TWM493619U - 滾珠螺桿裝置 - Google Patents

Description

滾珠螺桿裝置

本創作是關於一種滾珠螺桿裝置，特別關於一種具有兩個獨立循環路徑的滾珠螺桿裝置。

滾珠螺桿為一種廣泛應用在許多機械設備中的裝置，其設置的目的在於提供精密的傳動功能，藉由機械操作中的旋轉運動與直線運動，進而使承載的機台或物件於直線方向上進行作動。

目前所應用的滾珠螺桿裝置主要係由一螺桿、一螺帽以及複數滾珠所構成。螺桿之外表面係具有螺旋式溝槽，螺帽之內表面亦具有螺旋式內溝槽，其能與螺桿間形成一滾珠通道，使滾珠容置於其中，並與螺桿、螺帽形成相對滾動的關係，以降低螺桿與螺帽之間相對轉動之摩擦力。

在實際應用方面，僅有一個螺帽的滾珠螺桿裝置無法滿足重型機具的重負荷要求，因此雙螺帽式的滾珠螺桿裝置便應運而生。圖1為一種習知雙螺帽式的滾珠螺桿裝置1的軸向剖面圖，如圖1所示，習知雙螺帽式的滾珠螺桿裝置1包括螺桿11、兩螺帽12a、12b、複數滾珠13a、13b以及預壓片14。螺桿11的外側具有軌道槽111，而兩螺帽12a、12b的內側分別具有內滾珠槽121a、121b。內滾珠槽121a與部分軌道槽111構成內滾珠通道P1，而內滾珠槽121b則與部分軌道槽111構成內滾珠通道P2，上述之內滾珠通道P1、P2分別與兩側端蓋的循環通道及螺帽本體中的迴流通道(圖未示)形成兩個獨立的循環路徑，分別供滾珠13a、13b容置於其中並滾動。

上述此種雙螺帽式的滾珠螺桿裝置1，為使兩螺帽12a、12b之間存在一預壓力，以清除兩螺帽12a、12b與螺桿11之間所承受軸向負荷的彈性形變量，進而達到高定位精度，乃於兩螺帽12a、12b之間設有一 預壓片14，以達到預壓的目的。

然而，上述之雙螺帽式的滾珠螺桿裝置1不僅需要兩個螺帽12a、12b，且需於兩螺帽12a、12b之間加入預壓片14，如此，整個裝置的元件數量過多，容易因為製作過程所產生的公差而影響整個裝置的定位精度。

因此，如何提供一種滾珠螺桿裝置，可減少元件數量，同時維持高負荷的能力，已成為重要課題之一。

有鑑於上述課題，本創作之目的為提供一種滾珠螺桿裝置，可減少元件數量，同時維持高負荷的能力。

為達上述目的，本創作提供一種滾珠螺桿裝置，包括一螺桿、一螺帽以及複數滾珠，螺桿具有一軌道槽，螺帽滑設於螺桿，螺帽包括一螺帽本體、二端部組件及一循環分流件。螺帽本體有一開口，螺帽本體的內側具有對應軌道槽的一內滾珠槽，內滾珠槽與軌道槽共同構成一內滾珠通道，螺帽本體對應內滾珠通道具有二迴流通道，各端部組件包括一端部循環件，裝設於螺帽本體並具有一循環通道，循環通道連通迴流通道及內滾珠通道，循環分流件為一體成型的單一構件，裝設於螺帽本體並容置於開口，循環分流件具有二循環分流通道，各循環分流通道分別與各迴流通道、循環通道、內滾珠通道之部分形成一循環路徑，滾珠容置於循環路徑中。

