CN102734417B - 一种可同时消除两侧轴向间隙的单螺母行星滚柱丝杠机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可将旋转运动和直线运动相互转化的机械装置，具体涉及一种可同时消除两侧轴向间隙的单螺母行星滚柱丝杠机构。该机构在长轴滚柱7和空心滚柱8组成的滚柱端部采用收缩盘组件沿径向将长轴滚柱7和空心滚柱8进行压紧，长轴滚柱7和空心滚柱8螺纹将分别与丝杠14螺纹和螺母2螺纹夹紧，从而解决了同时消除行星滚柱丝杠机构两侧轴向间隙的问题，此方法不会改变中心距和改变承载能力，而且便于滚柱安装。该方法还可通过轴端收缩盘进行轴向间隙调整，以便于螺纹经过长期工作磨损后再次进行轴向间隙调整。解决了由于轴向间隙造成的空转打滑问题，有效的提高了传动精度、降低螺纹啮合冲击、保证承载能力和提高整体传动效率。

Description

一种可同时消除两侧轴向间隙的单螺母行星滚柱丝杠机构

技术领域

本发明属于一种可将旋转运动和直线运动相互转化的机械装置。

现有技术

行星滚柱丝杠机构是一种可将旋转运动和直线运动相互转化的机械装置。现有常用的直线作动机构主要是滚珠丝杠。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军民领域需要直线伺服作动的场合。

行星滚柱丝杠虽具有上述众多优点，但存在的主要问题是空转打滑，这是螺纹啮合存在轴向间隙造成，会影响传动精度并增大磨损，尤其是高速往复运动会增大啮合冲击。

目前解决这一问题的主要方法是采用双螺母，通过弹性单元将两个螺母轴向预紧连接，以消除轴向间隙，但这种方法只消除了滚柱与螺母间的轴向间隙，丝杠与滚柱间的轴向间隙仍然存在，空转打滑问题只是减缓，并未根本消除。而且双螺母预紧的作用是：一个螺母作为预紧螺母，一个螺母作为承载螺母，虽然双螺母能消除滚柱和螺母侧的轴向间隙，但由于预紧力的存在使得承载螺母除了承担原有轴向载荷外，还要承担增加的预紧力，如果轴向载荷增大或者预紧力过大都会造成承载螺母损坏。文献“Elastic Elements in Roller-Screw Mechanisms”提出了一种消除丝杠与滚柱轴向间隙的方法，即采用一种环形弹簧，安装在开槽螺母上，通过径向力压紧丝杠、滚柱和螺母，同时在滚柱轴头上安装有弹性分离器，在环形弹簧和分离器的共同作用下，达到消除轴向间隙的目的，但这种方法作用力在径向，会造成丝杠和滚柱偏离设计啮合位置，改变中心距、降低承载能力和传动精度。因此，需要有一种新结构能同时消除丝杠与滚柱侧和滚柱与螺母侧轴向间隙，达到解决空转打滑的目的，而且使得各部件不承担多余载荷，进而保证了该机构能可靠运行、不会过早出现损坏。

发明内容

本发明的目的是：针对解决空转打滑问题，提出一种可同时消除滚柱与螺母侧和滚柱与丝杠侧轴向间隙的新型单螺母行星滚柱丝杠机构，目的是在不增加额外载荷的同时解决空转打滑问题，并以此提高传动精度、减小螺纹啮合冲击、降低振动噪声。该机构适用于大行程、大推力、对位置精度、振动冲击和噪声要求较高的直线伺服场合。

本发明的技术方案是：一种可同时消除两侧轴向间隙的单螺母行星滚柱丝杠机构，包括行星滚柱丝杠副传动组件和轴向间隙调整组件两部分；

参阅图1，所述行星滚柱丝杠副传动组件包括丝杠14、长轴滚柱7、空心滚柱8、螺母2、左侧内齿圈5、右侧内齿圈11、左侧行星架4、右侧行星架12、左侧轴端挡圈3和右侧轴端挡圈13；

所述长轴滚柱7和空心滚柱8具有旋向相同的单头螺纹，长轴滚柱7的光轴端装入空心滚柱8形成一个滚柱，若干所述长轴滚柱7和空心滚柱8组成的滚柱两端分别置于左侧行星架4和右侧行星架12上，周向均布于丝杠14和螺母2之间的环形空腔中，形成单螺母行星滚柱丝杠机构；长轴滚柱7和空心滚柱8与丝杠14螺纹和螺母2螺纹啮合，通过长轴滚柱7和空心滚柱8的相对旋转调整，使得丝杠14和螺母2轴向被夹紧，长轴滚柱7螺纹牙的右侧曲面同时与丝杠14和螺母2螺纹牙的左侧曲面无间隙啮合，空心滚柱8螺纹牙的左侧曲面同时与丝杠14和螺母2螺纹牙的右侧曲面无间隙啮合；

