滚珠丝杠副的制作方法

本发明属于机械传动技术领域，涉及一种以滚珠作为滚动体的滚珠丝杠副。

背景技术：

滚珠丝杠副是以滚珠作为滚动体的螺旋传动机构，其中多个滚珠介于丝杠轴和丝杠螺母之间承担并传递载荷。相比于滑动丝杠副，滚珠丝杠副具有传动效率高、传动精度高等优点，因此滚珠丝杠副在机床等领域中得到广泛应用。

在现有技术的滚珠丝杠副中，丝杠轴的外圆柱面和丝杠螺母的内圆柱面均具有断面为v形的螺旋槽，这两个螺旋槽以口对口的方式形成断面为四边形的滚珠螺旋运动通道。在螺旋通道的法向剖面内，滚珠中心与滚道接触点的连线和螺旋槽回转轴垂线间的夹角称为接触角α。通常，随着接触角α增大，滚珠丝杠副的承载能力和轴向刚度就越大，传动效率越高，而在现有技术中滚珠丝杠副的接触角α一般不大于45°，从而限制了滚珠丝杠副的承载能力、轴向刚度和传动效率的提高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种接触角α能够大于45°的滚珠丝杠副，从而可以提高滚珠丝杠副的承载能力、轴向刚度和传动效率。

本发明解决技术问题的技术方案是：

一种滚珠丝杠副，包括丝杠轴、丝杠螺母、滚珠和滚珠反向器。在所述丝杠轴的外圆柱面和丝杠螺母的内圆柱面上均具有螺旋齿，并且丝杠轴螺旋齿和丝杠螺母螺旋齿在轴向上以交叉方式配置，即丝杠轴的螺旋齿位于丝杠螺母螺旋齿的齿槽间，并且丝杠螺母的螺旋齿位于丝杠轴螺旋齿的齿槽间；在丝杠轴螺旋齿的两个侧面以及丝杠螺母螺旋齿的两个侧面上均具有螺旋形沟道，所述螺旋形沟道的螺旋方向及导程均与螺旋齿相同；以所述螺旋齿侧面上的螺旋形沟道作为滚珠的螺旋运动滚道面，所述丝杠轴螺旋齿侧面上的两个螺旋形沟道与丝杠螺母螺旋齿侧面上的两个螺旋形沟道形成两个螺旋形的滚珠运动通道，分别记为滚珠螺旋通道一和滚珠螺旋通道二；在所述丝杠螺母螺旋齿的两端处各有一个滚珠反向器，所述滚珠反向器在丝杠螺母螺旋齿的两端处分别形成一个滚珠反向通道，记为滚珠反向通道一和滚珠反向通道二，滚珠通过这两个反向通道可以从螺母螺旋齿的任意一侧运动至另一侧；所述滚珠螺旋通道一、滚珠螺旋通道二、滚珠反向通道一和滚珠反向通道二共同形成一个完整的滚珠循环通道，多个滚珠在一个完整的滚珠循环通道中形成一个运动循环链。

所述滚珠螺旋通道一和滚珠螺旋通道二既是滚珠的负荷行进通道，也是滚珠的无负荷返回通道；当所述滚珠丝杠副承受轴向载荷时，所述滚珠螺旋通道一和通道二中滚珠传递轴向载荷的一个通道为滚珠的负荷行进通道，另一个通道则同时作为滚珠的无负荷返回通道；当轴向载荷反向时，原滚珠负荷行进通道转变为滚珠无负荷返回通道，同时原滚珠无负荷返回通道转变为滚珠负荷行进通道；在所述滚珠与丝杠轴螺旋滚道面或丝杠螺母螺旋滚道面之间设有轴向间隙，所述轴向间隙的大小能够允许滚珠在其无负荷返回通道中顺畅地移动。

在所述滚珠螺旋通道一和滚珠螺旋通道二内，滚珠在传递轴向载荷时与丝杠轴螺旋滚道面和丝杠螺母螺旋滚道面的接触点均位于螺旋通道的法向截面内，并且在这两个螺旋通道的法向截面内，滚珠中心与滚道接触点的连线和螺旋通道回转轴的垂线间的夹角方向相反，即接触角α的方向相反。

所述丝杠轴螺旋齿侧面上螺旋形沟道的法向截面轮廓形状包含单圆弧形和双圆弧形两种，所述单圆弧形沟道的法向截面轮廓主要由一段圆弧构成，所述双圆弧形沟道的法向截面轮廓主要由两段圆弧构成；同样，所述丝杠螺母螺旋齿侧面上螺旋形沟道的法向截面轮廓形状也包含单圆弧形和双圆弧形两种；所述丝杠螺母螺旋齿侧面上的沟道在丝杠螺母螺旋齿的两端处均具有过渡型曲面。

所述滚珠反向器上的滚珠反向引导作用面均位于丝杠轴螺旋齿的齿槽间，并且面向丝杠螺母螺旋齿的端面；当所述滚珠反向器上只有一侧具有滚珠反向引导作用面时，记为单反向面滚珠反向器；当所述滚珠反向器上两侧均具有滚珠反向引导作用面时，记为双反向面滚珠反向器；所述双反向面滚珠反向器上的两个反向引导作用面分别面向该反向器两侧的丝杠螺母螺旋齿的端面；所述滚珠反向器上的位于丝杠轴螺旋齿槽内的上、下端面均为螺旋面，其导程均与丝杠轴螺旋齿的导程相同，并且这两个端面与相邻的丝杠轴螺旋齿侧面之间均存在几何间隙。

所述滚珠丝杠副可以具备两个或多个所述完整的滚珠循环通道。当所述滚珠丝杠副具备两个或多个完整的滚珠循环通道时，所述丝杠螺母螺旋齿在其螺旋方向上被分成不连续的两段或多段，且每段丝杠螺母螺旋齿的两端都具有过渡型曲面；在相邻的任意两段丝杠螺母螺旋齿端面之间都设有一个空挡，在该空档内设置有双反向面滚珠反向器，所述滚珠螺旋通道一和滚珠螺旋通道二均被双反向面滚珠反向器分隔成两段或多段；所述丝杠螺母的每段螺旋齿与其两端的滚珠反向器都形成一个完整的滚珠循环通道，多个滚珠在每一个循环通道内都可以形成一个运动循环链。

