DE60213041T2

DE60213041T2 - Kugelgewindespindel

Info

Publication number: DE60213041T2
Application number: DE60213041T
Authority: DE
Inventors: NSK Ltd. Tsutomo Maebashi-shi Ohkubo
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-07-30
Filing date: 2002-07-30
Publication date: 2006-11-23
Also published as: EP1281894A3; EP1281894B1; US20030031527A1; DE60213041D1; JP4288903B2; EP1281894A2; JP2003113922A; DE60213041T8; US6941831B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kugelspindel-Vorrichtung eines Typs mit Endkappe zur Verwendung in einer Zuführungs-Vorrichtung, und, insbesondere, auf eine Kugelspindel-Vorrichtung, die für eine Zuführung unter hoher Geschwindigkeit geeignet ist.
Herkömmlich ist, als eine Kugelspindel-Vorrichtung dieses Typs, zum Beispiel, eine solche Kugelspindel-Vorrichtung bekannt, wie sie in 10 dargestellt ist. Die Kugelspindel-Vorrichtung 1 weist eine Schraubenspindel 3 und eine Mutter 6, die mit der Schraubenspindel 3 verbunden ist, auf. Die Schraubenspindel 3 erstreckt sich in der axialen Richtung der Kugelspindel-Vorrichtung 1 und umfasst eine Schraubennut 2; und die Schraubennut 2 ist in der äußeren Umfangsfläche der Schraubenspindel 3 definiert und besitzt einen halbkreisförmigen Querschnitt. Andererseits umfasst die Mutter 6 eine Schraubennut 4, die in der inneren Umfangsfläche davon definiert ist und einen halbkreisförmigen Querschnitt besitzt. Und die Mutter 6 umfasst auch einen Mutter-Hauptkörper 6a, der an der Schraubenspindel 3 befestigt wird, und eine Endkappe 6b, die an den zwei Endbereichen in der axialen Richtung des Mutter-Hauptkörpers 6a durch Schrauben befestigt ist.
Die Schraubennut 4 der Mutter 6 und die Schraubennut 2 der Schraubenspindel 3 sind gegenüberliegend zueinander angeordnet, um dadurch einen spiralförmigen Durchgangsweg dazwischen zu definieren; und in dem spiralförmigen Durchgangsweg ist eine große Anzahl von aus Stahl hergestellten Kugeln 5 angeordnet, die als Rollkörper in einer solchen Art und Weise dienen, dass ihnen ermöglicht wird, entlang des spiralförmigen Wegs zu rollen. Und aufgrund der Drehbewegung der Schraubenspindel 3 wird der Mutter 6 ermöglicht, sich linear durch die Rollbewegungen der Kugel 5 zu bewegen.
Dabei bewegen sich, wenn sich die Mutter 6 linear bewegt, die Kugeln 5, während sie entlang des spiralförmigen Durchgangswegs, definiert durch die zwei Schraubennuten 2 und 4, rollen. Allerdings ist es, um in der Lage zu sein, die Mutter 6 kontinuierlich zu bewegen, notwendig, die Kugeln endlos zirkulieren zu fassen.
Im Hinblick hierauf ist nicht nur innerhalb des Mutter-Hauptkörpers 6a ein Kugel-Zirkulationsloch 8 definiert, das durch den Mutter-Hauptkörper 6a in der axialen Richtung davon hindurchdringt, sondern auch zwischen der Endfläche des Mutter-Hauptkörpers 6a und der Endkappe 6b ist ein Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt 7 definiert, der ermöglicht, dass das Kugel-Zirkulationsloch 8 und zwei Schraubennuten 2, 4 miteinander in Verbindung stehen; und der Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt 7 und das Kugel-Zirkulationsloch 8 arbeiten so zusammen, um einen Kugel-Zirkulationskanal 9 zu definieren, durch den ermöglicht wird, dass die Kugeln 5, die sich rollend zwischen den zwei Schraubennuten 2 und 4 bewegen, endlos zirkulieren.
