一种压力介质弹簧及使用该压力介质弹簧的传动螺母的制作方法

1.本发明属于机械制造技术领域，特别是涉及一种可自适应改变厚度的压力介质弹簧。


背景技术：

2.在目前被广泛使用的高端精密数控机床中，使用双螺母结构的精密滚珠丝杠副是最经常被使用的主要精密功能部件之一，其以良好的精度特性和可长期使用的特点，几乎占据着精密传动功能部件的大部分市场。但是，目前所使用的双螺母结构中，存在一个致命的缺点，为了满足机床轴向的承载力，双螺母丝杠副是通过增加双螺母之间的预紧力来实现，过大的预紧力加速了丝杠的磨损。而且由于经常使用的只是丝杠行程的某一段，新丝杠产品经过一段时间的使用后，使用段磨损严重，在无法保证全行程均匀使用的这一段行程内的滚珠丝杠的反向间隙必然会大于不经常使用的那一段的反向间隙；此时，无论是机械方法还是电气方法，都无法做到对于这个同一丝杠上的不同的反向间隙进行完全补偿，因此，必然会对滚珠丝杠副的传动精度造成一定的不利且目前无法消除的影响。一旦丝杠的某一段行程中出现了上述的过度“不均匀磨损”现象，就需要将整个机床传动部分解体，将丝杠取出，进行整体更换，带来了很高的维修成本。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了一种压力介质弹簧，通过调整第一压力腔和第二压力腔内的压力可以控制螺母丝杠副中螺母的预紧力以及消除滚珠丝杠螺母副传动时的反向间隙。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种压力介质弹簧，其特征在于，包括：压力介质弹簧内环、压力介质弹簧外环、压力介质弹簧环形活塞、第一压力腔、第二压力腔和防转连接件；所述压力介质弹簧外环的一端设置有压环，所述压环上设置有滑槽，所述防转连接件的凸出部分可以插入滑槽内且与滑槽滑动连接；所述压力介质弹簧环形活塞的一端与防转连接件通过顶丝与环形活塞的活塞杆部分轴向固定连接；所述压力介质弹簧环形活塞的另一端设置在压力介质弹簧内环与压力介质弹簧外环之间，能够相对于压力介质弹簧内环和压力介质弹簧外环滑动；所述第一压力腔设置在压力介质弹簧环形活塞的一侧，能够通过第一压力腔内的压力介质推动压力介质弹簧的环形活塞，在压力介质弹簧内环和压力介质弹簧外环之间向一侧滑动；所述第二压力腔设置在压力介质弹簧环形活塞的另一侧，能够通过第二压力腔内的压力介质推动压力介质弹簧环形活塞在压力介质弹簧内环和压力介质弹簧外环之间向另一侧滑动。
5.上述的一种压力介质弹簧，其特征在于，所述压力介质弹簧还包括压环，所述压环通过螺纹与压力介质弹簧外环联结为一体，所述压环位于压力介质弹簧环形活塞的活塞杆部分的外径与压力介质弹簧外环之间，所述压环的外径大于压力介质弹簧环形活塞的外径，所述压环的内径与压力介质弹簧的活塞杆外径滑动密封连接；所述压环的外圆周上等
分均布设置有沿着压力介质弹簧轴线方向的数个滑槽；所述压力介质弹簧环形活塞的外径侧设置有用于构建第二压力腔的台阶面，台阶面的外侧是环形活塞的活塞杆的外径部分。
6.所述第二压力腔由压力介质弹簧环形活塞的台阶面、环形活塞的活塞杆部分外径、压环、压力介质弹簧外环围成，所述压力介质弹簧外环上开设有连通第二压力腔与压力介质弹簧外环外侧的第二压力通道，所述第二压力通道的出口处设置有第二压力管路接口，所述压力介质弹簧外环上还开设有连通第一压力腔与压力介质弹簧外环外侧的第一压力通道，所述第一压力通道的出口处设置有第一压力管路接口。
7.上述的一种压力介质弹簧，其特征在于，所述压力介质弹簧外环内壁上设置有第一密封圈，所述第一密封圈位于压力介质弹簧外环与压力介质弹簧内环之间且与压力介质弹簧外环和压力介质弹簧内环为固定密封连接。
8.上述的一种压力介质弹簧，其特征在于，所述压力介质弹簧环形活塞的内壁上设置有第二密封圈，所述第二密封圈设置在压力介质弹簧环形活塞与压力介质弹簧内环之间且与压力介质弹簧环形活塞滑动密封连接；
