专利名称：一种可消除轴向间隙的行星滚柱丝杠机构的制作方法
一种可消除轴向间隙的行星滚柱丝杠机构所属领域本发明属于一种直线作动机构，具体涉及一种可消除轴向间隙的行星滚柱丝杠机构
现有技术直线作动机构是一种可将旋转运动和直线运动相互转化的机械装置。现有常用的直线作动机构主要有两种，一种是滚珠丝杠，一种是行星滚柱丝杠。后者主要由丝杠、滚柱和螺母组成，由于采用了带有螺纹的滚柱取代了滚珠作为传力单元，与滚珠丝杠相比，其传力单元具有更大的接触半径和更多的接触点，因此在位置精度、额定载荷、刚度、速度、寿命等方面均优于滚珠丝杠。但行星滚柱丝杠存在的主要问题是空转打滑，这是螺纹啮合存在轴向间隙造成，会影响传动精度、增大磨损，尤其是高速往复运动会增大啮合冲击。目前解决这一问题的主要方法是采用双螺母，通过两个螺母轴向预紧连接，消除轴向间隙，但这种方法只消除了滚柱与螺母间的轴向间隙，丝杠与滚柱间的轴向间隙仍然存在。文献“Elastic Elements inRoller-Screw Meehanisms”提出了一种消除丝杠与滚柱轴向间隙的方法，即采用一种环形弹簧，安装在螺母上，通过径向力压紧丝杠、滚柱和螺母，同时在滚柱轴头上安装有弹性分离器，在环形弹簧和分离器的共同作用下，达到消除轴向间隙的目的，但这种方法作用力在径向，会造成丝杠和滚柱偏离设计啮合位置，改变中心距、降低承载能力。
发明内容
本发明的目的是由于现有行星滚柱丝杠机构消除轴向间隙的有效方法只有双螺母一种形式，本发明针对消除丝杠与滚柱间轴向间隙的问题，设计了一种可消除丝杠和滚柱轴向间隙的行星滚柱丝杠机构，以达到提高传动精度、减小螺纹啮合冲击、降低振动噪声的目的。该机构适用于短行程、大推力、对位置精度、振动冲击和噪声要求高的直线伺服场
口 ο本发明的技术方案是—种可消除轴向间隙的行星滚柱丝杠机构，包括行星滚柱丝杠副传动组件、支撑组件和轴向间隙调整组件；所述支撑组件将行星滚柱丝杠副传动组件支撑在基座上；所述轴向间隙调整组件消除所述行星滚柱丝杠副传动组件的轴向间隙；行星滚柱丝杠副传动组件主要包括长轴丝杠I、空心丝杠23和滚柱6 ;所述长轴丝杠I上有一台阶形成大端和小端；所述空心丝杠23套在长轴丝杠I小端外壁，通过长轴丝杠I的台阶止靠；空心丝杠23远离长轴丝杠I的一端外壁装有通过收缩压环连接螺栓22连接的收缩压环I 20和收缩压环II 21，收缩压环I 20的外斜壁与收缩压环1121的内斜壁相配；收缩压环连接螺栓22拧动时，收缩压环I 20的外斜壁与收缩压环II 21的内斜壁产生相互作用力，以使空心丝杠23径向压紧长轴丝杠I外壁，从而实现长轴丝杠I传递扭矩带动空心丝杠23同步同向旋转；
