TWI544164B - Ball screw device with pre-pressure sensing function - Google Patents

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TWI544164B
TWI544164B TW102115779A TW102115779A TWI544164B TW I544164 B TWI544164 B TW I544164B TW 102115779 A TW102115779 A TW 102115779A TW 102115779 A TW102115779 A TW 102115779A TW I544164 B TWI544164 B TW I544164B
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Inventor
you-ren Zheng
Yu-Xian Huang
Original Assignee
Nat Univ Chung Cheng
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Description

具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置
本發明係與滾珠螺桿裝置有關，特別是關於一種具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置。
滾珠螺桿裝置是精密定位中常用的零組件，包含有一受馬達驅轉之螺桿、一受該螺桿帶動而直線移動之螺帽以及多數設置於螺桿與螺帽之間的滾珠，滾珠以滾動方式作為螺桿與螺帽間動力傳輸介面，藉以大幅降低運動時的摩擦阻力。
滾珠螺桿裝置本身通常會設有預壓力，以消除滾珠與螺桿、螺帽之間的軸向間隙，進而增加滾珠螺桿裝置運轉時的剛性、定位精度以及定位的穩定性，因此預壓力為衡量滾珠螺桿裝置之剛性、定位精度及定位穩定性的重要指標之一。然而，經過一段時間的使用，滾珠與螺桿、螺帽之間會因為磨耗而形成軸向間隙，使得預壓力逐漸消失，導致剛性、定位精度及定位穩定性逐漸降低。
中華民國專利公開編號201204960之專利案揭露了一種可感測出滾珠螺桿裝置之預壓力是否失效的方法，係對滾珠螺桿裝置運作時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，然後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，藉以診斷出滾珠螺桿裝置的預壓力是否消失。
然而，前述之先前技術在實際施行時，並未直接地對滾珠螺桿裝置之受力狀況進行量測，而且很容易受到其他環境因素影響，例如加工過程所產生的振動、噪音或頻率等等，因此其量測結果的準確度較不理想。
有鑑於上述缺失，本發明之主要目的在於提供一種具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置，可供即時監控其預壓力，且係採用直接感測之方式，因而較不易受環境因素影響，因此其感測結果較為準確。
為達成上述目的，本發明所提供之具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置，包含有一螺帽、一螺桿以及複數滾珠，該滾珠螺桿裝置能定義出一中心軸線，該螺帽具有一繞著該中心軸線之內螺紋，該螺桿係穿設於該螺帽並具有一繞著該中心軸線之外螺紋，該等滾珠係能滾動地設置於該螺帽之內螺紋及該螺桿之外螺紋之間；該滾珠螺桿裝置之特徵在於：該螺帽設有一安裝孔，該安裝孔內具有一安裝面，該安裝面係實質上以垂直於該中心軸線之方向而對應於該內螺紋，且該安裝面設置一力量感測器。
藉此，該力量感測器能直接地感測出滾珠施予螺帽之壓力，因此該力量感測器之輸出訊號可供使用者即時監控滾珠螺桿裝置之預壓力維持狀況，以即時得知預壓力不足之問題並進行調整，且其感測結果較不易受環境因素影響，因而較為準確。
有關本發明所提供之具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置的詳細構造、特點、組裝或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。
10‧‧‧滾珠螺桿裝置
20‧‧‧螺帽
22‧‧‧穿孔
24‧‧‧內螺紋
26‧‧‧安裝孔
262‧‧‧安裝面
264‧‧‧開口
28‧‧‧圓柱面
30‧‧‧螺桿
32‧‧‧外螺紋
40‧‧‧滾珠
50‧‧‧力量感測器
60‧‧‧螺帽
62‧‧‧安裝孔
622‧‧‧安裝面
64‧‧‧內螺紋
70‧‧‧螺帽
72‧‧‧安裝孔
722‧‧‧安裝面
L‧‧‧中心軸線
第1圖為本發明一第一較佳實施例所提供之具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置的立體組合圖；第2圖為本發明該第一較佳實施例所提供之具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置的剖視圖；第3圖為本發明一第二較佳實施例所提供之具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置的局部剖視圖；以及第4圖為本發明一第三較佳實施例所提供之具有預壓力感測功能之滾 珠螺桿裝置的局部剖視圖。
申請人首先在此說明，在以下將要介紹之實施例以及圖式中，相同之參考號碼，表示相同或類似之元件或其結構特徵。
請先參閱第1圖及第2圖，本發明一第一較佳實施例所提供之具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置10主要包含有一螺帽20、一螺桿30以及複數滾珠40。
該滾珠螺桿裝置10係與習用者類同，能定義出一中心軸線L，該螺帽20具有一以該中心軸線L為中心之穿孔22，該穿孔22內具有一繞著該中心軸線L之內螺紋24，該螺桿30係能轉動地穿設於該螺帽20之穿孔22，並具有一繞著該中心軸線L之外螺紋32，該等滾珠40係能滾動地設置於該螺帽20之內螺紋24及該螺桿30之外螺紋32之間，藉以將該螺桿30之動力傳輸至該螺帽20而使該螺帽20直線移動，並以滾動方式大幅降低運動時的摩擦阻力。
該滾珠螺桿裝置10與習用者之差異在於該螺帽20設有一安裝孔26，該安裝孔26內具有一安裝面262，該安裝面262係實質上以垂直於該中心軸線L之方向(在第2圖中為向下之方向)而對應於該內螺紋24，且該安裝面262設置一力量感測器50。該力量感測器50可為(但不限於)一應變規，藉以直接地感測滾珠40施予螺帽20之壓力。
在本實施例中，該安裝孔26為一盲孔，且係自該螺帽20外側之圓柱面28以垂直於該中心軸線L之方向而向內凹陷，該安裝面262為一平面，且係面對該安裝孔26之開口264；藉此，該安裝孔26相當容易鑽設，且其安裝面262可相當接近該內螺紋24，使得該力量感測器50感測預壓力之效果更為靈敏。
然而，本發明所提供之滾珠螺桿裝置中，該螺帽之安裝孔設置的位置並不以前述實施例所提供者為限，只要能形成出徑向地對應於內螺紋之安裝面以供力量感測器設置即可。而且，該安裝面亦不限為平面，例如，第3圖所示之本發明一第二較佳實施例，其中之螺帽60的安裝孔62內具有一為凸面之安裝面622；或者，如第4圖所示之本發明一第三較佳實施例，其中之螺帽70的安裝孔72內具有一為凹面之安裝面722。
值得一提的是，在前述該第二較佳實施例中(如第3圖所示)，該安裝面622的曲率半徑係與該螺帽60之內螺紋64的曲率半徑相等，如此之設計使得該力量感測器50各部位與該內螺紋64的距離皆相等，可得到較佳之感測效果。
最後，必須再次說明，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。
10‧‧‧滾珠螺桿裝置
20‧‧‧螺帽
22‧‧‧穿孔
24‧‧‧內螺紋
26‧‧‧安裝孔
262‧‧‧安裝面
264‧‧‧開口
28‧‧‧圓柱面
30‧‧‧螺桿
32‧‧‧外螺紋
40‧‧‧滾珠
50‧‧‧力量感測器
L‧‧‧中心軸線