9.所述压力介质弹簧环形活塞的外径上设置有第三密封圈，所述第三密封圈设置在压力介质弹簧环形活塞外径与压力介质弹簧外环之间且与压力介质弹簧环形活塞外径滑动密封连接。
10.上述的一种压力介质弹簧，其特征在于，所述压力介质弹簧内环的外径上设置有第四密封圈，所述第四密封圈位于压力介质弹簧内环一端的端部，所述第四密封圈设置在在压力介质弹簧环形活塞的活塞杆的内径处与压力介质弹簧内环外径之间，与压力介质弹簧环形活塞的活塞杆部分的内径滑动密封连接，
11.上述的一种压力介质弹簧，其特征在于，所述压环包括压环本体、第五密封圈、密封圈压环和滑槽，所述第五密封圈位于压环本体和密封圈压环之间，所述第五密封圈的内径侧与压力介质弹簧环形活塞的活塞杆部分的外径滑动密封连接，所述第五密封圈的两侧与压环本体和密封圈压环的侧面固定密封连接，所述压环上的滑槽与防转连接件的凸出部分为滑动连接。
12.上述的一种压力介质弹簧，其特征在于，所述压力介质弹簧还包括压力调整系统，所述压力调整系统包括压力调整单元、数据采集单元和控制输出单元，所述数据采集单元用于采集负载变化数据，所述控制输出单元用于接收、处理数据采集单元收集的负载变化数据，并将经过处理后的数据输出到压力调整单元，所述压力调整单元上设置有与第一压力管路接口和第二压力管路接口连接的用于控制第一压力腔和第二压力腔内压力介质的压力大小的压力介质传输管路。
13.上述的一种压力介质弹簧，其特征在于，所述防转连接件通过顶丝与压力介质弹簧环形活塞的活塞杆轴向固定连接，并通过螺丝与被驱动部件固定联结为一体；该防转连接件的另一端的凸出部分可以在压力介质弹簧的压环上的滑槽内，连同与其通过顶丝轴向固定联结为一体的活塞和被驱动部件，沿着压力介质弹簧的轴线方向滑动；所述压力介质弹簧内环为内径略大于丝杠外径的圆筒形结构件。
14.本发明还公开了一种使用上述压力介质弹簧的传动螺母，其特征在于：所述传动螺母包括丝杠螺母和压力介质弹簧；所述压力介质弹簧通过其压环上的滑槽与防转连接件、丝杠螺母和活塞的一体结构滑动连接，所述丝杠螺母为滚珠丝杠螺母或梯形丝杠螺母
中的一种。
15.本发明与现有技术相比具有以下优点：
16.1、本发明通过调整第一压力腔和第二压力腔内的压力，可以控制压力介质弹簧活塞的移动，从而通过与其活塞杆上轴向固定联结为一体的防转连接件以及与防转连接件固定连接为一体的被驱动部件的移动，控制被驱动部件与驱动部件之间的预紧力。
17.2、本发明产品在丝杠螺母副传动中应用时，通过控制压力介质弹簧活塞的正向和反向的移动量，或通过液压力保持活塞的位置不变，就可以消除由反向传动间隙带来的随机误差，或将反向随机误差变为一个常值。对于提高普通精度等级丝杠的使用精度有极大的帮助。
18.3、本发明螺母的预紧力可根据负载进行调整，使得其具有使用过程中磨损小、使用寿命极长的特点。
19.4、本发明的压力介质弹簧可以应用到现有的单螺母滚珠丝杠传动副中，只需要将防转连接件与现有的滚珠丝杠螺母连接为一体，即可实现消除反向传动间隙，提高传动位置精度的目的。
20.下面通过附图和实施例，对发明做进一步的详细描述。
附图说明
21.图1为本发明压力介质弹簧的剖视图。
22.图2为图1的左视图。
23.图3为本发明实施例所提供的一种螺母结构剖视图。
24.图4是本发明压力调整系统控制关系框图。
25.附图标记说明:
26.1—压力介质弹簧内环；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2—压力介质弹簧外环；
27.3—压力介质弹簧环形活塞；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ3‑
1—台阶面；
28.4—第一压力腔；
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5—第二压力腔；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6—防转连接件；