为了防止长轴滚柱7和空心滚柱8在受力时发生偏斜，将长轴滚柱7和空心滚柱8组成的滚柱两端部分螺纹切成直齿，两端的直齿分别与左侧内齿圈5和右侧内齿圈11内壁直齿啮合，以保证长轴滚柱7和空心滚柱8组成的滚柱轴线与丝杠14轴线平行；左侧内齿圈5和右侧内齿圈11通过过盈配合分别装入螺母两端，并由定位销钉固定；左侧轴端挡圈3和右侧轴端挡圈13分别装入左侧内齿圈5和右侧内齿圈11的凹槽中，起轴向定位作用并防止左侧行星架4和右侧行星架12脱落。

所述轴向间隙调整组件包括分别位于长轴滚柱7和空心滚柱8外周的左右两个收缩盘组件10；参阅图2、图3、图4，所述收缩盘组件10由收缩压环Ⅰ10-1和收缩压环Ⅱ10-2组成；收缩压环Ⅰ10-1和收缩压环Ⅱ10-2均为台阶环状，其大端和小端均为斜壁；收缩压环Ⅰ10-1大端外斜壁a与收缩压环Ⅱ10-2大端内斜壁d相配；收缩压环Ⅰ10-1小端外斜壁b与收缩压环Ⅱ10-2小端内斜壁c相配；收缩压环Ⅰ10-1和收缩压环Ⅱ10-2通过若干周向均布的轴向连接螺栓10-3连接；拧紧左右两个收缩盘组件10的连接螺栓10-3时，收缩压环10-1的斜面a和b分别与收缩压环10-2的斜面d和c产生作用，沿径向压紧长轴滚柱7和空心滚柱8，使其在丝杠14传递作用力时保持同步运动。

所述一种可同时消除两侧轴向间隙的单螺母行星滚柱丝杠机构工作原理为：丝杠14为驱动轴，当丝杠14顺时针旋转时，带动长轴滚柱7和空心滚柱8同步旋转，丝杠14螺纹牙左侧曲面分别同时与长轴滚柱7和空心滚柱8螺纹牙的右侧曲面啮合，长轴滚柱7和空心滚柱8在顺时针公转的同时绕自身轴线逆时针旋转，推动螺母2沿轴线向左直线运动。同理当丝杠14逆时针旋转时，长轴滚柱7和空心滚柱8在逆时针公转的同时绕自身轴线顺时针旋转，推动螺母2沿轴线向右直线运动。螺母2运动方向只与丝杠14、长轴滚柱7、空心滚柱8和螺母2旋向有关。

本发明的有益效果是：该机构在长轴滚柱7和空心滚柱8组成的滚柱端部采用收缩盘组件沿径向将长轴滚柱7和空心滚柱8进行压紧，长轴滚柱7和空心滚柱8螺纹将分别与丝杠14螺纹和螺母2螺纹夹紧，从而解决了同时消除行星滚柱丝杠机构两侧轴向间隙的问题，此方法不会改变中心距和改变承载能力，而且便于滚柱安装。该方法还可通过轴端收缩盘进行轴向间隙调整，以便于螺纹经过长期工作磨损后再次进行轴向间隙调整。

该机构同时消除了滚柱与螺母和滚柱与丝杠间的轴向间隙，解决了由于轴向间隙造成的空转打滑问题，有效的提高了传动精度、降低螺纹啮合冲击、保证承载能力和提高整体传动效率。此外，本发明所述的消除轴向间隙的方法还可用于其他直线作动机构，例如滚珠丝杠。

附图说明

图1是本发明提出的一种可同时消除两侧轴向间隙的单螺母行星滚柱丝杠机构组成图；

图2是收缩盘组件10装配示意图图；

图3是收缩盘组件10中收缩压环Ⅰ10-1结构示意图；

图4是收缩盘组件10中收缩压环Ⅱ10-2结构示意图；

其中：1-螺母螺栓孔；2-螺母；3-左侧轴端挡圈；4-左侧行星架；5-左侧内齿圈；6-左侧轮齿；7-长轴滚柱；8-空心滚柱；9-右侧轮齿；10-收缩盘组件；10-1-收缩压环Ⅰ；10-2-收缩压环Ⅱ；10-3-连接螺栓；11-右侧内齿圈；12-右侧行星架；13-右侧轴端挡圈；14-丝杠；15-定位销钉孔；16-销钉孔。

