TWI338095B - Ball screw module and circulating device therein - Google Patents

Description

1338095 .九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係提供一種滾珠螺桿模組，特別是一種具有滾珠鏈條之滾珠螺桿模 組。 、 【先前技術】 滾珠螺桿之原理’係在螺桿與螺帽之間加入鋼珠，以鋼珠滾動運動，取代 傳統艾克姆螺桿(ACME)的滑動雜傳動，大大降低摩擦耗損，有助於維持高效 率與高精度。 > 滾珠的使用使得螺桿的移動更為順暢，然而，相鄰的滾珠在滾動過程中， 容易彼此碰撞並發出很大的噪音，這樣的碰撞使得滾珠壽命縮短，連帶影響整 體螺桿裝置之壽命。 為了改善此一問題，先前技術提出以鏈條固定滾珠之裝置，美國公告專利 5,993,064更進一步提供一種改良式的滾珠鏈條，該滾珠鏈條係以具有彈性之材 料製成，並包含四個帶狀物固定滾珠的四周，使該鏈條可任意方向地自由彎折， 而滾珠仍固定在相同的位置，該滾珠鏈條並可應用在線性滑軌以及滾珠螺桿等 裝置中。 然而，在滾珠螺桿模組中，尚需設有一循環路徑，導引滾珠迴流至螺旋狀 溝槽中，以形成不斷循環的滾珠執道。使用滾珠鏈條時，當行經上述之循環路 徑時，鏈條必須改變運動方向，才能形成迴流。然，若此循環路徑未經良好設 。十，則鍵條難以順暢地通過並改變行進方向，因此習知的設計，其鏈條因為不 田地扭轉及拉扯而產生斷裂。請參見第一圖，前述美國公告專利5,朔，⑽4雖提 及其滾珠鏈條可以應用在螺桿裝置，並在螺帽内設有循環裝置供滾珠鏈條迴 流，然而，卻未提及如何讓滾珠鏈條順暢通過循環裝置之設計，在實際應用上， 由於鏈條的兩側在從螺旋軌道進到循環裝置時，會進行三维迴轉，若迴轉路徑 未經過特殊角度的設計，則鏈條的内側會被擠壓，而外側會被拉扯，兩側因變 1338095 -.形#的不同，而產生斷裂。故目前雖有設有滾珠鏈條的線性滑執上市，但是設 有滾珠鏈條的滾珠螺桿卻一直無法被設計及製造出來。 【發明内容】 為了解決前述問題，本發明主要目的在於提供—觀珠螺桿模組，可使滚 珠鏈條在___軸，使魏_機組達顺 本發明之另一目的在於提供一種滾珠螺桿模組，其設有循^於螺帽内 供滾珠鏈條迴流，以形成一不斷循環的路徑(endlesstrack)。 本個之另―目的錄提供-㈣賴桿触_«置，賴環裝置且 籲有兩個導引溝以引導滾珠鏈條之方向，且該等導引溝於循觀徑之卿部位具 有特殊設計’使滾珠鏈條可以順暢的通過並且不會被不當的擠壓或拉扯。、 本發明之滾珠螺桿模組主要包含有：螺桿、螺帽、滾珠鍵條、以及循環裝 置。螺桿之外表面具有螺旋狀的第一滾動溝槽；螺帽係套設於螺桿外，其喊 面具有螺旋狀之第二滾動溝槽，與上述之第一滾動溝槽具有—對應關係可對 合形成螺旋狀之第-滾動軌道。滾珠鏈條係於第一滾動軌道内移動，主要包含： 複數個滾珠與承録珠的爾卜保制進—步包含觀綱隔部、第一鍵結 70件與第二賴元件。間隔部制關定並間隔滾珠，第—鏈結元件與第二鍵 籲結元件用以奉連複數個間隔部，第一鍵結元件並與第二鍵結元件具有二間距， 使滾珠置於間隔部、第-鏈結元件與第二鏈結元件之間。