超大导程行星滚柱丝杠的制作方法

1.本发明涉及丝杠加工技术领域，具体为一种超大导程行星滚柱丝杠。


背景技术：

2.常规技术中使用较多的行星滚柱丝杠一般包括丝杠,螺母和滚柱；其中的丝杠包括外螺纹；螺母环绕丝杠布置并包括内螺纹；所述滚柱啮合于丝杠的外螺纹和螺母的内螺纹,行星滚柱丝杠由于采用了带有螺纹的滚柱取代了滚珠作为传力单元，与滚珠丝杠相比，其传力单元具有更大的接触半径和更多的接触点，因此在位置精度、额定载荷、刚度、速度、寿命等方面均优于滚珠丝杠，近年来被广泛应用于航空、航天、精密机床和食品包装等领域。
3.在行星滚子丝杠机构中，第一构件可以是丝杠轴，第二构件可以是围绕丝杠轴安装的螺母，而各滚子均具有与分别设置在丝杠轴的外径向表面和螺母的内径向表面上的螺纹啮合的螺纹。在这种情况下，施加到机构的输入负荷可以是施加在丝杠轴上的转动扭矩，这引起螺母的直线运动，从而引起轴向输出力，或者，施加到机构的输入负荷可以是施加在螺母上的轴向作用力，这引起丝杠轴的转动，从而引起输出扭矩。作为一种选择，第一构件可以是螺母，第二构件可以是丝杠轴。在这种情况下，机构上的输入负荷可以是施加在螺母上的扭矩，这引起丝杠轴的平移运动，从而引起轴向输出力，或者，机构上的输入负荷可以是施加在丝杠轴上的轴向力，这引起螺母的转动运动，从而引起输出扭矩。
4.对于行星滚柱丝杠来说，关键的效率因素是丝杠的导程。此处丝杠的导程通常被定义为当丝杠轴转一圈360
°
时螺母平移的轴向位移长度或当螺母转一圈360
°
时丝杠轴的轴向位移长度。
5.现有技术中一般使用的行星滚柱丝杠的导程大小被限制在丝杠轴的中径值大小范围内。其主要原因在于以下两点：
6.第一点，滚柱的中径应当与丝杠轴的中径成比例，并与丝杠轴的螺纹的数量成反比。而当需要扩大丝杠的导程时，理论上需要扩大丝杠轴的螺纹的数量，即通过扩大丝杠轴的螺纹数量来获得丝杠导程的增加，在此过程中，随着丝杠轴的螺纹的数量越大，则滚柱的中径同步减小，而实际对于整体的行星滚柱丝杆来说，其中使用的滚柱的中径是需要满足在一定的数值范围内的，并非可以无限制地减小，因为随着滚柱的中径不断减小，会直接影响到滚柱的整体结构强度，由此来影响到整体的行星滚柱丝杆运行过程的稳定性。
7.第二点，现有技术例如公告号为cn 107002841 b的专利公开了一种行星滚子丝杆机构，具有大于等于60mm的导程，其相比常规的行星滚子丝杆机构来说导程有所增加，但是所增加的导程范围有限，究其原因主要在于，该丝杆机构的导程l4＝p4*n4，其中n4为丝杠轴的螺纹数量，p4为螺距的值，为了增加导程l4需要通过同步增加丝杠轴的螺纹数量和螺距的值来实现，这种情况下，在丝杠导程增加的前提下，会同步增大滚柱的外螺纹和丝杠轴的外螺纹的螺旋升角，在螺旋升角增大的基础上，又因为螺纹的旋向相同，存在较大的啮合干涉，此时即需要通过对丝杠轴的外螺纹进行修形，以降低该外螺纹的齿廓高度，在此过程
中，丝杠轴的外螺纹的齿廓高度的降低则是会带来滚柱外螺纹与丝杠轴外螺纹的啮合点向丝杠轴的外螺纹的齿尖偏移的情况，此时即会削弱滚柱与丝杆轴的啮合效果，经研究发现，当导程大于丝杆轴中径大小的1.5倍以上时，滚柱与丝杆轴出现齿尖啮合而导致的啮合强度大幅度减弱甚至是啮合失效的现象，因此整体的丝杆机构受制于丝杆轴与滚柱之间需要保持有效的啮合，即上述公开文件中的技术方案由于丝杠轴的螺纹数量和螺距的值可增加的范围被限定了，进而造成整体的丝杆机构的导程所能增加的范围也很有限。具体来说，参照其说明书实施例0080段公开的实施例1和实施例2的导程表来说，在实施例1中的导程l4为80mm，而丝杆轴的公称直径为87mm，在实施例2中的导程l4为60mm，而丝杆轴的公称直径为48mm，由此可知该丝杆机构的有效导程最大不超过丝杆轴的公称直径的1.5倍。