收缩盘组件10由收缩压环10-1和收缩压环10-2组成。

具体实施实例

本实施例中的可同时消除两侧轴向间隙的单螺母行星滚柱丝杠机构，包括行星滚柱丝杠副传动组件和轴向间隙调整组件两部分；

行星滚柱丝杠副传动组件包括丝杠14、长轴滚柱7、空心滚柱8、螺母2、左侧内齿圈5、右侧内齿圈11、左侧行星架4、右侧行星架12、左侧轴端挡圈3和右侧轴端挡圈13；本实施例中的螺母2和丝杠14均为右旋螺纹；

所述长轴滚柱7和空心滚柱8具有右旋旋向的单头螺纹，长轴滚柱7的光轴端装入空心滚柱8形成一个滚柱，6组所述长轴滚柱7和空心滚柱8组成的滚柱两端分别置于左侧行星架4和右侧行星架12上，周向均布于丝杠14和螺母2之间的环形空腔中，形成单螺母行星滚柱丝杠机构；长轴滚柱7和空心滚柱8与丝杠14螺纹和螺母2螺纹啮合，通过长轴滚柱7和空心滚柱8的相对旋转调整，使得丝杠14和螺母2轴向被夹紧，长轴滚柱7螺纹牙的右侧曲面同时与丝杠14和螺母2螺纹牙的左侧曲面无间隙啮合，空心滚柱8螺纹牙的左侧曲面同时与丝杠14和螺母2螺纹牙的右侧曲面无间隙啮合；

为了防止长轴滚柱7和空心滚柱8在受力时发生偏斜，将长轴滚柱7和空心滚柱8组成的滚柱两端部分螺纹切成直齿，分别形成左侧轮齿6和右侧轮齿9，左侧轮齿6和右侧轮齿9分别与左侧内齿圈5和右侧内齿圈11内壁直齿啮合，以保证长轴滚柱7和空心滚柱8组成的滚柱轴线与丝杠14轴线平行；左侧内齿圈5和右侧内齿圈11通过过盈配合分别装入螺母2两端，并通过位于螺母2上的定位销钉孔15，以及位于左侧内齿圈5和右侧内齿圈11上的销钉孔16进行定位销钉固定；左侧轴端挡圈3和右侧轴端挡圈13分别装入左侧内齿圈5和右侧内齿圈11的凹槽中，起轴向定位作用并防止左侧行星架4和右侧行星架12脱落。

所述轴向间隙调整组件包括分别位于长轴滚柱7和空心滚柱8外周的左右两个收缩盘组件10；参阅图2、图3、图4，所述收缩盘组件10由收缩压环Ⅰ10-1和收缩压环Ⅱ10-2组成；收缩压环Ⅰ10-1和收缩压环Ⅱ10-2均为台阶环状，其大端和小端均为斜壁；收缩压环Ⅰ10-1大端外斜壁a与收缩压环Ⅱ10-2大端内斜壁d相配；收缩压环Ⅰ10-1小端外斜壁b与收缩压环Ⅱ10-2小端内斜壁c相配；收缩压环Ⅰ10-1和收缩压环Ⅱ10-2通过6个周向均布的轴向连接螺栓10-3连接；拧紧左右两个收缩盘组件10的连接螺栓10-3时，收缩压环Ⅰ10-1的斜面a和b分别与收缩压环Ⅱ10-2的斜面d和c产生作用，沿径向压紧长轴滚柱7和空心滚柱8，使其在丝杠14传递作用力时保持同步运动。

上述可同时消除两侧轴向间隙的单螺母行星滚柱丝杠机构的安装过程和工作过程分别如下：

安装时，首先将左侧内齿圈5和右侧内齿圈11分别装入螺母2两端并对齐，由定位销钉孔15和销钉孔16配作定位后，装入左侧行星架4和左侧轴端挡圈3，然后将事先套装在一起的一组长轴滚柱7和空心滚柱8及收缩盘组件10装入行星架4的一个孔内，分别旋转长轴滚柱7和空心滚柱8使得两个滚柱与螺母2螺纹正确啮合的同时，左侧轮齿6和右侧轮齿9分别与左侧内齿圈5和右侧内齿圈11正确啮合，配好位置后旋紧收缩盘组件10的连接螺栓10-3，压紧长轴滚柱7和空心滚柱8。采用同样方法装入剩余滚柱并装入右侧行星架12和右侧轴端挡圈13。最后将丝杠14旋入沿圆周均布的滚柱中。调整轴向间隙时，松开收缩盘组件10的连接螺栓10-3，解除长轴滚柱7与空心滚柱8间的压紧力，旋转长轴滚柱7或空心滚柱8，使其同时压紧丝杠14和螺母2，此时再次旋紧连接螺栓10-3压紧长轴滚柱7与空心滚柱8，这时滚柱与丝杠14、滚柱与螺母2之间的轴向间隙均已消除。