其中，上述的第一衰 動溝槽之載面半徑略等於滾珠之半徑。又為了避免滾珠鍵條在移動時，其第;； 鏈結元件與第二鏈結元件受顺害，因此，娜所包含之第—牙峰部，以及螺 帽所包含之第二牙峰部表面粗縫度均小於驗㈣微米。循環裝置係設置於螺 帽’主要包含-循環路徑，與前述之第一滾動軌道相連，用以提供滚珠鏈條通 過，循環路徑之截面半徑略等於上述之第—滾動軌道之截面半徑。其中，為了 導引滾珠鏈條移動，循環路徑形成有第一轉彎部位、第二轉彎部位、第一導引 溝與第二導引溝。第一導引溝位於循環路徑之一側，用以提供上述滚珠鍵條之 第一鏈結元件通過，第一導引溝具有第一曲率半徑。第二導引溝位於循環路徑 6 1338095 尤另一側 ，㈣-韌丨料有1定雜，肋提供上述 元件=，第二導引溝具有—第二曲率半徑 = 部位與第二鰣部位時，會形成三維_迴轉，理在； 導引溝與第二㈣溝通_轉 ^ ;田上述之第- 第二導引溝之第-曲㈣" 第一導引溝之第一曲率半徑會大於 冓之第一曲率h，而當上述之第一導引溝 背部位時，第-導引狀第-曲钟徑會小於第 轉 r辦开株m 導引溝之總長’故通過導引溝之第—鍵結元件與 第-鍵，·，。讀也會隨者轉曲麵變麵形成三維空_迴轉。 、 本發明相較於習㈣料獅池，具打 中的循環裝置，具有_的設計，且導引溝在轉物組 Γ因競Γ條可在峨置中的請位’歐路徑做三維空間的: 立且兩側導引溝之總長度大略相等，滾珠鍵條之第一鍵結元件與第二鍵結元 件不會啡料麵it成不當的姉:或繼。 、。 【實施方式】 由於本發明係揭露-種浪珠螺桿模組，其中所利用之機構傳 關技術領物修物瓣心谢爛，權纖迷為相 同時’以下文中所對照之圖式，絲達與本創作特徵錢之結構示意，並未亦 不需要依據實際尺寸完整繪製，盍先敛明。 請參見第二圖、第三圖、第四圖、與第五圖。係根據本發明所提出之第一 較佳實施例’為-種滚珠螺桿模組綱，主要包含有：螺桿训、螺帽如 珠鏈條300、以及循環裝置·。螺桿⑽之外表面具有—螺旋狀的第—滾動溝、 槽犯；螺帽22〇係套設於螺桿训外，其内表面具有一螺旋狀之第二滾動溝槽 222與上述之第滾動溝槽加具有一對應關係，可對合形成一螺旋狀之第一 滚動轨道230。其中，循環裝置可為一個或複數個。 。月參見第四圖、第五圖、第六圖與第七圖。滾珠鍵條3⑽之構造主要包含 1338095 .複數個滾珠310與用以承載滾珠31 〇的保持器320。保持器32〇進一步包含複數 個間隔部322 '第一鏈結元件324與第二鏈結元件326。間隔部322係用以間隔 該滾珠310，第一鏈結元件324與一第二鏈結元件326係用以串連該複數個間隔 部322，且第一鏈結元件324與第二鏈結元件326具有間距W，此間距W大約 等於滾珠310的直徑，可使滾珠31〇平穩地置於間隔部322、第一鏈結元件324 與第二鏈結元件326之間。滾珠鏈條300係於滾珠螺桿模組2〇〇内之第一滾動 軌道230内移動，其中，為達精密傳動的效果，第一滾動溝槽212之截面半徑 略等於滾珠310之半徑W/2較佳。又為了避免滾珠鏈條300在移動時，其第一 •鏈結元件324與第二鏈結元件326受到傷害，因此，螺桿210所包含之第一牙 峰部214，以及螺帽所包含之第二牙峰部224表面粗糙度皆以小於]^狀=25微 米為較佳。 請參見第三圖、第五圖、第八Α圖第八Β圖與第八C圖。