在一實施例中，循環分流件於相對二端部各具有一階梯狀結構，而開口具有對應於階梯狀結構的一倒置階梯狀結構。

在一實施例中，循環分流件具有至少一通孔，螺帽本體對應於通孔設置有一固定孔，且通孔與固定孔係藉由一固定元件而連接固定之。

在一實施例中，固定元件為一螺栓，固定孔為一螺孔。

在一實施例中，固定元件為一插銷，並沿滾珠螺桿裝置之徑向方向穿設循環分流件。

在一實施例中，軌道槽具有第一導程，內滾珠槽至少部分具有第二導程，內滾珠槽其餘部分具有第一導程。

在一實施例中，第一導程與第二導程兩者相差範圍介於0.01~0.1公釐之間。

在一實施例中，螺帽本體更具有二端部組裝開口，各端部循環件更具有一循環部，各循環部分別容置於各端部組裝開口，各循環通道分別位於各循環部。

在一實施例中，各端部組件更包括一防塵件及一固定件，防塵件裝設於端部循環件相對於螺帽本體之另一側，而固定件裝設於防塵件相對於端部循環件之另一側。

承上所述，依據本創作之滾珠螺桿裝置，藉由一體成型且具有二各自獨立不相連通的循環分流通道的循環分流件，使本創作之滾珠螺桿裝置同時具有兩個獨立的循環路徑，可維持與習知雙螺帽式滾珠螺桿裝置相同的高負荷特性，以供承載及使重型機具於直線方向上進行作動。相較於習知的雙螺帽式滾珠螺桿裝置使用兩個螺帽，本創作之滾珠螺桿裝置僅需使用一個螺帽，實可減少元件數量，以避免因製作過程所產生的公差而影響到整個滾珠螺桿裝置的定位精度。

在一實施例中，更藉由在螺帽本體上形成具有第一導程及第二導程的內滾珠槽，並與具有第一導程的軌道槽搭配應用，以達到預壓的目的。相較於習知的雙螺帽式滾珠螺桿裝置，本創作之滾珠螺桿裝置毋需加入額外的預壓元件，不僅可減少元件數量，亦提供了一種較為簡易的預壓方式。

1、2、3、4‧‧‧滾珠螺桿裝置

11、21‧‧‧螺桿

111、211‧‧‧軌道槽

12a、12b、22‧‧‧螺帽

121a、121b、2211‧‧‧內滾珠槽

13a、13b、23a、23b‧‧‧滾珠

14‧‧‧預壓片

221、321、421‧‧‧螺帽本體

2212a、2212b‧‧‧迴流通道

222a、222b‧‧‧端部組件

2221a、2221b‧‧‧端部循環件

2222a、2222b‧‧‧防塵件

2223a、2223b‧‧‧固定件

223、323、423‧‧‧循環分流件

2231a、2231b、3231a、3231b、4231a、4231b‧‧‧循環分流通道

3232、4232‧‧‧通孔

33、43‧‧‧固定元件

A-A‧‧‧剖面線

B1、B2‧‧‧循環部

C3、C4‧‧‧循環通道

CP1、CP2‧‧‧循環路徑

D1‧‧‧第一導程

D2‧‧‧第二導程

D2‧‧‧第二導程

E‧‧‧凸部

F‧‧‧區域

O1、O4、O6‧‧‧開口

O2、O3‧‧‧端部組裝開口

O5、O7‧‧‧固定孔

P、P1、P2‧‧‧內滾珠通道

S1‧‧‧階梯狀結構

S2‧‧‧倒置階梯狀結構

圖1為一種習知雙螺帽式的滾珠螺桿裝置的軸向剖面圖。

圖2A為依據本創作一實施例之一種滾珠螺桿裝置的外觀示意圖。

圖2B為圖2A所示之滾珠螺桿裝置的分解示意圖。

圖2C為圖2A所示之滾珠螺桿裝置的部分剖視圖。

圖2D為圖2A所示之循環分流件的外觀示意圖。

圖2E為圖2A所示之滾珠螺桿裝置於剖面線A-A的剖面示意圖。

圖2F為圖2C所示之滾珠螺桿裝置於F區域的放大示意圖。

圖3為依據本創作另一實施例之一種滾珠螺桿裝置的部分分解示意圖。

圖4A為依據本創作又一實施例之一種滾珠螺桿裝置的外觀示意圖。

圖4B為圖4A所示之滾珠螺桿裝置的部分分解示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本創作較佳實施例之一種滾珠螺桿裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

