TWI518263B - Ball screw device - Google Patents

Ball screw device Download PDF

Info

Publication number
TWI518263B
TWI518263B TW102120326A TW102120326A TWI518263B TW I518263 B TWI518263 B TW I518263B TW 102120326 A TW102120326 A TW 102120326A TW 102120326 A TW102120326 A TW 102120326A TW I518263 B TWI518263 B TW I518263B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
nut
ball screw
screw device
screw shaft
rolling
Prior art date
Application number
TW102120326A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201411010A (zh
Inventor
Masashi Shindo
Junji Minakuchi
Original Assignee
Nsk Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=49711704&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=TWI518263(B) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Nsk Ltd filed Critical Nsk Ltd
Publication of TW201411010A publication Critical patent/TW201411010A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI518263B publication Critical patent/TWI518263B/zh

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/04—Features relating to lubrication or cooling or heating
    • F16H57/0412—Cooling or heating; Control of temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2204—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/04—Features relating to lubrication or cooling or heating
    • F16H57/048—Type of gearings to be lubricated, cooled or heated
    • F16H57/0497—Screw mechanisms

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Description

滾珠螺桿裝置
本發明是關於滾珠螺桿裝置，特別是關於射出成形機或壓製機等精密機械零件加工設備用機械中使用的滾珠螺桿裝置。
以往，具備有螺桿軸和螺合於該螺桿軸後成為可相對性旋轉之螺帽的滾珠螺桿裝置，由於旋轉時會產生點接觸或面接觸，因此就在熱源(例如上述螺帽)設有冷卻手段。
上述構成的滾珠螺桿裝置，已揭示有其上述冷卻手段(熱交換器)以冷媒循環用的冷卻管配設在上述螺帽內的滾珠螺桿裝置(例如專利文獻1)。
根據專利文獻1所揭示的滾珠螺桿裝置時，其冷卻手段構成為於上述螺帽的內部配設有冷卻液用貫通孔，且使冷卻液循環在該冷卻液用貫通孔內。如上述所示，與其冷卻全長較長的螺桿軸不如冷卻全長較短的螺帽還比較能夠使冷卻裝置簡素小型，因此就於螺帽的內部配設有冷卻液用貫通孔。
根據上述構成，理所當然上述螺帽能夠經常冷卻，對於其他之熱源的滾珠附近也能夠經常冷卻，其結果，就可提供一種即使於冷卻造成螺帽收縮時動態摩擦扭矩還是難以上昇的滾珠螺桿裝置。此外，還可提供一種能夠盡量提高冷卻效果卻不會導致過度的加工效率降低及壓力損失增加的滾珠螺桿裝置。
〔先行技術文獻〕 〔專利文獻〕
〔專利文獻1〕日本特開2010-133556號公報
然而，先前技術之使用在射出成形機等的滾珠螺桿裝置，於螺帽冷卻時，當螺桿軸和螺帽產生溫度差，則螺桿軸和螺帽之膨脹的長度會不同，以致螺桿軸的溝槽和螺帽的溝槽之間的距離變短，因此配置有滾動體時之軸方向間隙就會變小。接著，當該溫度差較大時，間隙就會消失，以致於滾珠螺桿裝置可能會產生內部載重。如上述，由於產生有內部載重時則發熱量會增加，因此滾珠螺桿裝置的冷卻效率就會相對性降低，有必要研討。特別是，使用滾珠螺桿裝置的射出成形機，是對塑膠等加熱並以金屬模成形，因此來自於外部的熱影響其造成的溫度變化就會連帶降低成形性。
於是，本發明就著眼在上述問題點而進行發明，其目的在於提供一種即使螺帽冷卻也不易降低冷卻能力的滾珠螺桿裝置。
為了達成上述目的，本發明之實施形態的滾珠螺桿裝置，具有：於外圍面形成有滾動溝槽的螺桿軸；於內圍面形成有對應上述滾動溝槽的滾動溝槽，隔著配置在由該滾動溝槽和上述螺桿軸的滾動溝槽形成之滾動體滾動路的複數滾動體來螺合於上述螺桿軸的螺帽；設置在上述螺帽之內部的冷卻手段，當上述滾動體的徑為Dw，上述螺帽的全長為L，軸方向間隙為δ時，需滿足下述(1)式。
0.05×10-3L≦δ≦0.005Dw…………(1)式
於此，上述滾珠螺桿裝置，其以上述螺桿軸和上述螺帽的溫度差為30℃以下為佳。
此外，上述滾珠螺桿裝置，其以只有上述螺桿軸之一方的端部是固定著為佳。
另外，上述滾珠螺桿裝置，其以使用在射出成形機為佳。
根據本發明時，可提供一種即使螺帽冷卻也不易降低冷卻能力的滾珠螺桿裝置。
1‧‧‧滾珠螺桿裝置
10‧‧‧螺桿軸
20‧‧‧螺帽
30‧‧‧滾動體
40‧‧‧滾動體滾動路
50‧‧‧冷卻手段
第1圖為表示滾珠螺桿裝置之一實施形態的構成沿著軸方向切剖後的剖面圖。
第2圖為表示本實施例之軸方向間隙和螺帽全長的比與內部載重之關係圖表。
第3圖為表示本實施例之軸方向間隙和螺帽全長的比與內部載重之關係檢驗用的測試機構成概略圖。
第4圖為表示本實施例之滾珠螺桿裝置的溫度與δ/L之關係圖表。
第5圖為表示外部載重為10%Coa於δ/Dw改變時的上衝產生狀況圖表。
〔發明之實施形態〕
以下，針對滾珠螺桿裝置之一實施形態參照圖面進行說明。第1圖為表示滾珠螺桿裝置之一實施形態的構成沿著軸方向切剖後的剖面圖。
