η的長度都 等於焦距f 。為計算線段C D的長度5 ，過C點做一補助· 線段C G垂直線段〇T於G點，則線段C F長度的平方等
第10頁 1230765 五、發明說明（7) 於線段F G長度的平方加上線段C G長度的平方，其中： 線段 C G 長度=(f f + 5 ) · sinW 線段 F G 長度=(f f + (5 ) · cos 0 — f f + f 由於線段C F長度等於線段C E長度，又等於線段G H 長度，故 線段 C F 長度=f 铲 + f — （ f f + (5 ) · cos θ 經過計算後，在各不同角度0的條件下，得5值和R 的比值如下： 圖二為各種不同之比例係數f時，角度0對（5 / R值 的折線圖。圖中之橫軸為角度0 ，單位為度；貫軸為5 / R值，因為5/R是無因次量故沒有單位。圖中顯示，如 果右=1. 5 (即圖中最左側線），則5 / R值=1 0_4時，0 約等於1. 6 ° (即折線和5 / R = 1 0~4的座標線的交點約在 θ = 1. 6 處）·如果$=1.7 (即圖中左二折線）’則（5 / R值=1 0_4時，0約等於2. 2 ° ，效果約等於傳統使用簡 單的圓孤做為線性滑執滾動溝之溝斷面而7? = 0. 5 6時的效 果。在f = 1. 9的情況，折線和5 / R = 1 0_4的座標線的交 點約在0 = 3. 5 °處；此值略高於傳統之簡單圓孤而形狀 係數等於0. 5 3時的角度；在f = 1. 9 5的情況，折線和5 / R = 1 0-4的座標線的交點在0 = 5 °處；此值已高於傳統 之簡單圓孤而形狀係數77等於0. 5 2時的角度，或接近於傳 統之簡單圓孤而形狀係數7/等於0. 5 1時的角度；當f = 2
第11頁 ί2〇765 五 :發明說 -—— 〔即圖中田丄 於9· 6。取右侧線），則5 / R值=J 〇、4 士 〇. 5 1 ，此值遠高於傳統之簡單圓孤·而=，角度Θ約等 爷壬可的角度。故使用太恭昍之铷I 而形狀係數7?等於 滚動溝R 、又玟便用本發明之拋物線鈐亡 、 負荷〜3獲得極佳的接觸角度，而使唆二邪可以使滾珠和 何吨力。 使線性滑執具有良好的 圖：A认
值的折ΐ同為各種不同之比例係數f時，角产β對Λ / D 已有〜線圖。其中，卜1.5、1.9及2日士 ^度Θ對^ R 示卷在此特別必需說明的是$ > 2 &: 中 ，田101時，使用t、十、呌管々.f >2的情形’圖中顯 1〜8。時，數“上/ 立式所求得"R值在θ = 溝間之間隙Α参值、' ’：物理思義即為『滾珠3和滚動 麵的原因為推導呼I彳_ Γ ，、為負值疋不可能的，其錯 η 〇1 η异”假設錯誤所⑨；正確的說法是當 6。//寺，滾珠和滾動溝間的接觸點是在/右分別θ 相接觸於其±6。等兩個交點也珠和一滾動溝會 形，尤其是在滾珠和滾動溝間的負不/、豕有4全面接觸的情 的接：區域逐漸擴大。在卜2〇1的實施例時， ;R值爲J :滾珠和滾動溝間之間隙仍逐漸加大" 因A ^、 ，而使滾珠和滾動溝間的接觸情形並不合 因為比例係數f達到臨界值2 德 曰 Ϊ角产m斷面輪廓不只在卜2時有很大的接 的情二，因t姑也不會產生接觸區域突然劇烈增加 性。7因此故本务明之溝斷面輪廓確具有極佳的物理特
第12頁 1230765