Claims (7)

  1. 一種具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置，包含有一螺帽、一螺桿以及複數滾珠，該滾珠螺桿裝置能定義出一中心軸線，該螺帽具有一繞著該中心軸線之內螺紋，該螺桿係穿設於該螺帽並具有一繞著該中心軸線之外螺紋，該等滾珠係能滾動地設置於該螺帽之內螺紋及該螺桿之外螺紋之間；該滾珠螺桿裝置之特徵在於：該螺帽設有一安裝孔，該安裝孔內具有一安裝面，該安裝面係實質上以垂直於該中心軸線之方向而對應於該內螺紋，且該安裝面設置一力量感測器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置，其中該力量感測器為一應變規。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置，其中該螺帽之安裝面為一平面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置，其中該螺帽之安裝面為一凸面。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置，其中該凸面之曲率半徑係與該內螺紋之曲率半徑相等。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置，其中該螺帽之安裝面為一凹面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之具有預壓力感測功能之滾珠螺桿裝置，其中該螺帽外側具有一圓柱面，該安裝孔為自該圓柱面凹陷之盲孔。
TW102115779A 2013-05-02 2013-05-02 Ball screw device with pre-pressure sensing function TWI544164B (zh)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI664365B (zh) * 2017-12-29 2019-07-01 財團法人工業技術研究院 一種具傾斜偵測器的滾珠螺桿
US10914368B2 (en) 2018-07-20 2021-02-09 Industrial Technology Research Institute Ball screw with force sensor in radial direction
WO2022052499A1 (zh) * 2020-09-14 2022-03-17 山东大学 一种磁悬浮滚珠丝杠副

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