滚珠丝杠传动机构和安装方法与流程

1.本发明涉及滚珠丝杠传动机构，尤其是滚珠丝杠传动机构的滚珠转向机构或滚珠返回机构的改善简化结构，以及所属的安装方法。


背景技术：

2.滚珠循环丝杠或滚珠丝杠传动机构(kgt)通常是指以滚珠为滚动体的滚动螺旋传动机构。kgt的主要组成部分包括丝杠和环套丝杠的丝杠螺母。滚珠在工作中在这两个构件之间循环运动。丝杠还有丝杠螺母的螺纹线被设计成具有合适截面形状的滚珠槽道且互补地彼此协调，从而它们在安装状态下共同形成滚珠通道或滚珠导槽。不同于在此时螺纹侧面以面的形式相对滑动的螺杆
‑
螺母连接中的情况，在kgt中，在螺纹内循环移动的滚珠负责螺母与丝杠之间的载荷传递。以面的形式的滑动运动因此被滚动运动取代，随之而来的是摩擦减小。
3.为了获得滚珠的完整循环路径，采用滚珠转向机构。它们的任务是在第一位置处使滚珠从丝杠螺母与丝杠之间的滚珠导槽中移出并在第二位置处又返回。因此，滚珠返回是一种旁路，其跨过螺母
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丝杠系统的一条或更多条螺纹线，进而形成用于kgt的滚珠的一条完整循环路径。通常，滚珠在丝杠螺母内被径向向外移出滚珠槽道并在丝杠螺母之内或之外在一个通道或一个管(转向通道)中被引导移动，随后它们在为此预定的位置又被送入丝杠和丝杠螺母之间的滚珠通道。
4.从技术上看，kgt起到螺旋传动机构作用，其可将回转运动转换为纵向运动，在此，减速或增速由丝杠尺寸和螺纹导程决定。
5.滚珠丝杠传动机构被用在许多技术应用中，尤其在机器制造中并且此时优选用在机床中。但kgt也越来越多地作为纵向驱动机构被用在迄今采用液压系统或气压系统的领域中，如压制机、浇铸机和助力转向器。另外，kgt也在机电制动系统和液压电动制动系统中起到更多作用，在那里，kgt被用作液压制动缸的代替品或与已知的制动系统并行地被用在制动辅助系统中。
6.滚珠丝杠传动机构原则上以两种方式工作。如果丝杠螺母是位置固定但被安装成可转动的，而丝杠是不可转动但可纵向移动的，则一旦螺母被驱动，丝杠就沿着其纵轴线运动。在第二种情况下，丝杠是位置固定但被安装成可转动的，而丝杠螺母被安装成可纵向移动但不可转动的。这在丝杠被驱动的情况下导致丝杠螺母沿丝杠做线性运动。
7.本发明致力于改善和简化滚球转向。以下，转向机构尤其是指负责从丝杠和丝杠螺母之间的通道中移出并引导入转向通道中的部件。由于许多原因，该部件在功能上很关键且在制造技术上要求很高：在kgt中通常使用许多滚珠，故在kgt的整个长度上总是保证在丝杠和丝杠螺母之间的载荷均匀传递。但同时滚珠须具有足够大的相互间隙以防止在尤其是滚珠转向机构中卡死。当滚珠通过滚珠转向机构被移出滚珠通道时，它们一个接一个在不同的空间方向上经历复杂的方向变化。因此，转向机构必须能在滚珠经历方向变化时补偿滚珠的力。该力一方面是在滚珠脱离(离开丝杠和丝杠螺母之间通道)时所释放的力，
还有因多次转向变换而释放到转向通道本身中的力。
8.根据kgt的驱动方向，此时各转向机构被交替用于移出滚珠通道和引导入滚珠通道，因此必须能可靠满足这两个功能。特别是，滚珠转向机构是kgt工作噪音的主要来源。
9.通常，如此制造滚珠转向机构，在丝杠螺母主体内在适当位置上加工出一个合适的(径向、切向或轴向)孔、通孔或铣槽，其在中心通入内螺纹的滚珠槽。在该开口中固定有通常呈舌状或铲状形成的转向件，以使滚珠移出滚珠通道变得容易。接着使滚珠径向向外转向并沿kgt纵轴线被引导向另一个转向机构。这在形成在丝杠螺母壁之处或之上的管状转向通道或者沟槽形转向通道内进行。接着，另一个转向件将滚珠引导回滚珠通道中。
10.出于合理的工业生产、工作安全考虑和为了减少安装支出，为此采用尽可能少的独立构件是合理的。
11.在这里，仅提及ep2221506作为用于实现滚珠转向的许多可能方案的示例。其描述了一种塑料制成的转向体，其由两个要相互连接的半体组成，这两个半体共同形成一个转向通道并借助锁定或夹紧装置保持在一起。该转向通道以要安放到丝杠螺母上的外转向机构的形式实现。