所述滚珠丝杠副可以采用浮动式的滚珠反向器。所述浮动滚珠反向器是指滚珠反向器上的滚珠反向引导作用面在受到滚珠冲击时能够沿着丝杠轴的螺旋齿槽浮动，并且在该浮动方向上具有满足使用要求的刚度和阻尼；当所述浮动式滚珠反向器只具有一个滚珠反向引导作用面时，记为单反向面浮动式滚珠反向器；当具有两个反向引导作用面时，记为双反向面浮动式滚珠反向器；当所述滚珠丝杠副采用浮动式滚珠反向器时，所述单反向面滚珠反向器和双反向面滚珠反向器分别用单反向面浮动式滚珠反向器和双反向面浮动式滚珠反向器代替。

所述单反向面浮动式滚珠反向器主要由背板、浮动块、调整块、固定块、弹性元件、楔形键和盖板组成；所述背板固定在丝杠螺母上，在背板内侧设有导向槽，该导向槽的引导轨迹为一螺旋线，其导程与所述丝杠轴螺旋齿槽的导程相同；所述浮动块和调整块上均有导向面，所述导向面能够使浮动块和调整块沿着背板上的导向槽移动；所述固定块固定在丝杠螺母上，所述楔形键位于固定块和调整块之间，所述弹性元件位于调整块和浮动块之间，通过调整楔形键的位置，使调整块沿着背板上的导向槽移动，从而改变调整块与浮动块之间的距离以及弹性元件的变形量；所述浮动块上具有滚珠反向引导作用面，所述弹性元件在受压变形后向浮动块施加预紧力，从而使浮动块在受到滚珠冲击时能够沿着背板导向槽浮动；所述浮动块的上、下端面以及调整块的上、下端面均为螺旋面，且螺旋面的导程均与所述丝杠轴螺旋齿的导程相同；所述盖板位于楔形键的大端外侧，在盖板和固定块之间设有调整垫片，通过改变调整垫片的厚度对楔形键的位置进行调整。

所述双反向面浮动式滚珠反向器主要由背板、浮动块一、浮动块二、楔形键、弹性元件和调整垫片组成；所述背板的内侧具有导向槽，该导向槽的引导轨迹为一螺旋线，螺旋线的导程与所述丝杠轴螺旋齿的导程相同；所述浮动块一和浮动块二上均设有浮动导向面，所述浮动导向面能够使浮动块沿着背板上的导向槽移动；所述浮动块一和浮动块二上分别设有一个滚珠反向引导沟道，这两个滚珠反向引导沟道分别面向该反向器两侧的丝杠螺母螺旋齿的端面；所述浮动块一和浮动块二的上、下端面均为螺旋面，且螺旋面的导程均与所述丝杠轴螺旋齿的导程相同；所述弹性元件的弹性作用部分和楔形键的楔形部分均位于所述浮动块一和浮动块二之间，通过楔形键调节弹性元件的变形量，弹性元件在受压变形后向浮动块施加预紧力；所述背板的中部具有通孔，所述弹性元件的弹性作用部分和楔形键的楔形部分均从背板中部的通孔穿入到背板内侧；所述弹性元件和楔形键的固定端均位于所述背板的外侧，所述调整垫片位于所述弹性元件和楔形键的固定端之间，通过改变调整垫片的厚度调节楔形键与弹性元件之间的相对位置，从而可以改变弹性元件的变形量以及预紧力的大小；所述楔形键、弹性元件和调整垫片均固定在所述双反向面浮动式滚珠反向器的背板上。

在所述滚珠丝杠副的滚珠循环通道内，相邻的滚珠之间可以设置分隔器，所述分隔器能够将相邻的滚珠分隔开；所述滚珠分隔器上与滚珠接触的两个侧面均为凹形球面，这两个凹形球面的半径均大于滚珠半径。

所述丝杠轴采用双丝杠螺母预紧和调整，所述滚珠丝杠副的双丝杠螺母预紧包括双螺母齿差预紧、双螺母螺纹预紧、双螺母垫片预紧。

本发明的有益效果：

1.本发明的滚珠丝杠副将丝杠轴螺旋齿和丝杠螺母螺旋齿在轴向上以交叉方式配置，并且在丝杠轴螺旋齿的两个侧面以及丝杠螺母螺旋齿的两个侧面上均设置有螺旋形沟道，作为滚珠的螺旋运动滚道面，从而在螺旋齿的两侧形成了两个滚珠螺旋运动通道；多个滚珠在这两个螺旋通道内运动并且传递轴向载荷；与现有技术的滚珠丝杠副相比，这种结构可以使滚珠中心与滚道接触点的连线和螺旋通道回转轴垂线间夹角大于45°，从而能够显著增大接触角α。

2.在本发明所述的滚珠丝杠副的螺旋通道一和螺旋通道二的法向剖面内，因为滚珠中心与滚道接触点的连线和螺旋通道回转轴的垂线间的夹角方向相反，即接触角α的方向相反，所以这两个通道内的滚珠可以分别用于传递方向相反的轴向载荷。

3.通过在丝杠螺母螺旋齿的两端处分别设置一个滚珠反向器，将丝杠螺母螺旋齿两侧的滚珠螺旋通道在丝杠螺母螺旋齿的两端处分别连通起来，从而环绕着丝杠螺母的螺旋齿形成完整的滚珠循环通道。在一个完整的滚珠循环通道内，多个滚珠形成一个运动循环链。当滚珠丝杠副受轴向载荷作用时，位于丝杠轴和丝杠螺母螺旋齿两侧的螺旋通道中一个作为滚珠的负荷行进通道，另一个同时作为滚珠的无负荷返回通道，当轴向载荷反向时，原滚珠负荷行进通道转变成滚珠无负荷返回通道，同时原滚珠无负荷返回通道转变成滚珠负荷行进通道。因此，这两个螺旋通道既是滚珠的负荷行进通道，也是滚珠的无负荷返回通道，当其中任意一个作为滚珠的负荷行进通道时，另一个同时作为滚珠的无负荷返回通道，从而不需要设计另外的滚珠返回通道。滚珠与丝杠轴或丝杠螺母之间的轴向间隙能够允许滚珠在其无负荷返回通道中顺畅的移动，从而使滚珠可以顺畅地返回至其负荷行进通道的起始端。

