TWM576632U - 智慧滾珠螺桿裝置 - Google Patents

Abstract

本新型揭露一種智慧滾珠螺桿裝置包括二螺帽，各螺帽包括一螺帽本體及二循環件。螺帽本體的內側具有對應螺桿之軌道槽之一內滾珠槽，內滾珠槽與部分的軌道槽共同構成一內滾珠通道，螺帽本體更具有對應於內滾珠通道之一迴流通道。各循環件具有一循環通道，循環通道分別連通內滾珠通道及迴流通道，且該些循環通道、內滾珠通道與迴流通道形成一循環路徑。預壓組件包含二預壓件，各預壓件的內部具有一容置空間。至少一感測器設置於該些容置空間的至少其中之一，且複數滾珠容置於該些循環路徑中。

Description

智慧滾珠螺桿裝置

本新型是關於一種滾珠螺桿裝置，特別關於一種雙螺帽的智慧滾珠螺桿裝置。

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，因此雙螺帽的滾珠螺桿裝置便應運而生。由於雙螺帽滾珠螺桿裝置需承載重的負荷，因此必需隨時監測其運行狀況，習知技術是利用外部設置感測器的方式來感測裝置運行時的壓力或溫度，然而，由於感測器是設置在裝置外部，因此，其所感測到壓力或溫度數值會與裝置內部實際情況有差異，無法精準地反應裝置內部運作的實際情況。

本新型之目的為提供一種智慧滾珠螺桿裝置，可在裝置內部精準地感測溫度或壓力，以反應實際運作狀況，藉此達到智慧監控的目的。

為達上述目的，依本新型之一種智慧滾珠螺桿裝置，包括一螺桿、二螺帽、一預壓組件、至少一感測器以及複數滾珠。螺桿具有一軌道槽。該些螺帽滑設於螺桿，各螺帽包括一螺帽本體及二循環件。螺帽本體的內側具有對應軌道槽之一內滾珠槽，內滾珠槽與部分的軌道槽共同構成一內滾珠通道，螺帽本體 更具有對應於內滾珠通道之一迴流通道。該些循環件設置於螺帽本體，各循環件具有一循環通道，循環通道分別連通內滾珠通道及迴流通道，且該些循環通道、內滾珠通道與迴流通道形成一循環路徑。預壓組件夾設於該些螺帽之間，預壓組件包含二預壓件，各預壓件為弧形狀且其內部具有一容置空間。至少一感測器設置於該些容置空間的至少其中之一。該些滾珠容置於該些循環路徑中。

承上所述，在本新型之智慧滾珠螺桿裝置中，各螺帽的螺帽本體的內側具有對應軌道槽之內滾珠槽，內滾珠槽與部分的軌道槽共同構成內滾珠通道，且螺帽本體更具有對應於內滾珠通道之迴流通道；循環件設置於螺帽本體，各循環件的循環通道分別連通內滾珠通道及迴流通道，且該些循環通道、內滾珠通道與迴流通道形成循環路徑；預壓組件夾設於該些螺帽之間，且預壓組件的各預壓件為弧形狀且其內部具有一容置空間；至少一感測器設置於預壓件的容置空間的至少其中之一，且滾珠容置於該些循環路徑中。藉此，使得本新型之智慧滾珠螺桿裝置可在裝置內部精準地感測溫度或壓力，以反應實際運作狀況，藉此達到智慧監控的目的。

