集成环齿轮的滚柱丝杠机构及相关制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及滚柱丝杠机构的领域，用于将旋转运动转换为直线平移运动，反之亦然。
【背景技术】
[0002]这样的机构设置有包括外螺纹的螺杆、围绕该螺杆设置并且包括内螺纹的螺母、以及多个纵向滚柱，这些滚柱具有与螺杆的外螺纹和螺母的内螺纹接合的外螺纹。
[0003]在第一类型的滚柱丝杠机构中，滚柱的螺纹和螺母的螺纹具有彼此相同的螺旋角，并且不同于螺杆螺纹的螺旋角，使得当螺杆相对于螺母旋转时，滚柱自己旋转并且围绕螺杆滚动，而不会在螺母内轴向移动。滚柱通过环齿轮被引导成旋转地平行于螺杆的轴线，环齿轮装配在螺母的非螺纹部分中，并且包括与所述滚柱的外齿轮齿接合的内同步齿轮齿。这种机构被称为行星滚柱丝杠。
[0004]为了减少要被制造并连接在一起的部件的数量，可以沿轴向在所述螺母的螺纹的任一侧上于螺母上直接形成内同步齿轮齿。
[0005]然而，由于这种机构目前的设计带有集成在螺母中的齿轮齿，所以有必要进行第一齿轮切削操作，以在螺母的孔中形成齿轮齿之一于内螺纹的一侧上，然后车削螺母并且随后在这个孔中进行第二齿轮切削操作，以便在相反侧上形成另一齿轮齿。这种连续操作实质上增加了制造螺母的成本。
[0006]此外，采用这种方法，在形成于螺母上的两个内同步齿轮齿之间通常会出现角度未对准。这种未对准可以引起机构滚柱的变形，主要是由扭转，或者甚至是这些滚柱的齿轮齿的恶化。
[0007]第二类型的滚柱丝杠机构具有类似的工作原理，但是相差倒置的设置。滚柱的、螺杆的以及螺母的螺纹的螺旋角被选择成使得当螺杆相对于螺母旋转时，滚柱绕着螺杆自己旋转并且在螺母中轴向移动。滚柱由外同步齿轮齿旋转地引导，所述外同步齿轮齿形成在螺杆上并且与所述滚柱的齿轮齿接合。这种机构被称为倒置的滚柱丝杠。
[0008]为了制造装有这种机构的外同步齿轮齿的螺杆，还设置有齿轮切削操作，例如借助于安装在共同的支撑心轴上的两个径向作用滚刀。这两个滚刀依次切断在螺杆的外表面上的两个同步齿轮齿。制造螺杆的时间相对较长。此外，在制造过程中，螺杆的外同步齿轮齿之一的齿相对于另一齿轮齿的齿的角度未对准也可能发生在这种情况下。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是克服这些缺点。
[0010]更具体地说，本发明的目的是提供一种易于制造并具有使用寿命增加的滚柱丝杠机构。
[0011]在一个实施例中，所述滚柱丝杠机构包括:螺杆，其包括外螺纹；螺母，其围绕所述螺杆设置并且与之同轴，所述螺母包括内螺纹；以及多个滚柱，它们沿径向设置在所述螺杆和螺母之间，并且分别设置有与所述螺杆的外螺纹和所述螺母的内螺纹接合且具有两个外齿轮齿的外螺纹。
[0012]所述机构还包括两个同步齿轮齿，它们分别与所述滚柱的齿轮齿之一接合。每个齿轮齿的根部直径小于所述螺母的内螺纹的内径。当所述同步齿轮齿形成在螺母上时，每个齿轮齿的根部直径小于所述螺母的内螺纹的内径。所述机构是行星滚柱丝杠型的。根部直径对应于穿过同步齿轮齿的齿的根部或基部的圆。换句话说，根部直径对应于穿过同步齿轮齿的每个齿间隙的底部的圆。
[0013]当同步齿轮齿形成在螺杆上时，每个齿轮齿的根部直径大于所述螺杆的外螺纹的外径。所述机构是倒置的滚柱丝杠型的。
[0014]优选地，所述同步齿轮齿的每个齿包括在横截面中具有凸形轮廓的侧面。