12.wo2014/184154描述了一种具有两件式结构的滚珠转向机构。径向靠内的构件与径向靠外的构件一起形成滚珠通道，其中，这两个构件由一个包围丝杠螺母的套筒保持就位。
13.一个主要的成本动因还有潜在安装源是滚珠转向机构的复杂结构。通过根据ep2514999的滚珠转向机构获得明显的简化。该文献描述了一体式或一件式的滚珠转向机构，其可从外侧沿切向被插入丝杠螺母内的开口中并实现转向至平行于丝杠螺母轴线布置的通道。
14.在这种情况下，滚珠通过在管状部段中的转向体被引导，这在制造技术上可能使作为注塑件的转向机构变得复杂。
15.本发明的任务因此是描述一种用于滚珠返回的转向机构，该机构具有一个转向通道和两个连接至该转向通道末端的转向机构，其中所述转向机构具有简化构型。


技术实现要素：

16.与现有技术相比，本发明改善了滚珠丝杠传动机构的滚珠返回机构。滚珠返回机构在此包括一个转向通道(在丝杠螺母之中或之处)和两个结构相同的转向机构。其功能又是使滚珠从滚珠丝杠传动机构的丝杠螺母和丝杠之间的滚珠通道中移出并引导入转向通道。这两个转向机构是一体构成的。结构相同意味着它们(除了在制造过程中的系列号不同外)是相同制造的，具有相同的轮廓并且尤其不必例如作为镜像对称件来制造。因此，排除了安装时的混淆。
17.各转向机构在此包括基本上两个功能区或功能件：
18.(i)定位件，其被设计用于限定转向机构的装入位置(即(径向)装入深度、在丝杠螺母中的取向)。在此，“径向”与滚珠丝杠传动机构的纵轴线l是垂直关系。此时定位件是在安装/组装状态下安置在丝杠螺母周面外侧或末端与之齐平的单元。其优选与被设计成止挡面或深度限制机构的丝杠螺母轮廓相互作用。
19.(ii)具有用于滚珠进出滚珠通道的铲形移出区和转向面的偏转件。广义上讲，该
构件的轮廓在结构上与槽道相似，是凹形的、基本呈线性的但仅在局部笔直延伸的凹部。另选地，它可被描述为凹形的弯曲斜坡，其将滚珠从滚珠通道引导入转向通道中(或反之)。横向隆起被选择成其虽然引导滚珠但不会卡住它。因此，槽道隆起的半径将总是大于滚珠半径。横截面中的半径在此不一定是恒定的，因此槽道可以靠近边缘表现得比在中心更平缓，或也可具有椭圆形横截面。槽道也可以在其纵向延伸范围(从移出区经转向面到转向通道)中还改变其半径。此时重要的是，就简化制造意义上，根据本发明的滚珠转向机构在任何一点都不形成完全封闭的管，因此不具有隧道或隧道部段。这种设定在此适用于作为未安装或未完全安装元件的滚珠转向机构或转向机构。在安装状态下，丝杠螺母或套装到丝杠螺母上的盖套的区域、元件或表面将未完全封闭的管补全成隧道或隧道部段，以在滚珠返回机构技术意义上保证可靠的滚珠引导。
20.由于有与装入和移出件一样的功能，故在偏转件说明中的方向说明也按照含义适合用在再引导入丝杠螺母与丝杠之间的滚珠通道中时。
21.根据kgt的设计(转速、滚珠质量、转向角度)，槽道被设计成保持低的kgt噪音生成，这种噪音生成尤其归咎于滚珠在移出滚珠通道时卸除载荷。铲形移出区可被设计成具有如下的碰撞面或区域，其可在移出或卸除时灵活吸收滚珠动能。这也可通过选择材料以及设计移出区和转向面来实现。
22.因此，所述定位件将限制转向机构的径向插入深度并防止其在安装状态下在丝杠螺母之内或之处的扭转。借此确保该转向机构在丝杠螺母凹部中具备规定的位置和取向并能满足其功能。结果，该转向机构被设计成它可在径向上从外侧被装入到丝杠螺母周面中，而不是例如从丝杠螺母的端侧被装入。
23.该定位件优选具有基本呈圆柱形或椭圆形的基本形状，其高度小于在安装处的丝杠螺母的壳厚度。尤其优选地，该定位件还有偏转件彼此平滑地过渡。因此，尽管功能上有所区别，但还是可以实现一体式/一件式的工件。
24.另一个重要特征是，转向机构的设置用于引导滚珠的所有表面均被设计成非封闭的非隧道形的槽道。换句话说，根据本发明的转向机构在未安装状态下不包括用于滚珠引导的任何封闭管段。所述凹形的线性凹部(槽道作为其示例被描述)虽然可以具有支持滚珠引导的侧向高凸的壁，但它并非是呈环形或弧形闭合的，它是一个敞开通道。可以依据张角φ来表征所述开口，该张角被确定为两条直线的交点的角度，所述直线从槽道边缘延伸到该通道内的滚珠的正常工作姿态，垂直于其方向运动所取向，其中该交点位于滚珠中心(参见图11)。自由张角将至少是30