8.故而现有技术中常规使用的行星滚柱丝杠来说，受到滚柱的中径大小的限制以及整体的滚柱与丝杠轴的啮合结构的限制，使得整体的行星滚柱丝杆的导程被限定，难以实现导程的大突破。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供一种超大导程行星滚柱丝杠，以解决有效扩大整体丝杠的导程的技术效果。
10.本发明的超大导程行星滚柱丝杠是这样实现的：
11.一种超大导程行星滚柱丝杠，包括：
12.丝杠轴，其包括螺纹部；其中所述螺纹部设置有至少两个外螺纹以及在外螺纹的至少一个轴向端成形有一个齿形圈；
13.螺母，套设在丝杠轴外，且其具有中空腔体，且该中空腔体的内壁成形有至少两个内螺纹；
14.至少两个滚柱，其相对于所述丝杠轴的中心轴线在径向上布置在所述丝杠轴与所述螺母之间；每个滚柱均设置有至少两个滚柱外螺纹以及用于与所述齿形圈啮合的齿牙部；两个滚柱外螺纹用于同时与丝杠轴的外螺纹和螺母的内螺纹啮合；
15.每个所述滚柱的滚柱外螺纹的螺纹旋向与丝杠轴的外螺纹的螺纹旋向相反；
16.所述丝杠轴的外螺纹、螺母的内螺纹和每个滚柱的滚柱外螺纹的螺距相同；以及
17.所述滚柱的中径d3通过以下关系与所述丝杠轴的中径d1、丝杠轴的外螺纹数量m1及每个滚柱的滚柱外螺纹数量m3有关：
[0018][0019]
在本发明可选的实施例中，每个滚柱的中径d3均不大于所述丝杠轴的中径d1。
[0020]
在本发明可选的实施例中，所述超大导程行星滚柱丝杠具有为丝杠轴的中径的两倍以上的导程。
[0021]
在本发明可选的实施例中，所述超大导程行星滚柱丝杠具有为1～500mm的导程。
[0022]
在本发明可选的实施例中，每个滚柱的滚柱外螺纹数量的范围为2～500；以及
[0023]
所述丝杠轴的外螺纹、螺母的内螺纹和每个滚柱的滚柱外螺纹的螺距的范围均为0.2～20mm。
[0024]
在本发明可选的实施例中，每个滚柱的滚柱外螺纹数量不大于所述丝杠轴的外螺
纹的数量并且不大于所述螺母的内螺纹的数量；以及
[0025]
所述螺母的内螺纹的数量不大于丝杠轴的外螺纹的数量。
[0026]
在本发明可选的实施例中，所述丝杠轴的外螺纹的螺旋升角与每个滚柱的滚柱外螺纹的螺旋升角相同。
[0027]
在本发明可选的实施例中，每个滚柱的滚柱外螺纹数量不大于所述丝杠轴的外螺纹的数量并且不大于所述螺母的内螺纹的数量；以及
[0028]
所述螺母的内螺纹的数量大于丝杠轴的外螺纹的数量，且所述螺母的内螺纹的数量与所述丝杠轴的外螺纹的数量形成的倍数大于1倍且小于等于5倍。
[0029]
在本发明可选的实施例中，每个所述滚柱的滚柱外螺纹的螺纹旋向和螺母的内螺纹的螺旋旋向相反。
[0030]
在本发明可选的实施例中，每个所述滚柱的滚柱外螺纹的螺纹旋向和螺母的内螺纹的螺旋旋向相同。
[0031]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的超大导程行星滚柱丝杠，通过增加了滚柱上的滚柱外螺纹的数量m3，而滚柱的中径则是由得出，故而当m3增加时，滚柱的中径同步增大，由此使得本发明在利用增加丝杠轴上的外螺纹的数量来达到扩大丝杠整体导程的过程中，不会出现滚柱的中径变小而影响到其结构强度的问题，即本发明的超大导程行星滚柱丝杠可以在不影响滚柱结构强度的前提下通过增加丝杠轴上的外螺纹数量达到扩大丝杠导程的目的。
[0032]
再者，再通过每个所述滚柱的滚柱外螺纹的螺纹旋向与丝杠轴的外螺纹的螺纹旋向相反的结构的设计，可以规避现有技术中存在的丝杠轴与滚柱因啮合干涉而对丝杠轴的外螺纹进行修形带来的啮合点向螺纹的尖部偏移的情况，即在实现整体丝杠导程增加的前提下不会减弱丝杠轴与滚柱的啮合效果，由此也就是说本发明的行星滚柱丝杠的导程的增加不会受限于丝杆轴与滚柱的啮合问题的限制，从而使得本发明的丝杠的导程可以实现超大导程的突破。
附图说明
[0033]
图1为本发明的超大导程行星滚柱丝杠的结构示意图；
[0034]
图2为本发明的超大导程行星滚柱丝杠的丝杠轴与滚柱的配合结构示意图；
