专利名称：滚珠螺旋装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滚珠循环型滚珠螺旋装置。
背景技术：
滚珠螺旋装置包括在其外周表面中具有螺纹槽的螺杆轴和在其内周表面中具有螺纹槽并且从外部安装到螺杆轴上的螺母。多个滚珠插入螺杆轴和螺母的各个螺纹槽之间。在这样的滚珠螺旋装置中，滚珠随着螺杆轴或螺母的旋转运动在各个螺纹槽之间循环，引起螺母和螺杆轴之间的相对伸缩运动。在这种情况下，有必要提供一种与伸缩运动无关的防止滚珠从各个螺纹槽之间滑出的结构。这种结构之一是滚珠循环机构。滚珠循环机构连接由螺杆轴和螺母的各个螺纹槽形成的滚珠通道的两端以形成闭环，从而使滚珠在闭环中循环。传统的滚珠循环机构采用所谓的偏转器。以下将描述偏转器。
偏转器总的来说用于连接螺纹槽的上游侧和其下游侧，其中滚珠从上游侧滚出，并滚动到下游侧，从而在螺纹槽下游侧的滚珠经过螺脊返回到上游侧。被装配到在螺母中形成的径向通孔中的偏转器通过粘接剂被固定到所述通孔中。所述偏转器在其内径表面中具有弯曲形状的滚珠循环槽，用于在大致一圈的螺纹槽中将滚珠从下游侧经过螺脊返回到上游侧。
这样的滚珠螺旋装置需要外部安装部分，即偏转器，这产生偏转器、加工通孔以将偏转器安装在螺母中以及将偏转器安装在螺母中的附加成本。另外，当偏转器很不精确地安装在螺母的通孔中时，滚珠循环槽和螺纹槽不能被精确地定位，导致滚珠的循环性能变差。因此，安装偏转器需要精度，而这是耗费成本的。
因此，本发明的一个主要目的是提供一种滚珠螺旋装置，其能够循环滚珠而不使用偏转器。
本发明的另一个主要目的是提供一种滚珠螺旋装置，其能够循环滚珠而不使用偏转器，因而不产生附加成本。
发明内容
根据本发明的滚珠螺旋装置包括螺母，在螺母的内周表面中具有螺纹槽；螺杆轴，在螺杆轴的外周表面中具有螺纹槽；以及插入各个螺纹槽之间的多个滚珠。在螺杆轴中设置至少大致一圈螺纹槽和滚珠循环槽，所述滚珠循环槽用于连接螺纹槽的下游侧和上游侧，以便滚珠从下游侧返回到上游侧，从而被循环。
在滚珠螺旋装置的情况下，滚珠循环槽代替偏转器被设置在螺杆轴的螺脊上。因此，可以省去诸如偏转器等的外部安装部分，从而有利地消除诸如形成通孔以将偏转器安装到螺母中和安装偏转器的加工步骤。
在本发明的一个优选的实施例中，在螺杆轴中设置至少两个沿轴向彼此相邻的独立螺纹槽，每个螺纹槽大致具有一圈，以及与螺杆轴的多个螺纹槽一样多的滚珠循环槽。所述滚珠循环槽分别连接螺杆轴的相应的螺纹槽的下游侧和上游侧。在该实施例中，滚珠的总数增加，并且负载能力相应地增加。
在本发明的一个优选实施例中，螺旋循环槽使滚珠下沉到内径侧，所述滚珠已滚动到螺杆轴的螺纹槽的下游侧，从而引导滚珠经过螺母的螺脊运行并到达螺纹槽的上游侧。在该实施例中，滚珠循环槽为弯曲形状，以便滚珠可平稳地在螺纹槽和滚珠循环槽之间移动。
在本发明的一个优选的实施例中，分别设置在螺杆轴的每个螺纹槽中的滚珠循环槽被设置成大致相同的相位并且彼此沿轴向相邻。在该实施例中，多个滚珠循环槽被设置成大致相同的相位并且彼此沿轴向相邻，螺纹槽的多圈沿轴向紧密间隔排列，有利地减小了被螺纹槽占据的轴向面积。
