TWI513926B - Ball screw for immediate monitoring of torque - Google Patents

Description

可供即時監控扭力之滾珠螺桿

本發明與滾珠螺桿有關，尤指一種可供即時監控扭力之滾珠螺桿。

滾珠螺桿是精密定位中常用的零組件，滾珠以滾動方式作為螺桿與螺帽之間的動力傳輸介面，以大幅降低螺帽在作動時的摩擦阻力。然而在對工件加工的過程中，往往會因為工件大小的不同而對螺帽產生不同大小的扭力，假如工件的重量太重，螺帽在移動時就會產生相當大的扭力，此時若沒有即時供給潤滑油便會造成螺帽與螺桿之間的磨耗，進一步將導致滾珠螺桿的預壓效果逐漸消失而降低定位精度。

中華民國專利公開編號TW 201204960揭露出一種「滾珠導螺桿預壓力失效診斷方法及其裝置」，此專利案對滾珠螺桿轉動時所發出的聲紋訊號進行經驗模態分解濾波，再使用希爾伯特黃轉換(HHT)以產生希爾伯特黃圖譜(HHS)，接著再使用多尺度熵萃取，以產生聲紋訊號的多尺度熵複雜度模式，最後經過比較原始的多尺度熵複雜度模式與現況的多尺度熵複雜度模式，即可有效的診斷出滾珠螺桿的預壓力是否消失，用以提供給使用者對滾珠螺桿進行監控。然而，前述專利案在量測過程中可能會受到加工過程中所產生的震動、噪音、頻率或其他環境因素的影響而降低其 量測結果的準確度，換言之，前述專利案並不能對滾珠螺桿的預壓力提供準確的量測結果。

本發明之主要目的在於提供一種可供即時監控扭力之滾珠螺桿，其能對螺帽在運作時所受到的扭力進行直接感測，以便使用者即時監控扭力的狀況。

為了達成前述目的，本發明之滾珠螺桿包含有一螺桿、一螺帽，以及多數個滾珠。該螺桿具有一外螺紋；該螺帽套設於該螺桿且具有一內循環通道及一內螺紋，該螺帽之內螺紋與該螺桿之外螺紋之間形成一螺旋通道，該螺旋通道銜接該內循環通道而與該內循環通道之間構成一負荷路徑；該多數個滾珠可滾動地設於該負荷路徑內；該扭力感測器具有彼此相對之一第一固定端面及一第二固定端面，該第一、第二固定端面分別固定於一工作平台與該螺帽，使該扭力感測器能感測該螺帽於運作時的扭力大小，同時也能間接得知該滾珠螺桿的預壓力在運作過程是否有所變化，以供使用者作即時監控。

10‧‧‧滾珠螺桿

12‧‧‧工作平台

20‧‧‧螺桿

22‧‧‧外螺紋

30‧‧‧螺帽

31‧‧‧內循環通道

32‧‧‧內螺紋

33‧‧‧螺旋通道

34‧‧‧負荷路徑

40‧‧‧滾珠

50‧‧‧扭力感測器

51‧‧‧穿孔

52‧‧‧第一固定端面

53‧‧‧第二固定端面

54‧‧‧螺絲

60‧‧‧自動供油器

第1圖為本發明之組合立體圖。

第2圖為本發明之側視圖。

第3圖為本發明之局部剖視圖。

第4圖為本發明之方塊圖。

請參閱第1及2圖，本發明之滾珠螺桿10主要是用來帶動一工作平台12移動，再如第2及3圖所示，本發明之滾珠螺桿10包含有一螺桿20、一螺帽30、多數個滾珠40，以及一扭力感測器50。

螺桿20穿過工作平台12且具有一外螺紋22。

螺帽30套設於螺桿20且具有一內循環通道31及一內螺紋32，如第3圖所示，螺帽30之內螺紋32與螺桿20之外螺紋22之間形成一螺旋通道33，螺旋通道33銜接內循環通道31而與內循環通道31之間構成一負荷路徑34。

該些滾珠40設置於負荷路徑34內，用以降低螺帽30相對螺桿20作動時的摩擦阻力。

扭力感測器50具有供螺桿20穿設之一穿孔51，穿孔51的孔徑大於螺桿20的外徑(如第2圖所示)，使螺桿20在穿設之後並未與扭力感測器50之間有實體上的接觸。扭力感測器50具有彼此相對且相互平行之一第一固定端面52及一第二固定端面53，第一、第二固定端面52、53分別藉由多數根螺絲54鎖固於工作平台12及螺帽30，如第1圖所示，使扭力感測器50在組裝完成之後位於工作平台12及螺帽30之間。值得一提的是，前述扭力感測器50的結構態樣僅為舉例說明，並非用以限制本案之專利範圍，假如扭力感測器50非套設於螺桿20，只要扭力感測器50固定於工作平台12與螺帽30之間，即為本案專利範圍所涵蓋之變化形態。

在實際操作時，如第3圖所示，螺帽30即會因螺桿20之旋轉而沿著螺桿20之軸向位移，在位移的過程中 會透過扭力感測器50帶動工作平台12一起移動，在此情況下，螺帽30所受到的扭力會因為工作平台12所承載的工件大小而有所變化，此時扭力感測器51會因為扭力的改變而輸出相對應的電壓值，藉由所輸出的電壓值即可換算出螺帽30在運作時的扭力是否正常。另一方面，如第4圖所示，為了能夠即時對螺帽30進行供油，扭力感測器50可以電性連接一自動供油器60，自動供油器60主要是根據扭力感測器50所感測之扭力值來判斷是否需要對螺帽30進行供油，一旦扭力值過大時會即時對螺帽30進行供油，用以延長滾珠螺桿30的使用壽命。

綜上所陳，本發明之滾珠螺桿10透過監控扭力感測器50所輸出的電壓值，除了可以對螺桿11在運作時所受到的扭力進行即時監控之外，同時也可以確保滾珠螺桿30維持正常的預壓力，使整體結構具有良好的剛性、定位精度及定位穩定性，以達到本發明之目的。

10‧‧‧滾珠螺桿

12‧‧‧工作平台

20‧‧‧螺桿

30‧‧‧螺帽

50‧‧‧扭力感測器

54‧‧‧螺絲

Claims (4)

1. 一種可供即時監控扭力之滾珠螺桿，用以帶動一工作平台移動，該滾珠螺桿包含有：一螺桿，具有一外螺紋；一螺帽，套設於該螺桿且具有一內循環通道及一內螺紋，該螺帽之內螺紋與該螺桿之外螺紋之間形成一螺旋通道，該螺旋通道銜接該內循環通道而與該內循環通道之間構成一負荷路徑；該多數個滾珠，可滾動地設於該負荷路徑內；以及一扭力感測器，具有彼此相對之一第一固定端面及一第二固定端面，該第一、第二固定端面分別固定於該工作平台與該螺帽。
2. 如請求項1所述之可供即時監控扭力之滾珠螺桿，其中該扭力感測器之第一、第二固定端面之間相互平行。
3. 如請求項1所述之可供即時監控扭力之滾珠螺桿，其中該扭力感測器具有供該螺桿穿設之一穿孔，該穿孔之孔徑大於該螺桿之外徑。
4. 如請求項1所述之可供即時監控扭力之滾珠螺桿，其中該扭力感測器電性連接一自動供油器，該自動供油器可根據該扭力感測器所感測之扭力值而對該螺帽進行供油。