1‧‧‧智慧滾珠螺桿裝置

11‧‧‧螺桿

111‧‧‧軌道槽

112‧‧‧軸心

12、13‧‧‧螺帽

121、131‧‧‧螺帽本體

1211、1311‧‧‧內滾珠槽

1212、1312‧‧‧凹槽

1213、1313、1214‧‧‧連接孔

122、123、132、133‧‧‧循環件

124‧‧‧端面

14‧‧‧預壓組件

141、142‧‧‧預壓件

1411、1421‧‧‧定位孔

1411a、1421a‧‧‧第一定位孔

1411b、1421b‧‧‧第二定位孔

1412、1422‧‧‧第一固定件

15‧‧‧感測器

15a‧‧‧壓力感測器

15b‧‧‧溫度感測器

16‧‧‧滾珠

17、18‧‧‧連接組件

171、181‧‧‧連接件

1711、1811‧‧‧固定孔

1712、1812‧‧‧螺絲孔

172、182‧‧‧第二固定件

A-A‧‧‧直線

C1、C2‧‧‧連接部

F‧‧‧區域

F1、F2‧‧‧壓力

H‧‧‧鏤空拱型結構

O1、O2‧‧‧通孔

P‧‧‧循環路徑

P1‧‧‧內滾珠通道

P2‧‧‧迴流通道

P3‧‧‧循環通道

S‧‧‧容置空間

S1‧‧‧階梯狀結構

S2‧‧‧倒階梯狀結構

U‧‧‧連通槽

圖1為依據本新型一實施例之一種智慧滾珠螺桿裝置的外觀示意圖。

圖2為圖1所示之智慧滾珠螺桿裝置的分解示意圖。

圖3為圖1所示之智慧滾珠螺桿裝置沿直線A-A的部分剖視示意圖。

圖4A為圖1所示之智慧滾珠螺桿裝置的另一剖視示意圖。

圖4B為圖4A所示的智慧滾珠螺桿裝置中，區域F的放大示意圖。

圖5為圖2所示之智慧滾珠螺桿裝置的一螺帽與預壓組件的連接示意圖。

圖6為圖5所示之螺帽與預壓組件組合後的示意圖。

圖7為圖2所示之智慧滾珠螺桿裝置的預壓件之容置空間的結構示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本新型較佳實施例之智慧滾珠螺桿裝置，其中相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

圖1為依據本新型一實施例之一種智慧滾珠螺桿裝置的外觀示意 圖，圖2為圖1所示之智慧滾珠螺桿裝置的分解示意圖，而圖3為圖1所示之智慧滾珠螺桿裝置沿直線A-A的部分剖視示意圖。

請參照圖1至圖3所示，智慧滾珠螺桿裝置1可包括一螺桿11、二螺帽12、13、一預壓組件14、至少一感測器15以及複數滾珠16。另外，本實施例之智慧滾珠螺桿裝置1更可包括二連接組件17、18。

螺桿11係為一圓柱狀桿體，其外表面具有沿其軸向(即螺桿11之長軸)連續纏繞的螺旋狀的軌道槽111。螺帽12、13滑設於螺桿11。於此，螺桿11係穿過螺帽12的通孔O1、預壓組件14與螺帽13的通孔O2。如圖2所示，本實施例之螺帽12包括有對應的螺帽本體121及兩個循環件122、123，且螺帽13也包括有對應的螺帽本體131及兩個循環件132、133。螺帽本體121(或131)可透過加工一螺帽本體材料所形成。具體來說，螺帽本體材料可為金屬塊狀或柱狀材料，再經研磨加工後形成螺帽本體121(或131)及其細部結構。當然，螺帽本體121、131的加工成型方法並非為限制性者。

如圖3所示，螺帽本體121、131的內側分別具有對應於螺桿11之軌道槽111的一內滾珠槽1211、1311，且螺帽本體121的內滾珠槽1211與部分的軌道槽111共同構成一內滾珠通道P1，螺帽本體131的內滾珠槽1311與部分的軌道槽111共同構成另一內滾珠通道P1(兩個螺帽本體121、131各自有一個內滾珠通道P1)。另外，螺帽本體121、131更分別具有對應於內滾珠通道P1之一迴流通道P2(兩個螺帽本體121、131各自具有一個迴流通道P2)。

請再參照圖2與圖3所示，循環件122、123設置於螺帽本體121，循環件132、133設置於螺帽本體131。於此，螺帽本體121更具有二個連接部C1、C2，螺帽本體131具有二個連接部C1、C2，循環件122、123連接於螺帽本體121對應的連接部C1、C2，且循環件132、133連接於螺帽本體131對應的連接部C1、C2。當循環件122、123、132、133組合在對應的連接部C1、C2時，可使螺帽12、13分別成為一中空的圓筒狀結構。沿螺桿11的軸向方向上，本實施例的循環件122、123位於螺帽本體121的同一側，循環件132、133也位於螺帽本體131的同一側，使得四個循環件122、123、132、133皆位於智慧滾珠螺桿裝置1的同一側。

另外，在螺帽12中，循環件122、123分別具有一循環通道P3(為了避免圖面太過繁雜，圖3只標示循環件122的循環通道P3)，循環通道P3的兩側分別連通螺帽本體121的內滾珠通道P1及迴流通道P2，且循環件122、123的兩個循環通道P3、螺帽本體121的內滾珠通道P1與迴流通道P2可形成一循環路徑P，使得滾珠16可容置於螺帽12的循環路徑P中。在螺帽13中，循環件132、133同樣分別具有循環通道P3(為了避免圖面太過繁雜，圖3只標示循環件132的循環通道P3)，循環通道P3的兩側分別連通螺帽本體131的內滾珠通道P1及迴流通道P2，且循環件132、133的兩個循環通道P3、螺帽本體131的內滾珠通道P1與迴流通道P2可形成另一個循環路徑P，使得滾珠16可容置於此循環路徑P中。因此，本實施例之智慧滾珠螺桿裝置1具有兩個螺帽12、13，兩個螺帽12、13各自具有獨立的循環路徑P，使滾珠16可容置於其中，使得智慧滾珠螺桿裝置1為雙螺帽式的滾珠螺桿裝置。