4.本发明所述的丝杠螺母螺旋齿侧面上的滚珠螺旋运动滚道面在其两端处均具有过渡型曲面，从而可以提高滚珠在丝杠螺母螺旋齿两端处反向时的运动平稳性。

5.本发明所述的滚珠反向器上的反向引导作用面均位于丝杠轴螺旋齿的齿槽间，并且位于丝杠螺母螺旋齿两端处，所以滚珠在丝杠螺母螺旋齿的两端处就可以从丝杠螺母螺旋齿的任意一侧运动至另一侧；又因为丝杠螺母螺旋齿两侧的螺旋通道就是滚珠的负荷行进通道和无负荷返回通道，所以滚珠在反向及返回过程中既不需要跨越丝杠轴螺旋齿的顶端，也不需要离开丝杠轴螺旋齿的齿槽。

6.本发明所述的滚珠反向器上的位于丝杠轴螺旋齿槽内的上、下端面均为螺旋面，并且这两个端面与其相邻的丝杠轴螺旋齿面之间均存在几何间隙，从而可以避免所述滚珠反向器与丝杠轴螺旋齿之间发生几何干涉。

7.本发明所述的滚珠丝杠副可以具备两个或多个所述完整的滚珠循环通道。当所述滚珠丝杠副具备两个或多个完整的滚珠循环通道时，丝杠螺母螺旋齿在其螺旋方向上被分成两段或多段，并且在相邻的任意两段丝杠螺母螺旋齿之间都有一个空档，在该空档内设置有双反向面滚珠反向器。因为双反向面滚珠反向器同时将所述滚珠螺旋通道一和滚珠螺旋通道二分隔成两端或多段，并且在双反向面滚珠反向器的两侧均有滚珠反向引导作用面，所以每段丝杠螺母螺旋齿与其两端的滚珠反向器都形成一个完整的滚珠循环通道。因为在每个循环通道中都可以形成一个滚珠循环链，所以所述滚珠丝杠副可以具备两个或多个滚珠循环链。当所述滚珠丝杠副设置两个或多个滚珠循环链时，可以缩短单个滚珠循环链的长度，从而有利于减小滚珠在循环通道内的运动阻力。

8.当本发明的滚珠丝杠副采用所述浮动式滚珠反向器时，可以减小滚珠在反向过程中对反向器产生的冲击与振动。

9.本发明所述的单反向面浮动式滚珠反向器的浮动块能够沿着背板内侧的导向槽移动，因为背板相对于丝杠螺母是固定的，调整块相对于背板在通常情况下也是固定的，在浮动块和调整块之间具有弹性元件支撑，所以浮动块在受到滚珠冲击时能够沿着背板内侧导向槽浮动，这样可以减小滚珠冲击浮动块产生的振动；因为背板内侧的导向槽的引导轨迹为螺旋线，其导程与丝杠轴螺旋齿槽的导程相同，所以浮动块的移动轨迹也是螺旋线，其导程也与丝杠轴螺旋齿槽的导程相同，又因为浮动块的上、下端面均为螺旋面,并且这两个螺旋端面的导程与丝杠轴螺旋齿槽的导程相同，所以浮动块在浮动过程中不会与丝杠轴的螺旋齿面发生几何干涉；通过楔形键可以调整浮动块和调整块之间的距离以及弹性元件的压缩变形量，从而可以调整浮动块预紧力的大小。此外，在所述单反向面浮动式滚珠反向器的浮动块和调整块之间还可以设置阻尼元件，这样可以进一步减小因滚珠冲击产生的振动。

10.本发明所述的双反向面浮动式滚珠反向器的两个浮动块均能沿着背板内侧的导向槽移动，因为在这两个浮动块之间具有弹性元件支撑，所以这两个浮动块在受到滚珠冲击时均能够沿着背板内侧的导向槽浮动，从而可以减小滚珠冲击产生的振动。因为背板内侧导向槽的引导轨迹是螺旋线，其导程与丝杠轴螺旋齿槽的导程相同，所以两个浮动块的浮动轨迹也是螺旋线，其导程均与丝杠轴螺旋齿槽的导程相同；又因为浮动块的上、下端面均为螺旋面，其导程也与丝杠轴螺旋齿槽的导程相同，所以两个浮动块在浮动过程中不会与丝杠轴螺旋齿发生几何干涉。通过楔形键可以改变弹性元件的变形量，从而可以调整两个浮动块的预紧力大小。此外，在所述双反向面浮动式滚珠反向器的两个浮动块之间也可以设置阻尼元件，这样能够进一步地减小滚珠冲击产生的振动。

11.在本发明所述的滚珠丝杠副的滚珠循环通道内，相邻的滚珠之间设置分隔器，可以避免滚珠之间发生接触或碰撞，从而有利于减小振动和噪声。所述滚珠分隔器上与滚珠接触的两个侧面均为凹形球面，并且凹形球面的半径均大于滚珠半径，这样可以使滚珠与分隔器侧面之间发生相切接触，从而有利于减小两者之间的摩擦。

