-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Kugelumlaufspindel, die die Umwandlung einer Drehbewegung
in eine Linearbewegung und umgekehrt bewirkt, und insbesondere auf
eine Weiterentwicklung einer Kugelumlaufspindel, die bei Anwendungen
eingesetzt wird, bei denen eine hohe Last aufgebracht wird.
-
Herkömmlicherweise sind bei einer
Kugelumlaufspindel mit mehreren Umlaufkanälen wie beispielsweise bei
einer Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rückführrohr zur
Verringerung der Anzahl der Arbeitsschritte der Kugelumlaufspindel
die Umlaufkanäle
im allgemeinen so angeordnet, daß die Phasen in Umfangsrichtung
aller Umlaufkanäle
gleich sind.
-
Außerdem sind bei einer Kugelumlaufspindel mit
einem Umlaufsystem mit Rahmen unter der Annahme, daß die Anzahl
der darin enthaltenen Umlaufkanäle
durch n ausgedrückt
wird, im allgemeinen mehrere Umlaufkanäle in axialer Richtung der
Kugelumlaufspindel angeordnet, wobei sie nacheinander in derselben
Drehrichtung um ein gleiches Phasenintervall, das 1/n einer Umdrehung
oder 2/n einer Umdrehung in Umfangsrichtung entspricht, in der Phase
gegeneinander versetzt sind.
-
Außerdem werden bei der Wahl
einer Kugelumlaufspindel, um eine Belastungsfähigkeit zu garantieren, die
den Anwendungsbedingungen wie etwa einer Last entspricht, verschiedene
Maßnahmen
getroffen: Beispielsweise wird eine Kugelumlaufspindel gewählt, deren
Schraubenwelle den Anwendungsbedingungen ausreichend standhalten kann,
oder die Anzahl der Kanäle
in einer Kugelmutter und somit die Anzahl der Kugeln erhöht oder
die Ganghöhe
der Kugelumlaufspindel-Nut und somit der Kugeldurchmesser vergrößert.
-
Zum anderen wird eine in der ungeprüften japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. Hei 10-153245 offenbarte Erfindung vorgeschlagen, bei der die Spannungskonzentration,
die in einer Kugel in einer bestimmten Position ohne weiteres eintreten
kann, durch Ausgleichen der Lastverteilung einer Kugelumlaufspindel
abgebaut werden kann, weshalb sie geeignet ist, das Ziel, nämlich eine
Kugelumlaufspindel zu schaffen, die kompakt ist und eine hohe Belastungsfähigkeit
besitzt, ohne die Größe der Kugelumlaufspindel
zu erweitern, zu erreichen.
-
Diese herkömmliche Erfindung zielt auf
die folgende Tatsache. Nämlich,
bei einer Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rückführrohr, das
mehrere Umlaufkanäle
umfaßt
und in dem außerdem
sämtliche
Umlaufkanäle
in ihren Phasen in Umfangsrichtung zueinander gleich sind, ist,
wenn eine Last in axialer Richtung auf die Kugelumlaufspindel einwirkt,
die Anordnung der wirksamen Kugeln, die diese Last aufnehmen, in
Umfangsrichtung der Umlaufkanäle
nicht ausgeglichen, wobei ihre Unausgeglichenheit relativ stark
ist, weshalb auf einen Teil der Kugeln, nämlich auf den Abschnitt wirksamer Kugeln
mit einer Phase, in der die Anzahl der wirksamen Kugeln klein ist,
eine hohe Last wirkt. Gemäß der zitierten
Erfindung ist bei einer Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem
mit Rückführrohr,
das drei oder mehr Umlaufkanäle
umfaßt,
die Phase wenigstens eines Umlaufkanals in seiner Umfangsrichtung
in bezug auf die restlichen Umlaufkanäle um 180 Grad versetzt, wodurch
Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle ausgeglichen
werden.
-
Wie oben beschrieben wurde, ist bei
der herkömmlichen Kugelumlaufspindel
mit einem Umlaufsystem mit Rückführrohr,
in dem die Phasen in Umfangsrichtung sämtlicher Umlaufkanäle zueinander gleich
angeordnet sind, im Fall, daß eine
Last in axialer Richtung auf die Kugelumlaufspindel wirkt, die Anordnung
der wirksamen Kugeln, die diese Last aufnehmen, in Umfangsrichtung
der Umlaufkanäle nicht
ausgeglichen, wobei auch ihre Unausgeglichenheit relativ stark ist,
so daß auf
den Abschnitt wirksamer Kugeln mit einer Phase, in der die Anzahl der
wirksamen Kugeln klein ist, eine hohe Last wirkt.
-
Wie in der obenerwähnten ungeprüften japanischen
Patentveröffentlichung
Nr. Hei 10-153245 offenbart ist, kann andererseits in dem Fall,
in dem die Phase in Umfangsrichtung eines Teils der Umlaufkanäle in bezug
auf die restlichen Umlaufkanäle
um 180 Grad versetzt ist, die Anordnung der wirksamen Kugeln, die
die Last aufnehmen, wenn lediglich die Umfangsrichtung in Betracht
gezogen wird, einem ausgeglichenen Zustand angenähert werden, wodurch ihre Unausgeglichenheit
gering wird. Dies stellt in diesem Sinne eine wirksame Maßnahme zur
Verringerung der Unterschiede in der Lastverteilung dar.
-
Jedoch können in Abhängigkeit von der Art und Weise
der Anordnung der Umlaufkanäle
die Abschnitte mit jeweils einer geringen Anzahl von Kugeln (d.
h. die Abschnitte, die jeweils eine hohe Last aufnehmen) in bezug
auf die Achse der Kugelumlaufspindel an wechselweise entgegengesetzten
Positionen angeordnet werden; aufgrund einer solchen entgegengesetzten
Anordnung kann ein Moment um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel
senkrechte Fläche
entstehen, wobei dieses Moment um die Fläche die Unterschiede in der
Lastverteilung in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel verstärken kann. Beispielsweise
liegen in dem Fall, in dem die zwei aneinandergrenzenden Umlaufkanäle nur einen
Abschnitt gemeinsam haben, in dem ihre jeweiligen Phasen um 180
Grad gegeneinander versetzt sind, wobei der versetzte Abschnitt
die Grenze bildet, die Abschnitte mit jeweils einer kleineren Anzahl
von Kugeln (d. h. die Abschnitte, die jeweils eine hohe Last aufnehmen)
in bezug auf die Achse der Kugelumlaufspindel an entgegengesetzten
Positionen, was aufgrund des vorhandenen Moments um eine zur Achse der
Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche,
das durch diese entgegengesetzten Positionen entsteht, zu einer
Verstärkung
der Unterschiede in der Lastverteilung in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel führt.
-
Zum anderen sind in der Kugelumlaufspindel mit
einem Umlaufsystem mit Rahmen drei oder mehr Umlaufkanäle ausgebildet,
wobei unter der Annahme, daß die
Anzahl der Umlaufkanäle
durch n ausgedrückt
wird, die Umlaufkanäle
so angeordnet sind, daß sie
um ein gleiches Phasenintervall, das 1/n einer Umdrehung oder 2/n
einer Umdrehung entspricht, gegeneinander versetzt sind, während die Rückführkanäle schraubenlinienförmig angeordnet sind.
Das heißt,
daß die
Kugelumlaufspindel dieses Systems den Vorteil aufweist, daß die Unterschiede in
der Lastverteilung in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle verringert
werden, da die Rückführkanäle in bezug
auf die Achse der Kugelumlaufspindel, in deren axialen Richtung
gesehen, symmetrisch angeordnet sind.
-
Jedoch sind bei der Kugelumlaufspindel
dieses Systems wegen der Anordnung der Umlaufkanäle in axialer Richtung der
Kugelumlaufspindel die Umlaufkanäle
in derselben Drehrichtung jeweils um ein gleiches Phasenintervall
in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle
versetzt, d. h., daß ähnlich wie
bei der zuvor beschriebenen Kugelumlaufspindel, bei der die zwei
aneinandergrenzenden Umlaufkanäle
nur einen Abschnitt gemeinsam haben, in dem ihre jeweiligen Phasen
um 180 Grad gegeneinander versetzt sind, ein Moment um eine zur
Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche entstehen kann, da sämtliche Umlaufkanäle in bezug
auf die Achse der Kugelumlaufspindel symmetrisch angeordnet sind.
Mit anderen Worten, da bei der vorliegenden Kugelumlaufspindel sämtliche
Umlaufkanäle
mit einem gleichen Phasenintervall in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle angeordnet
sind, entsteht ein nicht ausgeglichenes Moment um eine zur Achse
der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche.
-
Weiterhin ist aus der Druckschrift
DE 195 19 770 A1 eine
Kugelumlaufspindel mit einer Schraubenwelle und einer Kugelmutter
bekannt. Die Schraubenwelle weist auf ihrer Außenfläche eine Kugelumlaufspindelnut
auf. Die Kugelmutter weist auf ihrer Innenfläche eine Kugelumlaufspindelnut
auf, die der Kugelumlaufspindelnut der Schraubenwelle gegenüberliegt.
Ein schraubenförmiger
Kanal wird von der Kugelumlaufspindelnut der Kugelmutter und der Kugelumlaufspindelnut
der Schraubenwelle gebildet. Eine Mehrzahl von Kugeln ist in dem
schraubenförmigen
Kanal aufgenommen, wobei diese Kugeln in dem Kanal umlaufen können. In
der Kugelumlaufspindel gemäß dem Stand
der Technik sind zwei Kugelumlaufrillen vorgesehen, so daß folglich
zwei Rücklaufrohre
verwendet werden, wobei die zwei Rücklaufrohre um einen Fasenwinkel
von 180° versetzt
angeordnet sind.
-
Aus der Druckschrift
US 3,529,486 ist eine Kugelumlaufspindel
bekannt, wobei insgesamt drei Umlaufkanäle in der Kugelmutter vorgesehen
sind.
-
Weiterhin ist aus der Druckschrift
JP 11101324 A eine
Kugelumlaufspindel mit einer Mehrzahl von Umlaufkanälen bekannt.
-
Die vorliegende Erfindung richtet
sich auf das Beseitigen der bei den herkömmlichen Kugelumlaufspindeln
festgestellten Nachteile. Demgemäß ist es
ein Ziel der Erfindung, eine Kugelumlaufspindel zu schaffen, bei
der die Unterschiede in der Lastverteilung, die durch Momente, die
durch das gegenseitige Versetzen der Phasen in Umfangsrichtung von
Umlaufkanälen
entstehen, um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorgerufen werden,
verringert werden können.