In dem Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt 7 sind, wie in 11 dargestellt ist, eine Führungsnut 10, definiert in der Endfläche des Mutter-Hauptkörpers 6a, und eine Führungsnut 11, definiert in der Endkappe 6b, gegenüberliegend zueinander angeordnet, um dadurch einen Zirkulationsweg für die Kugeln 5 zu definieren. Auch ist, wie in 12 dargestellt ist, an der Endkappe 6b eine Zunge 12 in einer solchen Art und Weise angeordnet, dass sie von der Schraubennut 2 und der Schraubenspindel 3 vorsteht; und diese Zunge 12 wird dazu verwendet, die Kugeln 5 hochzuschaufeln, wobei sie sich rollend zwischen den zwei Schraubennuten 4 und 5 in einem Lastbereich bewegen und dann die Kugeln 5 zu dem Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt 7 führen.
Hierbei stellen die 13 und 14 die Details der herkömmlichen Endkappe 6b dar. Wie anhand der 13 und 14 gesehen werden kann, ist, in der Endkappe 6b, eine kankav-förmige Führungsnut 11 definiert, die eine Zunge 12 zum Hochschaufeln der Kugeln 5 und des Kugel-Zirkulations-R-Abschnitts 7 definiert; das bedeutet, dass die Endkappe 6b eine dreidimensionale, komplizierte Form besitzt. Auch sind, da es schwierig ist, die Zunge 12 und die Führungsnut 11 gleichzeitig auszuarbeiten, die Zunge 12 und die Führungsnut 11 leicht in der Position zueinander unterschiedlich. Deshalb ist dabei eine Möglichkeit vorhanden, dass dieser Positionsunterschied die störungsfreien, zirkulierenden Bewegungen der Kugeln 5 beeinträchtigen kann, um dadurch den Betrieb der Kugelspindel-Vorrichtung zu verschlechtern und eine Erhöhung in den Geräuschen hervorzurufen.
Auch ist in dem Fall, in dem die Endkappe 6b unter Verwendung einer Maschine bearbeitet ist, die Endkappe 6b kostspielig aufgrund der komplizierten Formen der Zunge 12 und der Führungsnut 11. Deshalb ist allgemein die Endkappe 6b nicht aus einem Metall-Material, sondern aus einem Harz- bzw. Kunststoff-Material, geformt. Allerdings ist es schwierig, die aus Harz geformte Endkappe flexibel an verschiedene Spezifikationen des Wellendurchmessers und der Schraubenspindel 3 anzupassen, und die aus Harz geformte Endkappe ist schlecht in der Wärmebeständigkeit, der chemischen Beständigkeit und der Festigkeit gegenüber einer leichten Kollision.
Weiterhin werden, wie vorstehend beschrieben ist, in dem Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt 7, die Kugeln 5, die sich rollend zwischen den zwei Schraubennuten 2 und 4 bewegen, nicht nur in den Lastbereich hochgeschaufelt, sondern auch zu dem Kugelzirkulationsloch 8 zurückgeführt, das bedeutet, die sich rollend bewegenden Kugeln 5 werden auf diesen zwei Seiten aufgenommen und zugeführt. Allerdings können, wie in 11 dargestellt ist, in der Struktur, in der die Endflächen der Endkappe 6b und der Mutter-Hauptkörper 6a jeweils die Führungsnuten 11 und 10 für die Kugeln 5 umfassen, in einem Fall, wo die Bearbeitungs-Genauigkeit der jeweiligen Führungsnuten 11 und 10 nicht hoch ist, die Führungsnuten 11 und 10 nicht aneinander in einer Position geeignet, ohne einen Unterschied gleichzeitig an den zwei Kugelaufnahme- und Zuführungsseiten, angepasst werden. Um dies zu vermeiden, sind, wie in den 13 und 14 dargestellt ist, in den Endflächen der Endkappe 6b und dem Mutter-Hauptkörper 6a, Vorsprünge oder Vertiefungen 13 zum Positionieren der zwei Führungsnuten 11 und 10 angeordnet. Allerdings hängt es tatsächlich, ob die Führungsnuten 11 und 10 aneinander in einer Position geeignet ohne eine Differenz gleichzeitig an den zwei Kugelaufnahme- und Zuführungsseiten angepasst werden können oder nicht, von der Bearbeitungs-Genauigkeiten der Führungsnuten 11 und 10 ab. Deshalb kann, in dem Fall, in dem diese Bearbeitungs-Genauigkeit schlecht ist, die Betriebsweise der Kugelspindel-Vorrichtung verschlechtert werden und Geräusche können erhöht werden.