五、發明說明（9) 圖四為比 線圖。圖中顯 約在Θ = 3 6。 值約在Θ 5 增大，則合力 為90 ° )，其 輪廓的接觸角 度45 °仍為可 圍。 拋物線為 方程式而求得 義來作圖；另 (curve fitt 圓孤逼近一拋 拋物線，由於 兩側圓孤之半 半徑為R 1的 逼近，也可使 綜合上述 做為線性滑軌 其滾動溝間全 加並產生大量 斷面輪廓在使 有良好的有效 ::數’大於2時之角度"“ /R值的折 :比：係…2·5時，"R值的最小 處_而比例係數f =3時，5/11值的最小 合ϊ彻由Γ滾珠和滾動溝間的接觸角度如果 ;:f，但在卜45。日寺（即兩分力之夹角 电了仍可達原值的〇· 7〇7倍，—般 度即大約，因此…3時，其：G 使用的範圍；也就是g = 3仍為可利用之範 一條對稱於其頂點之曲線，可以將數 :物線之輪廓，也可以使用準線及焦點的定 • ’使用數個不同曲率半徑的圓孤來逼近 二S )也是一種可行的做法。圖五為 示意圖，圖中顯示以三段圓孤逼用近數— 拋物線為-條對稱於其頂點之曲、線， 徑會是相同的值R 2 ，而該兩圓孤連接另_ 圓孤以逼近一拋物線；當然，為使形狀 用更多條圓孤來逼近。 ’本發明之線性滑執之滾動溝使用一拋物線 之滾動溝’除了可以避免線性滑軌之滾珠和 面接觸而使滾珠和其滾動溝間的摩擦嚴重增 摩損的問題外，並且由於本發明之滾動溝的 用比例係數$的控制後，也可使線性滑軌具 承受負荷區域，使線性滑執具有良好的負荷
第13頁
1230765 五、發明說明α〇) 能力。 綜上所述，本案不但應用了線性滑執的力學原理、摩 擦原理、解析幾何，並且經過分析而產生優於先前技術之 創新，不只在空間型態上確屬創新，並能較習用之技術增 進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定發 明專利要件，爰依法提出申請，懇請 貴局核准本件發明 專利申請案，以勵創作，至感德便。
第14頁 1230765 圖式簡單說明 【圖號之簡單說明】 圖一為使用拋物線做為線性滑執滾動溝溝斷面之示意圖 圖二為各種不同之比例係數f時0對5 / R值的折線圖 圖三為各種不同之比例係數f時Θ對5 / R值的折線圖 圖四為比例係數$大於2 ·時β對（5 / R值的折線圖 圖五為使用數圓孤逼近一拋物線之示意圖 圖六為一種線性滑軌之示意圖 圖七為傳統之滾動溝之溝斷面示意圖 圖八為角度β對<5 / R值折線圖 【主要元件之簡單說明】 1 _執道 11 執道滾動溝 2 滑塊 3 滾4 A 圓 孤 之 端 點 B 圓 孤 之 端 點 C 曲 線 上 之 一 點 D 線 段 〇 C 和 圓 之 交 點 E 點 C 在 準 線 L 上 投 影 點 F 拋 物 線 之 焦 點 G 點 C 在 線 段 〇 T 上 投 影點 2 1 滑塊滾動溝 2 2 鸡流孔
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第16頁

Claims (1)

1230765 六、申請專利範圍 1. 一種線性滑執，包含： 一長條狀之執道，其上沿長軸方向設有執道滾動溝； 一滑塊，套合於前述之執道上，且對應前述之執道滾動 溝設置滑塊滾動溝； 多數之滾珠設置於前述之執道滾動溝及滑塊滾動溝間.， 而使前述之滑塊可相對於執道沿執道之長轴方向移動； 其特徵在於前述之執道滾動溝及滑塊滾動溝中至少一者 的溝斷面輪廓呈拋物線。 2. 如申請專利範圍第1項之線性滑執，其中之拋物線由數 圓5瓜近似而成。 3. 如申請專利範圍第1或2項之線性滑執，其中滾珠之半 徑為之拋物線焦距的1. 5至3倍。 4. 如申請專利範圍第3項之線性滑執，其中滾珠之半徑為 之拋物線焦距的1. 9至2倍。 5 ·如申請專利範圍第1項之線性滑執，其中前述之滾珠和 溝斷面輪廓之接觸點接近於前述之拋物線之頂點。
第17頁
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