一種大載荷高速滾珠絲槓副的製作方法
2023-06-11 01:07:36
專利名稱：一種大載荷高速滾珠絲槓副的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種滾珠絲槓副，具體地說，涉及一種大載荷高速滾珠絲槓副，屬於機械製造技術領域。
背景技術：
滾珠絲槓副是一種螺旋傳動部件，由滾珠絲槓、滾珠螺母、滾珠及回珠器等部 分組成。當滾珠絲槓與滾珠螺母相對轉動時，回珠器擋住滾珠，避免滾珠滾到滾珠螺 母體外，使滾珠在滾珠絲槓、滾珠螺母及返向器構成的閉合通道形成滾珠鏈並作循環滾 動，完成旋轉運動與直線運動的互相轉換。滾珠絲槓副是滾動摩擦副，具有精密定位、 傳動靈敏、傳動效率高(η=90%—95%)、節能的特點，廣泛應用機械行業。隨著電子 技術、控制技術的發展，機械產品正在向高速、重載荷、高精度、高效、節能環保方向 發展，對滾珠絲槓副也提出了相應的要求。滾珠絲槓副的驅動速度V = PhXη (Ph為導程，η為絲槓轉速)，因此提高驅動 速度的辦法一是採用大導程Ph，辦法二是提高絲槓的轉速η。一般的滾珠絲槓副，導 程Ph與滾珠絲槓副節園直徑的比為1/5—1/3。高速滾珠絲槓副採用大導程，導程Ph與 節園直徑的比為1/2—1。由於滾珠鏈的圈數約小於L/Ph，L是滾珠螺母的長度，受制 造工藝的限制，L是有限的，因此增大Ph就減少了滾珠鏈的圈數，即減少了有效承載滾 珠的個數，從而降低了滾珠絲槓副的承載能力。滾珠絲槓副的轉速增加時，受到離心力 的作用，滾珠對螺紋滾道的壓力也增大，磨損也增加；在返向接口處，由於滾珠運動方 向的突然改變，在慣性力的作用下，滾珠對返向器產生強烈的衝擊，這些都會降低滾珠 絲槓副的承載能力。為了在高速運轉時減小滾珠的離心力和返向時的慣性力，現有的大 導程高速滾珠絲槓副就採用小直徑的滾珠，以減小滾珠的質量來減小離心力和慣性力， 由滾珠絲槓副的國家標準「GB/T17857.5— 2008軸向額定靜載荷和動載荷及使用壽命」 的規定可知，滾珠直徑越小，滾珠絲槓副的承載能力就越小。所以現有的大導程高速 滾珠絲槓副，僅用大導程和提高絲槓的轉速的辦法，不採用其他技術措施來提高驅動速 度，就會付出承載能力減小的代價。滾珠絲槓副常用的滾珠循環形式有內循環返向器式、外循環插管式。在導程大 的情況下，內循環返向器較大，高速滾珠絲槓副較少採用內循環返向器。外循環插管式 不受導程限制，但由圖4、圖5可見，滾珠螺紋與插管之間有交角β及交角α，α是螺 旋升角。導程越大，α越大，滾珠對插管產生衝擊越強，嚴重時會撞壞插管的舌部，所 以外循環插管式也不太適合高速大導程滾珠絲槓副。
發明內容
本發明的目的是克服現有技術的不足之處，提供一種大載荷高速滾珠絲槓副。本發明的大載荷高速滾珠絲槓副，包括絲槓、套在絲槓上的螺母、滾珠、位於 螺母兩端的防塵擋珠圈，所說的滾珠為陶瓷滾珠，所說的絲槓的外園上有4條等分的大導程凹滾珠螺紋，螺母的內孔有4條等分的大導程凹滾珠螺紋，螺母內還有4個軸向返向 孔，絲槓的凹滾珠螺紋分別與螺母的凹滾珠螺紋組成4條螺旋通道，4組陶瓷滾珠裝在其 中，所說的防塵擋珠圈內端面上有4條返向槽，內孔有4條等分的大導程凸螺紋，凸螺紋 處於絲槓的凹滾珠螺紋內，所說的螺母兩端是曲面，曲面與防塵擋珠圈內端面上的4條 返向槽組成了陶瓷滾珠的返向通道。優選地，所說的滾珠絲槓上的螺母為雙螺母，兩個螺母之間設有墊片。同樣優選地，所說的滾珠絲槓上的螺母為單螺母。本發明的技術原理如下