附图说明：

图1是本发明提供的滚珠丝杠副的内部结构剖视图。

图2是本发明提供的滚珠丝杠副的丝杠轴螺旋齿的结构示意图。

图3是本发明提供的滚珠丝杠副的丝杠螺母螺旋齿的结构示意图。

图4是本发明提供的滚珠丝杠副的滚珠在螺旋通道内与丝杠轴螺旋齿及丝杠螺母螺旋齿之间的相对位置关系示意图。

图5和图6是本发明提供的滚珠丝杠副的滚珠在丝杠螺母螺旋齿两端处与单反向面滚珠反向器之间的位置关系示意图。

图7是本发明提供的滚珠丝杠副的一个滚珠循环运动链示意图。

图8和图9是本发明提供的滚珠丝杠副的丝杠螺母的螺旋齿两端附近的结构示意图。

图10和图11是本发明提供的滚珠丝杠副的单反向面滚珠反向器的结构视图。

图12是本发明提供的滚珠丝杠副的丝杠轴和单反向面滚珠反向器之间相对位置关系示意图。

图13是本发明提供的滚珠丝杠副的螺旋通道中滚珠与丝杠轴或丝杠螺母之间轴向最大间隙示意图。

图14和图15是本发明提供的滚珠丝杠副的丝杠轴和丝杠螺母螺旋齿侧面上的沟道法向截面轮廓形状示意图，其中，图14是单圆弧形沟道截面轮廓形状示意图，图15是双圆弧形沟道截面轮廓形状示意图。

图16是本发明提供的滚珠丝杠副在具备两个完整的滚珠循环通道时丝杠螺母螺旋齿的分段结构示意图。

图17是本发明提供的滚珠丝杠副在具备两个完整的滚珠循环通道时丝杠螺母的外侧结构视图。

图18是本发明提供的双反向面滚珠反向器的结构视图一。

图19是本发明提供的双反向面滚珠反向器的结构视图二。

图20和图21是本发明提供的滚珠丝杠副在具备两个滚珠循环链时丝杠螺母螺旋齿、滚珠及反向器之间的位置关系示意图，其中两个滚珠循环链分别位于双反向面滚珠反向器的两侧。