若干滚柱6安装在其两端的左行星架7和右行星架15上，同时圆周均布地啮合在长轴丝杠I和空心丝杠23相邻端的外壁；承载螺母10和预紧螺母12则啮合在若干滚柱6的外侧，形成行星滚柱丝杠结构；承载螺母10和预紧螺母12之间有弹性单元11，以产生两者之间相对方向的预紧力，从而消除滚柱6和承载螺母10、滚柱6和预紧螺母12之间的轴向间隙；为了保证长轴丝杠I和滚柱6、空心丝杠23和滚柱6之间的正常啮合，将滚柱6两端部分螺纹切成直齿，通过该两端的直齿分别与左侧内齿圈9和右侧内齿圈13的啮合，保证滚柱6的轴线与长轴丝杠I、空心丝杠23保持平行，从而保证螺纹正常啮合；所述左侧内齿圈9和右侧内齿圈13通过过盈配合分别装入承载螺母10和预紧螺母12内侧；左侧轴端挡圈8和右侧轴端挡圈14分别完成左侧内齿圈9和右侧内齿圈13的轴向定位作用并防止左行星架7和右行星架15的脱落；所述轴向间隙调整组件安装在空心丝杠23远离长轴丝杠I的一端，以消除滚柱6和长轴丝杠I、滚柱6和空心丝杠23之间的轴向间隙；轴向间隙调整组件包括间隙调整垫片I 26、间隙调整垫片II28、弹簧25、中心螺栓27、定位螺栓29和止动环24 ;定位螺栓29将弹簧25两端的间隙调整垫片I 26和间隙调整垫片1128连接在一起，在弹簧25的作用下，间隙调整垫片I 26和间隙调整垫片1128之间初始距离得到调整；若干弹簧25圆周分布，其一端通过间隙调整垫片I 26顶住长轴丝杠I的末端，另一端分别通过间隙调整垫片1128、止动环24顶住空心丝杠23末端向内升出的环状面；中心螺栓27依次穿过间隙调整垫片I 26、间隙调整垫片1128和长轴丝杠1，将上述轴向间隙调整组件固定在长轴丝杠I上，并可通过中心螺栓27调节弹簧25的压缩量；参阅图2，由于弹簧25的作用力，使得滚柱6和长轴丝杠I、除滚柱6和空心丝杠23之间的轴向间隙消除，实现长轴丝杠I的螺纹右侧曲面与滚柱6螺纹左侧曲面无间隙啮合，使空心丝杠23的螺纹左侧曲面与滚柱6螺纹右侧曲面无间隙啮合；所述支撑组件两组完全相同的左侧支撑组件和右侧支撑组件，左侧支撑组件和右侧支撑组件分别安装在长轴丝杠I和空心丝杠23相对两端；所述左侧支撑组件包括依次轴向安装在长轴丝杠I大端外壁的左侧轴承套筒4、左侧轴向圆柱滚子轴承3和左侧轴承挡圈2 ;左侧轴承套筒4提供左侧双列圆锥滚子轴承5的装载并止靠在长轴丝杠I外壁的台阶上，左侧密封圈30使得左侧轴承挡圈2和长轴丝杠I大端外壁之间密封；左侧轴承挡圈2上开有与基座连接的左侧螺栓孔31 ;右侧支撑组件相应的也由右侧双列圆锥滚子轴承16、右侧轴承套筒17、右侧轴向圆柱滚子轴承18、右侧轴承挡圈19、右侧密封圈33和右侧螺栓孔32。工作时，以长轴丝杠I、空心丝杠23和滚柱6均为右 旋螺纹为例，长轴丝杠I为驱动轴，当长轴丝杠I正向旋转，即顺时针旋转时，带动空心丝杠23同步同向旋转，滚柱6在正向，即顺时针公转的同时绕自身轴线反向，即逆时针旋转，此时长轴丝杠I的螺纹右侧曲面与滚柱6螺纹左侧曲面无间隙啮合，滚柱6螺纹右侧曲面与承载螺母10螺纹右侧曲面无间隙啮合并推动承载螺母10和预紧螺母12 —起沿轴线向右运动，滚柱6上与空心丝杠23相配部分的螺纹不参与啮合。当长轴丝杠I反向旋转，即逆时针旋转时,带动空心丝杠23同步同向旋转，滚柱6在反向，即逆时针公转的同时绕自身轴线正向，即顺时针旋转，空心丝杠23的螺纹左侧曲面与滚柱6螺纹右侧曲面啮合，滚柱6螺纹左侧曲面与空心丝杠23左侧曲面无间隙啮合并推动承载螺母10和预紧螺母12 —起沿轴向向左运动，此时，滚柱6上与长轴丝杠I相配部分的螺纹不参与哨合。