-
Für
das Erreichen des obigen Ziels wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung
eine Kugelumlaufspindel geschaffen, umfassend: eine Schraubenwelle,
die auf ihrer Außenfläche eine
Kugelumlaufspindel-Nut aufweist, wenigstens eine Kugelmutter, die
auf ihrer Innenfläche
eine Kugelumlaufspindel-Nut aufweist, die der Kugelumlaufspindel-Nut
der Schraubenwelle gegenüberliegt,
einen schraubenlinienförmigen
Kanal, der von der Kugelumlaufspindel-Nut der Kugelmutter und der Kugelumlaufspindel-Nut
der Schraubenwelle gebildet wird, eine große Anzahl von Kugeln, die durch
den schraubenlinienförmigen
Kanal umlaufen können, und
einen an der Kugelmutter ausgebildeten Rückführkanal, der das Umlaufen der
großen
Anzahl von Kugeln durch den schraubenlinienförmigen Kanal ermög licht,
wobei drei oder mehr Umlaufkanäle,
wovon jeder von dem schraubenlinienförmigen Kanal und dem Rückführkanal
gebildet wird, in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel angeordnet
sind, wobei in den Phasen in Umfangsrichtung der drei oder mehr Umlaufkanäle wenigstens
zwei Abschnitte gebildet sind, in denen die Phasen zweier aneinandergrenzender
Umlaufkanäle
um 180 Grad gegeneinander versetzt sind.
-
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung können durch
Versetzen eines Teils der Umlaufkanäle um 180 Grad in bezug auf
die restlichen Umlaufkanäle
Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle verringert
werden; außerdem
können
durch Festlegen zweier Abschnitte, in denen die Phasen zweier aneinandergrenzender Umlaufkanäle um 180
Grad gegeneinander versetzt sind, Unterschiede in der Lastverteilung-
in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel, die durch Momente, die
durch das gegenseitige Versetzen der Phasen in Umfangsrichtung der
Umlaufkanäle
entstehen, um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche, hervorgerufen
werden, abgeschwächt
werden.
-
Im folgenden wird der Grund beschrieben, weshalb
die Lastverteilung durch Festlegen zweier Abschnitte, in denen die
Phasen zweier aneinandergrenzender Umlaufkanäle um 180 Grad gegeneinander
versetzt sind, besser ausgeglichen werden kann.
-
Im Fall einer Kugelumlaufspindel,
die nur einen Abschnitt aufweist, in dem die Phasen der aneinandergrenzenden
Umlaufkanäle
um 180 Grad gegeneinander versetzt sind, ist an einer in bezug auf die
Achse der Kugelumlaufspindel diagonal entgegengesetzten Position
ein Abschnitt, in dem die Anzahl der in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle vorhandenen
Kugeln klein ist, (d. h. ein Abschnitt, der eine hohe Last aufnimmt)
vorhanden, wodurch ein Moment um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte
Fläche
hervorgerufen wird. Die Anzahl der um die Fläche erzeugten Momente entspricht
der Anzahl, wieviele Male die Phasen zwischen den Umlaufkanälen um 180
Grad versetzt wurden. Da jedoch im Fall der wechselseitig anliegenden
Momente die Richtungen der obenerwähnten diagonalen Winkel entgegengesetzt
sind, liefern die Momente wechselweise entgegengesetzte Momente,
wodurch sie sich gegenseitig aufheben oder abschwächen können. Dadurch,
daß zwei
oder mehr Phasenumkehrabschnitte vorgesehen sind, kann in dieser
Weise das Gleichgewicht zwischen den oben genannten Momenten, die
durch das Einrichten einer Phasendifferenz zwischen den aneinandergrenzenden
Umlaufkanälen
in Umfangsrichtung entstehen, verbessert werden, wodurch die durch
diese Momente bewirkten Unterschiede in der Lastverteilung in axialer
Richtung verringert werden können.
-
In diesem Fall können die Momente in wechselweise
entgegengesetzter Richtung so erzeugt werden, daß sie der Anzahl nach gleich
sind, wobei die Anzahl der Abschnitte, in denen die Versetzung um
180 Grad vorgenommen wird, auf eine geradzahlige Anzahl (insbesondere
auf zwei) festgelegt wird, um die sich wechselseitig aufhebenden
Momente paarweise zusammenfassen zu können.
-
Als nächstes wird gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung eine Kugelumlaufspindel geschaffen,
umfassend: eine Schraubenwelle, die auf ihrer Außenfläche eine Kugelumlaufspindel-Nut
aufweist, wenigstens eine Kugelmutter, die auf ihrer Innenfläche eine
Kugelumlaufspindel-Nut aufweist, die der Kugelumlaufspindel-Nut
der Schraubenwelle gegenüberliegt,
einen schraubenlinienförmigen
Kanal, der von der Kugelumlaufspindel-Nut der Kugelmutter und der
Kugelumlaufspindel-Nut der Schraubenwelle gebil det wird, eine große Anzahl
von Kugeln, die durch den schraubenlinienförmigen Kanal umlaufen können, und
einen an der Kugelmutter ausgebildeten Rückführkanal, der das Umlaufen der
großen
Anzahl von Kugeln durch den schraubenlinienförmigen Kanal ermöglicht,
wobei drei oder mehr Umlaufkanäle, wovon
jeder von dem schraubenlinienförmigen
Kanal und dem Rückführkanal
gebildet wird, in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel angeordnet
sind und zwischen einem Teil oder sämtlichen der aneinandergrenzenden
Umlaufkanäle
in deren Umfangsrichtung eine Phasendifferenz festgelegt ist, wobei
die drei oder mehr Umlaufkanäle
so angeordnet sind, daß sie in
bezug auf eine durch das Zentrum in axialer Richtung aller drei
oder mehr Umlaufkanäle
oder durch den an dieses Zentrum in axialer Richtung angrenzenden
Abschnitt gehende und zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte
Fläche
nahezu flächensymmetrisch
sind.
-
Nebenbei, um die Unterschiede in
der Lastverteilung in Umfangsrichtung zu steuern, kann die obenerwähnte Phasendifferenz
in Umfangsrichtung auf 180 Grad oder auf ein gleiches Phasenintervall von
beispielsweise m/(Anzahl der Umlaufkanäle), wobei m eine ganze Zahl
ist, festgelegt werden, so daß die
Positionen der Rückführkanäle sämtlicher Umlaufkanäle in bezug
auf die Achse der Kugelumlaufspindel, in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel
gesehen, punktsymmetrisch sind.
-
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, nach
dem zwischen einem Teil oder sämtlichen
der Umlaufkanäle
eine Phasendifferenz in Umfangsrichtung festgelegt ist, obwohl Momente
um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche entstehen,
sind die obigen Phasendifferenzen so festgelegt, daß sie in
bezug auf das Zentrum in axialer Richtung aller Umlaufkanäle als deren
Grenze flächensymmetrisch
sind und zwei in der Richtung entge gengesetzte und ihrer Stärke gleiche
paarweise zusammengefaßte
Momente auftreten. Im Ergebnis heben sich die paarweisen Momente
gegenseitig auf, so daß die
Momente um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche, die
aufgrund der Anordnung der drei oder mehr Umlaufkanäle entstehen,
in das Gleichgewicht gebracht werden können, wodurch die durch diese
Momente hervorgerufenen Unterschiede in der Lastverteilung verringert werden
können.
-
Beispielsweise ist dann, wenn der
zweite Aspekt der Erfindung auf eine Kugelumlaufspindel angewandt
wird, bei der in einem Teil der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle eine
Phasendifferenz von 180 Grad festgelegt ist, eine geradzahlige Anzahl
von Abschnitten mit einer Phasenversetzung von 180 Grad, die in
bezug auf das Zentrum in axialer Richtung aller drei oder mehr Umlaufkanäle symmetrisch angeordnet
sind, vorhanden.
-
Als nächstes wird gemäß dem dritten
Aspekt der Erfindung eine Kugelumlaufspindel geschaffen, umfassend:
eine Schraubenwelle, die auf ihrer Außenfläche eine Kugelumlaufspindel-Nut
aufweist, wenigstens eine Kugelmutter, die auf ihrer Innenfläche eine
Kugelumlaufspindel-Nut aufweist, die der Kugelumlaufspindel-Nut
der Schraubenwelle gegenüberliegt,
einen schraubenlinienförmigen
Kanal, der von der Kugelumlaufspindel-Nut der Kugelmutter und der
Kugelumlaufspindel-Nut der Schraubenwelle gebildet wird, eine große Anzahl
von Kugeln, die durch den schraubenlinienförmigen Kanal umlaufen können, und
einen an der Kugelmutter ausgebildeten Rückführkanal, der das Umlaufen der
großen
Anzahl von Kugeln durch den schraubenlinienförmigen Kanal ermöglicht,
wobei drei oder mehr Umlaufkanäle, wovon
jeder von dem schraubenlinienförmigen
Kanal und dem Rückführkanal
gebildet wird, in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel angeordnet
sind und zwischen einem Teil oder sämtlichen der aneinandergrenzenden
Umlaufkanälen
in deren Umfangsrichtung eine Phasendifferenz festgelegt ist, wobei
in wenigstens einem Abschnitt zwischen den aneinandergrenzenden
Umlaufkanälen
das zugehörige
Phasenintervall in Umfangsrichtung in Bezug auf das gleiche Phasenintervall
versetzt ist.
-
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird
bei einer Kugelumlaufspindel, bei der wie in einer Kugelumlaufspindel
mit einem Umlaufsystem mit Rahmen unter der Annahme, daß eine Umlaufstrecke
drei oder mehr Umlaufkanäle
umfaßt
und daß die Anzahl
der Umlaufkanäle
durch n ausgedrückt
wird, die Umlaufkanäle
mit einer Phasendifferenz von einem gleichen Phasenintervall wie
etwa 1/n einer Umdrehung oder 2/n einer Umdrehung angeordnet sind, um
so die Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung zu
steuern, durch Verändern
des Phasenintervalls von wenigstens einem seiner Abschnitt (d. h.
durch Versetzen des Phasenintervalls in Bezug auf das gleiche Phasenintervall)
das Gleichgewicht zwischen den Momenten um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel
senkrechte Fläche
verbessert, wodurch die durch die auftretenden Momente hervorgerufenen
Unterschiede in der Lastverteilung in axialer Richtung verringert
werden können.
-
Um das Maß der obengenannten Versetzung zu
bestimmen, kann eine Untersuchung zur Verbesserung des richtungsbezogenen
Gleichgewichts der Momente durchgeführt werden, wobei das Maß der Versetzung
nach den Ergebnissen der Untersuchung bestimmt werden kann.