另外，為了使智慧滾珠螺桿裝置1的兩螺帽12、13之間存在一預壓力，以清除兩螺帽12、13與螺桿11之間所承受軸向負荷的彈性形變量，進而使智慧滾珠螺桿裝置1達到高定位精度，本實施例的智慧滾珠螺桿裝置1的預壓組件14是夾設於兩個螺帽12、13之間，藉此達到偏位預壓的目的。

圖4A為圖1所示之智慧滾珠螺桿裝置的另一剖視示意圖，而圖4B為圖4A所示的智慧滾珠螺桿裝置中，區域F的放大示意圖。

請參照圖2、圖4A與圖4B所示，連接組件17、18設置於該些螺帽本體121、131的相對側。本實施例的連接組件17具有一連接件171，螺帽本體121、131更分別具有對應於連接件171且鄰近預壓組件14之一凹槽1212、1312(圖2)，凹槽1212、1312可組成一連通槽U(圖4A、圖4B)，使得連接件171可設置於連通槽U。其中，連接件171是嵌入連通槽U內，並與連通槽U緊密配合。於此，螺帽本體121、131的上、下兩側皆具有鄰近預壓組件14之凹槽1212、1312。於實際應用上，可藉由例如車床銑削的方式，於螺帽本體121、131的兩相對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，以形成凹槽1212、1312。為了將連接件171固定在連通槽U，本實施例的連接組件17更具有一固定件172(於此稱為第二固定件 172)，而螺帽本體121的凹槽1212具有對應於第二固定件172的連接孔1213(圖4B)，使得第二固定件172可穿過連接件171的固定孔1711並連接於連接孔1213，以將連接件171固定在連通槽U上(也固定在螺帽12)。

另外，連接組件18位於智慧滾珠螺桿裝置1相對於連接組件17的相對側，且連接組件18與螺帽13的連結關係，與連接組件17與螺帽12的連結關係類似。同樣地，連接組件18也具有一連接件181，螺帽本體121、131的另一凹槽1212、1312(圖2未標示，可參照圖4A)組成另一個連通槽U，連接件181嵌入此連通槽U內，並與連通槽U緊密配合。為了將連接件181固定在此連通槽U，螺帽本體131下側的凹槽1312具有對應於第二固定件182的連接孔1313，使得第二固定件182可穿過連接件181的固定孔1811(圖2)並連接於連接孔1313，以將連接件181固定在連通槽U上(也固定在螺帽13)。藉此，可通過連接組件17、18固定螺帽12、13的相對位置，使螺帽12、13可夾持預壓組件14以提供預壓力。在本實施例中，第二固定件172、182可例如但不限於為螺絲、螺栓或插銷，並不限制。另外，本實施例之連接件171與連接件181分別為單邊鎖固，上側的連接件171與下側的連接件181固定在對應之連通槽U的位置是相反的。如圖4A所示，連接件171利用第二固定件172固定在上側連通槽U的左側(螺帽本體121)，連接件181利用第二固定件182固定在下側連通槽U的右側(螺帽本體131)。

值得一提的是，在圖4A中，各連接件171、181還具有一螺絲孔1712、1812，該些螺絲孔1712、1812的用途在於：當要拆卸螺帽12、13時，需先將連接件171、181移除，但因為組裝緊密配合的緣故，連接件171、181在第二固定件172、182移除後仍有不易由連通槽U移除的狀況，此時，可利用螺絲鎖入此螺絲孔1712、1812，以方便將連接件171、181提起，達到移除連接件171、181的目的。另外，圖4A上側只有一個第二固定件172穿過連接件171以固定在螺帽12，下側只有一個第二固定件182穿過連接件181以固定在螺帽13，其原因在於：當螺帽12、13組裝在螺桿11後，必須要以各別旋轉的方式(一螺帽固定，另一螺帽反向轉動，或是兩個螺帽以不同方向或速率轉動)才能分離，而連接件171及連接件181各自崁入凹槽1212、1312內，以此限制螺帽12、13各 別轉動，使螺帽12、13能同步轉動而達到螺帽12、13不分離的目的。此外，若是使用兩個固定件172將連接件171與螺帽12鎖固在一起，且兩個固定件182將連接件181與螺帽13鎖固在一起，則螺帽12、13間的距離有可能會受到固定孔1711、1811孔距的影響而脫離預壓件141、142產生的預壓效果。