為引導滾珠鏈條 300迴流至第一滾動軌道230中，滾珠螺桿模組2〇〇包含了循環裝置4〇〇，其設 置於螺帽220 ’具有一循環路徑410與前述之第一滾動軌道23〇相連，以形成一 不斷循環的路徑(endless track)。循環路徑41 〇具有第一轉彎部位u丨與第二轉彎 部位U2，用以導引滾珠鏈條3〇〇通過。循環裝置4〇〇進一步形成有第一導引溝 412與第二導引溝414。其巾，該循環路徑41〇之截面半徑以略等於第一滾動軌 鲁道23〇之截面半徑較佳。第一導引溝犯位於循環路徑彻之一側，用以供滾 珠鍵條300之第-鏈結元件324通過。第二導引溝414位於循環路徑4ι〇之另' 側，與該第一導引溝412對向設置，用以供滾珠鏈條3〇〇之第二鏈結元件 通過。 '為了使滾珠鏈條平順地、*餘扯或麵輯過上狀轉靑部位 U1與第二轉驚部位U2時，需導引滾珠鏈條3〇〇形成三維空間的迴轉。其原理 如下： 假設循環路徑41G巾.讀的曲率半㈣R’第―導引溝具有第__曲率半徑 IU，該第二導引溝4M具有第二曲率半徑幻，當上述之第一導引溝412與第二 1338095 •導引溝4M通過該第一轉彎部位m時，該第一導引溝化之第一曲率半徑幻 會大於循環路徑410中心線的曲率半徑R、以及第二導引溝414之第二曲率半徑 R2 ’其中以ri gR+w/2、R2SR-W/2為較佳；而當上述之第-導引溝412與第 二導引溝4丨4通過該第二轉寶部位m時，第一導引溝似之第一曲率半徑Ri 會小於德環路徑410中心線的曲率半徑R、以及第二導引溝414之第二曲率半徑 R2 ’其中以R1SR-W/2、R2gR+w/2為較佳，故可以導引通過第—與第二導引 溝之第-鍵結元件324與第二鏈結耕似會隨著第一與第二曲率半徑則、旧 的變化而形成二維空間的迴轉^此外，很重要的是，根據本發明所提出的實施 _方式，會使得循環路徑中心線總長、第一導引溝412之總長度以及第二導引溝 414之總長度，三者為相等，因此滾珠鏈條3〇〇之第一鏈結元件324與第二鏈結 7L件326在通過循環路徑41〇時不會因曲率半徑的改變而造成不當的拉扯或擠 壓。 上述之滾珠螺桿模組係以保持器承載滾珠並以固定間距間隔開來，使得滾 珠不會在行進中彼此碰撞’延長滾珠之壽命。此外，循環裝置内之第—與第二 導引溝設計，使得滾珠鏈條可在循環裝置中的第—與第二轉弯部位，沿特定路 控與曲率做三維空間的迴轉，又因滾珠鏈條兩觸第—與第二導引溝之總長度 大略相等’使得滾珠鏈條之第一鍵結元件與第二鏈結元件不會因轉彎部位造成 籲不當的拉扯或擠壓’使滾珠鏈條可順暢地在此滾珠螺桿模組中移動，達到良好 的運作效能。 請參見第人A ®、第ΑΒ圖與圖。本發明進-步提供第二較佳實施 例’為-種循環裝置4〇〇，供使用於滾珠螺桿模組的螺帽no，尤其是外循環式 滚珠螺桿模組的螺帽4中每個螺帽22〇可以裝設一個、二個或多個循環裝置 400。於此實施例中’螺帽220進-步包含複數個貫穿該螺帽本體之安裝孔以 係用以安裝該循環裝置· ’並使該循縣置·之一部分固定於於該螺帽挪 外緣。每個循環裝置4〇〇具有第一轉弯部位m與第二轉弯部位也，用以提供 1338095 -滾珠鏈條300通過。循環裴置400主要.包含循環路徑41〇、第一導引溝412與第 二導引溝414。