1)滾珠絲槓副的滾珠採用陶瓷滾珠，是新材料在滾珠絲槓副領域內的運用，滾珠 絲槓副的滾珠通常是用軸承鋼製造，陶瓷與軸承鋼比較，密度小，硬度高、彈性模量大 (如陶瓷之一的氮化矽Si3N4，密度小60%，硬度高近一倍、彈性模量大50%)。由於相 同直徑的滾珠，陶瓷滾珠質量小，所以絲槓高速運轉時，陶瓷球的離心力小，對螺紋滾 道的壓力也小，磨損也小；陶瓷滾珠的滾珠絲槓副承載能力得以提高；在返向接口處， 由於滾珠運動方向的突變引起的慣性力也小，滾珠對返向器的衝擊就小、噪音、振動和 溫升也相應減少，所以，用陶瓷滾珠的滾珠絲槓副的轉速可以更高。另外，由於陶瓷有 硬度高、彈性模量大的特點，由滾珠絲槓副的國家標準「GB/T17857.4— 2008軸向靜剛 度」及「GB/T17857.5— 2008軸向額定靜載荷和動載荷及使用壽命」的規定可知相同 的直徑、靜載荷及動載荷條件下，由於陶瓷有硬度高、彈性模量大的特點，陶瓷滾珠與 鋼球比較，塑性變形要小得多，接觸疲勞壽命長，彈性變形也小，因此，陶瓷滾珠絲槓 副的軸向額定靜載荷和動載荷大、使用壽命長，軸向靜剛度大。此外，陶瓷球摩擦係數 小，有自潤滑作用，陶瓷滾珠絲槓副傳動效率要高，溫升低，可在不允許使用潤滑油的 情況下使用，也可以在小於400度的高溫環境中使用(此時防塵擋珠圈要用金屬材料制 作)。2)絲槓外園與螺母內孔的4條等分的大導程滾珠螺紋，這種結構大大的增加了 承載滾珠數，如圖6、圖7和圖8，在相同的導程及螺母長度的條件下，圖6是目前常用 的結構，它只有1條大導程滾珠螺紋，其承載滾珠數最少；圖7、圖8分別是有2、4條 等分的大導程滾珠螺紋結構，其承載滾珠數是分別是圖6的2、4倍。本發明提供的這種 高速滾珠絲槓副採用圖8的結構，具有最多的承載滾珠數。3)本發明所述的防塵擋珠圈，如圖9、圖10，是用耐磨損高強度的工程塑料制 成，壽命長，噪音小。防塵擋珠圈內端面上有兩個定位圓柱，將其裝入螺母兩端面上的 兩個小孔定位後，再用4個螺釘(見圖2)裝上防塵擋珠圈，防塵擋珠圈的內端面上有4 條返向槽，內孔有4條等分的大導程凸螺紋，凸螺紋處於絲槓的凹滾珠螺紋內，不僅能 防塵，還能在絲槓與螺母相對轉動，推動陶瓷滾珠在螺旋通道內向前滾動時，擋住陶瓷 滾珠，避免它滾到螺母外，迫使它進入螺母一端防塵擋珠圈的返向槽，再經過螺母內的 軸向返向孔、螺母另一端的返向槽，回到螺旋通道循環連續滾動。螺母的端面是曲面，見圖1，曲面與防塵擋珠圈內端面上的4條返向槽組成了陶 瓷球的返向通道，這通道經過三維曲線擬合的優化設計，以保證陶瓷滾珠沿螺紋切線方 向柔順返向，形成4條滾珠沿螺紋切線方向返向的循環鏈，使滾珠對返向器的衝擊減到 最小，有利於提高滾珠絲槓副的轉速及驅動速度。圖3表示出1條沿滾珠螺紋切線方向返向的滾珠循環鏈(圖中虛線表示的是絲槓後面的滾珠)，滾珠循環鏈貫穿了整個螺母 的長度，所以這種螺母結構緊湊，軸向尺寸短。上述滾珠絲槓副可以像通常滾珠絲槓副 一樣，可以多種預緊方式，圖1中，墊片用於調節預緊力，構成雙螺母滾珠絲槓副。如 圖8隻用一個螺母，不用墊片，構成單螺母。上述螺母端面上曲面的車削工序，端面上 4個軸向孔的鑽鉸工序都可以在數控工具機上很方便地完成，比其他滾珠絲槓副在螺母外園 上加工返向器安裝孔、返向槽工序或在螺母端面上銑橢圓形返向器安裝孔的工序簡單。 上述防塵擋珠圈可以用數控工具機加工，還可以在開發注塑模後，用注塑成形的方法大批 量，低成本地生產。本發明提供的大載荷高速滾珠絲槓副具有如下技術效果