-
Nebenbei, auch dann, wenn das Phasenintervall
eines Teils der Umlaufkanäle
verändert
wird, können
die Phasen der restlichen Umlaufkanäle so festgelegt werden, daß die Rückführkanäle sämtlicher
Umlaufkanäle
so angeordnet sind, daß sie
in Bezug auf die Achse der Kugelumlaufspin del, in axialer Richtung
der Kugelachse gesehen, punktsymmetrisch sind.
-
1 ist
eine schematische Ansicht einer Kugelumlaufspindel gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
-
2 ist
eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Kugelumlaufspindel gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung;
-
3 ist
eine schematische Ansicht des Umlaufs der Kugeln in einem der Kanäle, die
einen Umlaufkanal der obigen Kugelumlaufspindel bilden;
-
4 ist
eine längs
der in 3- gezeigten Pfeillinie
X-X aufgenommene Ansicht, die einen Abschnitt des Kanals zeigt,
in dem die Anzahl von Kugeln, in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel
gesehen, klein ist;
-
5 ist
eine schematische Ansicht einer Kugelumlaufspindel gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
-
6 ist
eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Kugelumlaufspindel gemäß der zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
-
7 ist
eine schematische Ansicht des Aufbaus einer herkömmlichen Kugelumlaufspindel;
-
8 ist
eine weitere schematische Ansicht der Kugelumlaufspindel gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung;
-
9 ist
eine erläuternde
Ansicht einer Kugelumlaufspindel gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung, wobei im einzelnen 9(A) eine schematische
Ansicht einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel
ist und die 9(B) und (C) jeweils schematische Ansichten von
Kugelumlaufspindeln zum Vergleich mit der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel
sind;
-
10 ist
eine graphische Darstellung der Untersuchungsergebnisse der ersten
Ausführungsform
der Erfindung;
-
11 ist
eine schematische Ansicht des Aufbaus eines zweiten Beispiels einer
Kugelumlaufspindel einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;
-
12 ist
eine erläuternde
Ansicht der zweiten Ausführungsform
gemäß der Erfindung,
wobei im einzelnen die 12(A) und (B) jeweils schematische Ansichten von
Kugelumlaufspindeln zum Vergleich mit den Kugelumlaufspindeln gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung sind;
-
13 ist
eine graphische Darstellung der Untersuchungsergebnisse der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung;
-
14 ist
eine graphische Darstellung der Untersuchungsergebnisse einer dritten
Ausführungsform
der Erfindung;
-
15 ist
eine erläuternde
Ansicht einer vierten Ausführungsform
gemäß der Erfindung,
wobei im einzelnen die 15(A) und (B) jeweils schematische Ansichten von
Kugelumlaufspindeln sind und 15(C) eine
schematische Ansicht einer Kugelumlaufspindel zum Vergleich mit den
Kugelumlaufspindeln gemäß der vierten
Ausführungsform
der Erfindung ist; und
-
16 ist
eine graphische Darstellung der Untersuchungsergebnisse der vierten
Ausführungsform
der Erfindung.
-
GENAUE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Im folgenden wird unter Bezugnahme
auf die begleitende Zeichnung zunächst eine Kugelumlaufspindel
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Es sei angemerkt, daß in dieser Spezifikation eine
Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rückführrohr als typisches Beispiel
hierfür
beschrieben wird. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt, vielmehr
kann sie auch auf Kugelumlaufspindeln mit anderen Umlaufsystemen
wie etwa einem Umlaufsystem mit Rahmen und einem Umlaufsystem mit
Leitblech angewandt werden.
-
Bei einer Kugelumlaufspindel gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
der Erfindung ist, wie in 1 gezeigt
ist, eine Kugelmutter 2 mit der äußeren Umfangsfläche einer
Schraubenwelle 1 über
das Gewinde und mehrere Kugeln in Eingriff, wobei entweder die Schraubenwelle 1 oder
die Kugelmutter 2 in bezug auf die andere gedreht wird,
wodurch die Kugelmutter 2 in bezug auf die Schraubenwelle 1 eine
relativ lineare Bewegung ausführen
kann.
-
Das heißt, wie in 2 als eine schematische Ansicht des Aufbaus
der Kugelumlaufspindel gezeigt ist, daß auf der äußeren Umfangsfläche der Schraubenwelle 1 eine
aufnehmende schraubenförmige
Kugelumlaufspindel-Nut 1a ausgebildet ist und ebenso auf
der inneren Umfangsfläche
der Kugelmutter 2 an einer Position, die der Kugelumlaufspindel-Nut 1a der
Schraubenwelle 1 in Richtung des Durchmessers gegenüberliegt,
eine aufnehmende schraubenförmige
Kugelumlaufspindel-Nut 2a ausgebildet ist. In einen schraubenlinienförmigen Kanal, der
von den zwei Kugelumlaufspindel-Nuten 1a und 2a gebildet
wird, sind mehrere Kugeln 3 eingeführt (in 2 sind diese jeweils durch eine schräge Linie
angedeutet), wobei die Kugeln 3 in den zwei Kugelumlaufspindel-Nuten 1a und 2a rollen
können
und durch einen Rückführkanal,
der aus einem Umlaufrohr 4 besteht, zurückgeführt werden, wodurch die Kugeln 3 in
dem Umlaufkanal umlaufen können.
-
In der vorliegenden Ausführungsform
ist die Kugelumlaufspindel 4 eine Kugelumlaufspindel, bei der
in ihrer axialen Richtung vier Umlaufkanäle angeordnet sind. Das heißt, daß die Kugelumlaufspindel-Nut 2a der
Kugelmutter 2, wie in 2 gezeigt ist,
in der axialen Richtung der Kugelumlaufspindel in vier Blöcke unterteilt
ist, wobei die zwei Endabschnitte jedes der vier Blöcke der
Kugelumlaufspindel-Nut 2a über das Umlaufrohr 4 miteinander
verbunden sind, wodurch eine Umlaufstrecke gebildet wird, die aus
den vier Umlaufkanälen
zusammengesetzt ist.
-
Es sei angemerkt, daß die obigen
vier Umlaufkanäle
der Umlaufstrecke zur Erläuterung
hier als erster Umlaufkanal A1, als zweiter Umlaufkanal A2, als
dritter Umlaufkanal A3 bzw. als vierter Umlaufkanal A4 in der Reihenfolge
von links nach rechts in den 1 und 2 bezeichnet werden.
-
In der vorliegenden Ausführungsform
sind die Anbringungspositionen der Umlaufrohre 4 des zweiten
und des dritten Umlaufkanals, A2 und A3, wie in 1 gezeigt ist, jeweils an Positionen
festgelegt, die in Umfangsrichtung der Kugelmutter in bezug auf
die Anbringungspositionen der Umlaufrohre 4 des ersten
und des vierten Umlaufkanals, A1 und A4, um 180 Grad versetzt sind.
-
Dank dieser Anordnung sind die Phasen
des ersten und des zweiten Umlaufkanals, A1 und A2, als aneinandergrenzende
Umlaufkanäle,
in Umfangsrichtung der Kugelmutter um 180 Grad gegeneinander versetzt,
und ebenso sind die Phasen des dritten und des vierten Umlaufkanals,
A3 und A4, in Umfangsrichtung der Kugelmutter um 180 Grad gegeneinander
versetzt, wodurch zwei Abschnitte erhalten werden können, in
denen die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle in Umfangsrichtung der
Kugelmutter um 180 Grad gegeneinander versetzt sind.
-
Da ferner der zweite und der dritte
Umlaufkanal, A2 und A3, zueinander in Phase festgelegt sind, können die
vier Umlaufkanäle
A1-A4 so angeordnet werden, daß sie
in bezug auf eine durch das Zentrum in axialer Richtung aller vier
Umlaufkanäle
(d. h. zwischen dem zweiten und dem dritten Umlaufkanal) verlaufende
und zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche F flächensymmetrisch
sind.
-
Im folgenden werden zunächst die
Funktionsweise und die Wirkungen der Kugelumlaufspindel mit der
obigen Struktur beschrieben.
-
Da die Anbringungspositionen der
Umlaufrohre 4 des zweiten und des dritten Umlaufkanals,
A2 und A3, in Umfangsrichtung der Kugelmutter in bezug auf die Anbringungspositionen
der Umlaufrohre 4 des ersten und des vierten Umlaufkanals,
A1 und A4, jeweils um 180 Grad versetzt sind, ist die Möglichkeit
ausgeräumt,
daß die
Abschnitte des ersten und des vierten Umlaufkanals, A1 und A4, die
eine kleine Anzahl wirksamer Kugeln enthalten, und die Abschnitte
des zweiten und des dritten Umlaufkanals, A2 und A3, die eine kleine
Anzahl wirksamer Kugeln enthalten, in Umfangsrichtung der Kugelmutter übereinanderliegen
können.
Das heißt,
daß die unbelasteten
Abschnitte (Abschnitte, in denen keine Kugeln 3 vorhanden
sind) in Umfangsrichtung der Kugelmutter verteilt sind, wodurch
Unterschiede in der Verteilung der Lasten, die auf die jeweiligen
wirksamen Kugeln 3 in Umfangsrichtung der Kugelmutter wirken,
gesteuert werden können.
-
Hierbei werden die Kugeln 3 in
den jeweiligen Umlaufkanälen
nacheinander aus den zwei Kugelumlaufspindel-Nuten 1a und 2a in
die Umlaufrohre 4 geschaufelt, wobei sie durch diese umlaufen können, weshalb
in der Spur der Schraubenwelle 1, die der Kugelmutter 2 gegenüberliegt,
Abschnitte vorkommen, in denen keine Kugeln 3 vorhanden sind.
Dies sorgt in Umfangsrichtung der Kugelmutter oder der Kugelumlaufspindel
für Unterschiede
in der Lastverteilung mit dem Ergebnis, daß auf einen Teil der wirksamen
Kugeln 3 höhere
Lasten wirken. Das heißt,
daß, wenn
das Umlaufen der Kugeln 3 in den jeweiligen Umlaufkanälen in der
Kugelmutter 2 wie in 3 gezeigt
erfolgt, bei der die Kugeln 3, in axialer Richtung der
Kugelmutter 2 gesehen, aus der Kugelumlaufspindel-Nut 2a in
das Umlaufrohr 4s geschaufelt werden, die Anzahl der Kugeln
in dem Bereich des Winkels β,
wie dies in 4 gezeigt
ist, in Umfangsrichtung der Kugelmutter 2 relativ klein
wird, wodurch die auf die Kugeln 3 wirkenden Lasten im Bereich
des Winkels β relativ
groß werden.