此循環裝置400的特徵如前述第一較佳實施例的循環裝置4〇〇所 述。 清參見第九A圖與第九B圖。本發明進-步提供第三較佳實施例，為一種 循環裝置400 ’供裝設於滾珠螺桿模組的螺帽22〇内部，尤其是内循環式滾珠螺 桿模組的螺帽。於此實施例中，螺帽22〇之内表面進一步包含第一通孔2%，使 循環裝置400可設置於該第-通孔226中。此循環裝置铜的主要特徵如前述 第一較佳實施例的循環裝置4〇〇所述。 …請參見第十A圖與第十B圖，本發明進一步提供第四較佳實施例，為一種 擔環裝置’供裝設於滾珠螺桿模_螺帽，尤其是端塞式滾珠螺賴纟且的螺帽。 於此實施射，職22G包含有兩安賴227,228，以及第二軌⑼，用以連 通該兩安裝槽227,228。循環裝置包含有端塞紙4()2，係設置於該兩安裝槽中 227,228。其中，第-_部位π位與第二鱗部位m係分別設置於端塞则 4〇2中，且部份之循環路徑係設置於第二通孔创中。此循環裝置的主要特徵如 前述第一較佳實施例的循環裝置400所述 以上，本發明已藉由各個實施例及其相關圖式而清楚載明。細，熟習該 項技術者當了解的是，本發明之各個實施例在此僅為例示性_為限制性，亦 即，在秘離本剌實紐神及範圍之内，上撕収之各元件_化例及修 •正_為本發日_蓋。緣此，本發_由後附冰_範_純界定/ 【圖式簡單說明】 第Γ圖係一剖面圖，顯示習知技術滾珠螺桿模組與滾珠鏈條的構造。 =-圖係-立體圖’顯示本發騎提出之滾珠螺桿模組__螺桿外觀。 第二圖係-剖面圖’顯示本發明所提出之滚珠螺桿模組的滾珠鏈條與循環裝 10 1338095 置 第四圖係:剖面圖’顯示本發明所提出之滾珠螺桿模組的職内表面 滚動溝槽以及第一牙峰部。 '第一' =Γ= ’ =發明所提出之_桿模組的第-滾動軌道。 第/、圖係，體圖，加本發明所提出之滚珠螺桿模組的滾珠鍵條。 器，:：=:==^:桿模一的保持 置。第八a _-立Μ，顯示本發騎提出之滾_顧_螺酸循環裝 部剖=Β圖係""立Μ ’齡本發崎提出之滾_顧_«裝置下半 第八C圖係-立體圖’顯示本發明所提出之滾珠螺桿模組的循環裝置 邛剖面圖、且由下往上看的視圖。 半 第九Α圖係-爆炸示意圖，顯示本發明 滚珠螺桿歡。 ⑽螺桿触之内循環式 第九B圖係-剖面圖，顯示本發明所提出之滾珠螺桿模 螺桿模組__部，其滾珠鏈條無環裝置的配合狀態。、 衣… 第十A圖係一爆炸示意圖，顯示本發明 珠螺桿模組。 Μ之魏_触之端塞式滚 第十Β圖係一立體圖，顯示本發明所提 式淚珠螺桿模㈣細。 之麟軸_魏裝置端塞 【主要元件符號說明】 200 210 220 滾殊螺桿模組 螺桿 螺帽 滾珠鍵$ 11 300 1338095 .循環裝置 400 第一滾動溝槽 212 ‘ 第一牙峰部 214 第二滾動溝槽 222 第二牙峰部 224 第一滾動軌道 230 滾珠 310 保持器 320 間隔部 322 籲第一鏈結元件 324 第二鏈結元件 326

間距 W 第一轉彎部位 U1 第二轉彎部位 U2 循環路徑 410 第一導引溝 412 第二導引溝 414

φ 循環路徑中心線曲率半徑R 第一曲率半徑 R1 第二曲率半徑 R2 - 安裝孔 224 第一通孔 226 安裝槽 227,228 第二通孔 229 端塞 401,402