[0035]
图3为本发明的超大导程行星滚柱丝杠的丝杠轴与滚柱的局部配合结构示意图；
[0036]
图4为本发明的超大导程行星滚柱丝杠的丝杠轴的结构示意图；
[0037]
图5为本发明的超大导程行星滚柱丝杠的螺母的局部结构示意图；
[0038]
图6为本发明的超大导程行星滚柱丝杠的滚柱的结构示意图。
[0039]
图中：丝杠轴1、光轴部11、螺纹部12、齿形圈13、卡嵌槽14、外螺纹15、螺母2、内螺纹21、滚柱3、滚柱外螺纹31、齿牙部32、插配部33、行星架4、卡环5。
具体实施方式
[0040]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
实施例1：
[0042]
请参阅图1至图6所示，本发明提供一种超大导程行星滚柱丝杠，包括：配合使用的丝杠轴1、螺母2和至少两个滚柱3。大致来说，从整体螺母2的径向层面来说，螺母2位于最外层，至少两个滚柱3位于中间层，而丝杠轴1则是位于最内层，其中的至少两个滚柱3同时与螺母2和丝杠轴1啮合相连。
[0043]
本实施例结合附图举例一种可选的情况来说，首先是，丝杠轴1包括相邻的光轴部11和螺纹部12，其中的螺纹部12用于实现与至少两个滚柱3啮合。对于该螺纹部12来说，在螺纹部12设置有至少两个外螺纹15以及在外螺纹15的至少一个轴向端成形有一个齿形圈13；也就是说此处对于螺纹部12的两个轴向侧来说，可以只在外螺纹15的一个轴向端设置齿形圈13，也可以是在外螺纹15的两个轴向端均设置齿形圈13，对此本实施例不做绝对限定。此处还需要加以说明的是，对于此处的齿形圈13设置在外螺纹15的轴向端，但是并不表示齿形圈13必然要与外螺纹15相连，也可以是在齿形圈13与外螺纹15之间存在一定的间距，也可以是两者直接顺接在一起的。
[0044]
其次是螺母2，其具有中空腔体，且该中空腔体的内壁成形有至少两个内螺纹21；需要说明的是，对于此处设置在螺母2的中空腔体的内壁上的内螺纹21来说，其可以沿着整个的中空腔体的内壁延伸，即内螺纹21布满整体的螺母2的中空腔体的内壁上，还可以是只在螺母2的中空腔体中的部分结构上成形有内螺纹21，上述这两种情况都是满足本实施例的使用需求的，对此本实施例也不做绝对限定。
[0045]
再者来说至少两个滚柱3，其相对于丝杠轴1的中心轴线在径向上布置在丝杠轴1与螺母2之间；需要说明的是，此处的多个滚柱3来说，其整体结构相同，因此以下实施例中所述的滚柱3的结构和参数均适用于此处的任一个滚柱3。
[0046]
每个滚柱3均设置有至少两个滚柱外螺纹31以及用于与齿形圈13啮合的齿牙部32；两个滚柱外螺纹31用于同时与丝杠轴1的外螺纹15和螺母2的内螺纹21啮合。其中的齿牙部32是位于滚柱外螺纹31的轴向端的，具体的，当丝杠轴1上设置一个齿形圈13时，则齿牙部32也设置为一个，当丝杠轴1上分别在其外螺纹15的轴向两端分别设置一个齿形圈13，也就是一共设置两个齿形圈13时，则对应的滚柱3上的齿牙部32也设置两个。
[0047]
此处结合附图举例一种可选的情况来说，出于便于装配的目的考虑，本实施例中的至少两个滚柱3通过一对行星架4再配合一对卡环5来实现其与丝杠轴1的装配。详细来说，在至少两个滚柱3的轴向端分别套设有一个行星架4，具体的在滚柱3的两个轴向端分别设有外径小于齿牙部32的用于与行星架4插接固定的插配部33，以及在丝杠的螺纹部12的齿形圈13背离外螺纹15的一侧则是凹设有适于嵌入卡环5的卡嵌槽14，如此结构下，当至少两个滚柱3与两个行星架4插接到位后，在将滚柱3与行星架4形成的结合体套设在丝杠轴1上，然后再将卡环5卡入到卡嵌槽14中，且当卡环5与卡嵌槽14卡接到位后，卡环5可以从行星架4背离滚柱3的一端抵顶行星架4，如此结构下即通过一对卡环5来实现将滚柱3和行星架4有效装配在丝杠轴1上的效果了。上述卡环5中具有一缺口，以方便卡环5与卡嵌槽14的装配。