因此，如圖4A與圖4B所示，藉由上述的結構，本實施例之智慧滾珠螺桿裝置1的預壓組件14可夾設在兩個螺帽12、13之間，藉此，使預壓組件14可往相對兩側的螺帽12、13分別提供沿螺桿11軸向方向的一預壓力，進而使螺帽12、13與螺桿11的珠溝可產生足夠偏位，如此，使預壓組件14搭配螺帽12、13與螺桿11對滾珠16產生預壓力，以達到偏位預壓的目的，藉此可清除兩螺帽12、13與螺桿11之間所承受軸向負荷的彈性形變量，進而使智慧滾珠螺桿裝置1達到高定位精度。

請參照圖2、圖5與圖6所示，其中，圖5為圖2所示之智慧滾珠螺桿裝置的一螺帽與預壓組件的連接示意圖，而圖6為圖5所示之螺帽與預壓組件組合後的示意圖。於此，圖4的預壓組件14係以固定在螺帽12為例，然並不以此為限，在不同的實施例中，預壓組件14也可固定在螺帽13，並不限定。

如圖2、圖5與圖6所示，本實施例之預壓組件14包含兩個預壓件141、142，各預壓件141、142為弧形狀且其內部具有一容置空間S，使得至少一個感測器15可設置於預壓件141、142之該些容置空間S的至少其中之一(圖2)。於此，感測器15可例如但不限於為壓力感測器(例如應變規，Strain Gauge)，或是溫度感測器，或其組合。本實施例係以包含有壓力感測器與溫度感測器之複數個感測器15分別設置於預壓件141、142各自的容置空間S內為例，以由智慧滾珠螺桿裝置1內部直接感測其運行時的壓力與溫度，以全面監測其運行狀態，以下會再說明。

各預壓件141、142的一端部具有一階梯狀結構S1，其另一端部具有一倒階梯狀結構S2，預壓件141、142的兩個階梯狀結構S1彼此相對設置，且預壓件141、142的兩個倒階梯狀結構S2也彼此相對設置。相對設置的兩個階梯狀結構S1或兩個倒階梯狀結構S2可接觸或不接觸。本實施例是以相對設置的兩個階梯狀結構S1與兩個倒階梯狀結構S2皆不接觸為例(圖6)，使預壓 件141、142因熱漲或冷縮時有其漲縮空間。

為了將預壓件141、142固定在螺帽12的端面124(圖5)，本實施例的各預壓件141、142具有至少一個定位孔，且至少一個固定件可穿過對應的至少一個定位孔，並連接在螺帽12的端面124的對應連接孔1214，以將預壓件141、142固定在螺帽12的端面124。在本實施側中，預壓件141具有兩個定位孔1411，預壓件142也具有兩個定位孔1421，且四個固定件(於此稱為第一固定件)：兩個第一固定件1412與兩個第一固定件1422分別穿過對應的定位孔1411、1421並連接在端面124對應的連接孔1214(四個)，以將預壓件141、142固定在螺帽12的端面124上。於此，第一固定件1412、1422可例如但不限於為螺絲、螺栓或插銷，並不限制。特別一提的是，第一固定件1412、1422是由同一方向(沿著螺桿11的軸向方向)穿過預壓件141、142固定在螺帽12的端面124上，藉此，可方便預壓件141、142的組裝或拆除。

另外，如圖6所示，於此，預壓件141的上側的定位孔可稱為第一定位孔(標示為1411a)，其下側的定位孔可稱為第二定位孔(標示為1411b)，而預壓件142的上側的定位孔可稱為第一定位孔(標示為1421a)，其下側的定位孔可稱為第二定位孔(標示為1421b)。在螺桿11的徑向方向上，預壓件141的第一定位孔1411a與預壓件142的第二定位孔1421b的連線會通過螺桿11的軸心112。而且，預壓件142的第一定位孔1421a與預壓件141的第二定位孔1411b的連線也會通過螺桿11的軸心112。

此外，本實施例之預壓件141的兩個定位孔1411a、1411b分別靠近其對應的端部而設置(端部有階梯狀結構S1或倒階梯狀結構S2)，預壓件142的兩個定位孔1421a、1421b也分別靠近其對應的端部而設置，藉此，可使預壓件141、142的內側留有較大的容置空間S，方便感測器15設置在預壓件141、142的內部。

請參照圖7所示，其為圖2所示之智慧滾珠螺桿裝置的預壓件之容置空間的結構示意圖。於此，圖7標示的壓力F1、F2的方向分別平行螺桿的軸向方向，且分別為預壓組件14提供給螺帽12、13之預壓力所產生的反作用力。