Eine Kugelspindel-Vorrichtung, wie sie vorstehend in Bezug auf die 10 bis 14 der vorliegenden Unterlagen beschrieben ist, ist, zum Beispiel, in der EP 1 026 067 A2 beschrieben. Dieses Dokument stellt den nächsten Stand der Technik dar. Diese Vorrichtung besitzt eine Endkappe, die, aufgrund von mit Nuten versehenen Führungswegen, gebildet in deren Kontaktfläche, präzise in Bezug auf den Mutter-Hauptkörper ausgerichtet werden muss.
Eine ähnliche Kugelspindel-Vorrichtung ist in der EP 0 496 034 A1 dargestellt. Wiederum sind die Endkappen dieser Vorrichtung mit einem bestimmten Durchgangsweg versehen, der präzise mit dem Rückführweg in der Mutter verbunden werden muss.
Eine unterschiedliche Vorrichtung ist in der DE 44 43 924 A1 dargestellt. Diese Kugelspindel-Vorrichtung besitzt keine Endkappen an der Mutter.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf, die vorstehend erwähnten Nachteile, die in der herkömmlichen Kugelspindel-Vorrichtung vorgefunden werden, zu beseitigen. Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kugelspindel-Vorrichtung zu schaffen, die nicht nur dazu geeignet ist, eine Endkappe zu schaffen, die kostengünstig und einfach in der Struktur ist, die flexibel an die verschiedenen Spezifikationen des Wellendurchmessers und der Führung einer Spindelwelle angepasst werden kann und in der Wärmebeständigkeit, der chemischen Beständigkeit und der Festigkeit gegenüber einer leichten Kollision verbessert ist, sondern die auch eine geeignete Betriebsfunktion sicherstellen kann und Geräusche verringern kann.
Zum Lösen der Aufgabe wird, gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Kugelspindel-Vorrichtung geschaffen, die umfasst: eine Schraubenspindel mit einer spiralförmigen Schraubennut, die in einer äußeren Umfangsoberfläche der Spindel definiert ist; eine Mutter, die locker auf der Schraubenspindel montierbar ist und eine in ihrer inneren Umfangsoberfläche definierte Schraubennut aufweist, um mit der Schraubennut der Schraubenspindel zu korrespondieren, wobei die Mutter einen Mutter-Hauptkörper aufweist, der eine in axialer Richtung durch den Mutter-Hauptkörper hindurchgehendes Kugel-Zirkulationsloch aufweist, sowie wenigstens eine Endkappe, die an einem Endabschnitt des Mutter-Hauptkörpers befestigt ist und im Zusammenspiel mit der Endfläche des Mutter-Hauptkörpers einen Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt bildet, wobei der Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt eine Verbindung zwischen dem Kugel-Zirkulationsloch und der Schraubennut erlaubt; und eine große Anzahl von Kugeln, die rollend zwischen den beiden Schraubennuten, dem Kugel-Zirkulationsloch und dem Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt aufgenommen sind, wobei der Mutter-Hauptkörper auf solche Weise eine Führungsnut für die Kugeln definiert, dass der Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt lediglich auf seiner Endflächenseite definiert ist, und wobei die Oberfläche der Endkappe gegenüber der Endfläche des Mutter-Hauptkörpers über ihren gesamten Umfang gleichmäßig in ihrer Form und ohne Führungsnuten ausgebildet ist.
Eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 charakterisiert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Kugelspindel-Vorrichtung, wie sie in dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung angegeben ist, vorgesehen, wobei die Endkappe ein Loch definiert, durch das die Schraubenspindel eingesetzt ist, und wobei der Innendurchmesser des Lochs kleiner als ein Zentrumkreis-Durchmesser der Kugel ist und größer als der Außendurchmesser der Schraubenspindel ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung einer Kugelspindel-Vorrichtung, wie sie vorstehend in entweder dem ersten oder dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung angegeben ist, beträgt die Tiefe der in der Endfläche des Kugel-Hauptkörpers definierten Führungsnuten 40% eines Durchmessers einer Kugel.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in einer Kugelspindel-Vorrichtung, wie sie in einem des ersten bis dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung angegeben ist, die Schraubennut der Schraubenspindel bogenförmig ausgebildet, und wobei sowohl eine Oberfläche der Schraubennut als auch eine äußere Fläche des äußeren Durchmessers der Schraubenspindel über einen abgefasten Abschnitt in rechtwinkliger oder Querschnitts-Richtung der Schraubennut verbunden ist.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung einer Kugelspindel-Vorrichtung, wie sie in dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung angegeben ist, ist ein Winkel auf 5 bis 45° eingestellt, der zwischen der Richtung entlang der Schraubennut der Kugelspindel und der Richtung, in der die Kugel aus der Schraubennut heraus zur Außendurchmesserseite der Kugelspindel gezwungen wird, definiert ist.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung einer Kugelspindel-Vorrichtung, wie sie in dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung angegeben ist, ist ein Krümmungsradius des abgefasten Abschnitts auf einen Wert von 15% bis 45% des Radius der Kugel eingestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Endkappe, umfasst in einer Mutter, verwendet in einer Kugelspindel-Vorrichtung, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine linksseitige Ansicht der 1;
3 zeigt eine Schnittansicht der Mutter, umfassend die Endkappe, zum Erläutern, wie eine Kugel in einem Zirkulationsweg gehalten wird;
4 zeigt eine erläuternde Ansicht, um zu zeigen, wie die Kugel nach oben auf einer Kugel-Zirkulations-R-Abschnittseite geschaufelt wird; insbesondere zeigt 4A eine Ansicht eines Teils der Mutter, wenn die Mutter von der axialen Richtung davon aus gesehen wird, und 4B zeigt eine Ansicht, wenn die Achse der 4A von der Querrichtung, mit dem Gewindesteigungswinkel der Kugelspindel geneigt, betrachtet wird;
5 zeigt eine Ansicht, die die rechtwinklige und Querschnittsform der Schraubennut in der Kugelspindel-Vorrichtung in der Kugelspindel-Vorrichtung vom Rohrzirkulations-Typ darstellt;
6 zeigt eine Ansicht, die die rechtwinklige und Querschnittsform der Schraubennut in der Kugelspindel-Vorrichtung als die andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 zeigt eine Ansicht, die die Kugel darstellt, wie sie von der Schraubennut zu der Außendurchmesserseite der Schraubenspindel gezwungen wird;
8A bis 8C zeigen Ansichten zum Erläutern der Vorgänge der Kugeln in der Nähe der Kugelsammelteile in den jeweiligen Zirkulationssystemen, und 8A zeigt ein Rohrsystem, 8B zeigt ein Endkappensystem und 8C zeigt ein Ablenkungssystem;
9 zeigt eine Makro-Fotografie zum Erläutern einer Abplatzung, die in der Nähe der B-Seite der 5 auftritt;
10 zeigt eine erläuternde Schnittansicht einer herkömmlichen Kugelspindel-Vorrichtung;
11 zeigt eine erläuternde Schnittansicht eines herkömmlichen Kugel-Zirkulations-R-Abschnitts;
12A und 12B zeigen eine erläuternde Ansicht einer herkömmlichen Mutter, die darstellt, wie die Kugel an der Kugel-Zirkulations-R-Abschnittseite über eine Zunge hochgeschaufelt wird; insbesondere zeigt 12A eine Ansicht, wenn die Mutter, die den Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt umfasst, von der seitlichen Seite davon betrachtet wird, und 12B zeigt eine Ansicht, wenn die Mutter, umfassend den Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt, von oben gesehen wird;
13 zeigt eine Ansicht einer herkömmlichen Endkappe; und
14 zeigt eine linksseitige Seitenansicht der 13.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun wird eine Beschreibung nachfolgend einer Ausführungsform einer Kugelspindel-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vorgenommen.