1、本發明採用新材料，用陶瓷做滾珠，由於陶瓷球有密度小，硬度高、彈性模量大 的特點，這就減少了滾珠絲槓副高速運轉時，滾珠的離心力及對其滾道的壓力與磨損， 減少了對返向器的衝擊力、噪音、振動和溫升，提高了滾珠絲槓副Dn值、驅動速度、軸 向額定靜載荷、動載荷、使用壽命、軸向靜剛度；
2、由於陶瓷球有自潤滑作用，氮化矽陶瓷球的滾珠絲槓副，可以在不允許使用潤滑 油的情況下使用，也可以在小於400度的高溫環境中使用(此時防塵擋珠圈要用金屬材 料製作)。這是一般滾珠絲槓副辦不到的；
3、本發明採用4條大導程滾珠螺紋的結構，與現有的高速滾珠絲槓副用的結構比 較，承載滾珠數增加4倍，有效的提高了承載能力，再考慮到採用陶瓷球作滾珠，有密 度小，硬度高、彈性模量大的特點，與一般高速滾珠絲槓副比較，本發明提供的這種大 載荷高速滾珠絲槓副，其承載能力大大增加；
4、本發明所述的防塵擋珠圈，不僅能防塵，還起擋珠及作用返向，它是用耐磨損高 強度的工程塑料製成，壽命長，噪音小。它的4條返向槽，經過三維曲線擬合的優化設 計，保證了陶瓷滾珠沿螺紋切線方向柔順返向，將滾珠對返向器的衝擊減到最小，有利 於提高滾珠絲槓副的轉速及驅動速度；
5、本發明所述結構的滾珠絲槓副，螺母軸向尺寸短；
6、本發明所述結構的滾珠絲槓副，可以採用滾珠絲槓副的常用預緊方式，如單螺 母增大滾珠直徑預緊、雙螺母墊片預緊等；
7、本發明所述的螺母與防塵擋珠圈的製造工藝比較簡單，適合批量生產，成本較低。
圖1是本發明的大載荷高速滾珠絲槓副的結構示意圖； 圖2是圖1的結構示意圖中的A向視圖3是1條沿滾珠螺紋切線方向返向的滾珠循環鏈示意圖； 圖4是大導程滾珠循環鏈與外循環插管之間的α交角關係圖； 圖5是大導程滾珠循環鏈與外循環插管之間的β交角關係圖； 圖6是現有的採用1條滾珠螺紋的高速滾珠絲槓副的結構示意圖； 圖7是現有的採用2條滾珠螺紋的高速滾珠絲槓副的結構示意圖； 圖8是本發明中採用4條滾珠螺紋的單螺母高速滾珠絲槓副的結構示意圖；圖9是本發明防塵擋珠圈的結構示意圖； 圖10是圖9的K-K向剖視圖。其中，1為絲槓，2、5為螺母，3為滾珠，4為防塵擋珠圈，6為墊片，7為螺 釘，11為絲槓上的凹滾珠螺紋，21為螺母上的的凹滾珠螺紋，22為螺母內的軸向返向 孔，23為螺母曲面，31為滾珠循環鏈，41為防塵擋珠圈的返向槽，42為防塵擋珠圈內的 凸螺紋。
具體實施例方式如圖1所示，本發明所述的大載荷高速滾珠絲槓副包括絲槓1、法蘭螺母2、 直筒螺母5、陶瓷滾珠3和防塵擋珠圈4，絲槓1的外園上有4條等分的大導程凹滾珠螺 紋11，法蘭螺母2、直筒螺母5的內孔均有4條等分的大導程凹滾珠螺紋21，上述兩種螺 母內還有4個軸向返向孔22，上述兩種螺母兩端面是曲面23。上述兩種螺母套在絲槓上 後，絲槓1與上述兩種螺母的滾珠螺紋11和21組成了 4條螺旋通道，4組陶瓷滾珠3裝 在螺旋通道中。