29.7—压环；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ7‑
1—压环本体；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ7‑
2—第五密封圈；
[0030]7‑
3—密封圈压环；
ꢀꢀꢀꢀ7‑
4—压环本体滑槽；
ꢀꢀꢀ
8—第二压力通道；
[0031]
9—第二压力管路接口；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
10—第一压力通道；
[0032]
11—第一压力管路接口；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
12—第一密封圈；
[0033]
13—第二密封圈；
ꢀꢀꢀꢀꢀ
14—第三密封圈；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
15—第四密封圈；
[0034]
16—顶丝；
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17—压力调整系统；
ꢀꢀꢀꢀ
17
‑
1—压力调整单元；
[0035]
17
‑
2—数据采集单元； 17
‑
3—控制单元；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
18—丝母。
具体实施方式
[0036]
下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。虽然附图中显示了本发明的某些实施例，然而应当理解的是，本发明可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例，相反提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本发明。应当理解的是，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。
[0037]
需要注意，本发明中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单
元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。
[0038]
需要注意，本发明中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。
[0039]
如图1所示，一种压力介质弹簧，包括：压力介质弹簧内环1、压力介质弹簧外环2、压力介质弹簧环形活塞3、第一压力腔4、第二压力腔5和防转连接件6，通过螺纹与压力介质弹簧外环联结为一体的压环7，所述防转连接件6的凸出部分可以插入压环7的滑槽7
‑
4中，通过滑槽7
‑
4与防转连接件6滑动连接；所述压力介质弹簧环形活塞3的活塞杆端通过顶丝与防转连接件6轴向固定连接；所述压力介质弹簧环形活塞3的活塞端设置在压力介质弹簧内环1和压力介质弹簧外环2之间且能够相对于压力介质弹簧内环1和压力介质弹簧外环2滑动；所述第一压力腔4设置在压力介质弹簧环形活塞3的活塞侧，能够通过第一压力腔4内的压力介质推动压力介质弹簧环形活塞3沿压力介质弹簧内环1和压力介质弹簧外环2之间向活塞杆侧滑动；所述第二压力腔5设置在压力介质弹簧环形活塞3的活塞杆侧且能够通过第二压力腔5内的压力介质推动压力介质弹簧环形活塞3沿压力介质弹簧内环1和压力介质弹簧外环2之间向活塞侧滑动。
[0040]
本实施例中的压力介质弹簧通过向第一压力腔4和第二压力腔5中注入不同压力的压力介质，可以改变活塞3的移动方向和距离，从而改变压力介质弹簧的厚度；因此，可以在保证螺母消除反向间隙的条件下，通过调节第一压力腔4和第二压力腔5的压力介质的压力尽可能的减少螺母与丝杠之间的预紧力，以减少丝杠的磨损。