如第1圖所示，本實施形態的滾珠螺桿裝置1，具有螺桿軸10和螺帽20。螺桿軸10及螺帽20，隔著複數滾 動體30螺合著。螺帽20，其以比螺桿軸10之外徑還大的內徑形成筒狀。於螺帽20的內圍面，形成有與形成為螺旋狀在螺桿軸10之外圍面的螺紋溝槽10a成相向的螺紋溝槽20a。滾動體30可滾動在由螺紋溝槽10a和螺紋溝槽20a所形成的滾動路40。
此外，於螺帽20，形成有朝軸方向貫通的貫通孔20b。該貫通孔20b，其做為冷卻媒體的通路使用，連接有在貫通孔20b內使冷卻媒體循環用的循環裝置(未圖示)。由該循環裝置及貫通孔20b構成冷卻手段50。如上述，藉由未圖示之循環裝置使冷卻媒體循環在貫通孔20b內就可使螺帽20冷卻。
利用以上所示的構成，使冷卻液通過貫通孔20b就能夠使螺帽20冷卻。
再加上，本實施形態的滾珠螺桿裝置1，具有可抑制因熱位移差造成之內部載重產生的構成。
具體而言，當滾珠螺桿裝置1被驅動而發熱時，螺桿軸10和螺帽20會熱位移。
於此，以螺帽20的中心為基準，螺帽20之兩端部位置的螺桿軸10和螺帽20之軸方向的熱位移量是利用以下的(A)式和(B)式進行計算。另，於下述(A)式、(B)式中，△LθS表示螺桿軸熱位移量(mm)，△Lθn表示螺帽熱位移量(mm)，ρ表示線膨脹係數(1/℃)。此外，L表示螺帽的全長(mm)，θS表示螺桿軸溫度上升值(℃)，θn表示螺帽溫度上升值(℃)。
第1圖所示之滾珠螺桿裝置1的驅動會使螺帽20冷卻，當螺桿軸10和螺帽20有溫度差產生時，兩者的熱位移量就會產生差值。
接著，位於螺帽20之兩端部位置的螺桿軸10和螺帽20的熱位移差會成為下述(C)式。另，於下述(C)式中，δθ表示螺桿軸和螺帽的熱位移差(mm)。
由於該熱位移差會使螺桿軸10及螺帽20之各別螺紋溝槽10a、20a的位置相對性偏移，因此滾珠螺桿裝置1的軸方向間隙就會變小。
此外，當溫度差大時，間隙會變成負值，於滾珠螺桿裝置1就會產生內部載重。
計算該內部載重時，針對滾珠螺桿裝置1內的各滾動體30計算負值間隙造成的載重，然後算出總計值即可。
基於該結論可得知，只要加大滾珠螺桿裝置1的軸方向間隙，就能夠抑制因熱位移差造成之內部載重的產生。
於此，滾珠螺桿裝置1的螺桿軸10，其以只有一方的端部固定著為佳。特別是，當滾珠螺桿裝置1使用在射出成形機時，以只有螺桿軸10的一方端部由固定在基台的軸承(未圖示)支撐成旋轉自如為佳。基於上述所示的構成，就能夠降低射出成形機之滾珠螺桿裝置1和熔融樹脂容納用之容器的干涉。
此外，從上述(C)式得知，當螺帽20的全長變長時，熱位移差會變大，以致容易產生內部載重。
即，若要抑制因熱位移差造成之內部載重的產生，則需要配合螺帽20的全長來加大軸方向間隙。
於此，一般滾珠螺桿裝置的最高使用溫度，就螺帽20的外徑溫度而言為50℃，此外，當螺桿軸的溫度超過80℃時，恐怕潤滑油會變差或螺帽20內部的樹脂零件會熱變質等，因此螺桿軸10和螺帽20的溫度差△θ就要採用上述各值的差，以最大30℃進行超過時的研討。
〔實施例〕 <軸方向間隙的範圍> 〔軸方向間隙的下限〕
以下，針對本發明的實施例參照圖面進行詳細說明。
首先，針對表1所示之各種要素構成的3個滾珠螺桿 裝置，改變各種的軸方向間隙，計算出當△θ為30℃值產生的內部載重。其結果揭示在第2圖。此外，第2圖中，由於需要配合螺帽全長來改變軸方向間隙，因此橫軸採用相對比例δ/L。