当行星滚柱丝杠机构工作一定时间后，由于磨损需要调节空心丝杠23与滚柱6间的轴向间隙以保持无间隙啮合传动，此时松开收缩压环连接螺栓22，解除长轴丝杠I与空心丝杠23间的径向压紧力，调节中心螺栓27，使得弹簧25压缩，沿轴向微调空心丝杠23使其与长轴丝杠I再次压紧滚柱6螺纹，;如果需要调整的间隙较大，而现有弹簧25的压缩量不足，再调整定位螺栓29，增大间隙调整垫片I 26和间隙调整垫片II 28的初始距离，从而增加弹簧25的压缩量，便于通过中心螺栓27调节更大范围间隙。最后再将收缩压环连接螺栓22拧紧，通过收缩压环I 20和收缩压环II 21重新将长轴丝杠I与空心丝杠23压紧。本发明的有益效果是本发明提出的行星滚柱丝杠机构将丝杠分成两段，一段为长轴丝杠，一段为空心丝杠，安装时将长轴丝杠装入空心丝杠并在端部采用收缩盘沿径向将长轴丝杠和空心丝杠进行压紧，两段丝杠螺纹将滚柱螺纹夹紧，从而解决了消除丝杠和滚柱轴向间隙的问题，此机构不会改变中心距和改变承载能力，而且便于滚柱安装。该机构还可通过轴端中心螺栓和弹簧进行轴向间隙调整，以便于螺纹经过长期工作磨损后再次进行轴向间隙调整。该机构消除了丝杠和滚柱间的轴向间隙，解决了由于轴向间隙造成的空转打滑问题，有效的提高了传动精度、降低螺纹啮合冲击、保证承载能力、降低了噪声，提高整体传动效率。此外，本发明所述消除轴向间隙的机构还可用于其他直线作动机构，例如滚珠丝杠等。
图I :本发明提出的可消除轴向间隙的行星滚柱丝杠机构剖视图；图2 :长轴丝杠和空心丝杠分别与滚柱啮合位置放大图；其中I-长轴丝杠，2-左侧轴承挡圈，3-左侧轴向圆柱滚子轴承，4-左侧轴承套筒，5-左侧双列圆锥滚子轴承，6-滚柱，7-左侧行星架，8-左侧轴端挡圈，9-左侧内齿圈，10-承载螺母，11-弹性单元，12-预紧螺母，13-右侧内齿圈，14-右侧轴端挡圈，15-右侧行星架，16-右侧双列圆锥滚子轴承，17-右侧轴承套筒，18-右侧轴向圆柱滚子轴承，19-右侧轴承挡圈，20-收缩压环I，21-收缩压环II，22-收缩压环连接螺栓，23-空心丝杠，24-止动环，25-弹簧，26-间隙调整垫片I，27-中心螺栓，28-间隙调整垫片II，29-定位螺栓，30-左侧密封圈，31-左侧螺栓孔，32-右侧螺栓孔，33-右侧密封圈。
具体实施例方式本实施例中的可消除轴向间隙的行星滚柱丝杠机构，包括行星滚柱丝杠副传动组件、支撑组件和轴向间隙调整组件；所述支撑组件将行星滚柱丝杠副传动组件支撑在基座上；所述轴向间隙调整组件消除所述行星滚柱丝杠副传动组件的轴向间隙；行星滚柱丝杠副传动组件主要包括长轴丝杠I、空心丝杠23和滚柱6 ;所述长轴丝杠I上有一台阶形成大端和小端；所述空心丝杠23套在长轴丝杠I小端外壁，通过长轴丝杠I的台阶止靠；空心丝杠23远离长轴丝杠I的一端外壁装有通过收缩压环连接螺栓22连接的收缩压环I 220和收缩压环II 