[0015]在一个实施例中，形成在所述螺母上的同步齿轮齿的每个齿包括具有在横截面中由第一内摆线形成的凸形轮廓的第一侧面和具有在横截面中由第二内摆线形成的凸形轮廓的第二侧面。
[0016]在另一实施例中，形成在所述螺杆上的同步齿轮齿的每个齿包括具有在横截面中由第一外摆线形成的凸形轮廓的第一侧面和具有在横截面中由第二外摆线形成的凸形轮廓的第二侧面。
[0017]在另一实施例中，形成在所述螺母或所述螺杆上的同步齿轮齿的每个齿包括每个具有在横截面中由圆弧形成的凸形轮廓的两个侧面。
[0018]所述滚柱的齿轮齿的每个齿可以包括与所述同步齿轮齿接合的平坦面。可替代地，所述滚柱的齿轮齿的每个齿可以包括在横截面中具有凹形轮廓的面。
[0019]本发明还涉及一种致动缸，包括用于旋转驱动的驱动装置和如上限定的滚柱丝杠机构，所述机构的螺杆联接到所述驱动装置。
[0020]本发明还涉及一种制造包括螺纹和沿轴向设置在所述螺纹的任一侧上的两个齿轮齿的滚柱丝杠机构的螺母或螺杆的方法。所述方法包括以下步骤:通过轴向拉削去除材料，以便在单个轴向通行中形成所述两个齿轮齿，所述齿轮齿中的每个相对于所述螺纹沿径向偏置。
[0021]根据实现的一种方法，去除材料以便形成所述两个齿轮齿的步骤在去除材料以便形成所述螺纹的步骤之后进行。
【附图说明】
[0022]通过阅读多个实施例的详细描述，本发明将得到更好的理解，这些实施例通过完全非限制性的示例给出并且通过附图示出，其中:
[0023]-图1是根据本发明第一示例性实施例的滚柱丝杠机构的轴向截面图，
[0024]-图2是图1中机构的滚柱的半轴向截面图，
[0025]-图3是图2中的线II1-1II上的截面图，
[0026]-图4是图1中机构的螺母的详细视图，
[0027]-图5是图4中的线V-V上的部分截面图，
[0028]-图6是根据本发明第二示例性实施例的滚柱丝杠机构的轴向截面图，
[0029]-图7是根据本发明第三示例性实施例的滚柱丝杠机构的轴向截面图，
[0030]-图8是图7中机构的螺杆的部分详细视图，以及
[0031]-图9是根据本发明第四示例性实施例的滚柱丝杠机构的轴向截面图。
【具体实施方式】
[0032]在图1中，行星滚柱丝杠机构10包括:螺杆12(轴线12a)，其设置有外螺纹14 ;螺母16，其围绕螺杆12同轴安装并且设置有内螺纹18，该螺纹的内径大于螺纹14的外径；以及多个纵向滚柱20，其沿径向设置在螺杆和螺母之间。螺杆12沿纵向延伸通过螺母16的圆筒形孔，其上形成有内螺纹18。
[0033]滚柱20彼此相同，并且围绕螺杆12规则分布。每个滚柱20沿着平行于螺杆的轴线12a的轴线20a延伸，并且包括与螺杆的螺纹14和螺母的螺纹18接合的外螺纹22。
[0034]如图2更清楚地所示，每个滚柱20在每个端部包括外齿轮齿24、26和从该齿轮齿朝向外侧轴向延伸的圆筒形轴颈28、30。齿轮齿24、26沿轴向设置在外螺纹22的任一侧上。齿轮齿24、26彼此相同。每个滚柱20还包括环形的外凹槽32、34，沿轴向形成在螺纹22与每个齿轮齿24、26之间。螺纹22沿轴向位于凹槽32、34之间。每个齿轮齿24、26由相关凹槽32、34和相应的轴颈28、30沿轴向限制。