图22是本发明提供的单反向面浮动式滚珠反向器的内侧结构示意图。

图23是本发明提供的单反向面浮动式滚珠反向器在拆除浮动块后的内侧结构示意图。

图24是本发明提供的单反向面浮动式滚珠反向器的背板结构示意图。

图25a是本发明提供的单反向面浮动式滚珠反向器的浮动块的结构视图一。

图25b是本发明提供的单反向面浮动式滚珠反向器的浮动块的结构视图二。

图26a是本发明提供的单反向面浮动式滚珠反向器的调整块的结构视图一。

图26b是本发明提供的单反向面浮动式滚珠反向器的调整块的结构视图二。

图26c是本发明提供的单反向面浮动式滚珠反向器的调整块的结构视图三。

图27是本发明提供的单反向面浮动式滚珠反向器的板形弹簧的结构示意图。

图28是本发明提供的单反向面浮动式滚珠反向器的背板、楔形键和调整块之间的装配关系示意图。

图29是本发明提供的单反向面浮动式滚珠反向器的背板、楔形键和固定块之间的装配关系示意图。

图30是本发明提供的单反向面浮动式滚珠反向器的背板、固定块和盖板之间的装配关系示意图。

图31a是本发明提供的双反向面浮动式滚珠反向器的结构视图一。

图31b是本发明提供的双反向面浮动式滚珠反向器的结构视图二。

图32是本发明提供的双反向面浮动式滚珠反向器在拆除两个浮动块后的内侧结构示意图。

图33是本发明提供的双反向面浮动式滚珠反向器的背板、板形弹簧、楔形键、弹簧压板和调整垫片之间的装配关系剖面示意图。

图34a是本发明提供的双反向面浮动式滚珠反向器的背板结构视图一。

图34b是本发明提供的双反向面浮动式滚珠反向器的背板结构视图二。

图35a是本发明提供的双反向面浮动式滚珠反向器的浮动块一的结构视图一。

图35b是本发明提供的双反向面浮动式滚珠反向器的浮动块一的结构视图二。

图36a是本发明提供的双反向面浮动式滚珠反向器的浮动块二的结构视图一。

图36b是本发明提供的双反向面浮动式滚珠反向器的浮动块二的结构视图二。

图37是本发明提供的双反向面浮动式滚珠反向器的板形弹簧结构示意图。

图38是本发明提供的双反向面浮动式滚珠反向器的楔形键结构示意图。

图39是本发明提供的滚珠丝杠副的滚珠分隔器的结构示意图；

图40是本发明提供的滚珠丝杠副在具有滚珠分隔器时的任意两个相邻的滚珠与分隔器之间的位置关系示意图。

在本发明的附图中，涉及的螺栓、螺钉和定位销均未示出，但并不代表在相关装配中没有螺栓、螺钉和定位销。

附图标记的说明：

图中，1.丝杠轴；1c.丝杠轴的中心线；11.丝杠轴上的螺旋齿；11a、11b.丝杠轴螺旋齿侧面上的沟道；2.丝杠螺母；21.丝杠螺母上的螺旋齿；21a、21b.丝杠螺母螺旋齿侧面上的沟道；21c、21d.丝杠螺母螺旋齿两端的过渡型曲面；22、23.丝杠螺母上的安装单反向面滚珠反向器的螺纹孔；24、25.丝杠螺母上的安装单反向面滚珠反向器的楔形定位面；26.丝杠螺母上的安装双反向面滚珠反向器的窗口；27、28.丝杠螺母上的安装双反向面滚珠反向器5的定位孔；29、30.丝杠螺母上的安装双反向面滚珠反向器5的螺纹孔；3.滚珠；4.单反向面滚珠反向器；41.单反向面滚珠反向器上的滚珠反向引导沟道；42、43.单反向面滚珠反向器上的螺钉孔；4a、4b.单反向面滚珠反向器上的位于丝杠轴螺旋齿槽内的上端面、下端面；4c.单反向面滚珠反向器上的楔形定位面；4d.滚珠反向器4的内侧面；5.双反向面滚珠反向器；51、52.双反向面滚珠反向器上的反向引导沟道；53、54.双反向面滚珠反向器上的定位孔；55、56.双反向面滚珠反向器上的螺纹孔；5a、5b.双反向面滚珠反向器上的位于丝杠轴螺旋齿槽内的上端面、下端面；61.单反向面浮动式滚珠反向器的背板；611.单反向面浮动式滚珠反向器背板内侧的导向槽；612.单反向面浮动式滚珠反向器背板上的键槽；62.单反向面浮动式滚珠反向器的浮动块；621.单反向面浮动式滚珠反向器浮动块上的反向引导沟道；62a、62b.单反向面浮动式滚珠反向器浮动块的上端面、下端面；62c、62d.单反向面浮动式滚珠反向器浮动块的导向面；63.单反向面浮动式滚珠反向器的调整块；63a、63b.单反向面浮动式滚珠反向器调整块的上端面、下端面；63c、63d.单反向面浮动式滚珠反向器调整块上的导向面；63e.单反向面浮动式滚珠反向器调整块上的楔形面；631.单反向面浮动式滚珠反向器调整块上的弹簧定位槽；64.单反向面浮动式滚珠反向器的固定块；65.单反向面浮动式滚珠反向器的板形弹簧；651.板形弹簧65的主要弹性作用部分；652.板形弹簧65的固定端；66.单反向面浮动式滚珠反向器的楔形键；67.单反向面浮动式滚珠反向器的盖板；71.双反向面浮动式滚珠反向器的背板；711.双反向面浮动式滚珠反向器背板内侧的导向槽；712.双反向面浮动式滚珠反向器背板中部的通孔；72、73.双反向面浮动式滚珠反向器的两个浮动块；721、731.浮动块72和73上的滚珠反向引导沟道；722、732.浮动块72和73上的弹簧变形导向槽；72a、72b.浮动块72的上端面、下端面；72c、72d.浮动块72上的浮动导向面；73a、73b.浮动块73的上端面、下端面；73c、73d.浮动块73上的浮动导向面；74、75.双反向面浮动式滚珠反向器的板形弹簧；741.板形弹簧74的弹性作用部分；742.板形弹簧74的固定端；76.双反向面浮动式滚珠反向器的楔形键；761.楔形键76的楔形部分；762.楔形键76的固定端；77.板形弹簧压板；78.调整垫片；8.滚珠分隔器；8a、8b.滚珠分隔器两侧与滚珠接触的凹形曲面；a、b.滚珠丝杠副所受的轴向载荷方向；r1.构成单圆弧形沟道法向截面轮廓的主要圆弧；r2、r3.构成双圆弧形沟道法向截面轮廓的主要圆弧；δ.滚珠与丝杠轴或丝杠螺母螺旋齿之间的最大轴向间隙。

具体实施方式：

以下基于附图对本发明的具体实施方式详细说明。

图1，当所述滚珠丝杠副只有一个完整的滚珠循环通道时，所述滚珠丝杠副具备丝杠轴1、丝杠螺母2、多个滚珠3和两个滚珠反向器4，其中两个滚珠反向器4分别位于丝杠螺母螺旋齿的两端。

图2，丝杠轴1的外圆柱面上具有螺旋齿11，在螺旋齿11的两个侧面上均具有螺旋形沟道，记为11a和11b，这两个沟道均为滚珠3的螺旋运动滚道面。丝杠轴的材料可选用gcr15等金属材料，螺旋齿11的加工可采用车削或铣削等方法实现。

图3，丝杠螺母的内圆柱面上具有螺旋齿21，在螺旋齿的两个侧面上均具有螺旋形沟道，分别记为21a和21b，这两个沟道均为滚珠的螺旋运动滚道面。丝杠螺母的材料可选用gcr15等金属材料，螺旋齿21的加工可采用车削或铣削等方法实现。

图4，丝杠轴的螺旋齿11和丝杠螺母的螺旋齿21在轴向上以交叉方式排列，并且具有相同大小的导程，从而在螺旋齿的两侧形成两个螺旋形的通道，多个滚珠在这两个螺旋通道内运动并且传递轴向载荷。

图5和图6，两个单反向面滚珠反向器4在丝杠螺母螺旋齿的两端处分别形成一个滚珠反向通道，使滚珠从丝杠螺母螺旋齿的一侧运动到丝杠螺母螺旋齿的另一侧，由此构成一个完整的滚珠循环通道。

图7，当所述滚珠丝杠副只有一个完整的滚珠循环通道时，多个滚珠在循环通道中形成一个循环运动链。

图8和图9，在丝杠螺母螺旋齿21的两端均有过渡型曲面21c和21d，并且具有安装滚珠反向器4用的楔形定位面和螺纹孔。丝杠螺母螺旋齿可采用车削方法加工，楔形定位面24和25可采用铣削方法加工。

图10和图11，在滚珠反向器4上面向丝杠螺母螺旋齿端面的一侧具有滚珠反向引导沟道41，该沟道的表面即为滚珠的反向引导作用面；滚珠反向器4的位于丝杠轴螺旋齿槽内的上端面、下端面4a和4b均为螺旋面，其导程与丝杠轴1螺旋齿的导程相同；在滚珠反向器4的一侧具有楔形定位面4e，所述楔形定位面4e与丝杠螺母上的楔形面24或25配合，实现滚珠反向器4在丝杠螺母上的定位；在滚珠反向器4上具有螺钉孔41、42，所述螺钉孔41、42分别与丝杠螺母上的螺纹孔22、23配合，实现滚珠反向器4在丝杠螺母上通过螺钉紧固。滚珠反向器4可采用crwmn等金属材料或高强度尼龙等工程塑料制造，其加工可用铸造和粉末冶金等方法实现。

图12，滚珠反向器4上的反向引导部分位于丝杠轴的螺旋齿槽内，同时为了避免滚珠反向器4与丝杠轴之间发生直接接触，滚珠反向器4的两个螺旋形端面4a、4b与丝杠轴螺旋齿之间均存在几何间隙，同样滚珠反向器4的内侧面4d与丝杠轴之间也存在几何间隙。

图13，在滚珠的螺旋通道中，滚珠与丝杠轴螺旋滚道面或丝杠螺母螺旋滚道面之间存在轴向间隙δ，该轴向间隙能够使滚珠在无负荷返回通道中顺畅的移动，从而使滚珠顺畅地返回至负荷行进通道的起始端。