如上述，至少一個感測器15可設置於預壓件141、142的該些容置空間S的至少其中之一。本實施例係以多個感測器15分別設置於預壓件141、142的容置空間S內為例。其中，設置於容置空間S的感測器可包含壓力感測器15a與多個溫度感測器15b。如圖7所示，以預壓件141為例，預壓件141的容置空間S內具有一鏤空拱型結構H，壓力感測器15a可設置於鏤空拱型結構H的側壁，因此，當滾珠螺桿裝置運行時，由於預壓組件14夾設在兩個螺帽12、13之間時，因此螺帽12沿螺桿11的軸向方向可對鏤空拱型結構H產生壓力F1，另一螺帽13沿螺桿11的軸向方向可對鏤空拱型結構H產生相反於壓力F1之壓力F2，壓力F1、F2將造成鏤空拱型結構H產生形變，此形變可被壓力感測器15a偵測到，經換算後可得到壓力值。此外，滾珠螺桿裝置運行時所產生的熱能也可由螺桿11、螺帽12、13傳導至預壓件141，使得溫度感測器15b就可得到裝置運行時的溫度，再將感測到的壓力與溫度傳輸至外部後，使用者就可監測智慧滾珠螺桿裝置1運行的狀況，藉此達到智慧監控的目的。各預壓件內部各自封裝有壓力感測器與溫度感測器的詳細結構，可參考台灣專利申請號：106146354，在此不再多作說明。

綜上所述，因依本新型之智慧滾珠螺桿裝置。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本新型之精神與範疇，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。

Claims (10)

1. 一種智慧滾珠螺桿裝置，包括： 一螺桿，具有一軌道槽； 二螺帽，滑設於該螺桿，各該螺帽包括： 一螺帽本體，其內側具有對應該軌道槽之一內滾珠槽，該內滾珠槽與部分的該軌道槽共同構成一內滾珠通道，該螺帽本體更具有對應於該內滾珠通道之一迴流通道；及 二循環件，設置於該螺帽本體，各該循環件具有一循環通道，該循環通道分別連通該內滾珠通道及該迴流通道，且該些循環通道、該內滾珠通道與該迴流通道形成一循環路徑； 一預壓組件，夾設於該些螺帽之間，該預壓組件包含二預壓件，各該預壓件為弧形狀且其內部具有一容置空間； 至少一感測器，設置於該些容置空間的至少其中之一；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項所述之智慧滾珠螺桿裝置，其中沿該螺桿的軸向方向上，二個該循環件位於該螺帽本體的同一側。
3. 如申請專利範圍第1項所述之智慧滾珠螺桿裝置，其中各該預壓件的一端部具有一階梯狀結構，其另一端部具有一倒階梯狀結構，該些預壓件的該些階梯狀結構相對設置，且該些預壓件的該些倒階梯狀結構相對設置。
4. 如申請專利範圍第3項所述之智慧滾珠螺桿裝置，其中相對設置的該些階梯狀結構或該些倒階梯狀結構不接觸。
5. 如申請專利範圍第1項所述之智慧滾珠螺桿裝置，其中各該預壓件具有至少一定位孔，至少一第一固定件穿過對應的該至少一定位孔並連接在該些螺帽的其中之一，以將各該預壓件固定在該些螺帽的其中之一。
6. 如申請專利範圍第5項所述之智慧滾珠螺桿裝置，其中多個第一固定件是由同一方向穿過該些預壓件，以使該些預壓件固定在該些螺帽的其中之一。
7. 如申請專利範圍第5項所述之智慧滾珠螺桿裝置，其中該預壓件具有一端部，該定位孔靠近該預壓件之該端部而設置。
8. 如申請專利範圍第1項所述之智慧滾珠螺桿裝置，其中各該預壓件具有一第一定位孔與一第二定位孔，在該螺桿的徑向方向上，其中之一該預壓件的該第一定位孔與其中另一該預壓件的該第二定位孔的連線通過該螺桿的軸心。
9. 如申請專利範圍第1項所述之智慧滾珠螺桿裝置，更包括： 二連接組件，設置於該些螺帽本體的相對側，各該連接組件具有一連接件，各該螺帽本體更具有鄰近該預壓組件之一凹槽，該些凹槽組成一連通槽，該連接件與該連通槽緊密配合。
10. 如申請專利範圍第9項所述之智慧滾珠螺桿裝置，其中各該連接組件更具有一第二固定件，各該螺帽本體的該凹槽具有對應於該第二固定件的一連接孔，該第二固定件穿過該連接件並連接於該連接孔。