在本发明的一个优选的实施例中，用于可转动地保持每个滚珠的挡圈被安装螺杆轴的外周上以便沿轴向的固定位置相对转动。在该实施例中，由于使用了保持滚珠的挡圈，消除了滚珠和螺纹槽之间的干扰，从而允许螺母和螺杆轴容易地相对转动。
图1是根据执行本发明的最佳模式的滚珠螺旋装置的纵剖面图。
图2是图1的螺母已被沿一个轴向方向移动的纵剖面图。
图3是分解的滚珠螺旋装置的透视图。
图4是以截面示出的滚珠螺旋装置的一部分的平面图。
图5是沿着图4的(5)-(5)线截取的剖面图。
图6示意地示出滚珠循环通道的侧视图。
图7是图6的滚珠循环通道的前视图。
具体实施例方式
参照图1至图7，以下详细描述根据执行本发明的最佳模式的滚珠螺旋装置。
滚珠螺旋装置1包括螺母2、螺杆轴3、多个滚珠4和挡圈5。滚珠4在螺母2和螺杆轴3的相对表面之间循环。在螺母2中形成从一个轴端到另一个轴端连续的螺纹槽21。在螺杆轴3的轴向中间区域中，形成多个——在本实施例中为两个——螺纹槽31a和31b，它们每个具有大致一圈并彼此独立。螺母2和螺纹槽21和螺杆轴3的螺纹槽31a和31b被设定相同的螺旋升角。螺纹槽21、31a、31b在截面中被设置成哥特式弧形，但在截面中可以是半圆形。
螺母2和螺杆轴3处于最大伸展的状态，其中它们彼此分开最大的距离，从而保证它们沿轴向的预定长度重叠的区域。螺杆轴3的螺纹槽31a和31b被安置在重叠区域中。每个螺纹槽31a和31b被设置成独立闭环，滚珠4独立地转动以便循环，所述滚珠设置在闭环的螺纹槽31a和31b的两圈中。
更具体地说，用于分别使螺纹槽31a和31b形成闭环的滚珠循环槽33和34被设置在螺脊32处，螺脊32存在于沿螺杆轴3的轴向彼此相邻的螺纹槽31a和31b之间。这两个滚珠循环槽33和34分别连接螺纹槽31a和31b的各个上游侧和下游侧，并且每个滚珠循环槽具有弯曲形状以便使螺纹槽31a和31b的下游侧上的滚珠4下沉到内径侧，从而引导滚珠4经过螺母2的螺脊22运行并返回到上游侧。
挡圈5用于以周向相等的间距隔开多个滚珠4，以便防止滚珠互相干扰，挡圈5由薄的圆柱部件形成。在挡圈5的圆周侧的若干点处设置有沿着轴向方向形成椭圆形的滚珠穴(ball pocket)51，在每个滚珠穴中容纳有四个滚珠中的两个滚珠。
螺母2一体地连接到齿圈7。齿圈7具有旋转动力源，如电动机(未示出)或其它类似的通过减速齿轮与之啮合的动力源，并被支撑以便自由地相对于支撑轴旋转(未示出)，所述支撑轴经由滚动轴承(未示出)通过螺杆轴3的中心孔插入。螺杆轴3安装到诸如盒子(未示出)或其它类似的固定部件上以便既不旋转也不轴向移动。螺母2被设置以相对于螺杆轴3旋转和沿轴向移动。
齿圈7包括由金属制成的环形体8，并具有截面大致呈倒马蹄形形状的上半部，以及由树脂制成的齿轮9，并且齿轮9一体地形成在环形体8中的外圆柱部分81的外周表面中。螺母2相对于齿圈7的环形体8中的外圆柱部分81的内周表面被插入。如图5所示，设置在外圆柱部分81内周表面基侧的锯齿82以及沿螺母插入方向设置在螺母2背侧外周表面中的锯齿23彼此啮合以便以相对非转动的方式连接齿圈7和螺母2。前述的滚动轴承(未示出)被装配到齿圈7的环形体8中的内圆柱部分83的内周表面。
