DE10108641C2

DE10108641C2 - Ball screw and their manufacturing process

Info

Publication number: DE10108641C2
Application number: DE2001108641
Authority: DE
Inventors: Huang Ming Lin; Slady Hsu; Scott Chen
Original assignee: Hiwin Technologies Corp
Current assignee: Hiwin Technologies Corp
Priority date: 2001-02-22
Filing date: 2001-02-22
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2021-02-23
Also published as: DE10108641A1

Abstract

Kugelumlaufspindel und deren Herstellungsverfahren, mit einer Spindel (1), die an ihrer Außenfläche eine schraubenlinienförmige Laufbahn (11) aufweist, die im Schnitt halbkreisförmig ausgebildet ist; einem Hauptkörper (2) der Mutter, der am Außendurchmesser der Spindel (1) angebracht ist und an der Innenseite mit einer schraubenförmigen Laufbahn versehen ist, die der schraubenförmigen Laufbahn (11) der Spindel (1) entspricht und ein Paar Umlenkbohrungen (24) aufweist; mindestens einem gebogenen und gestanzten Führungselement (7), das in die beiden Umlenkbohrungen (24) eingesetzt ist und damit verbunden ist, wobei das gebogene Führungselement (7) in der Mitte als offene Rinne und an zwei Enden als Hohlrundrohr ausgebildet ist; und eine Mehrzahl von Rollkugeln (3), die sich zwischen der schraubenförmigen Laufbahn der Spindel (1) und des Hauptkörpers (2) der Mutter befinden.Ball screw and its manufacturing method, with a spindle (1) which has on its outer surface a helical raceway (11) which is semicircular in section; a main body (2) of the nut, which is attached to the outside diameter of the spindle (1) and is provided on the inside with a helical raceway which corresponds to the helical raceway (11) of the spindle (1) and has a pair of deflection bores (24) ; at least one curved and punched guide element (7) which is inserted into and connected to the two deflection bores (24), the curved guide element (7) being designed in the middle as an open channel and at two ends as a hollow round tube; and a plurality of roller balls (3) located between the helical race of the spindle (1) and the main body (2) of the nut.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kugelumlaufspindel, insbesondere eine Kugelumlaufspindel, bei der die Rollkugeln im Kreislauf mittels eines gebogenen Rohrs verlaufen können.The invention relates to a ball screw, in particular a ball screw in which the roller balls in Circulation can run through a curved tube.

Eine Kugelumlaufspindel ist aus EP 0 930 450 A1 bekannt.A ball screw is known from EP 0 930 450 A1.

In Fig. 7 ist eine herkömmliche Kugelumlaufspindel dargestellt. Die Kugelumlaufspindel besteht aus einer Spindel 1, einem Hauptkörper 2 der Mutter, mehreren Rollkugeln 3, einem gebogenen Rohr 4, einem Fixierstück 5 und einer Vielzahl von Schrauben 6. Die Spindel 1 ist an ihrer Außenfläche mit einer schraubenförmigen Laufbahn 11 versehen, in der die Rollkugeln 3 abwälzen. Der Hauptkörper 2 der Mutter ist hohl ausgebildet und an den Außendurchmesser der Spindel 1 angesetzt. Der Hauptkörper 2 der Mutter weist innen eine schraubenförmigen Laufbahn (nicht gezeigt) auf, die der Schraubrille 11 der Spindel 1 entspricht. Darüber hinaus weist der Hauptkörper 2 der Mutter einen Flansch 21 und Flansch-Fixierbohrungen 22 auf, durch die der Hauptkörper 2 der Mutter an einem Maschinenteil befestigt ist. Überdies weist der Hauptkörper 2 der Mutter noch eine Fläche 23 auf, an der ein Paar Umlenkbohrungen 24a, 24b und eine Vielzahl von Schraublöchern 25 angeordnet sind, wobei das U-Rohr 4 in die Umlenkbohrungen 24a, 24b einsteckbar ist und mit Hilfe von einem Fixierstück 5 und Schrauben 6 befestigt ist. Die Schrauben 6 werden durch die Befestigungsbohrungen 51 des Fixierstücks 5 durchgesteckt und in den an der Fläche 23 befindlichen Schraublöchern 25 festgeschraubt. Die Rollkugeln 3 laufen durch das gebogene Rohr 4 zwischen dem Hauptkörper 2 der Mutter und der Spindel 1.A conventional ball screw is shown in FIG . The ball screw consists of a spindle 1 , a main body 2 of the nut, a plurality of roller balls 3 , a bent tube 4 , a fixing piece 5 and a plurality of screws 6 . The spindle 1 is provided on its outer surface with a helical raceway 11 , in which the roller balls 3 roll. The main body 2 of the nut is hollow and attached to the outer diameter of the spindle 1 . The main body 2 of the nut has a helical track (not shown) on the inside, which corresponds to the screw groove 11 of the spindle 1 . In addition, the main body 2 of the nut has a flange 21 and flange fixing holes 22 through which the main body 2 of the nut is fastened to a machine part. In addition, the main body 2 of the nut still has a surface 23 on which a pair of deflection bores 24 a, 24 b and a plurality of screw holes 25 are arranged, the U-tube 4 being insertable into the deflection bores 24 a, 24 b and with Help is fixed by a fixing piece 5 and 6 screws. The screws 6 are pushed through the mounting holes 51 of the fixing piece 5 and screwed into the screw holes 25 located on the surface 23 . The rolling balls 3 run through the curved tube 4 between the main body 2 of the nut and the spindle 1 .