图14和图15，丝杠轴1和丝杠螺母2的螺旋齿侧面上的沟道法向截面轮廓形状均分为两种：一种是单圆弧形，另一种是双圆弧形。单圆弧形沟道的法向截面轮廓主要由一段圆弧r1构成；双圆弧形沟道的法向截面轮廓主要由两段圆弧r2和r3构成。

图16，当所述滚珠丝杠副具备两个滚珠循环通道时，丝杠螺母螺旋齿21沿其螺旋方向被分成两段，并且在这两段螺旋齿之间具有安装双反向面滚珠反向器5用的窗口26。

图17，在丝杠螺母的外侧具有安装双反向面滚珠反向器用的定位销孔27、28和螺纹孔29、210。

图18和图19，在双反向面滚珠反向器5的两侧各有一个沟道51和52，这两个沟道的表面即为滚珠的反向引导作用面。与单反向面滚珠反向器4类似，双反向面滚珠反向器5的位于丝杠轴螺旋齿槽内的上端面、下端面5a和5b均为螺旋面，并且导程与丝杠轴螺旋齿的导程相同。为了避免双反向面滚珠反向器5与丝杠轴之间产生滑动摩擦，螺旋端面5a和5b与丝杠轴螺旋齿之间均存在几何间隙。此外，在双反向面滚珠反向器5上具有定位销孔53、54和螺钉孔55、56，所述定位销孔53、54和螺钉孔55、56分别与丝杠螺母外侧的定位销孔27、28和螺纹孔29、210配合，用于在丝杠螺母上通过定位销和螺钉固定该滚珠反向器。双反向面滚珠反向器5的制造可选用crwmn等金属或者高强度尼龙等工程塑料为材料，通过铸造或粉末冶金等加工方法实现。

图20和图21，通过丝杠螺母上的窗口26，双反向面滚珠反向器5的反向引导作用部分从丝杠螺母的外侧伸入到丝杠螺母的内侧，并且分别面向两侧的丝杠螺母螺旋齿端面，从而在双反向面滚珠反向器5的两侧分别形成一个完整的滚珠循环通道，在这两个循环通道内形成两个滚珠循环运动链。

图22和23示出本发明实施的单反向面浮动式滚珠反向器的内侧结构。背板61和固定块64均固定在丝杠螺母上，浮动块62和调整块63均能够沿着背板61内侧的导向槽移动。因为在调整块63和浮动块62之间具有板形弹簧65，而通常情况下调整块63相对于固定块64的位置不变，所以浮动块在受到滚珠冲击时可以沿着背板内侧的导向槽浮动。

图24示出本发明实施的单反向面浮动式滚珠反向器的背板61的结构。在背板61的内侧具有燕尾形螺旋导向槽611，其导程与丝杠轴螺旋齿的导程相同，因为导向槽611能够承受倾覆力矩，所以可以使浮动块62和调整块63在沿着导向槽运动时不会脱离导向槽。在背板61上靠近固定块64的一侧具有键槽612，楔形键66通过该键槽从背板71的外侧穿入到内侧。背板61的制造可选用高强度工程塑料和金属等材料，通过铸造或粉末冶金等方法制造毛坯，然后用成形铣削或者磨削等方法精加工完成。

图25a和25b示出本发明实施的单反向面浮动式滚珠反向器的浮动块62的结构。在浮动块62的一侧具有引导滚珠反向的沟道621；浮动块62的上端面、下端面62a和62b均为导程与丝杠轴螺旋齿相同的螺旋面；浮动块62的外侧具有燕尾形导向面62c和62d，用于与背板61内侧的导向槽611配合。浮动块62的制造可选用高强度工程塑料和金属等材料，通过铸造或粉末冶金等方法制造毛坯，然后用铣削和磨削等方法精加工完成。

图26a，图26b和图26c示出本发明实施的单反向面浮动式滚珠反向器的调整块63的结构，其中靠近固定块64的一侧具有楔形面63e，用于与楔形键66配合，靠近浮动块62的一侧具有沟槽631，用于限制板形弹簧65固定端的位移。调整块63的制造可选用工程塑料和金属等材料，通过铸造或者粉末冶金等方法制造零件毛坯，然后用铣削等方法精加工完成。

图27示出本发明实施的单反向面浮动式滚珠反向器的板型弹簧65的结构，其中有折边的一端652为固定端，另一端为自由端，中部的弯曲部分651为板型弹簧的主要弹性变形部分。

图28示出本发明实施的单反向面浮动式滚珠反向器的背板、楔形键和调整块之间的装配位置关系。

图29示出本发明实施的单反向面浮动式滚珠反向器的背板、楔形键、调整块和固定块之间的装配位置关系。

图30示出本发明实施的单反向面浮动式滚珠反向器的背板、固定块和盖板之间的装配位置关系。

图31a和31b示出本发明实施的双反向面浮动式滚珠反向器的结构，浮动块72和73均能够沿着背板71内侧的导向槽711浮动。

图32和图33示出本发明实施的双反向面浮动式滚珠反向器在拆除浮动块72和73之后的结构。两个板形弹簧74、75的弹性作用部分均位于两个浮动块72和73之间，并且楔形键76的楔形部分位于两个板形弹簧的弹性作用部分之间，通过楔形键76调节板形弹簧的变形量。在板形弹簧74、75的固定端和楔形块76的固定端之间设有弹簧压板77和调整垫片78，楔形键76的位置通过改变调整垫片78的厚度进行调节。

图34a，34b示出本发明实施的双反向面浮动式滚珠反向器的背板71的结构，在背板的内侧具有导向槽711，并且在背板的中部具有通孔712，用于使板形弹簧74、75和楔形键76能够从背板的外侧伸入到背板内侧。背板71的制造可采用工程塑料和金属等材料，通过铸造或者粉末冶金等方法制造毛坯，再用铣削、磨削等方法加工通孔712和导向槽711等结构。