如第2圖所示，可得知當δ/L比0.05×10-3還小時，則內部載重就會上昇。其原因是，由於軸方向間隙小，因此位於螺帽兩端側的滾珠就會成為負值間隙。
其次，為了驗證該結果進行了測試。
該測試，是使用表2所示之各種要素構成的滾珠螺桿裝置，以表2所示之條件進行。此外，第3圖為表示本實施例之軸方向間隙和螺帽全長的比與內部載重之關係驗證用的測試機其構成概略圖。另外，該測試結果揭示在第4圖。
首先，如第3圖所示，該測試機100，其設有彈性手段101以對具備有可使冷卻液循環之冷卻手段50的滾珠螺桿裝置1之螺帽20施加外部載重。另一方面，於滾珠螺桿裝置1之螺桿軸10的一端部透過皮帶輪皮帶102連結有馬達103，構成為該馬達103的旋轉會傳達成 為螺桿軸10的旋轉。接著，於該測試機100中，在溫度測量位置MT設有未圖示之溫度測量手段。
如第4圖所示，當δ/L為0.05×10-3以下時，滾珠螺桿裝置的溫度會上升。其原因是，於螺帽的內部產生內部載重，滾珠螺桿裝置之驅動時的發熱量增加。
從以上結果得知，若要抑制因熱位移差造成之內部載重的產生，則只要將δ/L為以下範圍即可。
δ/L≧0.05×10-3
<軸方向間隙的上限>
於此，δ/L當中，L是根據客戶的要求使用壽命及使用條件決定，因此於實際設計時就需要將軸方向間隙δ設定成較大。
但是，當軸方向間隙設定成太大時，滾動體的接觸面 會上衝至螺紋溝槽的肩部(以下有時簡稱上衝)，恐怕會導致滾珠螺桿裝置的早期破損等不良影響。
於是，就針對軸方向間隙設定成較大時的上限進行了研討。
於此，外部載重的一般標準為滾珠螺桿裝置之靜額定載重(Coa)的10%。
此外，軸方向間隙對上衝造成的影響會因為滾動體的徑(Dw)而有所改變，因此注意δ/Dw即可。
於是，針對下述表3所示之各種要素構成的6個滾珠螺桿裝置，將外部載重為10%Coa於δ/Dw改變時的上衝產生狀況揭示在第5圖。
如第5圖所示，於δ/Dw為0.005以下時，表 3所示之各種要素構成的6個滾珠螺桿裝置全部都不會產生上衝(上衝產生率=0%)，於δ/Dw超過0.005時各種要素構成的滾珠螺桿裝置當中就會有產生上衝的滾珠螺桿裝置，當δ/Dw為0.0065以上時各種要素構成的6個滾珠螺桿裝置全部都會產生上衝(上衝產生率=100%)。特別是，當δ/Dw為約0.0055時，表3所示之6個各種要素構成的滾珠螺桿裝置當中，就會有1個滾珠螺桿裝置產生上衝(上衝產生率=16.6%)，當δ/Dw為約0.006時，表3所示之6個各種要素構成的滾珠螺桿裝置當中，就會有2個滾珠螺桿裝置產生上衝(上衝產生率=33.33%)。
根據以上結果，δ/Dw就以下述範圍為佳。
δ/Dw為≦0.005
針對軸方向間隙彙整以上結果時，軸方向間隙若設計在下述(1)式的範圍時，就能夠提供一種即使螺帽冷卻也不易產生因內部載重造成之冷卻能力降低的滾珠螺桿裝置。
0.05×10-3L≦δ≦0.005Dw…………(1)式
以上，針對本發明的實施形態進行了說明，但本發明並不限於此可進行各種的變更、改良。特別是，本發明的滾珠螺桿裝置，以使用在射出成形機時能夠顯著奏效如以上所述的效果。當射出成形機使用本發明的滾珠 螺桿裝置時，螺桿軸會構成為比工作機械等所使用的滾珠螺桿裝置的螺桿軸還粗並且還短。其結果，本發明的滾珠螺桿裝置，就能夠做為實現高循環、高速、高載重之滾珠螺桿裝置發揮功能。
1‧‧‧滾珠螺桿裝置
10‧‧‧螺桿軸
10a‧‧‧螺紋溝槽
20‧‧‧螺帽
20a‧‧‧螺紋溝槽
20b‧‧‧貫通孔
30‧‧‧滾動體
40‧‧‧滾動體滾動路
δ‧‧‧軸方向間隙