Bei der Herstellung des U-Rohrs 4 der oben erwähnten herkömmlichen Kugelumlaufspindel muss das Hohlrundrohr zunächst abgeschnitten werden, woraufhin das Hohlrundrohr U-förmig gebogen wird. Beim Biegeverfahren muss speziell vorgegangen werden, um das verformende Schrumpfen des Hohlrundrohrs nach dem Biegeverfahren zu vermeiden. Ein reibungsloser Lauf der Rollkugel würde dadurch verhindert. Nach dem Biegen des Hohlrundrohrs muss der an den beiden Enden befindliche Grat des Hohlrundrohrs und der schraubenförmigen Laufbahn 11 der Spindel 1 beseitigt werden, um eine gebogene Führungslippe 41 zu bilden. Daher ist die Herstellung kostenaufwendig.When producing the U-tube 4 of the conventional ball screw mentioned above, the hollow round tube must first be cut off, whereupon the hollow round tube is bent in a U-shape. The bending process must be carried out specifically to avoid the deforming shrinkage of the hollow tube after the bending process. This would prevent the trackball from running smoothly. After the hollow round tube has been bent, the burr of the hollow round tube located at both ends and the helical raceway 11 of the spindle 1 must be removed in order to form a curved guide lip 41 . Therefore, the production is expensive.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, eine Kugelumlaufspindel und deren Herstellungsverfahren zu schaffen, durch die die Herstellung der Kugelumlaufspindel vereinfacht ist und die Herstellungskosten reduziert sind, wobei die Stabilität bei der Herstellung erhöht wird. Ferner wird das verformende Schrumpfen nach dem Biegen des Hohlrundrohrs vermieden, so daß die Rollkugeln reibungslos verlaufen können.The object is achieved by the invention, a To create a ball screw and its manufacturing process, through which the manufacture of the ball screw is simplified is and the manufacturing costs are reduced, the Stability in manufacturing is increased. Furthermore, that deforming shrinkage after bending the hollow round tube avoided, so that the roller balls can run smoothly.

Die Kugelumlaufspindel gemäß der Erfindung weist insbesondere die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf.The ball screw according to the invention has in particular the features specified in claim 1.

Die Funktionen des U-Rohrs und des Fixierstücks der herkömmlichen Kugelumlaufspindel werden bei der vorliegenden Erfindung zunächst erläutert. Das U-Rohr hat zwei Funktionen: die erste ist, die Rollkugeln in der schraubenförmigen Laufbahn in das U-Rohr einzuführen und zu verhindern, dass die Rollkugeln außerhalb des von dem U-Rohr umgebenen Kreislauf- Bereich verlaufen, während die zweite ist, den Rollkugeln einen Kreislaufkanal zu bieten. Die Funktion des Fixierstücks dient nur zur Befestigung des U-Stücks am Hauptkörper der Mutter.The functions of the U-tube and the fixing piece of the Conventional ball screws are used in the present Invention first explained. The U-tube has two functions: the first is the track balls in the helical track insert into the U-tube and prevent the Rolling balls outside the circulatory system surrounded by the U-tube Area run while the second one is the rolling balls one Circulation channel to offer. The function of the fixing piece serves only for fastening the U-piece to the main body of the nut.