图35a、图35b、图36a和图36b示出本发明实施的双反向面浮动式滚珠反向器的两个浮动块72、73的结构。在这两个浮动块上均有一个引导滚珠反向的沟道，并且这两个沟道分别面向反向器两侧的丝杠螺母螺旋齿端面；这两个浮动块的上端面、下端面均为螺旋面，且导程与丝杠轴螺旋齿的导程相同；在这两个浮动块的靠近板形弹簧的一侧均有弹簧变形导向槽722、732，用于约束板形弹簧自由端的位移。浮动块72、73的制造可采用高强度工程塑料和金属等材料，通过铸造或粉末冶金等方法制造毛坯，再用铣削或磨削等方法精加工完成。

图37示出本发明实施的双反向面浮动式滚珠反向器的板型弹簧74的结构，在其固定端742有两个通孔，用于螺钉紧固。板形弹簧75与74的结构相同。

图38示出本发明实施的双反向面浮动式滚珠反向器的楔形键76的结构，在其固定端762有四个沉头孔，也用于螺钉紧固。

图39示出本发明实施的滚珠丝杠副在具有滚珠分隔器时，两个相邻的滚珠与其中间分隔器的位置关系。在一个滚珠循环链中，分隔器的数量根据使用要求确定。

图40示出本发明实施的滚珠分隔器8的结构，其两个与滚珠接触的侧面8a、8b均为凹形球面，并且这两个凹形球面的半径均大于滚珠的半径。

一种滚珠丝杠副，包括丝杠轴1、丝杠螺母2、滚珠3和滚珠反向器4。所述丝杠轴1的外圆柱面上具有螺旋齿11，丝杠螺母2的内圆柱面上具有螺旋齿21，丝杠轴的螺旋齿11和丝杠螺母的螺旋齿21在轴向上以交叉方式排列，即所述丝杠轴的螺旋齿11位于丝杠螺母螺旋齿21的齿槽间，同时丝杠螺母的螺旋齿21也位于丝杠轴螺旋齿11的齿槽间，从而在螺旋齿的两侧形成两个螺旋形通道，即滚珠的螺旋通道一和螺旋通道二。在丝杠轴螺旋齿和丝杠螺母螺旋齿侧面上均具螺旋形沟道(11a、11b、21a、21b)，这些沟道的表面即为滚珠的螺旋运动滚道面。在丝杠螺母螺旋齿21的两端分别有一个单反向面滚珠反向器4，滚珠反向器4在丝杠螺母螺旋齿的两端处分别形成一个滚珠反向通道，即滚珠反向通道一和滚珠反向通道二，通过这两个反向通道可以将滚珠从丝杠螺母螺旋齿的任意一侧引导其另一侧，从而环绕着丝杠螺母螺旋齿形成一个完整的滚子循环通道。在一个完整的滚珠循环通道中，多个滚珠排列形成一个滚珠循环链。

所述螺旋通道一和螺旋通道二既是滚珠的负荷行进通道，也是滚珠的无负荷返回通道，即：当所述滚珠丝杠副受到任意方向(a向或b向)的轴向载荷作用时，所述滚珠螺旋通道一和滚珠螺旋通道二中传递轴向载荷的一个通道为滚珠的负荷行进通道，另一个则同时作为滚珠的无负荷返回通道，当轴向载荷反向时，原负荷行进通道变为无负荷返回通道，同时原无负荷返回通道变为负荷行进通道。滚珠与丝杠轴螺旋滚道面或丝杠螺母螺旋滚道面之间的轴向最大间隙允许滚珠在其无负荷返回通道中顺畅地移动。

在所述螺旋通道一和螺旋通道二内，滚珠在传递轴向载荷时的接触角α方向相反，因此这两个通道内的滚珠可分别用于传递方向相反的轴向载荷。

所述丝杠轴1和丝杠螺母2的螺旋齿侧面上的沟道法向截面轮廓形状均有单圆弧形和双圆弧形两种。所述单圆弧形沟道的法向截面轮廓主要由一段圆弧(r1)构成，所述双圆弧形沟道的法向截面轮廓主要由两段圆弧(r2和r3)构成。当所述丝杠轴1和丝杠螺母2配套时，螺旋齿侧面上的沟道法向截面轮廓形状相同。

丝杠螺母螺旋齿21的两端具有过渡型曲面21c、21d。

所述滚珠丝杠副允许具备两个或多个所述完整的滚珠循环通道。当所述滚珠丝杠副具备两个或多个完整的滚珠循环通道时，丝杠螺母螺旋齿21在其螺旋方向上被分成不连续的两段或多段，且每段丝杠螺母螺旋齿的两端都具有过渡型曲面；在相邻的任意两段丝杠螺母螺旋齿端面之间都有一个空挡，在该空档内设置双反向面滚珠反向器5；因为所述滚珠螺旋通道一和螺旋通道二均被双反向面滚珠反向器5分隔成两段或多段，所以每段丝杠螺母螺旋齿与其两端的滚珠反向器(4或5)均形成一个完整的滚珠循环通道，并且在每一个循环通道内都可以具有一个滚珠循环链。

所述单反向面滚珠反向器4上的反向引导沟道41和双反向面滚珠反向器5上的反向引导沟道51、52都位于丝杠轴螺旋齿的齿槽间，并且面向丝杠螺母螺旋齿的端面。滚珠反向器4和5的反向引导部分的上端面、下端面均为与丝杠轴螺旋齿导程相同的螺旋面，并且与相邻的丝杠轴螺旋齿侧面之间均存在几何间隙。

所述滚珠丝杠副允许采用浮动式的滚珠反向器。当所述滚珠丝杠副采用浮动式滚珠反向器时，所述单反向面滚珠反向器4和双反向面滚珠反向器5分别由单反向面浮动式滚珠反向器和双反向面浮动式滚珠反向器替代。