Claims (1)

1338095 十、申請專利範圍·· 1. 一種滾硃螺桿模組，包含： 螺才于，其外表面具有一第_滾動溝槽； I螺帽，套設於該螺桿外，且該螺帽之内表面具有_第 第-滚動簡無第-肋溝有1應難=麵槽，其㈣ 道； is形成一第一滾動朝 一滾珠鏈條’於該第—滾動軌道内移動 滾珠的保持器，該保持器主要包含： '、匕3複數個壤雜承載該複數個

複數個間隔部’用賴定並間隔該複數個滚珠；與 隔部，該第一鏈 —第-鏈結姑與-第二舰元件，用以串接該複數個間 結7L件與一第二鏈結元件相隔一間距； 一循環裝置，設置觸職，具有—循觀彳 提供該滾珠鏈條通過，該循環路徑具有第—姆部位 =·’以 其特徵在於： 得以位’ 該循環路徑在該第-轉彎部位與該第二轉膏部位做三維空間的 環裝置形成有第-導引溝與第二導引溝用以分別導引該滾珠鍵條的第一Z 凡件與-第二鏈結元件’在該第一轉弯部位時，該第—導引溝的曲率半徑^ ^ 於第二導引溝的曲率半徑，在該第二轉贊部位時，該第-導引溝的曲率半押 小於第二導引溝的曲率半徑。 二 2. 如申請專利範圍第1項之滾珠螺桿模組，其中在該第一轉f部位時，該第— 導引溝的曲率半徑大於該循環路徑中心線的曲率半徑，在該第二轉彎部位 時’該第一導引溝的曲率半徑小於該循環路徑中心線的曲率半徑。 3. 如申請專利範圍第2項之滾珠螺桿模組，其中該滾珠鏈條的第一鏈結元件與 第一鍵結元件相隔之間距為W，該循環路徑中心線的曲率半徑為R，該第一 導引溝的曲率半徑為R1，該第二導引溝的曲率半徑為R2，在該第一轉彎部 位時，RlgR+W/2，在該第二轉彎部位時，Rdw/2。 4. 如申請專利範圍第3項之滾珠螺桿模組，其中在該第一轉幫部位時， 13 1338095 R2SR-W/2 ’在該第二轉彎部位時，。 & =請專利範_4項之滾珠螺桿模組，其㈣第—導引溝總長度與該第二 導引溝的總長度為相等》 6· 細第5項之滾珠螺桿模組，其中該循環路徑中心線總長度、該 第-導引溝總長度與該第二導引溝的總長度為相等。 7.，申請專利細第i項之滾珠螺桿模組，其中該螺桿進—步包含一第一牙峰 部’且該第—牙峰部之表面粗财小於Rmax=25微米。 8‘ =申請專利細第i項之滾珠螺桿模組，其中該螺帽進—步包含一第二牙峰 部’且該第二牙峰部之表面祕度小於如狀=25微米。 9=申請專纖_丨項之滾珠螺桿觀，其中該i滾動溝槽之截面半徑略 專於該滾珠之半徑。 =申請專利細第1項之滾珠螺桿模組，其中該I滾動誠之載面半徑略 #於該循環路徑之戴面半徑。 11. 如申印專利關S i項之滚珠螺桿模纪，其中該螺帽可進一步包含複數個貫 穿該螺帽本體之安裝孔，該等安裝孔係用以安裝該循環裝置，並使該循環裝 置之一部分固定於於該螺帽外緣。 12. 如申請專纖_丨項之滾珠螺桿敎，其中該螺帽之内表面可進—步包含 一第一通孔，使該循環裝置可設置於該第一通孔中。 13. 如申％專利範圍第1項之鱗螺桿模組，其中該螺帽可進—步包含： 兩安裝槽，係設於該螺帽内緣之兩端； 一第二通孔，用以連通該兩安裝槽。 14. 如申明專利圍第13項之滚珠螺桿模組，其中該循環裝置<進_步包含兩端 塞，係設置於該兩安裝槽中。 I5.如申μ專利細第Μ項之树螺桿模組，其_，該第―前部位與第二轉驚 部位係分別設置於該兩端塞中。