圖2A為依據本創作一實施例之一種滾珠螺桿裝置2的外觀示意圖，圖2B為圖2A所示之滾珠螺桿裝置2的分解示意圖，圖2C為圖2A所示之滾珠螺桿裝置2的部分剖視圖。請同時參照圖2A至圖2C，依據本實施例所示之滾珠螺桿裝置2包括一螺桿21、一螺帽22以及複數滾珠23a、23b。

詳細而言，螺桿21係為一圓柱狀桿體，且其外表面具有沿其軸向(即螺桿21之長軸)連續纏繞的螺旋狀的軌道槽211。螺帽22滑設於螺桿21，螺帽22包括一螺帽本體221、二端部組件222a、222b以及一循環分流件223。然而，端部組件222a、222b的數目非限制必為二個，例如在其他實施例中，亦可以只有一端設置端部組件222a或222b，而另一端不設置。螺帽本體221具有一開口O1，設置於螺帽本體221相對兩端之間，且使螺帽本體221的外表面及內表面相連通。螺帽本體221內側具有對應於軌道槽211之一內滾珠槽2211。其中，內滾珠槽2211與軌道槽211共同構成一內滾珠通道P。而螺帽本體221對應內滾珠通道P具有二迴流通道2212a、2212b。端部組件222a包括一端部循環件2221a，其裝設於螺帽本體221，且具有一循環通道C3，循環通道C3分別連通迴流通道2212a及部分內滾珠通道P。同樣地，端部組件222b亦包括一端部循環件2221b，其裝設於螺帽本體221，且具有一循環通道C4，循環通道C4分別連通迴流通道2212b及部分內滾珠通道P。

在本實施例中，循環分流件223為一體成型的單一構件，可藉由例如但不限為3D列印的方式製成，其裝設於螺帽本體221並容置於開 口O1。圖2D為圖2A所示之循環分流件223的外觀示意圖，請參照圖2D，循環分流件223具有二各自獨立不相連通的循環分流通道2231a、2231b，接著，請參照圖2C，其中，循環分流通道2231a與迴流通道2212a、循環通道C3、內滾珠通道P之部分形成一循環路徑CP1(如圖2B)，複數滾珠23a容置於循環路徑CP1中。而循環分流通道2231b與迴流通道2212b、循環通道C4、內滾珠通道P之部分形成另一循環路徑CP2(如圖2B)，複數滾珠23b容置於循環路徑CP2中。如此，本實施例之滾珠螺桿裝置2即具有兩個獨立的循環路徑CP1、CP2，且僅需單一螺帽22，相較於習知雙螺帽式的滾珠螺桿裝置1(如圖1)，本實施例的滾珠螺桿裝置2，其元件數量較少，可降低因製作過程產生之公差影響定位精度的程度，同時維持與習知雙螺帽式的滾珠螺桿裝置相同的高負荷特性。

在本實施例中，螺帽本體221可透過加工一螺帽本體材所形成。具體來說，螺帽本體材可為金屬塊狀或柱狀材料，再經研磨加工後形成螺帽本體221及其細部結構。當然，螺帽本體221的加工成型方法並非為限制性者。

請參照圖2A及圖2B，在本實施例中，螺帽本體221更具有兩端部組裝開口O2、O3，其分別設置於螺帽本體221的端部的相對側，即螺帽本體221的相對兩端面。於實際應用上，可藉由例如車床銑削的方式，於螺帽本體221的兩端面削除預定尺寸的塊體，並透過研磨及/或拋光等方式處理，將粗成型後剩餘的毛邊去除，以形成端部組裝開口O2、O3。而端部循環件2221a、2221b分別具有一循環部B1、B2，循環部B1、B2分別容置於端部組裝開口O2、O3，且前述之循環通道C3、C4分別位於循環部B1、B2。