工作时，丝杠14为驱动轴，当丝杠14顺时针旋转时，带动长轴滚柱7和空心滚柱8同步旋转，丝杠14螺纹牙左侧曲面分别同时与长轴滚柱7和空心滚柱8螺纹牙的右侧曲面啮合，长轴滚柱7和空心滚柱8在顺时针公转的同时绕自身轴线逆时针旋转，推动螺母2沿轴线向左直线运动，螺母2上有连接负载用的螺母螺栓孔1，从而带动负载产生向左直线运动。同理当丝杠14逆时针旋转时，长轴滚柱7和空心滚柱8在逆时针公转的同时绕自身轴线顺时针旋转，推动螺母2沿轴线向右直线运动，从而带动负载产生向右直线运动。

Claims (1)

1.一种可同时消除两侧轴向间隙的单螺母行星滚柱丝杠机构，包括行星滚柱丝杠副传动组件和轴向间隙调整组件两部分；

所述行星滚柱丝杠副传动组件包括丝杠(14)、长轴滚柱(7)、空心滚柱(8)、螺母(2)、左侧内齿圈(5)、右侧内齿圈(11)、左侧行星架(4)、右侧行星架(12)、左侧轴端挡圈(3)和右侧轴端挡圈(13)；

所述长轴滚柱(7)和空心滚柱(8)具有旋向相同的单头螺纹，长轴滚柱(7)的光轴端装入空心滚柱(8)形成一个滚柱，若干所述长轴滚柱(7)和空心滚柱(8)组成的滚柱两端分别置于左侧行星架(4)和右侧行星架(12)上，周向均布于丝杠(14)和螺母(2)之间的环形空腔中，形成单螺母行星滚柱丝杠机构；长轴滚柱(7)和空心滚柱(8)与丝杠(14)螺纹和螺母(2)螺纹啮合，通过长轴滚柱(7)和空心滚柱(8)的相对旋转调整，使得丝杠(14)和螺母(2)轴向被夹紧，长轴滚柱(7)螺纹牙的右侧曲面同时与丝杠(14)和螺母(2)螺纹牙的左侧曲面无间隙啮合，空心滚柱(8)螺纹牙的左侧曲面同时与丝杠(14)和螺母(2)螺纹牙的右侧曲面无间隙啮合；

长轴滚柱(7)和空心滚柱(8)组成的滚柱两端部分螺纹切成直齿，两端的直齿分别与左侧内齿圈(5)和右侧内齿圈(11)内壁直齿啮合，以保证长轴滚柱(7)和空心滚柱(8)组成的滚柱轴线与丝杠(14)轴线平行；左侧内齿圈(5)和右侧内齿圈(11)通过过盈配合分别装入螺母两端，并由定位销钉固定；左侧轴端挡圈(3)和右侧轴端挡圈(13)分别装入左侧内齿圈(5)和右侧内齿圈(11)的凹槽中，起轴向定位作用并防止左侧行星架(4)和右侧行星架(12)脱落；

所述轴向间隙调整组件包括分别位于长轴滚柱(7)和空心滚柱(8)外周的左右两个收缩盘组件(10)；所述收缩盘组件(10)由收缩压环Ⅰ(10-1)和收缩压环Ⅱ(10-2)组成；收缩压环Ⅰ(10-1)和收缩压环Ⅱ(10-2)均为台阶环状，其大端和小端均为斜壁；收缩压环Ⅰ(10-1)大端外斜壁a与收缩压环Ⅱ(10-2)大端内斜壁d相配；收缩压环Ⅰ(10-1)小端外斜壁b与收缩压环Ⅱ(10-2)小端内斜壁c相配；收缩压环Ⅰ(10-1)和收缩压环Ⅱ(10-2)通过若干周向均布的轴向连接螺栓(10-3)连接；拧紧左右两个收缩盘组件(10)的连接螺栓(10-3)时，收缩压环(10-1)的斜面a和b分别与收缩压环(10-2)的斜面d和c产生作用，沿径向压紧长轴滚柱(7)和空心滚柱(8)，使其在丝杠(14)传递作用力时保持同步运动。