Claims (3)

  1. 一種滾珠螺桿裝置，其特徵為，具有：於外圍面形成有滾動溝槽的螺桿軸；於內圍面形成有對應上述滾動溝槽的滾動溝槽，隔著配置在由該滾動溝槽和上述螺桿軸的滾動溝槽形成之滾動體滾動路的複數滾動體來螺合於上述螺桿軸的螺帽；及設置在上述螺帽之內部的冷卻手段，上述螺桿軸和上述螺帽的溫度差為30℃以下，並隨著上述螺帽全長的變長，使得上述螺桿軸與各滾動體之間的軸方向間隙加大，當上述滾動體的徑為Dw，上述螺帽的全長為L，上述軸方向間隙為δ時，需滿足下述(1)式，0.05×10-3L≦δ≦0.005Dw…………(1)式。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的滾珠螺桿裝置，其中，只有上述螺桿軸之一方的端部為固定著。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所記載的滾珠螺桿裝置，其中，該滾珠螺桿裝置使用在射出成形機。
TW102120326A 2012-06-07 2013-06-07 Ball screw device TWI518263B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012129847 2012-06-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201411010A TW201411010A (zh) 2014-03-16
TWI518263B true TWI518263B (zh) 2016-01-21

Family

ID=49711704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102120326A TWI518263B (zh) 2012-06-07 2013-06-07 Ball screw device

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JPWO2013183298A1 (zh)
CN (1) CN103620267B (zh)
TW (1) TWI518263B (zh)
WO (1) WO2013183298A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106133396B (zh) * 2014-04-14 2018-09-14 日本精工株式会社 滚珠丝杠
CN105221689B (zh) * 2014-06-03 2018-02-02 上银科技股份有限公司 可扩充负荷区偏位预压式滚珠螺杆

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10100041A (ja) * 1996-09-27 1998-04-21 Kitamura Mach Co Ltd 送りネジ装置
JP2000329211A (ja) * 1999-05-21 2000-11-30 Ntn Corp ボールねじおよびその製造方法
PL366732A1 (en) * 2001-07-19 2005-02-07 Nsk Ltd. Method for working nut screw for ball screw
JP4281283B2 (ja) * 2002-02-05 2009-06-17 日本精工株式会社 変速機用電動駆動装置
JP2004257466A (ja) * 2003-02-26 2004-09-16 Nsk Ltd ボールねじ
JP2005076650A (ja) * 2003-08-29 2005-03-24 Nsk Ltd ボールねじ
JP2006009836A (ja) * 2004-06-22 2006-01-12 Nsk Ltd ボールねじ装置
JP5381020B2 (ja) * 2008-11-04 2014-01-08 日本精工株式会社 サーボプレス装置用のボールねじ装置およびこれを用いたサーボプレス装置
JP5353502B2 (ja) * 2009-07-10 2013-11-27 日本精工株式会社 ボールねじ
WO2011024450A1 (ja) * 2009-08-31 2011-03-03 日本精工株式会社 ボールねじ装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103620267A (zh) 2014-03-05
JPWO2013183298A1 (ja) 2016-01-28
CN103620267B (zh) 2016-05-11
TW201411010A (zh) 2014-03-16
WO2013183298A1 (ja) 2013-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Denkena et al. Cooling of motor spindles—a review
JP7200789B2 (ja) 転動装置の予圧診断方法
JP5604896B2 (ja) アンギュラ玉軸受
JP2017116292A (ja) 軸受部品の試験方法及び試験装置
TWI518263B (zh) Ball screw device
EP2982954A1 (en) Method for testing service life of radial-rolling bearing and radial-rolling-bearing testing device
US10634186B2 (en) Ball bearing, spindle device, and machine tool
EP2461072A1 (en) Ball screw device
JP2010133556A (ja) ボールねじ装置
WO2014020649A1 (ja) 直動装置
TWI815960B (zh) 軸承裝置
CN107405693A (zh) 主轴装置
JP4957393B2 (ja) ボールねじ駆動装置
JP2014001818A (ja) ボールねじ、直動案内装置
KR20210099121A (ko) 전동 장치의 진단 방법
JP6589504B2 (ja) ボールねじ
Brito et al. The role of lubricant feed temperature on the performance of twin groove journal bearings: an experimental study
TW202217164A (zh) 軸承裝置
EP2982955B1 (en) Radial-rolling-bearing testing device
Noguchi et al. Effect of oil film parameter on vibration acceleration and electrical pitting of small ball bearing
JP5891674B2 (ja) 直動装置
JP5664505B2 (ja) 水冷式の軸受構造及びそれを用いた軸受構造の冷却方法。
Xiao et al. Recent development on heat transfer augmentation design for reducing surface temperature in a lubrication system
US20200361051A1 (en) Spindle bearing cooling arrangement in an abrading apparatus
JP7347721B1 (ja) 軸受装置の状態の検出方法、検出装置、およびプログラム