[0048]
在上述结构的基础上，还需要加以说明的是，丝杠轴1的外螺纹15、螺母2的内螺纹
21和每个滚柱3的滚柱外螺纹31的螺距相同；更为具体的，丝杠轴1的外螺纹15、螺母2的内螺纹21和每个滚柱3的滚柱外螺纹31的螺距的范围为0.2～20mm。而滚柱3的中径d3通过以下关系与丝杠轴1的中径d1、丝杠轴1的外螺纹15数量m1及每个滚柱3的滚柱外螺纹31数量m3有关：
[0049]
其中的m3是大于等于2的。
[0050]
需要加以说明的是，本实施例中的各滚柱3的中径d3都不大于丝杠轴1的中径d1；每个滚柱3的滚柱外螺纹31数量m3不仅不大于丝杠轴1的外螺纹15的数量m1，并且每个滚柱3的滚柱外螺纹31数量m3也不大于螺母2的内螺纹21的数量。此处需要另外说明的是，在本实施例中的中径是指的通过螺纹轴向截面内牙型上的沟槽和凸起宽度相等处的假象圆柱的直径，中径是确定螺纹几何参数和配合性质的直径。
[0051]
在上述结构的基础上，还有必要加以说明的是，对于行星滚柱丝杠的导程l来说，其一般都是通过以下关系得出的,l＝p
×
m1；其中的p为丝杠的外螺纹15的螺距，为了扩大导程l的值，即可以扩大丝杠轴1的外螺纹15数量m1的值，在此过程中，当m3保持现有技术中通常采用的值为1时，则丝杠轴1的外螺纹15数量m1的增加必然带来的是滚柱3中径d3的减小，而本实施例通过m3采用的数值起码是2，从而可以通过增加m3的数值起到抵消因为m1的数值变大而带来的降低d3的问题，即当扩大丝杠轴1的外螺纹15数量m1的值时，同步来增加m3的值，从而使得滚柱3的中径d3不因m1的增大而减小，由此使得本实施例在利用增加丝杠轴1上的外螺纹15的数量m1来达到扩大丝杠整体导程l的过程中，不会出现滚柱3的中径变小d3而影响到其结构强度的问题，即实施例的超大导程行星滚柱丝杠可以在不影响滚柱3整体结构强度的前提下通过增加丝杠轴1上的外螺纹15数量达到扩大丝杠导程的目的。
[0052]
再者来说，还是基于l＝p
×
m1，而m1＝d1
×
m3/d3，对此，通过增加m3的数值即可获得本实施例的超大导程行星滚柱丝杠具有为丝杠轴1的中径d1的两倍以上的导程l。具体来说，在本实施例中的每个滚柱3的滚柱外螺纹31数量m3的范围为2～500，优选的情况下每个滚柱3的滚柱外螺纹31数量m3的范围在2～200之间。对应可以实现的导程l的范围为1～500mm，该导程l相比现有技术中公开的任一成熟手段中的丝杠的导程来说，本实施例能实现整体行星滚柱丝杠的超大导程。
[0053]
表1中说明了本实施例中的超大导程行星滚柱丝杠的导程l与各部件的参数关系：
[0054]
表1(所有尺寸的单位均为mm)
[0055][0056]
由上表可知，本实施例的超大导程行星滚柱丝杠具有为丝杠轴1的中径d1的两倍以上的导程l，即相比现有技术来说可以实现整体行星滚柱丝杠的超大导程的突破。
[0057]
实施例2：
[0058]
在实施例1的超大导程行星滚柱丝杠的基础上，本实施例提供的超大导程行星滚柱丝杠还做了以下结构设计：
[0059]
每个滚柱3的滚柱外螺纹31的螺纹旋向与丝杠轴1的外螺纹15的螺纹旋向相反。其中的滚柱3上的滚柱外螺纹31的螺旋方向可以是正向螺旋，还可以是反向螺旋，对此本实施例不做绝对限定。此处需要加以说明的是，对于滚柱3的滚柱外螺纹31来说，其与螺母2的内螺纹21之间的螺纹旋向可以相同，也可以相反，对此本实施例不做绝对限定，优选的一种情况下，滚柱3的滚柱外螺纹31与螺母2的内螺纹21之间的螺纹旋向相反。
[0060]
在上述结构的基础上，也就是说滚柱外螺纹31和丝杠轴1的外螺纹15之间呈交错螺纹状结构，如此结构下也即滚柱外螺纹31和丝杠轴1的外螺纹15之间的啮合干涉很小，并且，丝杠轴1的外螺纹15的螺旋升角与每个滚柱3的滚柱外螺纹31的螺旋升角相同时，可以完全消除滚柱外螺纹31和丝杠轴1的外螺纹15之间的啮合干涉。