Um die erste Funktion des U-Stücks zu erreichen, muss das U- Stück eine Führungslippe aufweisen, die eine ausreichende Festigkeit hat. Um die zweite Funktion des U-Stücks zu erreichen, ist es nicht notwendig, dass das U-Stück vollständig rohrförmig ausgebildet sein muss, es muss aber eine rinnenförmige Anordnung aufweisen. Es kann vielmehr eine gebogene Rinne am Hauptkörper der Mutter angebracht werden, während das U-Rohr nur als Deckel ausgebildet sein muss. Daher braucht das U-Rohr der Kugelumlaufspindel kein rohrförmiges Element zu sein und kann aus einem Stanzblechteil hergestellt sein. Eine schnelle Massenfertigung des Blechteils kann mittels einer Form durchgeführt werden, sodass die Herstellungskosten erheblich reduzierbar sind. Daher wird das herkömmliche, aus einem Hohlrundrohr hergestellte U-Rohr bei der vorliegenden Erfindung von einem U-Führungselement ersetzt, wobei die beiden Enden des U-Führungselements als Rundrohr ausgebildet sind, das am Ende mit einer Führungslippe versehen ist. Da das U- Führungselement am Hauptkörper der Mutter angebracht ist, kann sein Berührungsbereich mit dem Hauptkörper der Mutter zur Führung von Rollkugeln dienen, während das U-Führungselement in der Mitte rinnenförmig ausgebildet ist, um das Formen des Blechs zu vereinfachen.In order to achieve the first function of the U-piece, the U- Pieces have a guide lip that is sufficient Has firmness. To the second function of the U-piece too reach, it is not necessary that the U-piece be complete must be tubular, but there must be one have trough-shaped arrangement. Rather, it can be one curved gutter to be attached to the mother's main body, while the U-tube only has to be designed as a cover. Therefore the U-tube of the ball screw does not need a tubular one Element to be and can be made from a stamped sheet metal part his. A rapid mass production of the sheet metal part can be done using a mold can be made so that the manufacturing cost are significantly reduced. Therefore, the conventional one is out a hollow tube manufactured U-tube in the present Invention replaced by a U-guide element, the two Ends of the U-guide element are designed as a round tube that is provided with a guide lip at the end. Since the U- Guide element is attached to the main body of the mother can its area of contact with the mother's main body Guide roller balls serve while the U-guide element in the center is trough-shaped to shape the Simplify sheet metal.

Weil das herkömmliche U-Rohr durch ein aus Blech hergestelltes U-Führungselement ersetzt wird, kann das Fixierstück mit dem U- Führungselement direkt kombiniert werden. Darüber hinaus weist das U-Führungselement der Erfindung in der Mitte Flügel auf, die je eine Befestigungsbohrung besitzen, durch die eine Schraube durchgeht, um das U-Führungselement direkt am Hauptkörper der Mutter anzuschrauben.Because the conventional U-tube is made of a sheet metal U-guide element is replaced, the fixing piece with the U- Guide element can be combined directly. It also points the U-guide element of the invention in the middle wing, which each have a mounting hole through which one Screw goes through to the U-guide element directly on To screw the main body of the nut.

Das U-Führungselement der Erfindung ist hauptsächlich aus Blech gestanzt hergestellt. Die rinnenförmige Anordnung und die Flügel sind direkt aus Blech gestanzt hergestellt, während die an den beiden Enden befindlichen Hohlrundrohre 74 zunächst aus Blech gestanzt, und daraufhin gebogen hergestellt sind.The U-guide element of the invention is mainly made of stamped sheet metal. The trough-shaped arrangement and the wings are made directly from sheet metal, while the hollow round tubes 74 located at both ends are initially made from sheet metal and are then made curved.

Im Vergleich mit dem Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel die folgenden Vorteile auf:
Das erfindungsgemäße U-Führungselement kann aus Blech hergestellt werden, sodass die Herstellungskosten herabgesetzt sind. Darüber hinaus kann das Blechteil mittels einer Form hergestellt werden, sodass die Stabilität bei der Herstellung sehr hoch ist. Ferner wird das verformende Schrumpfen nach dem Biegen des erfindungsgemäßen Hohlrundrohrs vermieden, so daß die Rollkugeln reibungslos laufen können.In comparison with the prior art, the ball screw according to the invention has the following advantages:
The U-guide element according to the invention can be manufactured from sheet metal, so that the manufacturing costs are reduced. In addition, the sheet metal part can be manufactured using a mold, so that the stability during manufacture is very high. Furthermore, the deforming shrinkage after the bending of the hollow round tube according to the invention is avoided, so that the roller balls can run smoothly.

Da die rinnenförmige Anordnung des U-Führungselements direkt am Hauptkörper der Mutter angebracht ist und die Flügel und die rinnenförmige Anordnung einstückig ausgebildet sind, wird der eingenommene Raum erheblich reduziert. Daher ist ein Vorteil zur Reduzierung des Volumens der Teile vorhanden.Since the trough-shaped arrangement of the U-guide element directly on Main body of the mother is attached and the wings and the trough-shaped arrangement are integrally formed, the occupied space significantly reduced. Therefore is an advantage to reduce the volume of the parts.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsform, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:Other features and advantages of the present invention will be clearly more preferred when reading the following description Embodiment referring to the accompanying drawings increases; show it:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines gebogenen Führungselements der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel; Figure 1 is a perspective view of a curved guide element of the ball screw according to the invention.