[0041]
如图1和图2所示，所述压力介质弹簧还包括压环7，所述压环7使用螺纹安装在压力介质弹簧外环2的内侧，所述压环7位于压力介质弹簧环形活塞3的活塞杆的外径上，与压力介质弹簧环形活塞3滑动密封连接，所述压力介质弹簧环形活塞(3)的活塞杆侧设置有用于构建第二压力腔(5)的台阶面(3
‑
1)，台阶面(3
‑
1)的外侧是活塞(3)的活塞杆部分；所述第二压力腔(5)由压力介质弹簧环形活塞(3)的台阶面(3
‑
1)、活塞(3)的活塞杆部分、压环(7)和压力介质弹簧外环(2)围成，所述压力介质弹簧外环2上开设有连通第二压力腔5与压力介质弹簧外环2外侧的第二压力通道8，所述第二压力通道8的出口处设置有第二压力管路接口9，所述压力介质弹簧外环2上还开设有连通第一压力腔4与压力介质弹簧外环2外侧的第一压力通道10，所述第一压力通道10的出口处设置有第一压力管路接口11。
[0042]
如图1所示，所述压环7包括压环本体7
‑
1、第五密封圈7
‑
2，密封圈压环7
‑
3以及压环本体滑槽7
‑
4，所述第五密封圈7
‑
2通过密封圈压环7
‑
3、压环本体7
‑
1安装在活塞3的活塞杆部分的外径上；所述第五密封圈7
‑
2位于压环本体7
‑
1和密封圈压环7
‑
3之间；所述第五密封圈7
‑
2的内径侧与压力介质弹簧环形活塞3的活塞杆的外径滑动密封连接，所述第五密封圈7
‑
2的两侧与压环本体7
‑
1和密封圈压环7
‑
3之间固定密封连接。
[0043]
如图1所示，所述压力介质弹簧外环2内壁上设置有第一密封圈12，所述第一密封圈12位于压力介质弹簧外环2与压力介质弹簧内环1之间且与压力介质弹簧外环2和压力介质弹簧内环1固定密封连接。
[0044]
所述的一种压力介质弹簧，其特征在于，所述压力介质弹簧环形活塞3的活塞内径上设置有第二密封圈13，所述第二密封圈13设置在压力介质弹簧环形活塞3的活塞处与压力介质弹簧内环1之间，与压力介质弹簧活塞3滑动密封连接；
[0045]
所述压力介质弹簧环形活塞3的外径上设置有第三密封圈14；所述第三密封圈14
设置在压力介质弹簧环形活塞3的外径与压力介质弹簧外环2之间，与压力介质弹簧活塞3滑动密封连接。
[0046]
如图1所示，所述压力介质弹簧内环1的外径上设置有第四密封圈15；所述第四密封圈15位于压力介质弹簧内环1一端的端部；所述第四密封圈15设置在在压力介质弹簧环形活塞3的活塞杆内径与压力介质弹簧内环1的外径之间，与压力介质弹簧活塞杆内径滑动密封连接，
[0047]
如图1所示，所述压环7包括压环本体7
‑
1、第五密封圈7
‑
2，密封圈压环7
‑
3以及压环本体滑槽7
‑
4；所述第五密封圈7
‑
2通过密封圈压环7
‑
3、压环本体7
‑
1安装活塞3的活塞杆部分的外径上；所述第五密封圈7
‑
2位于压环本体7
‑
1和密封圈压环7
‑
3之间；所述第五密封圈7
‑
2的内径侧与压力介质弹簧环形活塞3的活塞杆的外径滑动密封连接；所述第五密封圈7
‑
2的两侧与压环本体7
‑
1和密封圈压环7
‑
3之间固定密封连接。
[0048]
如图4所示，所述压力介质弹簧还包括压力调整系统17，所述压力调整系统17包括压力调整单元(17
‑
1)、数据采集单元17
‑
2和控制输出单元17
‑
3；所述数据采集单元17
‑
2用于采集负载变化数据，所述控制输出单元17
‑
3用于接收、处理数据采集单元收集的数据，并将经过处理后的数据输出到压力调整单元17
‑
1，所述压力调整单元17
‑
1上设置有与第一压力管路接口和第二压力管路接口连接的用于控制第一压力腔和第二压力腔内压力介质的压力大小的压力介质传输管路。
[0049]