如圖2所示，防塵擋珠圈4的安裝是通過將防塵擋珠圈4內端面上兩個定位圓柱 43裝入上述兩種螺母的端面上的兩個定位孔內，再用4個螺釘7將防塵擋珠圈4安裝在螺 母的兩端，圖9、圖10中表示出定位圓柱43及防塵擋珠圈4內端面上的4條返向槽41。 防塵擋珠圈4的內孔有4條等分的大導程凸螺紋42，防塵擋珠圈4安裝在螺母上後，凸螺 紋42就處於絲槓1的凹滾珠螺紋內11，這樣凸螺紋42不僅能防塵，還能在運轉時擋住陶 瓷滾珠3，避免它滾到螺母體外，並迫使陶瓷滾珠3進入返向槽41內。返向槽41與上述 兩種螺母兩端的曲面23組成螺母兩端的返向通道，返向通道經過曲線擬合的優化設計， 以保證陶瓷滾珠3沿螺紋切線方向柔順返向。返向通道、螺母體內的返向孔22及絲槓1 與上述兩種螺母之間螺旋通道一起，形成4條封閉通道，當絲槓1相對螺母轉動時，推動 陶瓷滾珠3在封閉通道中連續循環滾動並形成4條滾珠鏈31，圖3表示出其中的1條(圖 中虛線表示的是絲槓後面的滾珠)，滾珠3進入螺旋通道連續循環滾動的同時，將旋轉運 動轉換為直線運動，實現了螺旋傳動。上述兩種螺母之間用墊片6調節好預緊力後，裝 上連接鍵(連接鍵未表示出)，形成雙螺母墊片預緊，可以消除傳動間隙，提高軸向剛 度。如圖8所示，本發明的滾珠絲槓副也可以不用螺母5及墊片6，構成單螺母的滾 珠絲槓副。
權利要求
1.一種大載荷高速滾珠絲槓副，其特徵在於，包括絲槓、套在絲槓上的螺母、滾珠 和位於螺母兩端的防塵擋珠圈，所說的滾珠為陶瓷滾珠，所說的絲槓的外園上有4條等 分的大導程凹滾珠螺紋，螺母的內孔有4條等分的大導程凹滾珠螺紋，螺母內還有4個軸 向返向孔，絲槓的凹滾珠螺紋分別與螺母的凹滾珠螺紋組成4條螺旋通道，4組陶瓷滾珠 裝在其中，所說的防塵擋珠圈內端面上有4條返向槽，內孔有4條等分的大導程凸螺紋， 凸螺紋處於絲槓的凹滾珠螺紋內，所說的螺母兩端是曲面，曲面與防塵擋珠圈內端面上 的4條返向槽組成陶瓷滾珠的返向通道。
2.根據權利要求1所述的大載荷高速滾珠絲槓副，其特徵在於，所說的滾珠絲槓上的 螺母為雙螺母。
3.根據權利要求1所述的大載荷高速滾珠絲槓副，其特徵在於，所說的滾珠絲槓上的 螺母為單螺母。
全文摘要
本發明提供了一種大載荷高速滾珠絲槓副，包括絲槓、套在絲槓上的螺母、滾珠和位於螺母兩端的防塵擋珠圈，所說的滾珠為陶瓷滾珠，所說的絲槓的外園上有4條等分的大導程凹滾珠螺紋，螺母的內孔有4條等分的大導程凹滾珠螺紋，螺母內還有4個軸向返向孔，絲槓的凹滾珠螺紋分別與螺母的凹滾珠螺紋組成4條螺旋通道，4組陶瓷滾珠裝在其中，所說的防塵擋珠圈內端面上有4條返向槽，內孔有4條等分的大導程凸螺紋，凸螺紋處於絲槓的凹滾珠螺紋內，所說的螺母兩端是曲面，曲面與防塵擋珠圈內端面上的4條返向槽組成陶瓷滾珠的返向通道。本發明採用4條大導程滾珠螺紋的結構，與現有的高速滾珠絲槓副用的結構比較，承載滾珠數增加4倍，有效的提高了承載能力，再考慮到採用陶瓷球作滾珠，有密度小，硬度高、彈性模量大的特點，與一般高速滾珠絲槓副比較，本發明提供的這種大載荷高速滾珠絲槓副，其承載能力大大增加。
文檔編號F16H25/22GK102011845SQ20101061007
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者周建偉, 周越魁, 趙建東 申請人:江蘇瑞安特機械集團有限公司