Da die Abschnitte, in denen die Anzahl von Kugeln in der obenerwähnten Umfangsrichtung
relativ klein ist, durch die Anbringungspositionen der Umlaufrohre 4 gesteuert
werden können,
indem die Phasen in Umfangsrichtung des zweiten und des dritten
Umlaufkanals, A2 und A3, in bezug auf den ersten und den vierten
Umlaufkanal, A1 und A4, wie oben beschrieben wurde, jeweils um 180
Grad versetzt werden, können
die Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung verringert
werden. Insbesondere in der vorliegenden Ausführungsform können die
Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung wirksamer
reduziert werden, da der erste und der vierte Umlaufkanal sowie
der zweite und der dritte Umlaufkanal zueinander in Phase festgelegt
sind.
-
Nebenbei, da der obenerwähnte Winkel β, der dem
Abschnitt entspricht, in dem die Anzahl der Kugeln in den jeweiligen
Umlaufkanälen
relativ klein ist, kleiner als 180 Grad ist, besteht in den Umlaufkanälen A1,
A4 und A2, A3, deren Phasen um 180 Grad gegeneinander versetzt sind,
keine Möglichkeit,
daß die
Abschnitte mit jeweils einer kleinen Anzahl von Kugeln, in axialer
Richtung der Kugelumlaufspindel gesehen, übereinanderliegen können.
-
Außerdem sind in dem Fall, in
dem die Phasen in Umfangsrichtung des ersten und des zweiten Umlaufkanals,
A1 und A2, um 180 Grad gegeneinander versetzt sind, die Anbringungspositionen
ihrer jeweiligen Umlaufrohre 4 in bezug auf die Achse S
der Kugelumlaufspindel diagonal zueinander angeordnet, wodurch ein
Moment um eine zur Achse S senkrechte Fläche entsteht. Ähnlich sind
in dem Fall, in dem die Phasen in Umfangsrichtung des dritten und des
vierten Umlaufkanals, A3 und A4, um 180 Grad gegeneinander versetzt
sind, die Anbringungspositionen ihrer jeweiligen Umlaufrohre 4 in
bezug auf die Achse S der Kugelumlaufspindel diagonal zueinander
angeordnet, wodurch ein Moment um eine zur Achse S senkrechte Fläche entsteht.
Da jedoch die Richtungen der obenerwähnten diagonalen Anordnungen
entgegengesetzt sind, sind die Richtungen der dem Betrag nach gleichen
zwei Momente entgegengesetzt, so daß sich die zwei Momente gegenseitig
aufheben, wodurch die durch die zwei Momente bewirkten Unterschiede
in der Lastverteilung in axialer Richtung verringert werden.
-
Da die vier Umlaufkanäle so angeordnet sind,
daß sie
in bezug auf die durch das Zentrum in axialer Richtung aller vier
Umlaufkanäle
gehende und zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche F flächensymmetrisch
sind, wobei das Zentrum in axialer Richtung der vier Umlaufkanäle die Grenze
bildet, können
speziell in der vorliegenden Ausführungsform die Lastverteilungen
in den Umlaufkanälen
auf den beiden Seiten der Umlaufkanäle in axialer Richtung weitgehendst
ausgeglichen werden, wodurch die durch die zwei Momente bewirkten Unterschiede
in der Lastverteilung in axialer Richtung weitgehendst verringert
werden können.
-
Wie oben beschrieben wurde, können bei der
Kugelumlaufspindel gemäß der vorliegenden Ausführungsform
nicht nur die Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung
wirksam verringert werden, sondern es können auch die Unterschiede
in der Lastverteilung, die durch die Momente um die zur Achse S
der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorgerufen werden, wirksam
verringert werden.
-
Mit anderen Worten, durch das einfache
Mittel des Versetzens der Phasen in Umfangsrichtung der jeweiligen
Umlaufkanäle
der Umlaufstrecke gegeneinander kann die Lastverteilung zwischen
den mehreren Kugeln 3, die jeweils zwischen der Schraubenwelle 1 und
der Kugelmutter 2 rollen, ausgeglichen werden, wodurch
die Konzentration der Lasten auf einen Teil der Kugeln 3 aufgelöst werden
kann. Dies führt
zu dem Ergebnis, daß die
Belastungsfähigkeit
der Kugelumlaufspindel gegenüber
der herkömmlichen
Kugelumlaufspindel erhöht
werden kann, ohne den Durchmesser der Schraubenwelle der Kugelumlaufspindel
zu vergrößern. Aus
diesem Grund kann gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
speziell eine Kugelumlaufspindel geschaffen werden, die als Kugelumlaufspindel
mit hoher Belastungsfähigkeit
zur Anwendung in einer elektrischen Spritzgußmaschine optimal eingesetzt
werden kann.
-
Dies bedeutet, daß die Belastungsfähigkeit der
Kugelumlaufspindel erhöht
werden kann, ohne die Größe der Kugel umlaufspindel
zu erweitern, oder daß die
Größe der Kugelumlaufspindel,
die geeignet ist, eine gleiche Belastungsfähigkeit zu erzielen, verringert
werden kann, wodurch der Anwendungsbereich einer Kugelumlaufspindel
für den
Einsatz bei hoher Last erweitert werden kann.
-
In der obigen Ausführungsform
wurde hierbei der Fall beschrieben, bei dem die Umlaufstrecke aus
vier Umlaufkanälen
zusammengesetzt ist. Jedoch ist dies nicht einschränkend, da
die Umlaufstrecke beispielsweise aus drei Umlaufkanälen zusammengesetzt
sein kann oder fünf
oder mehr Umlaufkanäle
umfassen kann. Da jedoch, wie sich in einer weiter unten abgehandelten
weiteren Ausführungsform zeigt,
die Wirkungen der Erfindung bei der Umlaufstrecke mit vier Umlaufkanälen ausgeprägter als
bei der Umlaufstrecke mit drei Umlaufkanälen sind, beziehen sich der
erste und der zweite Aspekt dieser Erfindung vorzugsweise auf eine
Kugelumlaufspindel, bei der eine Umlaufstrecke vier oder mehr Umlaufkanäle enthält.
-
Außerdem wird bei der vorliegenden
Ausführungsform
die Anordnung aller Umlaufkanäle
so gesteuert, daß diese
in ihrem mittleren Abschnitt in axialer Richtung flächensymmetrisch
sind. Jedoch können
anstatt der in ihrem Mittleren Abschnitt flächensymmetrischen Anordnung
beispielsweise die Phasen sämtlicher
aneinandergrenzender Umlaufkanäle um
180 Grad versetzt werden, wodurch vier um 180 Grad versetzte Abschnitte
geschaffen werden.
-
Da ferner gemäß der vorliegenden Ausführungsform
die Phasendifferenz in Umfangsrichtung zwischen den aneinandergrenzenden
Umlaufkanälen
auf 180 Grad festgelegt ist, können
in dem Fall, in dem die Umlaufkanäle so festgelegt werden, daß sie in
Bezug auf die durch das Zentrum in axialer Richtung aller vier Umlaufkanäle gehende
und zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche F flä chensymmetrisch
sind, automatisch zwei oder mehr Abschnitte festgelegt werden können, in
denen die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle um 180
Grad gegeneinander versetzt sind.
-
Jedoch kann auch in anderen Fällen, in
denen die Phasendifferenz in Umfangsrichtung zwischen den aneinandergrenzenden
Umlaufkanälen von
180 Grad verschieden festgelegt ist, ebenso die Wirkung des zweiten
Aspekts der Erfindung erzielt werden: nämlich, daß sämtliche Umlaufkanäle so angeordnet
sind, daß sie
in bezug auf die durch das Zentrum in axialer Richtung aller vier
Umlaufkanäle gehende
und zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche F flächensymmetrisch
sind, wodurch die um eine zur Achse S senkrechte Fläche erzeugten
Momente bewirkten Unterschiede in der Lastverteilung in axialer
Richtung verringert werden können.
-
Beispielsweise sind bei einer herkömmlichen Kugelumlaufspindel,
bei der eine Umlaufstrecke zwölf
Umlaufkanäle
umfaßt,
die aneinandergrenzenden Durchgänge
mit einer Phasendifferenz in Umfangsrichtung, die aus einem gleichen
Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung (60 Grad) besteht, in derselben
Drehrichtung angeordnet, während
die Rückführkanäle der Umlaufkanäle schraubenlinienförmig ausgebildet
sind; d. h., daß bei
der Kugelumlaufspindel, bei der die Umlaufkanäle so angeordnet sind, daß sie in
bezug auf das Zentrum in axialer Richtung der Umlaufkanäle punktsymmetrisch
sind, dadurch, daß die
Umlaufkanäle
so angeordnet sind, daß sie
in bezug auf eine durch das Zentrum in axialer Richtung aller zwölf Umlaufkanäle gehende
und zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche flächensymmetrisch
sind, um eine zur Achse S senkrechte Fläche Momente entstehen, derart,
daß die
Momente in bezug auf die durch das Zentrum in axialer Richtung aller
zwölf Kanäle gehende
und zur Achse S senkrechte Fläche
symmetrisch sind, wodurch die durch die so um die Fläche erzeugten
Momente hervorgerufenen Unterschiede in der Lastverteilung in axialer
Richtung verringert werden können.
-
Im folgenden wird zunächst eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben.
Es sei angemerkt, daß in
der Ausführungsform
die Teile, die den in der obenerwähnten ersten Ausführungsform
eingesetzten Teile gleichen, mit denselben Bezeichnungen versehen
sind, und deshalb deren Beschreibung hier entfällt.
-
Außerdem wird in der vorliegenden
Ausführungsform
als Beispiel eine Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit
Rahmen beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Ausführungsform
nicht auf dieses Ziel beschränkt,
sondern kann beispielsweise auf Kugelumlauf spindeln mit anderen
Umlaufsystemen wie etwa auf eine Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem
mit Rückführrohr und
auf eine Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Leitblech
angewandt werden.
-
Bei einer Kugelumlaufspindel gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
ist, wie in 5 gezeigt
ist, eine Kugelmutter 2 mit der äußeren Umfangsfläche einer
Schraubenwelle 1 über
das Gewinde und mehrere Kugeln in Eingriff, wobei entweder die Schraubenwelle 1 oder
die Kugelmutter 2 in bezug auf die andere gedreht wird,
wodurch die Kugelmutter 2 in bezug auf die Schraubenwelle 1 eine
relativ lineare Bewegung ausführen
kann.