所述防转连接件6通过顶丝从圆周方向与压力介质弹簧环形活塞(3)的活塞杆轴向固定连接，端面通过螺丝与丝母联结，另一端的凸出部分与压环本体滑槽(7
‑
4)滑动连接；所述压力介质弹簧内环1为内径略大于丝杠的外径的圆筒形结构件。
[0050]
本发明公开了一种使用压力介质弹簧的丝杠螺母，如图3所示，其包括：所述丝杠螺母包括丝杠螺母18和压力介质弹簧；所述丝杠螺母18与防转连接件6固定连接；所述丝杠螺母18为滚珠丝杠螺母或梯形丝杠螺母中的一种。
[0051]
如上所述的本实施例可知，本发明中的压力介质弹簧主要用于滚珠丝杠螺母传动副或者梯形丝杠螺母传动副中，能够消除丝杠螺母副传动中的反向间隙，从而提高了丝杠螺母副的传动精度。
[0052]
本发明的工作原理是：如图3所示为本发明应用于滚珠丝杠螺母传动副的情况；当第一压力腔4内的压力增大大于第二压力腔5内的压力时，第一压力腔4内的压力介质推动压力介质弹簧环形活塞3向活塞杆方向移动，压力介质弹簧环形活塞3通过顶丝16推动防转连接件6同向移动，防转连接件6推动与其固定连接的螺母也同向移动，则丝杠螺母滚珠槽的左侧、槽内的滚珠左侧与丝杠滚珠槽的右侧面紧密接触。此时，如果丝杠向左侧运动时，丝杠滚珠槽的右侧为驱动侧，如图3所示，丝杠右侧通过滚珠直接推动螺母向左侧运动，所以是无间隙传动；当丝杠运动反向时，压力调整单元17
‑
1可以在丝杠的换向周期内(最短约≤20ms)，切换第一压力腔和第二压力腔内的压力，并通过活塞3拉动防转连接件及丝杠螺母向左移动，使螺母滚珠槽的右侧、螺母滚珠槽内的滚珠右侧与丝杠滚珠槽的左侧面紧密接触。如图3所示，此时，向右侧运动的丝杠通过滚珠直接推动螺母向右侧运动，所以依然是无间隙传动，只是此时的丝杠驱动侧变成了丝杠左侧；因为压力调整单元17
‑
1可以在丝杠反向的周期内(最短约≤20ms)完成压力切换，所以丝杠反向过程中不会出现由于丝杠反向造成的丝母停滞而产生的加工误差。
[0053]
本发明中采用第一压力腔4(或第二压力腔5)内的压力介质推动压力介质弹簧环形活塞3来给螺母传动副的螺母提供预紧力，为预紧力自动调节提供了可能。
[0054]
在本发明中通过数据采集单元17
‑
2，采集负载的载荷变化数据，这里的数据采集单元17
‑
2可以是能够采集丝母负载力变化的机床数控系统中自带的负载监测和反馈系统。所述的控制单元17
‑
3可以是微电脑处理器或数控机床数控系统中自带的可编程序控制器，其利用数据采集单元17
‑
2采集的载荷变化信息，实时控制压力调整单元17
‑
1,改变第一压力腔4和第二压力腔5内压力介质的压力，通过第一压力腔4和第二压力腔5内压力介质的压力变化来控制压力介质弹簧环形活塞3对丝杠和丝母之间的预紧力，负载小的时候压力小预紧力小，摩擦小，避免了丝杠滚珠槽的过度磨损，增加了丝杆的使用寿命。
[0055]
在结构尺寸允许的情况下，当压力介质弹簧内环1的内孔形状改变为滚珠丝母或梯形丝母时，该压力介质弹簧与螺母的组合可起到与双螺母传动相同的效果；压力介质弹簧中的压力介质弹簧内环1作为一个螺母在丝杠上，防转连接件连接的另外一个螺母，可以随压力介质弹簧的环形活塞移动，压力介质弹簧环形活塞3伸出或收回可以给螺母提供一个预紧力，使得螺母在传动的过程中始终紧靠丝杠滚珠槽或者螺纹槽的一边，而作为另外一个螺母的压力介质弹簧内环1，则在传动的过程中始终紧靠丝杠滚珠槽或者螺纹槽的另一边，使得压力介质弹簧与螺母的组合，就成了与双螺母传动一样的组合，即消除了传动过程中的反向间隙。另外，当丝杠滚珠槽或者螺纹槽一侧出现磨损我们可以通过改变压力介质弹簧环形活塞3的伸出或收回将螺母从丝杆紧靠的一边换到另一边，避免了现有的双螺母型式的消隙螺母只能靠住丝杠的一边运行，加速了该边的磨损，降低了机床丝杠螺母传动副的使用寿命的缺点。
[0056]
以上所述，仅是发明的较佳实施例，并非对发明作任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于发明技术方案的保护范围内。