21，收缩压环I 20的外斜壁与收缩压环1121的内斜壁相配；收缩压环连接螺栓22拧动时，收缩压环I 20的外斜壁与收缩压环II 21的内斜壁产生相互作用力，以使空心丝杠23径向压紧长轴丝杠I外壁，从而实现长轴丝杠I传递扭矩带动空心丝杠23同步同向旋转；10个滚柱6安装在其两端的左行星架7和右行星架15上，同时圆周均布地啮合在长轴丝杠I和空心丝杠23相邻端的外壁；承载螺母10和预紧螺母12则啮合在若干滚柱6的外侧，形成行星滚柱丝杠结构；承载螺母10和预紧螺母12之间有弹性单元11，以产生两者之间相对方向的预紧 力，从而消除滚柱6和承载螺母10、滚柱6和预紧螺母12之间的轴向间隙；本实施例中的弹性单元11为弹簧垫片。为了保证长轴丝杠I和滚柱6、空心丝杠23和滚柱6之间的正常啮合，将滚柱6两端部分螺纹切成直齿，通过该两端的直齿分别与左侧内齿圈9和右侧内齿圈13的啮合，保证滚柱6的轴线与长轴丝杠I、空心丝杠23保持平行，从而保证螺纹正常啮合；所述左侧内齿圈9和右侧内齿圈13通过过盈配合分别装入承载螺母10和预紧螺母12内侧；左侧轴端挡圈8和右侧轴端挡圈14分别完成左侧内齿圈9和右侧内齿圈13的轴向定位作用并防止左行星架7和右行星架15的脱落；所述轴向间隙调整组件安装在空心丝杠23远离长轴丝杠I的一端，以消除滚柱6和长轴丝杠I、滚柱6和空心丝杠23之间的轴向间隙；轴向间隙调整组件包括间隙调整垫片I 26、间隙调整垫片1128、弹簧25、中心螺栓27、定位螺栓29和止动环24 ;四组定位螺栓29将弹簧25两端的间隙调整垫片I 26和间隙调整垫片1128连接在一起，在弹簧25的作用下，间隙调整垫片I 26和间隙调整垫片1128之间初始距离得到调整；四组弹簧25呈圆周分布，其一端通过间隙调整垫片I 26顶住长轴丝杠I的末端，另一端分别通过间隙调整垫片II 28、止动环24顶住空心丝杠23末端向内升出的环状面；中心螺栓27依次穿过间隙调整垫片I 26、间隙调整垫片1128和长轴丝杠1，将上述轴向间隙调整组件固定在长轴丝杠I上，并可通过中心螺栓27调节弹簧25的压缩量；参阅图2，由于弹簧25的作用力，使得滚柱6和长轴丝杠I、除滚柱6和空心丝杠23之间的轴向间隙消除，实现长轴丝杠I的螺纹右侧曲面与滚柱6螺纹左侧曲面无间隙啮合，使空心丝杠23的螺纹左侧曲面与滚柱6螺纹右侧曲面无间隙啮合；所述支撑组件两组完全相同的左侧支撑组件和右侧支撑组件，左侧支撑组件和右侧支撑组件分别安装在长轴丝杠I和空心丝杠23相对两端；所述左侧支撑组件包括依次轴向安装在长轴丝杠I大端外壁的左侧轴承套筒4、左侧轴向圆柱滚子轴承3和左侧轴承挡圈2 ;左侧轴承套筒4提供左侧双列圆锥滚子轴承5的装载并止靠在长轴丝杠I外壁的台阶上，左侧密封圈30使得左侧轴承挡圈2和长轴丝杠I大端外壁之间密封；左侧轴承挡圈2上开有与基座连接的左侧螺栓孔31 ;右侧支撑组件相应的也由右侧双列圆锥滚子轴承16、右侧轴承套筒17、右侧轴向圆柱滚子轴承18、右侧轴承挡圈19、右侧密封圈33和右侧螺栓孔32。