-
Das heißt, wie in 6 als eine schematische Ansicht des Aufbaus
der Kugelumlaufspindel gezeigt ist, daß auf der äußeren Umfangsfläche der Schraubenwelle 1 eine
aufnehmende schraubenförmige
Kugelumlaufspindel-Nut 1a ausgebildet ist und ebenso auf
der inneren Umfangsfläche
der Kugelmutter 2 an einer Position, die der Kugelumlaufspindel-Nut 1a der
Schraubenwelle 1 in Richtung des Durchmessers gegenüberliegt,
eine aufnehmende schraubenförmige
Kugelumlaufspindel-Nut 2a ausgebildet ist. In einen schraubenlinienförmigen Kanal, der
von den zwei Kugelumlaufspindel-Nuten 1a und 2a gebildet
wird, sind mehrere Kugeln 3 eingeführt, wobei die Kugeln 3 in
den zwei Kugelumlaufspindel-Nuten 1a und 2a rollen
können
und durch einen Rückführkanal,
der aus einem Rahmen 6 besteht, zurückgeführt werden, wodurch die Kugeln 3 eine
Umlaufbewegung erfahren können.
Der Rahmen 6 ist ein Element, das in der Kugelmutter 2 eingebettet
ist und sich mit jedem Gewindegang über die äußere Umfangsfläche der
Schraubenwelle 1 schiebt, wodurch die Kugel 3 zurückgeführt wird.
-
Wie in 5 gezeigt
ist, umfaßt
in der vorliegenden Ausführungsform
eine Umlaufstrecke zwölf Umlaufkanäle, wobei
die Anbringungspositionen der Rahmen 6 der aneinandergrenzenden
Umlaufkanäle in
derselben Drehrichtung so angeordnet sind, daß sie nacheinander in Umfangsrichtung
um eine Phasendifferenz, die aus einem gleichen Phasenintervall von
1/6 einer Umdrehung (60 Grad) besteht, versetzt sind, so
daß die
Positionen der Rahmen 6 schraubenlinienförmig festgelegt
sind. In 5 sind die Rahmen 6,
die an der Vorderseite der Kugelmutter 2 zu erkennen sind,
schwarz gezeigt.
-
Jedoch ist bei der Kugelumlaufspindel
gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
unter der Annahme, daß die
Umlaufkanäle
als erster Umlaufkanal A1, als zweiter Umlaufkanal A2 usw. bzw.
als zwölfter
Umlaufkanal A12, in der Reihenfolge beginnend von links in 5, bezeichnet werden, die
Phasendifferenz zwischen der Anbringungsposition des Rahmens 6 des
sechsten Umlaufkanals A6 und der Anbrin gungsposition des Rahmens 6 des
sieben Umlaufkanals A7 über
das gleiche Phasenintervall hinaus um 1/2 einer Umdrehung (180 Grad)
erweitert, wodurch eine Phasendifferenz von 2/3 einer Umdrehung
(240 Grad) geschaffen wird; d. h., daß die Phasendifferenz hier
auf das Vierfache des obenerwähnten
gleichen Phasenintervalls festgelegt ist.
-
Nebenbei, in 7 ist zum Vergleich eine Kugelumlaufspindel
gezeigt, bei der die Umlaufkanäle
einer Umlaufstrecke gemäß den herkömmlichen Spezifikationen
angeordnet sind.
-
Im folgenden werden zunächst die
Funktionsweise und die Wirkungen der Kugelumlaufspindel mit der
obigen Struktur gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben.
-
Obwohl bei der Kugelumlaufspindel
gemäß der zweiten
Ausführungsform
die Phasendifferenz zwischen dem sechsten und dem siebten Umlaufkanal, 6A und 7A,
von derjenigen zwischen den restlichen Umlaufkanälen verschieden festgelegt
ist, kann die Lastverteilung in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle trotz
dieser unterschiedlichen Festlegung der Phasendifferenz zwischen
dem sechsten und dem siebten Umlaufkanal, 6A und 7A,
ausgeglichen gehalten werden, da die Positionen der Rahmen 6 aller Umlaufkanäle in bezug
auf die Achse S der Kugelumlaufspindel, in axialer Richtung der
Kugelumlaufspindel gesehen, symmetrisch angeordnet sind.
-
Da die Phasendifferenz zwischen dem sechsten
und dem siebten Umlaufkanal, 6A und 7A, gegenüber den
Phasendifferenzen zwischen den restlichen Umlaufkanälen um 1/2
einer Umdrehung (180 Grad) erhöht ist, sind außerdem ein
durch eine Gruppe aus ersten bis sechsten Umlaufkanälen hervorgerufenes
Moment um eine zur Achse S der Kugelum laufspindel senkrechte Fläche und
ein durch eine Gruppe aus siebten bis zwölften Umlaufkanälen hervorgerufenes
Moment um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche um 180
Grad gegeneinander versetzt, wobei das Zentrum der gesamten Umlaufstrecke
in axialer Richtung die Grenze bildet, so daß sich diese zwei Momente gegenseitig aufheben,
wodurch die durch diese zwei Momente bewirkten Unterschiede in der
Lastverteilung in axialer Richtung verringert werden können.
-
Speziell in der vorliegenden Ausführungsform,
in der die zwei durch die beiden Gruppen von Umlaufkanälen mit
dem Zentrum in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke als Grenze
jeweils hervorgerufenen Momente dem Betrag nach gleich und in der
Richtung entgegensetzt sind, können
die durch diese zwei Momente hervorgerufenen Unterschiede in der
Lastverteilung in axialer Richtung wirksamer verringert werden.
-
Wie oben beschrieben wurde, können bei der
Kugelumlaufspindel gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht nur die Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung
wirksam verringert werden, sondern es können auch die Unterschiede
in der Lastverteilung, die durch die Momente um die zur Achse 5 der
Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorgerufen
werden, wirksam verringert werden.
-
Dies heißt, daß durch das einfache Mittel
des Versetzens der Phasen in Umfangsrichtung der jeweiligen Umlaufkanäle der Umlaufstrecke
gegeneinander die Lastverteilung zwischen den mehreren Kugeln 3,
die jeweils zwischen der Schraubenwelle 1 und der Kugelmutter 2 umlaufen,
ausgeglichen werden kann, wodurch die Konzentration der Lasten auf einen
Teil der Kugeln 3 aufgelöst werden kann. Dies führt zu dem
Ergebnis, daß die
Belastungsfähigkeit der
Kugelumlaufspindel gegenüber
der herkömmlichen
Kugelum laufspindel erhöht
werden kann, ohne den Durchmesser der Schraubenwelle der Kugelumlaufspindel
zu vergrößern.
-
Dies bedeutet, daß die Belastungsfähigkeit der
Kugelumlaufspindel erhöht
werden kann, ohne die Größe der Kugelumlaufspindel
zu erweitern, oder daß die
Größe der Kugelumlaufspindel,
die geeignet ist, eine gleiche Belastungsfähigkeit zu erzielen, verringert
werden kann, wodurch der Anwendungsbereich einer Kugelumlaufspindel
für den
Einsatz bei hohen Lasten erweitert werden kann.
-
In der obigen Ausführungsform
wurde hierbei der Fall beschrieben, bei dem die Umlaufstrecke zwölf Umlaufkanäle umfaßt. Jedoch
ist dies nicht einschränkend,
da die Umlaufstrecke beispielsweise aus drei bis elf Umlaufkanälen zusammengesetzt sein
kann oder dreizehn oder mehr Umlaufkanäle umfassen kann.
-
Außerdem ist in der vorliegenden
Ausführungsform
die Phasendifferenz zwischen einem Paar von Umlaufkanälen, die
sich im mittleren Abschnitt in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke
befinden, von den Phasendifferenzen zwischen den restlichen Umlaufkanälen verschieden
festgelegt. Jedoch ist dies nicht einschränkend, da eine Phasendifferenz zwischen
einem Paar von Umlaufkanälen,
die sich in einem anderen Abschnitt als dem obenerwähnten mittleren
Abschnitt befinden, ebenso von den Phasendifferenzen zwischen den
restlichen Umlaufkanälen
verschieden festgelegt sein kann. Außerdem ist die Anzahl der Abschnitte,
in denen eine Phasendifferenz zwischen einem Paar von Umlaufkanälen von den
Phasendifferenzen zwischen den restlichen Umlaufkanälen verschieden
festgelegt ist, nicht auf eins begrenzt, sondern die Anzahl solcher
Phasendifferenz-Abschnitte kann auch zwei oder größer sein.
-
Damit jedoch die zwei Momente, die
jeweils auf beiden Seiten der Kugelumlaufspindel in axialer Richtung
erzeugt werden, wobei das Zentrum in axialer Richtung der gesamten
Umlaufstrecke die Grenze bildet, in das Gleichgewicht gebracht werden
können,
können
die Phasen eines Paars von Umlaufkanälen, das in bezug auf das Zentrum
in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke an in axialer Richtung
der Kugelumlaufspindel symmetrischen Positionen angeordnet ist,
vorzugsweise jeweils um das gleiche Maß versetzt werden, wodurch
sie eine von den Phasendifferenzen der restlichen Kanäle verschiedene
Phasendifferenz besitzen. Von diesem Standpunkt her gesehen ist
das Verschieben oder Versetzen der Phasendifferenz zwischen einem
sich in dem mittleren Abschnitt in axialer Richtung der gesamten
Umlaufstrecke befindenden Paar von Umlaufkanälen gegenüber den anderen Phasendifferenzen
wie in der obenerwähnten
Ausführungsform
darin vorteilhaft, daß die
Anzahl der zu versetzenden Abschnitte nur eins ist, die zu diesem
Versetzen erforderliche Struktur einfach ist und Unterschiede in der
Lastverteilung wirksam verringert werden können.
-
Obwohl das Maß des Versetzens nicht auf 1/2
eine Umdrehung (180 Grad) beschränkt
ist, können
in der obigen Ausführungsform
im Fall eines Versetzungsmaßes
von 1/2 einer Umdrehung (180 Grad) die durch die Momente um die
zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche bewirkten Unterschiede
in der Lastverteilung ebenfalls weitgehendst verringert werden.
-
Kurz, in dem Fall, in dem die Anzahl
der Abschnitte, in denen eine Phasendifferenz zwischen einem Paar
von Umlaufkanälen
von den Phasendifferenzen zwischen den restlichen Umlaufkanälen verschieden
festgelegt ist, eins beträgt,
kann das Versetzungsmaß so
festgelegt werden, daß sich
zwei Momente um eine zur Achse S der Kugelum laufspindel senkrechte
Fläche,
die jeweils durch zwei Umlaufkanalgruppen, die sich jeweils auf
beiden Seiten des Zentrums in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke
befinden, entstehen, wobei der Phasendifferenz-Versetzungsabschnitt die Grenze bildet,
gegenseitig aufheben können.