[0061]
具体来说，当每个滚柱3的滚柱外螺纹31的螺纹旋向与丝杠轴1的外螺纹15的螺纹旋向相同时，为了实现整体丝杠的大导程即需要同步增大滚柱3的滚柱外螺纹31和丝杠轴1的外螺纹15的螺旋升角，在螺旋升角增大的基础上，又因为两个螺纹的旋向相同，故而会存在较大的啮合干涉，此时即需要通过对丝杠轴1的外螺纹15进行修形，通过修形来降低丝杠轴1的外螺纹15的齿廓高度。而在此过程中，丝杠轴1的外螺纹15的齿廓高度的降低则是会带来滚柱外螺纹31与丝杠轴1外螺纹15的啮合点向丝杠轴1的外螺纹15的齿尖偏移的情况。
[0062]
因此，本实施例通过消除滚柱外螺纹31与丝杠轴1的外螺纹15之间的啮合干涉问题，由此即可避免对于丝杠轴1的外螺纹15的修形处理，也就可以直接避免现有技术中存在的丝杠轴1与滚柱3的啮合点向螺纹的尖部偏移的情况，即在实现整体丝杠导程增加的前提下不会减弱丝杠轴1与滚柱3的啮合效果，由此也就是说本发明的行星滚柱丝杠的导程的增
加不会受限于丝杠轴1与滚柱3的啮合问题的限制，从而使得本实施例的行星滚柱丝杠的导程可以实现超大导程的突破。
[0063]
在上述结构的基础上，进一步来说，在一种可选的实施情况下，螺母2的内螺纹21的数量小于或者等于丝杠轴1的外螺纹15的数量。优选的情况下螺母2的内螺纹21的数量等于丝杠轴1的外螺纹15的数量，此种情况下，对于螺母2的内螺纹21与滚柱3的滚柱外螺纹31之间的配合过程来说，可能存在滚柱外螺纹31和螺母2的内螺纹21的存在微量的啮合干涉，此处的啮合干涉量较小，此处对于上述微量的啮合干涉，可以采用的方式是，对于螺母2的内螺纹21的齿廓进行修形以降低该螺纹2的内螺纹21的齿廓高度，此处的修形量大致为螺母2的内螺纹2的螺距的0.01～0.4倍。
[0064]
故而，对于本实施例的超大导程行星滚柱丝杠来说，整体的行星滚柱丝杠的导程的增加不会受限于丝杆轴与滚柱3以及滚柱3与螺母2的啮合问题的限制，从而使得本实施例的丝杠的导程可以实现超大导程的突破。
[0065]
实施例3：
[0066]
在实施例1或者实施例2的超大导程行星滚柱丝杠的基础上，本实施例提供的超大导程行星滚柱丝杠设置螺母2的内螺纹21的数量大于丝杠轴1的外螺纹15的数量，且螺母2的内螺纹21的数量是丝杠轴1的外螺纹15的数量的倍数大于1倍且小于等于5倍，在此结构下，在整体的行星滚柱丝杠的螺距不变的前提下，增加螺母2的内螺纹21数量，可以实现行星滚柱丝杠形成超大导程的差动结构。
[0067]
需要说明的是，本实施例中螺母2的内螺纹21的数量大于丝杠轴1的外螺纹15的数量的情况下所能实现的行星滚柱丝杠的导程是小于螺母2的内螺纹21的数量乘以螺母2的内螺纹21的螺距所得到的数值的，当然本实施例的超大导程行星滚柱丝杠依然可以达到丝杠轴1的中径d1的两倍以上的导程l，即相比现有技术中广泛使用的行星滚柱丝杠来说，本实施例依然可以实现整体行星滚柱丝杠的超大导程的突破。
[0068]
以上的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
[0069]
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0070]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0071]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不
能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0072]
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
[0073]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。