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie C-C der Fig. 1; Fig. 2 is a sectional view taken along line CC of Fig. 1;

Fig. 3 eine gestreckte Länge des gebogenen Führungselements der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel; Fig. 3 is a stretched length of the bent guide member of the ball screw according to the invention;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Halbfertigpro dukts des gebogenen Führungselements der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel; Fig. 4 is a schematic representation of a semi-finished product of the curved guide element of the ball screw according to the invention;

Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie A-A der Fig. 4; Fig. 5 is a sectional view taken along line AA of Fig. 4;

Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie B-B der Fig. 5; und Fig. 6 is a sectional view taken along line BB of Fig. 5; and

Fig. 7 eine perspektivische Explosionsansicht einer Kugelumlaufspindel nach dem Stand der Technik. Fig. 7 is an exploded perspective view of a ball screw according to the prior art.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist das erfindungsgemäße gebogene Führungselement 7 mit dem gebogenen Rohr 4 und dem Fixierstück 5 der herkömmlichen Kugelumlaufspindel kombiniert. Das gebogene Führungselement 7 weist in der Mitte eine rinnenförmige Anordnung 73, die an ihren zwei Seiten je mit einem Flügel 71 versehen ist, der eine Befestigungsbohrung 72 besitzt. Der Flügel 71 und die Befestigungsbohrung 72 dienen als Ersatz des Fixierstücks der herkömmlichen Kugelumlaufspindel. Das gebogene Führungselement 7 ist dadurch an dem Hauptkörper 2 der Mutter befestigt, dass die in der Fig. 7 dargestellten Schrauben 6 durch die jeweiligen Befestigungsbohrungen 72 der Flügel 71 hindurchgesteckt und in die Schraublöcher 25 der Fig. 7 eingeschraubt werden. Nachdem das gebogene Führungselement 7 an dem Hauptkörper 2 der Mutter der Fig. 7 befestigt ist, wird beim Umlaufen der Kugeln von der Zusammensetzung der rinnenförmigen Anordnung 73 und des Hauptkörpers 2 der Mutter wie bei der Benutzung des gebogenen Rohrs 4 eine Kugelkette gebildet.Referring to Fig. 1, the curved guide member according to the invention 7 with the bent tube 4 and the fixing piece 5 is combined the conventional ball screw. The curved guide element 7 has a channel-shaped arrangement 73 in the middle, which is provided on both sides with a wing 71 , which has a fastening bore 72 . The wing 71 and the mounting hole 72 serve as a replacement for the fixing piece of the conventional ball screw. The curved guide element 7 is fastened to the main body 2 of the nut by inserting the screws 6 shown in FIG. 7 through the respective fastening bores 72 of the wings 71 and screwing them into the screw holes 25 in FIG. 7. After the curved guide member is fixed to the main body 2 of the nut of FIG. 7 7, when circulation of the balls of the composition of the channel-shaped assembly 73 and the main body 2 of the nut as in the use of the curved tube 4 is formed a ball chain.

Das gebogene Führungselement 7 ist an seinen zwei Enden je mit einem Hohlrundrohr 74 versehen, das am hinteren Ende als halbkreisförmige Führungslippe 75 ausgebildet ist. Werden das gebogene Führungselement 7 und der Hauptkörper 2 der Mutter zusammengesetzt, wird das Hohlrundrohr 74 in die gekrümmte Bohrung eingesteckt, während die Führungslippe 75 in Berührung mit der schraubenförmigen Laufbahn der Spindel steht, wodurch die Rollkugel in der schraubenförmigen Laufbahn in das gekrümmte Führungselement 7 einführbar ist, während die Rollkugel im gebogenen Führungselement 7 in die schrauben förmigen Laufbahn eintreten. Um die Rollkugel zwischen dem Hohlrundrohr 74 und der rinnenförmigen Anordnung 73 im gebogenen Führungselement 7 reibungsloser zu bewegen, ist eine angefaste Kante 76 an der Verbindungsstelle des Hohlrundrohrs 74 und der rinnenförmigen Anordnung 73 angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt.The curved guide element 7 is provided at its two ends with a hollow round tube 74 , which is designed as a semicircular guide lip 75 at the rear end. If the curved guide element 7 and the main body 2 of the nut are put together, the hollow round tube 74 is inserted into the curved bore, while the guide lip 75 is in contact with the helical raceway of the spindle, whereby the track ball in the helical raceway can be inserted into the curved guide element 7 is while the trackball in the curved guide element 7 enter the helical track. In order to move the trackball between the hollow round tube 74 and the trough-shaped arrangement 73 in the curved guide element 7 more smoothly, a chamfered edge 76 is arranged at the junction of the hollow round tube 74 and the trough-shaped arrangement 73 , as shown in FIG. 2.

Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das erfindungsgemäße gebogene Führungselement 7 durch Blechpreßstanzen herstellbar ist. In Fig. 3 ist eine Abwicklung des Blechs des gebogenen Führungselements der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel dargestellt. Daraus ist ersichtlich, dass das gebogene Führungselement 7 in der Fig. 3 zwei Führungslippen 75 und zwei Flügel 71 umfasst. Das gestreckte Blech des gebogenen Führungselements 7 wird mehrmals zu einem Halbfertigprodukt gepreßt und gestanzt, wie in Fig. 4 gezeigt. Und Fig. 5 stellt eine Schnittansicht längs der Linie A-A der Fig. 4 dar. Gemäß den Fig. 4 und 5 sind die Flügel 71, die Befestigungsbohrungen 72, die rinnenförmige Anordnung 73 und die Führungslippe 75 geformt. Das Hohlrundrohr 74 ist aber im Schnitt J-förmig ausgebildet, wie in Fig. 6 gezeigt. Der Streifen 742, wie in Fig. 6 gezeigt, ist durch eine Blechbiegemaschine halbkreisförmig verarbeitbar und bildet zusammen mit einem Bogen 741 ein Hohlrundrohr. Inzwischen wird eine Kernstange zur Hilfe beim Krümmen verwendet, um dessen Größe nach der Krümmung zu stabilisieren.Another feature of the present invention is that the curved guide element 7 according to the invention can be produced by sheet metal stamping. In Fig. 3, a development of the sheet of the curved guide element of the ball screw according to the invention is shown. It can be seen from this that the curved guide element 7 in FIG. 3 comprises two guide lips 75 and two wings 71 . The stretched sheet of the curved guide element 7 is pressed and punched several times into a semi-finished product, as shown in FIG. 4. And Fig. 5 is a sectional view taken along the line AA of Fig. 4. Referring to FIGS. 4 and 5 the vanes 71, the mounting holes 72, the channel-shaped assembly 73 and the guide lip 75 are formed. The hollow round tube 74 is, however, J-shaped in section, as shown in FIG. 6. The strip 742 , as shown in FIG. 6, can be processed semicircularly by a sheet metal bending machine and, together with an arc 741, forms a hollow round tube. In the meantime, a core rod is used to help with the curvature to stabilize its size after the curvature.

Claims

1. Ball screw, which has at least:
a spindle ( 1 ) which has on its outer surface a helical raceway ( 11 ) which is semi-circular in section;
a main body ( 2 ) of a nut which is attached to the outer diameter of the spindle ( 1 ) and is provided on the inside with a helical raceway which corresponds to the helical raceway ( 11 ) of the spindle ( 1 ) and has a pair of deflection bores ( 24 ) ;
at least one curved guide element ( 7 ) which is inserted into and connected to the two deflection bores ( 24 ), the curved guide element ( 7 ) being designed in the middle as an open channel and at two ends as a hollow round tube; and
a plurality of roller balls ( 3 ), which are located between the helical track of the spindle ( 1 ) and the main body ( 2 ) of the nut.

2. Ball screw according to claim 1, characterized in that the groove located in the middle of the curved guide element ( 7 ) is provided on both sides with a wing ( 71 ).

3. Ball screw according to claim 2, characterized in that the wings ( 71 ) each have a mounting hole ( 72 ), the bent guide element ( 7 ) being screwed to the main body ( 2 ) of the nut.

4. Ball screw according to claim 1, characterized in that the curved guide element ( 7 ) is formed at two ends as an approximately semicircular guide lip ( 75 ).

5. Ball screw according to claim 1, characterized in that the curved guide element ( 7 ) is made of sheet metal.

6. A method for manufacturing the curved ball screw guide member according to claim 1, comprising:
cut the outer shape of a sheet required by the curved guide element ( 7 ) by punching;
punch the middle part of the sheet in a channel shape, the two ends of which are punched J-shaped in section; and
form the J-part using a bending machine as a hollow tube.

7. The method according to claim 6, characterized in that that a core rod is used to help when the J part is as Hollow round tube is curved.