-
Nebenbei, als Maßnahme zur Erhöhung der Belastungsfähigkeit
der Kugelumlaufspindel besteht ein Verfahren darin, die Anzahl wirksamer
Kugeln 3, die die Last aufnehmen, entsprechend einer erhöhten Anzahl
von Umlaufkanälen
zu erhöhen;
jedoch wird bei diesem Verfahren wegen der erhöhten Anzahl wirksamer Kugeln
die Länge
der Kugelumlaufspindel erweitert. Demgemäß wird statt dieses Verfahrens
ein anderes Verfahren angewandt, bei dem mehrere Kugelmuttern 2 miteinander
kombiniert werden, wodurch die Belastungsfähigkeit der Kugelumlaufspindel
insgesamt verbessert wird.
-
Die vorliegende Erfindung kann auf
eine solche Kugelumlaufspindel, die mehrere Kugelmuttern 2 in
kombinierter Weise verwendet, in ähnlicher Weise angewandt werden.
In diesem Fall kann die Anordnung der Umlaufkanäle der Kugelumlaufspindel,
da ihre Gesamtstruktur mehrere kombinierte Kugelmuttern 2 enthält, in Übereinstimmung
mit dem Erfindungsgedanken und dem Umfang der vorliegenden Erfindung
ausgeführt
werden.
-
Beispielsweise setzt sich bei der
Kugelumlaufspindel, die in der obenerwähnten zweiten Ausführungsform
der Erfindung beschrieben wurde, eine Umlaufstrecke aus zwölf Umlaufkanälen zusammen, die
jeweils in einer einzigen Kugelmutter 2 ausgebildet sind.
Jedoch kann die vorliegende Erfindung, wie in 8 gezeigt ist, auch auf eine Kugelumlaufspindel
angewandt werden, bei der in jeder der zwei in Serie geschalteten
Kugelmuttern 2A und 2B eine Umlaufstrecke aus
sechs Umlaufkanälen
zusammengesetzt ist. In diesem Fall besitzt jede der zwei Kugelmuttern 2A und 2B eine
aus sechs Umlaufkanälen
zusammengesetzte Umlaufstrecke, wobei sämtliche Umlaufkanäle so angeordnet
sind, daß jedes
Paar von aneinandergrenzenden Umlaufkanälen eine Phasendifferenz besitzt,
die aus einem gleichen Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung besteht.
In dieser Hinsicht ist diese Kugelumlaufspindel der obenerwähnten herkömmlichen
Kugelumlaufspindel ähnlich;
jedoch wird die vorliegende Erfindung auf die Kombinationsweise
der zwei Kugelmuttern 2 angewandt. Das heißt, daß in dem
Fall, in dem die zwei Kugelmuttern 2 miteinander in einer
Weise kombiniert werden, daß das
Phasenintervall zwischen dem sechsten und dem siebten Umlaufkanal
sämtlicher Kanäle, die
infolge der Kombination der zwei Kugelmuttern 2 aneinanderstoßen können, eine
Umdrehung von m + 2/3 liefert, wobei m eine ganze Zahl ist, eine
nahezu gleiche Wirkung wie bei der Kugelumlaufspindel gemäß der obenerwähnten zweiten
Ausführungsform
der Erfindung erzielt werden kann.
-
Außerdem bezieht sich die Erfindung
auf die Anordnung der Umlaufkanäle
einer Kugelumlaufspindel, d. h., daß die Ausdrücke wie etwa "Umlaufsystem mit
Rückführrohr" und "Umlaufsystem mit
Rahmen" lediglich
zum Zweck der Erläuterung
verwendet werden. Deshalb ist der Anwendungsbereich der Erfindung
nicht auf diese Art von Umlaufsystemen beschränkt.
-
[Ausführungsformen]
-
[Erste Ausführungsform]
-
Zuerst wurde gemäß der vorliegenden Erfindung
eine Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rückführkanal
in der folgenden Weise untersucht. Das heißt, daß drei Kugelumlaufspindeln
des obigen Typs verwendet wurden: speziell eine Kugelumlaufspindel
A, bei der, wie in 9(A) gezeigt ist,
von den drei Umlaufkanälen
diejenigen zwei Umlaufkanäle,
die sich jeweils an den beiden Enden der gesamten Umlaufstrecke
in axialer Richtung befinden, zueinander in Phase ausgebildet sind
und die Phase des sich im Zentrum der gesamten Umlaufstrecke befindenden
Umlaufkanals in Umfangsrichtung der Kugelmutter 2 in bezug
auf die anderen beiden Umlaufkanäle
um 180 Grad versetzt ist; zum Vergleich mit der Kugelumlaufspindel
A, eine Kugelumlaufspindel B, die, wie in 9(B) gezeigt ist, nur einen Abschnitt
enthält,
in dem die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle um 180
Grad gegeneinander versetzt sind; und außerdem zum Vergleich mit der
Kugelumlaufspindel A, eine Kugelumlaufspindel C mit einer herkömmlichen
Anordnung, bei der, wie in 9 (B)
gezeigt ist, die Phasen in Umfangsrichtung aller drei Umlaufkanäle zueinander in
Phase sind. Das heißt,
daß die
drei Kugelumlauf spindeln A, B und C bezüglich ihrer jeweiligen Lastverteilung
untersucht wurden.
-
Die Spezifikationen der bei dieser
Untersuchung verwendeten Kugelumlauf spindeln waren so, daß der Durchmesser
der Schraubenwelle 100 mm betrug, die Ganghöhe 20 mm betrug, der Kugeldurchmesser
15,875 mm betrug, der Kugelmutter-Außendurchmesser
149 mm betrug und die Umlaufstrecke 2,5 Windungen besaß und aus
drei Umlaufkanälen
bestand, wobei nur die Art und Weise der Anordnung der Umlaufstrecke
unterschiedlich war.
-
Außerdem war die Schraubenwelle 1 bei
jeder der drei Kugelumlauf spindeln in der Art eines Auslegers gelagert
(einseitig eingespannt), wobei eine Last F1 = 15000 kgf in axialer
Richtung auf den der Einspannseite der Schraubenwelle 1 entgegengesetzten
Endabschnitt der Kugelmutter 2 aufgebracht wurde.
-
10 zeigt
die Ergebnisse der Untersuchung.
-
Hierbei zeigt die horizontale Achse
in 10 Positionen in
Achsrichtung, für
die das Zentrum der gesamten Umlaufstrecke als Ursprung verwendet wird,
während
die vertikale Achse die Größe der auf die
an den Positionen in Achsrichtung befindlichen Kugeln 3 wirkenden
Lasten in Richtung der Normalen zeigt. Dies gilt in ähnlicher
weise auch für
die folgenden Ausführungsformen
der Erfindung.
-
Wie aus 10 ersichtlich ist, sind bei der Kugelumlaufspindel
B, die nur einen Abschnitt enthält,
in dem die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle um 180
Grad gegeneinander versetzt sind, die Unterschiede in der Lastverteilung
in der Nähe
des mittleren Abschnitts der gesamten Umlaufstrecke in axialer Richtung
relativ klein, da die Anordnung der Umlaufkanäle in Umfangsrichtung im Vergleich
zu der herkömmlichen
Kugelumlaufspindel C besser ausgeglichen ist; da jedoch die durch
die Momente um die zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte
Fläche
hervorgerufenen Unterschiede in der Lastverteilung schlecht ausgeglichen
sind, werden die Unterschiede in der Lastverteilung in axialer Richtung
mit der Annäherung
an die zwei Enden der gesamten Umlaufstrecke größer.
-
Zum anderen ist bei der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel
A nicht nur die Ausgeglichenheit der Lastverteilung in Umfangsrichtung
verbessert, sondern auch die Ausgeglichenheit der durch die Momente
um die zur Achse S der Kugelumlaufspindel hervorgerufene Unterschiede
in der Lastverteilung, was sich darin zeigt, daß die Unterschiede in der Lastverteilung über den
gesamten Bereich der Kugelumlaufspindel in ihrer axialen Richtung
geringer sind.
-
Nebenbei, bei der Untersuchung wurde
als Beispiel ein Umlaufsystem mit Rückführrohr genommen, jedoch sei
angemerkt, daß die
vorliegende Ausführungsform
ebenso bei anderen Umlaufsystemen ähnliche Ergebnisse erzielen
kann.
-
[Zweite Ausführungsform]
-
In der vorliegenden Ausführungsform
wurde ähnlich
wie bei der ersten Ausführungsform
eine Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rückführrohr,
das eine Umlaufstrecke aus vier Umlaufkanälen umfaßt, bezüglich ihrer Lastverteilung
in Übereinstimmung
mit der obenerwähnten
ersten Ausführungsform
der Erfindung in der folgenden Weise untersucht. Das heißt, daß zwei Kugelumlauf
spindeln des obigen Typs verwendet wurden: speziell eine erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel
A, bei der, wie in 1 gezeigt
ist, von den vier Umlaufkanälen
diejenigen zwei Umlaufkanäle,
die sich jeweils an den beiden Enden der gesamten Umlaufstrecke
in axialer Richtung befinden, zueinander in Phase ausgebildet sind
und die Phasen der restlichen zwei Umlaufkanäle, die sich in dem Abschnitt
in der Nähe
des Zentrums in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke befinden,
in Bezug auf die anderen beiden Umlaufkanäle in Umfangsrichtung der Kugelmutter 2 um 180
Grad versetzt sind; und eine erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel A', die, wie in 11 gezeigt ist, drei Abschnitte
enthält,
in denen die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle um 180
Grad gegeneinander versetzt sind. Das heißt, daß die zwei Kugelumlaufspindeln
A und A', wie oben
beschrieben wurde, bezüglich
der Unterschiede in ihrer jeweiligen Lastverteilung untersucht wurden.
-
Zum Vergleich mit den zwei Kugelumlaufspindeln
A und A' waren eine
Kugelumlaufspindel B, die, wie in 12(A) gezeigt
ist, nur einen Abschnitt enthält,
in dem die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle um 180
Grad gegeneinander versetzt sind, und eine Kugelumlaufspindel C
mit einer herkömmlichen
Anordnung, bei der, wie in 12(B) gezeigt
ist, die vier Umlaufkanäle
in ihrer Umfangsrichtung zueinander in Phase ausgebildet sind, vorbereitet.
Diese vier Kugelumlaufspindeln A, A', B und C wurden bezüglich ihrer jeweiligen Lastverteilung analysiert
oder untersucht.