所述单反向面浮动式滚珠反向器主要由背板61、浮动块62、调整块63、固定块64、板形弹簧65、楔形键66和盖板67构成；背板61与固定块64一起通过螺钉被固定在所述丝杠螺母上，其内侧具有导向槽611，导向槽611的引导轨迹为一螺旋线，且导程与所述丝杠轴螺旋齿的导程相同；所述浮动块62和调整块63上设有导向面62c、62d、63c和63d，这几个导向面均与背板61内侧的导向槽611配合，使浮动块和调整块能够沿着背板导向槽611移动；楔形键66位于固定块64和调整块63之间，楔形键66的楔形面与调整块63的楔形面63e配合；板形弹簧65位于调整块63和浮动块62之间，板形弹簧65的固定端652嵌于调整块63的凹槽631内，当板形弹簧65发生弹性变形时，其固定端652的位置相对固定，而另一端能够在调整块上自由地移动；通过调整楔形键66的位置可以使调整块63沿着背板导向槽611移动，从而可以改变调整块63与浮动块62之间的距离以及板形弹簧65的压缩变形量；在浮动块62上具有引导滚珠反向的沟道621，当滚珠刚进入反向通道时，浮动块62在滚珠的冲击作用下能够沿着背板导向槽611浮动；浮动块62和调整块63的上端面、下端面(62a、62b、63a和63b)均为螺旋面，且导程与丝杠轴螺旋齿的导程相同；所述盖板67位于楔形键66的大端外侧，且在盖板67和固定块64及背板61之间具有调整垫片，通过改变调整垫片的厚度可以调整楔形键66的位置。

所述双反向面浮动式滚珠反向器主要由背板71、浮动块72、浮动块73、板形弹簧74和75、楔形键76、弹簧压板77和调整垫片78构成；在背板71的内侧具有导向槽711，导向槽711的引导轨迹为一螺旋线，且导程与丝杠轴螺旋齿11的导程相同；在浮动块72和73上设有浮动导向面72c、72d、73c和73d，所述浮动导向面72c、72d、73c、73d均与背板的导向槽711配合，使浮动块能够沿着背板导向槽711移动；在浮动块72和73上各有一个滚珠反向引导沟道，这两个沟道分别面向反向器7两侧的丝杠螺母螺旋齿的端面；两个板形弹簧74、75的结构相同，并且和楔形键76均位于两个浮动块72和73之间，板形弹簧74和75的变形量可以通过楔形键76调节；背板71的中部具有通孔712，楔形键76的楔形部分和板形弹簧74、75的弹性作用部分均通过孔712从背板外侧穿入到背板内侧；弹簧压板77和调整垫片78均位于板形弹簧74、75和楔形键76的固定端之间，通过改变调整垫片78的厚度可以调整楔形键76相对于板形弹簧74和75的位置，进而可以调整板形弹簧的变形量以及预紧力的大小；楔形键76、板形弹簧74和75、弹簧压板77和调整垫片78均通过螺钉固定在背板71上。

所述单反向面浮动式滚珠反向器在丝杠螺母2上的固定方式与非浮动式的单反向面滚珠反向器4在丝杠螺母2上的固定方式相同；所述双反向面浮动式滚珠反向器在丝杠螺母2上的固定方式与非浮动式的双反向面滚珠反向器5在丝杠螺母2上的固定方式相同。

在所述滚珠丝杠副的滚珠循环通道内，在相邻的滚珠之间允许设置滚珠分隔器8。当滚珠之间具有分隔器8时，可以避免相邻的滚珠之间发生直接接触或碰撞，从而有利于减小振动和噪声；在滚珠分隔器8上与滚珠接触的两个侧面8a和8b均为凹形球面，并且这两个凹形球面的半径均大于滚珠半径。

本发明实施的滚珠丝杠副不限于只有一个或两个滚珠循环通道的结构，也包含具有多个滚珠循环通道的结构。当所述滚珠丝杠副具有n(n＞2)个滚珠循环通道时，丝杠螺母螺旋齿21沿其螺旋方向被分成不连续的n段，在相邻的任意两段丝杠螺母螺旋齿之间都有一个双反向面滚珠反向器，并且在第一个丝杠螺母螺旋齿的起始端和最后一个丝杠螺旋齿的终端也各有一个滚珠反向器，这时滚珠反向器的总数量为n+1个。为了使滚珠丝杠副的结构紧凑，滚珠反向器在丝杠螺母的圆周方向上均匀分布，例如当所述滚珠丝杠副具有两个、三个或四个滚珠循环通道时，滚珠反向器在丝杠螺母圆周方向上的等间隔角度分别为180°、120°和90°。

本发明实施的滚珠丝杠副的丝杠轴1不限于实心轴，也包含空心轴。

本发明实施的滚珠丝杠副的滚珠不限于金属滚珠，也包含陶瓷等非金属滚珠。

在本发明实施的单反向面浮动式滚珠反向器的浮动块62与调整块63之间以及双反向面浮动式滚珠反向器的两个浮动块72、73之间均可以设置阻尼元件，以进一步减小滚珠冲击反向器引起的振动和噪声。

本发明的滚珠丝杠副在受到方向相反的轴向载荷作用时，由于其内部轴向间隙的存在，所述丝杠轴或丝杠螺母可能发生轴向窜动，对此，可采用双丝杠螺母调整预紧方法避免。所谓双丝杠螺母调整预紧方法，就是在同一根丝杠轴上装配两个丝杠螺母，通过调整两个丝杠螺母之间的轴向位置，使这两个丝杠螺母中的滚珠承受方向相反的预紧力，因为两个丝杠螺母中承受预紧力的滚珠的接触角方向相反，所以这两个丝杠螺母中的滚珠可分别承受方向相反的轴向载荷，从而能够避免只有一个丝杠螺母时发生的轴向窜动。在现有技术中，滚珠丝杠副的双丝杠螺母调整预紧方法包含双螺母齿差式调整预紧法、双螺母螺纹式调整预紧法、双螺母垫片式调整预紧法等，本发明实施的滚珠丝杠副也可采用这些方法进行调整和预紧。

本发明提供的滚珠丝杠副不限于上述实施方式，也包含其它能够实现其结构和功能的实施方式。

上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩如本发明权利要求书所确定的保护范围内。