本实施例中，长轴丝杠I、空心丝杠23和滚柱6均为右旋螺纹；本实施例中的可消除轴向间隙的行星滚柱丝杠机构工作时，长轴丝杠I为驱动轴，当长轴丝杠I正向旋转，即顺时针旋转时，带动空心丝杠23同步同向旋转，滚柱6在正向，即顺时针公转的同时绕自身轴线反向，即逆时针旋转，此时长轴丝杠I的螺纹右侧曲面与滚柱6螺纹左侧曲面无间隙啮合，滚柱6螺纹右侧曲面与承载螺母10螺纹右侧曲面无间隙啮合并推动承载螺母10和预紧螺母12 —起沿轴线向右运动，滚柱6上与空心丝杠23相配部分的螺纹不参与啮合。当长轴丝杠I反向旋转，即逆时针旋转时,带动空心丝杠23同步同向旋转，滚柱6在反向，即逆时针公转的同时绕自身轴线正向，即顺时针旋转，空心丝杠23的螺纹左侧曲面与滚柱6螺纹右侧曲面啮合，滚柱6螺纹左侧曲面与空心丝杠23左侧曲面无间隙啮合并推动承载螺母10和预紧螺母12 —起沿轴向向左运动，此时，滚柱6上与长轴丝杠I相配部分的螺纹不参与哨合。当行星滚柱丝杠机构工作一定时间后，由于磨损需要调节空心丝杠23与滚柱6间 的轴向间隙以保持无间隙啮合传动，此时松开收缩压环连接螺栓22，解除长轴丝杠I与空心丝杠23间的径向压紧力，调节中心螺栓27，使得弹簧25压缩，沿轴向微调空心丝杠23使其与长轴丝杠I再次压紧滚柱6螺纹，;如果需要调整的间隙较大，而现有弹簧25的压缩量不足，再调整定位螺栓29，增大间隙调整垫片I 26和间隙调整垫片1128的初始距离，从而增加弹簧25的压缩量，便于通过中心螺栓27调节更大范围间隙。最后再将收缩压环连接螺栓22拧紧，通过收缩压环I 20和收缩压环1121重新将长轴丝杠I与空心丝杠23压紧。
权利要求
1.一种可消除轴向间隙的行星滚柱丝杠机构，包括行星滚柱丝杠副传动组件、支撑组件和轴向间隙调整组件；所述支撑组件将行星滚柱丝杠副传动组件支撑在基座上；所述轴向间隙调整组件消除所述行星滚柱丝杠副传动组件的轴向间隙； 行星滚柱丝杠副传动组件主要包括长轴丝杠(I)、空心丝杠(23)和滚柱￠);所述长轴丝杠(I)上有一台阶形成大端和小端；所述空心丝杠(23)套在长轴丝杠(I)小端外壁，通过长轴丝杠(I)的台阶止靠；空心丝杠(23)远离长轴丝杠(I)的一端外壁装有通过收缩压环连接螺栓(22)连接的收缩压环I (20)和收缩压环II (21)，收缩压环I (20)的外斜壁与收缩压环II (21)的内斜壁相配；收缩压环连接螺栓(22)拧动时，收缩压环I (20)的外斜壁与收缩压环11(21)的内斜壁产生相互 作用力，以使空心丝杠(23)径向压紧长轴丝杠(I)外壁； 若干滚柱(6)安装在其两端的左行星架(7)和右行星架(15)上，同时圆周均布地啮合在长轴丝杠(I)和空心丝杠(23)相邻端的外壁；承载螺母(10)和预紧螺母(12)则啮合在若干滚柱(6)的外侧，形成行星滚柱丝杠结构；承载螺母(10)和预紧螺母(12)之间有弹性单元(11); 