挡圈5被安装在螺杆轴3上以便大致沿轴向不能移动并相对地转动。为此，在螺杆轴3的自由端侧上和挡圈5的一端上分别设置减径部分35和径向向内凸缘52。挡圈5的凸缘52被装配到螺杆轴3的减径部分35上。卡环10与设置在螺杆轴3的减径部分35上的周向槽子啮合。然而，卡环10被安装在远离台阶壁表面36的位置处，所述台阶壁表面36形成在螺杆轴3的减径部分35的边缘上形成螺纹槽21的部分处。挡圈5的凸缘52以小轴隙设置在卡环10和台阶壁表面36之间。因此，挡圈5相对于螺杆轴3沿轴向大致不可动，但可相对转动。
以下描述滚珠螺旋装置1的组装步骤。
首先，挡圈5被安装在螺杆轴3上，接着挡圈5的滚珠穴51被涂以润滑脂直到填满。将需要数量的滚珠4放置在滚珠穴51中。这里使用的润滑脂具有足够的粘性以防止滚珠4因其自重而掉落，并且用于将滚珠4保持在滚珠穴51内部。当前述的步骤完成后，已被设置为相对于螺杆轴3不转动的挡圈5被结合到螺母2中。
以下描述上述的滚珠螺旋装置1的操作。
当齿圈7和螺母2通过驱动电机(未示出)沿一个方向被转动时，螺母2本身被转动，由螺杆轴3引导以便沿一个轴向方向线性地移动，从而，例如，图1所示的状态被变换为图2所示的状态。当电机以相反方向被驱动时，螺母2也以相反方向转动，并沿相反的轴向方向移动，从而，例如，由图2所示的状态变换为图1所示的状态。
因此，当螺母2沿轴向往复运动时，螺母2和螺杆轴3的轴向重叠区域增加或减少。滚珠4由挡圈5引导滚动，从而分别在螺杆轴3的螺纹槽31a和31b中循环，所述螺纹槽31a和31b通过滚珠循环槽34和35形成为独立的闭环，从而螺母2的螺旋运动被平滑地引导，而在螺母2以预定的行程往复运动时能够可靠地防止滚珠4滑出。
如上所述，本发明的实施例具有如下的结构在螺杆轴3中轴向彼此相邻的螺纹槽31a和31b被形成为独立的闭环；滚珠4滚动从而在闭环中循环；两个滚珠循环槽33和34代替传统的偏转器被设置在螺杆轴3的螺脊32处。因此，在该实施例中，与传统的产品相比，使用的部件的数量可减少，这就有利地减省了劳动，例如形成用于将偏转器装配到螺母的通孔，并将偏转器装配到螺母中的劳动。结果，在该实施例中，与使用偏转器的情况相比，制成成本可减小。此外，在该实施例中，与传统产品相反，没有必要相对于滚珠循环槽和螺纹槽调节偏转器的定位，因此消除了由可能出现的偏离定位所引起的质量变差的可能性。
如前所述，当两个滚珠循环槽33和34以大致相同的相位彼此轴向相邻地设置时，如图6所示，从而螺杆轴3的螺纹槽31a和31b可轴向紧密地间隔排列以便有利地减小轴向占据的面积。然而，在这种情况下，设置在滚珠循环槽33和34中的滚珠4既不受径向负载也不受轴向负载，从而，将两个滚珠循环槽33和34沿周向和轴向邻近地设置将以预定的角度在螺纹槽31a和31b的周向上产生空载轴承区。然而，根据前述的实施例，通过缩短螺母2和螺杆轴3的轴向尺寸并将它们的外径设置在较大的值上，在角度θ中的区域可以较小，如图7所示，并且需要较少数量的滚珠4放置在滚珠循环槽33和34中，其中，在角度θ中的区域被螺纹槽31a和31b周向上的滚珠循环槽33和34所覆盖。因此，负载轴承性能的降低可控制以便减小在实际应用中可能产生的麻烦。
本发明并不限于上述的实施例，不同的应用和变形都是可能的选择。