-
Die Spezifikationen der bei dieser
Untersuchung verwendeten Kugelumlaufspindeln waren so, daß der Durchmesser
der Schraubenwelle 100 mm betrug, die Ganghöhe 20 mm betrug, der Kugeldurchmesser
15,875 mm betrug, der Kugelmutter-Außendurchmesser
149 mm betrug und die Umlaufstrecke 2,5 Windungen
besaß und
aus vier Umlaufkanälen
bestand, wobei nur die Art und Weise der Anordnung der Umlaufstrecke
unterschiedlich war.
-
Außerdem war die Schraubenwelle 1 bei
jeder dieser vier Kugelumlaufspindeln mit denselben Spezifikationen
einseitig eingespannt, wobei eine Last F1 = 20000 kgf in axialer
Richtung auf den der Einspannseite der Schraubenwelle 1 entgegengesetzten
Endabschnitt der Kugelmutter 2 aufgebracht wurde.
-
13 zeigt
die Ergebnisse der Untersuchung.
-
Wie aus 13 ersichtlich ist, sind bei der Kugelumlaufspindel
B, die nur einen Abschnitt enthält,
in dem die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle um 180
Grad gegeneinander versetzt sind, die Unterschiede in der Lastverteilung
in der Nähe
des mittleren Abschnitts der gesamten Umlaufstrecke in axialer Richtung
relativ klein, da die Ausgeglichenheit der Anordnung der Umlaufkanäle in Umfangsrichtung
im Vergleich zu der herkömmlichen Kugelumlaufspindel
C weitgehendst verbessert ist; da jedoch die durch die Momente um
die zur Achse S der Kugelumlauf spindel senkrechte Fläche bewirkte
Ausgeglichenheit der Lastverteilung gering ist, werden die Unterschiede
in der Lastverteilung mit der Annäherung an die zwei Enden der
gesamten Umlaufstrecke in axialer Richtung größer.
-
Zum anderen ist bei der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel
A nicht nur die Ausgeglichenheit der Lastverteilung in Umfangsrichtung
vollständig verbessert,
sondern auch die durch die Momente um die zur Achse S der Kugelumlaufspindel
senkrechte Fläche
bewirkte Ausgeglichenheit der Lastverteilung ist nahezu vollständig verbessert,
was sich darin zeigt, daß die
Unterschiede in der Lastverteilung der Kugelumlaufspindel A über ihren
gesamten Bereich in axialer Richtung geringer sind.
-
Wie ferner aus den Untersuchungsergebnissen
der erfindungsgemäßen Kugelumlauf
spindeln A und A' in 13 ersichtlich ist, ist
die Kugelumlaufspindel A, die so beschaffen ist, daß sie in
dem mittleren Abschnitt in axialer Richtung ihrer Umlaufkanäle flächensymmetrisch
ist, bezüglich
der Unterschiede in ihrer Lastverteilung über den gesamten Bereich in
axialer Richtung gegenüber
der Kugelumlaufspindel A' stark
verbessert ist.
-
In den obenerwähnten ersten und zweiten Ausführungsformen
der Erfindung wurden Kugelumlaufspindeln beschrieben, deren Umlaufstrecken
drei bzw. vier Umlaufkanäle
besaßen.
Jedoch ergaben von unserer Seite durchgeführte weitere Untersuchungen,
daß im
Fall einer Kugelumlaufspindel, bei der eine Umlaufstrecke fünf oder
mehr Umlaufkanäle umfaßt, wobei
wenigstens einer der Umlaufkanäle
in seiner Phase in Umfangsrichtung in bezug auf die restlichen Umlaufkanäle um 180
Grad versetzt ist, ähnliche
Ergebnisse wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform
erzielt werden können.
-
Wie aus den 10 und 13 ersichtlich
ist, können
hier selbst dann, wenn der erste und der zweite Aspekt der Erfindung
angewandt werden, im Fall einer aus drei Umlaufkanälen zusammengesetzten
Umlaufstrecke gewisse Unterschiede in deren Lastverteilung festgestellt
werden, während
im Fall einer aus fünf
Umlaufkanälen
zusammengesetzten Umlaufstrecke nahezu keine Unterschiede festgestellt
werden können.
Dies zeigt, daß der
erste und der zweite Aspekt der Erfindung, vorzugsweise, wirksamer
auf eine aus vier oder mehr Umlaufkanälen zusammengesetzte Umlaufstrecke
angewandt werden können.
-
Nebenbei, bei der Untersuchung wurde
als Beispiel ein Umlaufsystem mit Rückführrohr genommen, jedoch sei
hierzu angemerkt, daß ebenso
bei anderen Umlaufsystemen ähnliche
Ergebnisse erzielt werden können.
-
[Dritte Ausführungsform]
-
Als nächstes wurde in einer dritten
Ausführungsform
eine Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rahmen, bei dem
eine Umlaufstrecke aus zwölf
Umlaufkanälen
zusammengesetzt ist, wobei diese zwölf Umlaufkanäle mit einem
gleichen Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung angeordnet sind,
in Übereinstimmung
mit der obenerwähnten zweiten
Ausführungsform
der Erfindung in der folgenden Weise untersucht.
-
Es wurde speziell eine erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel
A, bei der, wie in 5 gezeigt ist,
ein Phasenintervall in dem mittleren Abschnitt der gesamten Umlaufstrecke,
d. h. ein Phasenintervall zwischen dem sechsten und dem siebten
Umlaufkanal stark, nämlich über das
zwischen den aneinandergrenzenden der restlichen Umlaufkanäle festgelegten
gleiche Phasenintervall hinaus um 1/2 einer Umdrehung, versetzt
ist, wodurch ein Phaseninter vall von insgesamt 2/3 einer Umdrehung
entsteht, bezüglich
der Unterschiede in ihrer Lastverteilung untersucht.
-
Zum Vergleich mit der Kugelumlaufspindel
A war eine Kugelumlaufspindel C mit einer herkömmlichen Anordnung vorbereitet,
bei der alle zwölf
Umlaufkanäle
mit einem gleichen Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung angeordnet
sind, wobei die Lastverteilungen der zwei Kugelumlaufspindeln A und
C untersucht wurden.
-
Die Spezifikationen der bei dieser
Untersuchung verwendeten zwei Kugelumlaufspindeln waren so, daß der Durchmesser
der Schraubenwelle 100 mm betrug, die Ganghöhe 20 mm betrug, der Kugeldurchmesser
15,875 mm betrug, der Kugelmutter-Außendurchmesser 149 mm betrug
und die Umlaufstrecke 0,83 Windungen besaß und aus
zwölf Umlaufkanälen bestand,
wobei nur die Art und Weise der Anordnung der Umlaufstrecke verändert war.
Außerdem
war die Schraubenwelle 1 bei jeder der Kugelumlauf spindeln
mit den gleichen Spezifikationen einseitig eingespannt, wobei eine
Last F1 = 20000 kgf in axialer Richtung auf den der Einspannseite
der Schraubenwelle 1 entgegengesetzten Endabschnitt der
Kugelmutter 2 aufgebracht wurde.
-
Die Ergebnisse dieser Untersuchung
sind in 14 gezeigt.
-
Wie aus 14 ersichtlich ist, ist bei der Kugelumlaufspindel
C mit einer herkömmlichen
Anordnung, lediglich auf die Umfangsrichtung der Umlaufkanäle bezogen,
die Anordnung der zwölf
Umlaufkanäle
vollkommen ausgeglichen, wodurch in der Nähe des Mittelpunkts in axialer
Richtung der gesamten Umlaufstrecke eine relativ gleichmäßige Lastverteilung
erzielt wird. Jedoch werden die Unterschiede in deren Lastverteilung
größer, da
sich die Lastverteilung von dem mittleren Abschnitt zu den beiden Endseiten
in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke hin verschiebt. Der
Grund dafür
liegt darin, daß zwei
Momente um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche nicht
im Gleichgewicht sind.
-
Zum anderen ist bei der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel
A nicht nur ihre Lastverteilung in Umfangsrichtung nahezu vollkommen
ausgeglichen, sondern auch die Momente um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel
hervorgerufenen Unterschiede in sind nahezu völlig im Gleichgewicht. Aufgrund
dessen sind die Unterschiede in ihrer Lastverteilung über den
gesamten Bereich in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel A geringer.
Genauer, der Grund dafür
ist folgender. Jede der zwei Umlaufkanalgruppen besteht aus sechs
Umlaufkanälen,
wobei sich die zwei Umlaufkanalgruppen jeweils auf einer Seite des Versetzungsabschnitts,
d. h. des mittleren Abschnitts des gesamten Umlaufkanals in axialer
Richtung, befinden. Wenn diese zwei Umlaufkanäle unabhängig voneinander untersucht
werden, ist ähnlich
wie bei der Kugelumlaufspindel C die Anordnung der zwei Umlaufkanalgruppen
in Umfangsrichtung vollkommen ausgeglichen, jedoch sind die zwei
Momente um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche nicht
im Gleichgewicht; jedoch kann aufgrund der Wechselwirkung zwischen
den aus jeweils sechs Umlaufkanälen
bestehenden zwei Umlaufkanalgruppen das Ungleichgewicht der Momente
nahezu völlig behoben
werden. Deshalb können
im Fall der Kugelumlaufspindel A nicht nur die Unterschiede in ihrer Lastverteilung
in Umfangsrichtung, sondern auch die durch die Momente um eine zur
Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorgerufenen Unterschiede
in der Lastverteilung verringert werden.
-
Nebenbei, bei dieser Untersuchung
wurde als Beispiel ein Umlaufsystem mit Rahmen genommen, jedoch
sei hierzu angemerkt, daß ebenso
bei anderen Umlaufsystemen ähnliche Ergebnisse
erzielt werden können.
-
[Vierte Ausführungsform]
-
Als nächstes wurde in einer vierten
Ausführungsform
eine Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rahmen, bei dem
eine Umlaufstrecke aus sechs Umlaufkanälen zusammengesetzt ist, wobei
diese sechs Umlaufkanäle
im allgemeinen mit einem gleichen Phasenintervall von 1/6 einer
Umdrehung schraubenlinienförmig
angeordnet sind, in Übereinstimmung
mit der Erfindung untersucht. Es wurden speziell zwei typische Kugelumlaufspindeln A
und B, deren Phasen gemäß der Erfindung
verschoben sind, bezüglich
der Unterschiede in ihrer jeweiligen Lastverteilung untersucht.