請參照圖2B，另外，在本實施例中，端部組件222a更包括一防塵件2222a及一可呈波浪形片狀的固定件2223a，其中，防塵件2222a裝設於端部循環件2221a相對於螺帽本體221的另一側，而固定件2223a則裝設於防塵件2222a相對於端部循環件2221a的另一側。在本實施例中，防塵件2222a可為軟性材質製成，如：樹脂、塑膠或橡膠等材質，而固定件2223a可為剛性材質製成，如：鐵或鋼等金屬材質，兩者之間可具有一 定程度的彈性差異，以分別提供滾珠螺桿裝置2所需之不同功能。亦即，防塵件2222a設置於端部循環件2221a及固定件2223a之間，可以藉由防塵件2222a軟性材質的特性，以吸收端部組件222a組裝時的公差，並提供較佳的防塵及/或油封效果。而固定件2223a設置於螺帽22的最外側，藉由剛性材質的特性，可提升抗撞擊能力。於此特別說明，本實施例的端部組件222b、端部循環件2221b、防塵件2222b及固定件2223b具有對應於上述之端部組件222a、端部循環件2221a、防塵件2222a、固定件2223a相同的內容，於此不再贅述。

圖2E為圖2A所示之滾珠螺桿裝置2於剖面線A-A的剖面示意圖，請同時參照圖2B、圖2D及圖2E，在本實施例中，循環分流件223除了是一體成型的單一構件外，其於相對的兩端部具有一階梯狀結構S1，而開口O1則具有一倒置階梯狀結構S2，倒置階梯狀結構S2的構形是對應於階梯狀結構S1。於實際應用上，循環分流件223可自螺帽本體221的內部，是由內向外的方向卡合於開口O1的位置，而形狀相互對應的階梯狀結構S1及倒置階梯狀結構S2相互抵靠，同時，循環分流件223受到滾珠23b以及螺桿21(如圖2C)的支撐，藉此，使循環分流件223穩固設定於螺帽本體221。另外，由於本實施例的滾珠螺桿裝置2，並未使用螺栓來固定循環分流件223及螺帽本體221，因此可避免螺栓因長期使用而產生崩牙的問題，進而延長滾珠螺桿裝置2的使用壽命。

圖2F為圖2C所示之滾珠螺桿裝置2於F區域的放大示意圖，請參照圖2F，在本實施例中，螺桿21內側的軌道槽211具有第一導程D1，而螺帽本體221的內滾珠槽2211至少部分具有第二導程D2，其餘部分則具有第一導程D1。請同時參考圖2C及圖2F，在本實施例中，是將最中央相鄰的兩內滾珠槽2211間的導程設計為第二導程D2，而其餘相鄰的兩內滾珠槽2211間的導程則為第一導程D1。然，本創作不以此為限。另外，舉例而言，第一導程D1可為5公釐，而第二導程D2可為5.03公釐，兩者的導程差為0.03公釐。於實際應用上，第一導程D1與第二導程D2兩者相差範圍較佳是介於0.01~0.1公釐之間。如此，滾珠螺桿裝置2可藉由具有導程差的內滾珠槽2211與軌道槽211，並搭配滾珠23a、23b，以達到 偏位預壓的目的。在本實施例中，藉由事先在螺帽本體221上以例如研磨的方式形成具有第一導程D1及第二導程D2的內滾珠槽2211，並與具有第一導程D1的軌道槽211搭配應用，以產生偏位預壓目。相較於習知的滾珠螺桿裝置1(如圖1)需加入額外的預壓元件(預壓片14)，本實施例不需設置額外的預壓元件，故可減少整個滾珠螺桿裝置2的元件數量，以避免因各元件的製作公差，而影響到整個裝置的定位精度。