°
，优选是90
°
或更大。φ的上限是180
°
。这种设定应该也适用在滚珠仅在某些运动过程中在这种部段处被引导移动时。
25.优选地，根据本发明的转向机构以塑料注塑工件的形式形成。根据设计和要求轮廓的不同来选择在机械和热学方面足够稳固的且足够弹性的塑料以获得所需使用寿命。相应的工程塑料及其性能是已知的。
26.两个结构相同的转向机构与一个滚珠丝杠传动机构的构件一起形成了滚珠返回机构。在此，转向通道可被设计成陷入丝杠螺母周面中的槽或沟，在槽或沟的末端分别设有一个转向机构。在最简单的实施方式中，转向通道是在丝杠螺母中的一道压制凹槽或铣制凹槽，其被设计成容纳和引导滚珠。该转向机构从外侧被装入丝杠螺母的周面中，确切说在径向上，即从外侧朝向滚珠丝杠传动机构的中心轴线或丝杠中心纵轴线。优选地，该转向机
构被设计成它们只能在径向上被装入，就是说通过线性运动而不是通过(附加的)回转运动和/或旋转运动。这尤其简化了自动化安装。在所述实施方式中，转向通道以及转向机构在安装时都通过齐平包围丝杠螺母的套筒被封闭。因此，该套筒向上或(径向)向外封闭该转向通道。
27.作为被设计成陷入丝杠螺母周面中的槽或沟的转向通道的替代，也可以用转向通道实现滚珠转向机构，转向通道被设计成安装或安放到丝杠螺母周面上的单独构件的形式。在这种情况下，根据设计的不同而可以放弃套筒，并且就像在现有技术中已知的那样，可以通过拧紧、夹紧、锁定来实现转向通道的固定。
28.或者也可想到仅采用转向通道本身并通过所安装的转向通道来保持。
29.下面将描述用于安装滚珠丝杠传动机构的滚珠返回机构的方法和安装步骤。它包括以下步骤：
30.‑
提供两个一体式的结构相同的如上所述的转向机构；
31.‑
提供由至少一个丝杠螺母和丝杠构成的预组装组件，其中，该丝杠螺母具有两个径向向内布置的缺口，其轮廓被设计成能容纳转向机构，所述缺口通过滚珠通道彼此连通；
32.‑
在所述缺口中装入所述转向机构；
33.‑
经由滚珠通道或其中一个转向机构，将多个滚珠装入滚珠丝杠传动机构中；
34.‑
通过在丝杠螺母上安装盖套来固定所述滚珠返回机构。
附图说明
35.图1作为原理草图示意性示出了根据现有技术的kgt。
36.图2示出了具有示意性所示的用于转向机构的凹部和转向通道的丝杠螺母的俯视图。
37.图3示出了根据本发明的转向机构的三个功能单元/组件。
38.图4a至图4c示出了图3的分解视图。
39.图5示出了根据本发明的功能组件的俯视图。
40.图6示出了转向机构的功能单元的立体图。
41.图7以滚珠螺母的横截面图示出了处于安装状态的转向机构。
42.图8示出了图7的截面。
43.图9和图10示出了转向机构的第二实施方式。
44.图11说明性地示出了槽道中的角度关系。
45.图12和图13以侧视图和斜视图示出了本发明的第三实施方式。
具体实施方式
46.图1示出了根据现有技术的一个实施方式中的kgt 2。其旨在说明kgt的最重要的组成部分，它们也会在本说明书中一再使用。以沿中心轴线l的纵截面图示出了kgt 2。丝杠6所具有的外螺纹与kgt 2的滚珠的几何形状匹配，同心包围丝杠的丝杠螺母5的内螺纹也是如此。由此形成螺旋形的滚珠通道4。在所示情况下，滚珠返回机构由安置在丝杠螺母5中的转向通道3构成。转向通过镶嵌在丝杠螺母5端面中的两个转向机构8、8'实现。丝杠螺母5的周面7由此保持空闲。
47.图2示出了具有示意性示出的用于转向的凹部9、9'和转向通道3、3'的丝杠螺母5的俯视图。图8示出了立体变型。在图2中示出了滚珠返回机构1、1'，其在此被设计成开设于周面7中的用于转向通道3、3'的凹槽，其分别包括用于转向的准备好的凹槽9、9'。径向向外敞开的通道或开口最终被套装其上的套筒(在此未示出)或局部盖封闭。l又标示中心纵轴线。
48.图3说明了在功能上为两件式的或(功能上)一分为二的转向机构10的本发明所述的概念。应与示出分解图的图4a至图4c一起来观看。一件式转向机构10如图所示为可将其区域或体积区域配属给不同任务的主体。