[0035]再次参照图1，螺母16同样包括两个内齿轮齿44、46，它们沿轴向在内螺纹18的任一侧上形成于所述螺母的孔上。每个齿轮齿44、46分别与滚柱的齿轮齿24、26接合用于它们的同步。齿轮齿44、46彼此相同。如下面更详细地描述，每个齿轮齿44、46的根部直径小于螺纹18的内径。齿轮齿44、46以相对于螺纹18朝向机构10的内侧径向偏置的方式形成在螺母16上。
[0036]机构10还包括两个环形环48、50，它们分别沿径向安装在螺杆的螺纹14与螺母16之间，并且相对于相关的齿轮齿44、46朝向外侧轴向偏置。每个环48、50以相对于所述螺母在圆周方向上自由安装的方式沿轴向安装在螺母的孔中。每个环48、50包括多个圆筒形通腔(未作标记)，它们在圆周方向上规则地分布且滚柱的轴颈28、30容纳在其内部。环48,50支承滚柱20，并且在其间保持规则的周向间距。机构10还包括保持环52、54，它们分别安装在形成于螺母孔中的凹槽(未作标记)中，并且旨在轴向地保持相应的环48、50。
[0037]再次参照图2，每个滚柱的齿轮齿24、26分别包括多个径向齿60、62，它们彼此相同并且在圆周方向上以规则的方式彼此间隔开。齿60、62沿轴向延伸。由于每个滚柱20的齿轮齿是相同的，所以本文仅描述齿轮齿24。
[0038]如图3更清楚地所示，齿轮齿24的每个齿60包括两个相对的平面支承侧面或面60a、60b和连接所述面的大直径端部的顶部60c。在所示的示例性实施例中，每个齿的顶部60c是平的。面60a、60b在圆周方向上限制相关的齿。每个齿的面60a、60b在横截面中具有直线轮廓。每个齿的面60a、60b相对于在两个相反的方向上穿过滚柱的轴线20a的所述齿的中间平面P是倾斜的。在所示的示例性实施例中，在考虑到中间平面P时，每个齿的面60a、60b彼此对称。每个齿60在横截面中具有梯形轮廓。一个齿的面60a沿周向相对于紧邻齿的面60b，所述面由凹底60d连接在一起。在所示的示例性实施例中，齿60的数量等于
10。可替代地，可以提供不同的偶数或奇数数量的齿。
[0039]齿轮齿24的外径da对应于穿过齿的顶部60c的圆。这也被称为头部直径。每个滚柱的齿轮齿24的该外径d/j、于螺纹22的根部的直径D(图2)。
[0040]采用每个滚柱的每个齿轮齿24、26的外径da与所述滚柱的螺纹22的根部的直径D之间的这样的比例，没有螺纹在为了加工螺纹22所进行的移除材料的操作过程中形成于这些齿轮齿中的每一个上。这使得有可能避免过早磨损到同步齿轮齿44、46。
[0041]此外，具有相对平坦面的每个滚柱的齿轮齿24、26的齿60、62的设计使得能够在考虑到滚柱的轴线20a时使用径向作用的工具通过在材料的径向方向上的变形来形成这些齿。齿轮齿24、26可以有利地通过乳制而形成。使用径向作用的工具来形成每个滚柱的齿轮齿24、26是特别有利的，因为没有必要为滚柱的每个齿轮齿24、26和相关的螺纹22之间的工具提供轴向间隙。
[0042]此外，齿60、62的面的平面形状使得能够在每个滚柱上获得适于多种节距甚至适于相对较大节距的齿轮齿24、26。借助于齿60和62的面的该平面形状，能够维持小于螺纹22的根部的直径D的滚柱的齿轮齿24、26的外径da独立于滚柱的节距的值。这对于以用于所有可能节距的圆的渐开线形式的滚柱齿轮齿的常规轮廓是不可行的。
[0043]如上所述，螺母18的同步齿轮齿44、46彼此相同。下面仅对齿轮齿44进行详细说明。如图4和5所示，同步齿轮齿44包括彼此相同且在圆周方向上以规则方式彼此间隔开的多个径向齿64。齿64沿轴向延伸，并且沿径向被引导朝向内侧。每个齿64包