例如，滚珠螺旋装置1可以以这种的方式使用，即螺母2和螺杆轴3之一被转动以沿轴向移动另一个，这是第一种使用模式，或者以这样的方式使用，即螺母2和螺杆轴3之一沿轴向移动以转动另一个，这是第二种使用模式。第一种使用模式被称作前向效率，用于将转矩转换成推力，后面将有四个例子。第二种使有模式被称作反向效率，用于将推力转换为转矩，后面将说明它的四个例子。
1.第一种使用模式1)如前所述，转动着的螺母2轴向移动。在这种情况下，螺杆轴3被设置为不转动并且不可以进行轴向移动以便使螺母2转动。
2)不转动的螺母2轴向移动。在这种情况下，螺杆轴3被设置为沿轴向不可以移动，而螺母2被设置为不可转动以便使螺杆轴3转动。
3)转动着的螺杆轴3轴向移动。在这种情况下，螺母2被设置为不可以转动并且不可轴向移动，以便使螺杆轴3转动。
4)不转动的螺杆轴3轴向移动。在这种情况下，螺杆轴3被设置为不可以转动，而螺母2被设置为轴向不可移动和可转动。
2.第二种使用模式1)螺母2沿轴向不可移动地进行转动。在这种情况下，螺母2被设置为轴向不可以移动，而螺杆轴3被设置为不可以转动和可轴向移动。
2)轴向移动的螺母2转动。在这种情况下，螺杆轴3被设置为轴向不可以移动和不可转动以便使螺母2轴向移动。
3)螺杆轴3轴向不可移动地转动。在这种情况下，螺杆轴3被设置为轴向不可以移动，而螺母2被设置为不可以转动和轴向可移动。
4)轴向移动的螺杆轴3转动。在这种情况下，螺母2被设置为轴向不可移动和不可转动以便使螺杆轴3轴向移动。
工业应用性本发明可被应用于在机床、半导体装置、精密定位台、机器人和传送设备中将转动运动转化为线性运动或反之的方法。
权利要求
1.一种滚珠螺旋装置，包括螺母，在螺母的内周表面中具有螺纹槽；螺杆轴，在螺杆轴的外周表面中具有螺纹槽；以及插入各个螺纹槽之间的多个滚珠，其中在螺杆轴中设置至少大致一圈螺纹槽和滚珠循环槽以连接螺纹槽的下游侧和上游侧，以便滚珠从下游侧返回到上游侧，从而被循环。
2.根据权利要求1所述的滚珠螺旋装置，其特征在于螺杆轴中具有沿轴向彼此相邻地设置的多个独立螺纹槽，每个螺纹槽大致具有一圈，设置与螺杆轴的多个螺纹槽一样多的滚珠循环槽，和各个滚珠循环槽分别连接螺杆轴的相应螺纹槽的下游侧和上游侧。
3.根据权利要求1所述的滚珠螺旋装置，其特征在于螺旋循环槽使滚珠下沉到内径侧，所述滚珠已滚动到螺杆轴的螺纹槽的下游侧，从而引导滚珠经过螺母的螺脊运行并到达螺纹槽的上游侧。
4.根据权利要求2或3所述的滚珠螺旋装置，其特征在于分别设置在螺杆轴的每个螺纹槽中的滚珠循环槽被设置成大致相同的相位并且彼此沿轴向相邻。
5.根据权利要求1所述的滚珠螺旋装置，其特征在于用于可转动地保持每个滚珠的挡圈被安装在螺杆轴的外周上以便沿轴向的固定位置相对转动。
全文摘要
一种滚珠螺旋装置，包括在其内周表面上具有螺纹槽的螺母、在其外周表面上具有至少大约一圈的螺纹槽的螺杆轴，以及安装在两个螺纹槽之间的多个滚珠，其中，在螺旋轴的螺纹槽中设置有滚珠循环槽，使得螺纹槽的下游侧与上游侧连通以便从下游侧到上游侧循环地返回滚珠。
文档编号F16H25/22GK1543542SQ0281606
公开日2004年11月3日 申请日期2002年9月4日 优先权日2001年9月5日
发明者井上昌弘, 臼杵功雄, 雄, 三木辰之, 之 申请人:光洋精工株式会社