49.在图中，安装于“上方”的定位件100在安装状态下形成在最高处、即在丝杠螺母周面处或丝杠螺母周面中的元件。转向机构10的安装方向是在径向上从外侧朝向滚珠丝杠传动机构纵轴线l。在第一实施方式的所示情况下，在定位件100中还能区分出头部110和连接件120。此时在理想情况下，头部110可被看作具有平坦底面12的柱体，该底面与丝杠螺母的起到止挡或深度限制作用的相应表面13配合，其在图2和图8中作为凹部9、9'的一部分被示出。设计成柱体使得能够以简单的方式通过钻或铣而在丝杠螺母5中产生配对轮廓。通过这种设计，也可以在厚壁的丝杠螺母中实现简单而纤细的转向机构。
50.作为另外的功能件，在图3中以及在图4c中拆分地示出了偏转件200。它具有铲形移出区205和转向面210用于将滚珠装入或移出滚珠通道(图6)。偏转件200以其在图中下侧所示的s形轮廓插入滚珠通道中。因为图6使得能够更好地理解偏转件200，因此请参照那里的说明。
51.细长延伸的连接件120将定位件100和偏转件200彼此连接并用于防止扭转。连接件的多边形设计确保了转向机构10尤其是偏转件200具有规定取向并且在工作中不会因撞击和待转向的滚珠的冲击而移动或扭转。通过所选结构，转向机构10没有锁定件或夹紧件也行。即，转向机构10的理论安装位置基本上通过定位件100来保证，在此实施方式中是通过其头部110(深度止挡)和连接件120(防止扭转)来保证。
52.图5示出了转向机构10“从上方”看的视图，即，类似于在安装状态下看向丝杠螺母中的周面7的俯视图。可以看到在转向机构10中的前述功能件的重叠。采用了与图3和图4a至图4c中相同的线条类型。
53.图6以从侧面看的立体图示出转向机构10，其中，在工作中，来自丝杠螺母与丝杠之间的滚珠通道的滚珠碰到偏转件200。铲形移出区205伸入滚珠通道中并首先径向向外地强制滚珠离开螺旋形螺纹运动轨道(在图中相应地“向上”)。然后，转向面210用于使滚珠进入转向通道3(图7)(在图中向右)。该转向通道可以正好平行于丝杠纵轴线延伸，但也可以与丝杠一起包夹出一个角度，如图2和图8所示。由于转向机构10具有结构相同的设计，故如前所述，从移出区205和转向面210起根据运行方向当然还有功能面，滚珠又被引导返回滚珠通道。
54.图7示出了沿着横截面14(图8)穿过具有内置的转向机构10的丝杠螺母5的横截面。标识出了具有转向面210和连接件120的定位件100和偏转件200的位置/布置。可以清楚看到转向面210如何过渡至转向通道3以及定位件100如何用于限定在丝杠螺母5中的转向机构10的位置。在图7中省去了丝杠，示意性示出了丝杠螺母5的内螺纹的槽16。定位件100的底面12的位置由箭头指示。
55.图8示出了丝杠螺母5连同在周面7中的用于滚珠返回机构1的凹部。14标示出图7的横截面平面。
56.图9和图10以不同的视图示出了根据本发明的转向机构10的第二实施方式。具有其半圆形轮廓的元件92标示出在安装状态下插入丝杠的滚珠槽道中的区域。实线箭头表示滚珠移出时的路径。在图10中还示出了移出区205和转向面210。
57.图11是辅助图，其以横截面图示例性示出了凹形的线性凹部的两个变体22、22'，其中，示例性描绘出了槽道。侧向凸起的表面不是环形或弧形闭合的，它们形成一个敞开的通道。开口可以基于可测张角φ来表征，该张角涉及在通道内的滚珠24的常见位置，从滚珠中心起垂直于运动方向(此处垂直进出图面)。“常见位置”在此是指在通道内的滚珠的所有常规操作设定的位置。自由张角将至少是30
°
、优选是90
°
或更大。这两个变体22、22'证明，角度φ也可用于表征具有不同曲率/通道横截面的特征。
58.图12和图13以两个不同视图示出了根据本发明的转向机构10的第三实施方式。其中，定位件100和偏转件200可依据一条水平线来粗略划分。图10又以阴影线示出了移出区205和转向区210。
59.因此，在所有三个实施方式中，尽管转向机构的设计有显著差异，但可以辨别出本发明的特征。
60.在上面的描述、附图和权利要求中公开的发明特征无论是单独地还是以就技术而言有意义或有利的任何组合的形式对于实现本发明而言都是重要的。