另外，請再次參考圖2C及圖2D，值得一提的是，循環分流件223的下表面具有凸部E，於此所稱的「下表面」是指當循環分流件223組裝於開口O1時，會朝向螺帽本體221內側的表面。如此，當循環分流件223裝設於開口O1時，凸部E可對應填充螺桿21的部分內滾珠槽2211，特別是對應於循環分流通道2231a、2231b位置的內滾珠槽2211，若是循環分流件223不具有凸部E，對應的內滾珠槽2211與循環分流件223之間將會產生空隙，而空隙將會影響到滾珠螺桿裝置2的承載剛性，意即，當滾珠螺桿裝置2承載其他機具時，可能發生崩裂的現象。

圖3為依據本創作另一實施例之一種滾珠螺桿裝置3的部分分解示意圖，請參照圖3，滾珠螺桿裝置3具有與圖2A所示之滾珠螺桿裝置2大致相同的元件及相對設置關係，不同的地方在於，本實施例之滾珠螺桿裝置3是以循環分流件323取代圖2A所示之循環分流件223。循環分流件323除了具有二不相連通的循環分流通道3231a、3231b外(其特徵對應於圖2A之循環分流通道2231a、2231b)，更具有至少一通孔3232。本實施例雖然是以循環分流件323具有兩通孔3232為舉例，然，本創作不以此數量為限制。另外，本實施例之滾珠螺桿裝置3是以螺帽本體321取代圖2A所示之螺帽本體221。本實施例的螺帽本體321與圖2A所示之螺帽本體221不同的地方在於，螺帽本體321具有開口O4(取代圖2A之開口O1)，而鄰近於開口O4且對應於通孔3232的位置分別對應設有固定孔O5。通孔3232與固定孔O5可藉由固定元件33而連接固定之。在本實施例中，固定元件33為一螺栓，而固定孔O5則為一螺孔。其餘相關內容請參照前述實施例，於此不再贅述。

圖4A為依據本創作又一實施例之一種滾珠螺桿裝置4的外 觀示意圖，圖4B為圖4A所示之滾珠螺桿裝置4的部分分解示意圖，請同時參照圖4A及圖4B，滾珠螺桿裝置4具有與圖2A所示之滾珠螺桿裝置2大致相同的元件及相對設置關係，不同的地方在於，本實施例之滾珠螺桿裝置4是以循環分流件423取代圖2A所示之循環分流件223。循環分流件423除了具有兩循環分流通道4231a、4231b外(其特徵對應於圖2A之循環分流通道2231a、2231b)，更具有通孔4232，其是以徑向貫穿循環分流件423。另外，本實施例是以螺帽本體421取代圖2A所示之螺帽本體221。本實施例的螺帽本體421與圖2A所示之螺帽本體221不同的地方在於，螺帽本體421具有開口O6(取代圖2A之開口O1)，而鄰近於開口O6且對應於通孔4232兩端的位置分別對應設有固定孔O7。通孔4232與兩固定孔O7分別藉由固定元件43而連接固定之。在本實施例中，固定元件43為一插銷，其沿滾珠螺桿裝置4之徑向方向依序穿設固定孔O7、通孔4232、固定孔O7，進而固定螺帽本體421及循環分流件423。其餘相關內容請參照前述實施例，於此不再贅述。

於此，要特別說明的是，上述之滾珠螺桿裝置4，避免使用螺栓來固定循環分流件423及螺帽本體421，因此可避免螺栓因長期使用而產生的崩牙問題，進而延長滾珠螺桿裝置4的使用壽命。

綜上所述，依據本創作之滾珠螺桿裝置，藉由一體成型且具有二各自獨立不相連通的循環分流通道的循環分流件，使本創作之滾珠螺桿裝置同時具有兩個獨立的循環路徑，可維持與習知雙螺帽式滾珠螺桿裝置相同的高負荷特性，以供承載及使重型機具於直線方向上進行作動。相較於習知的雙螺帽式滾珠螺桿裝置使用兩個螺帽，本創作之滾珠螺桿裝置僅需使用一個螺帽，實可減少元件數量，以避免因製作過程所產生的公差而影響到整個滾珠螺桿裝置的定位精度。