所述滚柱(6)两端部分螺纹的直齿分别与左侧内齿圈(9)和右侧内齿圈(13)的啮合，保证滚柱￠)的轴线与长轴丝杠(I)、空心丝杠(23)保持平行，从而保证螺纹正常啮合；所述左侧内齿圈(9)和右侧内齿圈(13)通过过盈配合分别装入承载螺母(10)和预紧螺母(12)内侧；左侧轴端挡圈(8)和右侧轴端挡圈(14)分别完成左侧内齿圈(9)和右侧内齿圈(13)的轴向定位作用并防止左行星架(7)和右行星架(15)的脱落； 所述轴向间隙调整组件安装在空心丝杠(23)远离长轴丝杠(I)的一端；轴向间隙调整组件包括间隙调整垫片I (26)、间隙调整垫片II (28)、弹簧(25)、中心螺栓(27)、定位螺栓(29)和止动环(24);定位螺栓(29)将弹簧(25)两端的间隙调整垫片I (26)和间隙调整垫片11(28)连接在一起，在弹簧(25)的作用下，间隙调整垫片1(26)和间隙调整垫片11(28)之间初始距离得到调整；若干弹簧(25)圆周分布，其一端通过间隙调整垫片1(26)顶住长轴丝杠(I)的末端，另一端分别通过间隙调整垫片II (28)、止动环(24)顶住空心丝杠(23)末端向内升出的环状面；中心螺栓(27)依次穿过间隙调整垫片I (26)、间隙调整垫片11(28)和长轴丝杠(I)，将上述轴向间隙调整组件固定在长轴丝杠(I)上，并可通过中心螺栓(27)调节弹簧(25)的压缩量； 所述支撑组件两组完全相同的左侧支撑组件和右侧支撑组件，左侧支撑组件和右侧支撑组件分别安装在长轴丝杠(I)和空心丝杠(23)相对两端；所述左侧支撑组件包括依次轴向安装在长轴丝杠(I)大端外壁的左侧轴承套筒(4)、左侧轴向圆柱滚子轴承(3)和左侧轴承挡圈(2);左侧轴承套筒(4)提供左侧双列圆锥滚子轴承(5)的装载并止靠在长轴丝杠(I)外壁的台阶上，左侧密封圈(30)使得左侧轴承挡圈(2)和长轴丝杠(I)大端外壁之间密封；左侧轴承挡圈(2)上开有与基座连接的左侧螺栓孔(31);右侧支撑组件相应的也由右侧双列圆锥滚子轴承(16)、右侧轴承套筒(17)、右侧轴向圆柱滚子轴承(18)、右侧轴承挡圈(19)、右侧密封圈(33)和右侧螺栓孔(32)。
全文摘要
本发明公开了一种可消除轴向间隙的行星滚柱丝杠机构，属于直线作动机构。该机构将丝杠分成一段长轴丝杠和一段空心丝杠，安装时将长轴丝杠装入空心丝杠，通过轴向间隙调整组件将两段丝杠螺纹和滚柱螺纹夹紧，并在端部采用收缩盘沿径向将两者压紧，从而解决了消除丝杠和滚柱轴向间隙的问题。此机构不会改变中心距和承载能力，而且便于滚柱安装。该机构还可在螺纹经过长期工作磨损后，通过轴端中心螺栓和弹簧进行轴向间隙调整。该机构解决了轴向间隙造成的空转打滑问题，有效提高了传动精度、降低螺纹啮合冲击、保证承载能力、降低噪声，提高整体传动效率。此外，本发明所述消除轴向间隙的方法还可用于其他直线作动机构，例如滚珠丝杠等。
文档编号F16H57/12GK102628500SQ20121011823
公开日2012年8月8日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者佟瑞庭, 刘岚, 刘更, 吴立言, 王海伟, 董永, 马尚君 申请人:西北工业大学