-
Bei der Kugelumlaufspindel A sind,
wie in 15(A) gezeigt
ist, von ihren sämtlichen
Phasenintervallen die zwei letzen Phasenintervalle in axialer Richtung,
nämlich
das Phasenintervall zwischen dem ersten und dem zweiten Umlaufkanal
sowie das Phasenintervall zwischen dem fünften und dem sechsten Umlaufkanal über das
gleiche Phasenintervall (1/6 einer Umdrehung) hinaus jeweils um
1/6 einer Umdrehung versetzt oder erweitert, wodurch Phasen Intervalle
von jeweils insgesamt 1/3 einer Umdrehung entstehen. Ebenso sind
in der Kugelumlaufspindel B, wie in 15(B) gezeigt
ist, drei Phasenintervalle, nämlich
das Phasenintervall zwischen dem ersten und dem zweiten Umlaufkanal,
das Phasenintervall zwischen dem dritten und dem vierten Umlaufkanal und
das Phasenintervall zwischen dem fünften und dem sechsten Umlaufkanal über das
gleiche Phasenintervall (1/6 einer Umdrehung) hinaus jeweils um 1/3
einer Umdrehung versetzt oder erweitert, wodurch Phasenintervalle
von jeweils insgesamt 1/2 Umdrehung entstehen.
-
Zum Vergleich mit den Kugelumlaufspindeln A
und B war eine Kugelumlaufspindel C mit einer herkömmlichen
Anordnung vorbereitet, bei der, wie in 15(C) gezeigt ist, alle sechs Umlaufkanäle mit einem
gleichen Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung angeordnet sind.
Das heißt,
daß bei
dieser Untersuchung diese drei Kugelumlaufspindeln A, B und C bezüglich ihrer
Lastverteilungen untersucht wurden.
-
Die Spezifikationen dieser bei dieser
Untersuchung verwendeten drei Kugelumlaufspindeln waren so, daß der Durchmesser
der Schraubenwelle 100 mm betrug, die Ganghöhe 20 mm betrug, der Kugeldurchmesser
15,875 mm betrug, der Kugelmutter-Außendurchmesser 149 mm betrug
und die Umlaufstrecke 0,83 Windungen besaß und aus sechs Umlaufkanälen bestand,
wobei nur die Art und Weise der Anordnung der Umlaufkanäle verändert war.
Außerdem
war die Schraubenwelle 1 bei jeder der Kugelumlaufspindeln
mit den gleichen Spezifikationen einseitig eingespannt, wobei eine
Last F1 = 10000 kgf in axialer Richtung auf den der Einspannseite
der Schraubenwelle 1 entgegengesetzten Endabschnitt der
Kugelmutter 2 aufgebracht wurde.
-
Die Ergebnisse dieser Untersuchung
sind in 16 gezeigt.
-
Wie aus 16 ersichtlich ist, ist bei der Kugelumlaufspindel
C mit einer herkömmlichen
Anordnung, lediglich auf die Umfangsrichtung der Umlaufkanäle bezogen,
die Anordnung der sechs Umlaufkanäle vollkommen ausgeglichen,
wodurch in der Nähe des
Mittelpunkts in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke eine
sehr gleichmäßige Lastverteilung erzielt
wird. Jedoch werden die Unterschiede in deren Lastverteilung größer, da
sich die Lastverteilung vom Mittelpunkt weg verschiebt. Der Grund
dafür liegt
darin, daß die
zwei Momente um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte
Fläche
nicht im Gleichgewicht sind.
-
Zum anderen können bei der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel
A, da nicht nur ihre Lastverteilung in Umfangsrichtung nahezu vollkommen ausgeglichen
ist, sondern auch das Gleichgewicht zweier Momente um eine zur Achse
S der Kugelumlaufspindel stark verbessert ist, Unterschiede in der Lastverteilung
der Kugelumlaufspindel A über
deren gesamten Bereich in axialer Richtung verringert werden.
-
Der Grund dafür ist folgender: Nämlich, wenn eine
aus dem ersten, dem zweiten und dem vierten Umlaufkanal bestehende
erste Umlaufkanalgruppe und eine aus dem dritten, dem fünften und
dem sechsten Umlaufkanal bestehende zweite Umlaufkanalgruppe unabhängig voneinander
untersucht werden, ist ähnlich
wie bei der Kugelumlaufspindel C die Lastverteilung der zwei Umlaufkanalgruppen
in Umfangsrichtung vollkommen ausgeglichen, jedoch sind die Momente
um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche nicht
im Gleichgewicht; jedoch kann aufgrund der Wechselwirkung zwischen den
aus jeweils drei Umlaufkanälen
bestehenden zwei Umlaufkanalgruppen das Ungleichgewicht der Momente
nahezu vollkommen behoben werden. Deshalb können im Fall der Kugelumlaufspindel
A nicht nur die Unterschiede in ihrer Lastverteilung in Umfangsrichtung,
sondern auch die durch die Momente um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte
Fläche
hervorgerufenen Unterschiede in der Lastverteilung verringert werden.
Jedoch verstärken
sich die Unterschiede in der Lastverteilung leicht, da in der Nähe der beiden
Enden in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel noch immer ein
gewisses Ungleichgewicht der Momente besteht.
-
Zum anderen können bei der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel
B, da nicht nur ihre Lastverteilung in Umfangs richtung nahezu vollkommen ausgeglichen
ist, sondern auch die Momente um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel
völlig
im Gleichgewicht sind, die Unterschiede in der Lastverteilung der
Kugelumlaufspindel B über
deren gesamten Bereich in axialer Richtung verringert werden.
-
Der Grund dafür ist folgender: Nämlich, wenn eine
aus dem ersten, dem dritten und dem fünften Umlaufkanal bestehende
erste Umlaufkanalgruppe und eine aus dem zweiten, dem vierten und
dem sechsten Umlaufkanal bestehende zweite Umlaufkanalgruppe unabhängig voneinander
untersucht werden, ist ähnlich
wie bei der Kugelumlaufspindel C die Lastverteilung der zwei Umlaufkanalgruppen
in Umfangsrichtung vollkommen ausgeglichen, jedoch sind die Momente
um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche nicht
im Gleichgewicht; jedoch kann aufgrund der Wechselwirkung zwischen den
aus jeweils drei Umlaufkanälen
bestehenden zwei Umlaufkanalgruppen das Ungleichgewicht der Momente
nahezu vollkommen behoben werden. Deshalb können im Fall der Kugelumlaufspindel
B nicht nur die Unterschiede in ihrer Lastverteilung in Umfangsrichtung,
sondern auch die durch die Momente um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte
Fläche
hervorgerufenen Unterschiede in der Lastverteilung verringert werden.
-
Nebenbei, die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel
B ist bezüglich
der Gleichmäßigkeit
der Lastverteilung gegenüber
der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel
A verbessert, wobei sie jedoch den Nachteil besitzt, daß die Länge ihres
gesamten Umlaufkanals, d. h., die Länge ihrer Kugelmutter 2 etwas
größer als
bei der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel
A ist.
-
Bei dieser Untersuchung wurde als
Beispiel ebenfalls ein Umlaufsystem mit Rahmen genommen, jedoch
sei hierzu angemerkt, daß ebenso
bei anderen Umlaufsystemen ähnliche
Ergebnisse erzielt werden können.
-
Alternativ kann zur Steuerung der
Unterschiede in der Größe der Lasten über den
gesamten Bereich in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel ein
Teil der mehreren Umlaufkanäle
in bezug auf die restlichen Umlaufkanäle in axialer Richtung der
Kugelumlaufspindel versetzt werden, wodurch auf die in einem gegebenen
Umlaufkanal befindlichen Kugeln eine Vorlast wirkt, oder ein Teil
der mehreren Umlaufkanäle
kann so festgelegt werden, daß diese
ein schmäleres
Intervall als die restlichen Umlaufkanäle besitzen. Wie aus den 10 und 13 ersichtlich ist, kann in der vorliegenden
Ausführungsform
auf die Umlaufkanäle
in dem mittleren Abschnitt in axialer Richtung eine Vorlast aufgebracht
werden, da die Lasten auf seiten des mittleren Abschnitts in axialer Richtung
der gesamten Umlaufstrecke relativ klein sind, oder die Umlaufkanäle in dem
mittleren Abschnitt in axialer Richtung können auf ein schmäleres Intervall
als das Intervall der restlichen Umlaufkanälen festgelegt werden, wodurch
die Anzahl der in dem mittleren Abschnitt in axialer Richtung befindlichen Kugeln,
auf die sich die Last verteilt, erhöht wird und ferner die Lastverteilung
in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel gleichmäßiger wird.
-
Ähnlich
kann der Durchmesser der in den Umlaufkanälen des mittleren Abschnitts
der gesamten Umlaufstrecke befindlichen Kugeln gegenüber den
restlichen Umlaufkanäle
vergrößert werden, oder
der Flankendurchmesser der Kugelmutter kann in den Umlaufkanälen in dem
mittleren Abschnitt in axialer Richtung kleiner als jener in den
restlichen Umlaufkanälen
festgelegt werden, wodurch die Anzahl der in dem mittleren Abschnitt
in axialer Richtung befindlichen Kugeln, auf die sich Last verteilt,
erhöht
wird und somit die Lastverteilung in axialer Richtung der Kugelum laufspindel
gleichmäßiger wird.
-
[Wirkungen der Erfindung]
-
Wie im bisherigen beschrieben wurde,
können
bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel Unterschiede
in der Lastverteilung der Kugelumlaufspindel, die durch Momente,
die durch Anordnen mehrerer die Umlaufstrecke bildenden Umlaufkanäle entstehen,
um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorgerufen
werden, durch das einfache Mittel der Spezifikation von Differenzen
zwischen den Phasen in Umfangsrichtung dieser Umlaufkanäle verringert
werden, wodurch die Lastverteilung auf die mehreren Kugeln, die
zwischen der Schraubenwelle und der Kugelmutter der Kugelumlaufspindel
umlaufen, gleichmäßig gestaltet
werden kann, wodurch die Konzentration der Last auf einen Teil der
Kugeln aufgelöst
werden kann. Aufgrund dessen kann die Wirkung erzielt werden, daß die Belastungsfähigkeit
der Kugelumlaufspindel erhöht
werden kann, ohne den Durchmesser der Schraubenwelle der Kugelumlaufspindel
zu vergrößern.
-
Das heißt, daß gemäß der Erfindung die Wirkung
erzielt werden kann, daß die
Belastungsfähigkeit
der Kugelumlaufspindel erhöht
werden kann, ohne die Größe der Kugelumlaufspindel
zu erweitern, oder daß die
Größe der Kugelumlaufspindel
zur Erzielung einer gleichen Belastungsfähigkeit verringert werden kann,
wodurch der Anwendungsbereich der Kugelumlaufspindel für den Einsatz
bei hoher Last erweitert werden kann.