在一實施例中，更藉由在螺帽本體上形成具有第一導程及第二導程的內滾珠槽，並與具有第一導程的軌道槽搭配應用，以達到預壓的目的。相較於習知的雙螺帽式滾珠螺桿裝置，本創作之滾珠螺桿裝置毋需加入額外的預壓元件，不僅可減少元件數量，亦提供了一種較為簡易的預壓方式。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

2‧‧‧滾珠螺桿裝置

21‧‧‧螺桿

211‧‧‧軌道槽

22‧‧‧螺帽

221‧‧‧螺帽本體

2211‧‧‧內滾珠槽

222a、222b‧‧‧端部組件

2221a、2221b‧‧‧端部循環件

2222a、2222b‧‧‧防塵件

2223a、2223b‧‧‧固定件

223‧‧‧循環分流件

2231a、2231b‧‧‧循環分流通道

23a、23b‧‧‧滾珠

B1、B2‧‧‧循環部

E‧‧‧凸部

C3、C4‧‧‧循環通道

CP1、CP2‧‧‧循環路徑

O1‧‧‧開口

O2‧‧‧端部組裝開口

S1‧‧‧階梯狀結構

S2‧‧‧倒置階梯狀結構

Claims (9)

1. 一種滾珠螺桿裝置，包括：一螺桿，具有一軌道槽；一螺帽，滑設於該螺桿，該螺帽包括：一螺帽本體，具有一開口，該螺帽本體的內側具有對應該軌道槽一內滾珠槽，該內滾珠槽與該軌道槽共同構成一內滾珠通道，該螺帽本體對應該內滾珠通道具有二迴流通道；及二端部組件，各該端部組件包括：一端部循環件，裝設於該螺帽本體並具有一循環通道，該循環通道連通該迴流通道及該內滾珠通道；以及一循環分流件，為一體成型的單一構件，裝設於該螺帽本體並容置於該開口，該循環分流件具有二循環分流通道，各循環分流通道分別與各該迴流通道、該循環通道、該內滾珠通道之部分形成一循環路徑；以及複數滾珠，容置於該些循環路徑中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿裝置，其中該循環分流件於相對二端部各具有一階梯狀結構，而該開口具有對應於該階梯狀結構的一倒置階梯狀結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿裝置，其中該循環分流件具有至少一通孔，而該螺帽本體對應於該通孔設置有一固定孔，且該通孔與該固定孔係藉由一固定元件而連接固定之。
4. 如申請專利範圍第3項所述之滾珠螺桿裝置，其中該固定元件為一螺栓，該固定孔為一螺孔。
5. 如申請專利範圍第3項所述之滾珠螺桿裝置，其中該固定元件為一插銷，並沿該滾珠螺桿裝置之徑向方向穿設該循環分流件。
6. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿裝置，其中該軌道槽具有一第一導程，該內滾珠槽至少部分具有一第二導程，該內滾珠槽其餘部分具有該第一導程。
7. 如申請專利範圍第6項所述之滾珠螺桿裝置，其中該第一導程與該第二導程兩者相差範圍介於0.01~0.1公釐之間。
8. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿裝置，其中該螺帽本體更具有二端部組裝開口，各該端部循環件更具有一循環部，各該循環部分別容置於各該端部組裝開口，各該循環通道分別位於各該循環部。
9. 如申請專利範圍第1項所述之滾珠螺桿裝置，其中各該端部組件更包括一防塵件及一固定件，該防塵件裝設於該端部循環件相對於該螺帽本體之另一側，而該固定件裝設於該防塵件相對於該端部循環件之另一側。