1 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Endkappe, umfasst in einer Mutter, verwendet in einer Kugelspindel-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 2 zeigt eine linksseitige Seitenansicht der 1, 3 zeigt eine Schnittansicht der Mutter, umfassend die Endkappe, zum Erläutern, wie eine Kugel in einem Zirkulationsweg gehalten ist, und 4 zeigt eine erläuternde Ansicht, um zu zeigen, wie die Kugel auf der Kugel-Zirkulations-R-Abschnittseite hochgeschaufelt wird; insbesondere zeigt 4A eine Ansicht eines Teils der Mutter, wenn die Mutter in der axialen Richtung davon aus betrachtet wird, und 4B zeigt eine Ansicht, wenn die Achse der 4A von der Querrichtung, mit dem Gewindesteigungswinkel der Schraubenspindel geneigt, betrachtet wird. Dabei ist die Grundstruktur der Kugelspindel-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform, mit Ausnahme deren Endkappe, im Wesentlichen identisch zu derjenigen der vorstehend erwähnten, herkömmlichen Kugelspindel-Vorrichtung (10). Deshalb wird eine Beschreibung nachfolgend nur in Bezug auf die Endkappe vorgenommen und demzufolge werden die verbleibenden Bereiche der vorliegenden Ausführungsform unter Verwendung derselben Bezeichnungen, wie sie in 10 dargestellt sind, beschrieben.
Wie nun die 1 bis 3 zeigen, ist diese Endkappe 20, ähnlich zu der herkömmlichen Endkappe, an der Endfläche des Mutter-Hauptkörpers 6a über Schrauben bzw. Spindeln befestigt, ist im Wesentlichen in einer kurzen, mit Boden versehenen, zylindrischen Form gebildet und umfasst ein Einsetzloch 21, das in dem zentralen Abschnitt des Bodenabschnitts davon definiert ist und in das die Schraubenspindel 3 eingesetzt werden kann. Der Umfang des Einsetzlochs 21 ist in einer flachen Oberfläche 22 definiert. Und auf der Innenflächenseite der Endkappe 20 (die Seite der Fläche, die zu dem Mutter-Hauptkörper 6a gegenüberliegt) ist der Abschnitt der Endkappe 20, der zwischen der flachen Fläche 22 und der offenen Endseite (linke Endseite) der Endkappe 20 austritt, als ein schalenförmiger, gekrümmter Oberflächen-Abschnitt 23 definiert.
Deshalb ist, in der vorliegenden Ausführungsform, in der Innenfläche der Endkappe 20, keine Führungsnut oder Zunge für die Kugeln 5 definiert. Hierdurch ist, auf der Seite der Endkappe 20, die der Endfläche des Mutter-Hauptkörpers 6a gegenüberliegt, die Oberflächenform davon gleichförmig über den gesamten Umfang davon. Dabei ist, in den 1 und 2, die Darstellung eines Befestigungslochs zum Befestigen des Mutter-Hauptkörpers 6a und eines Dichtungsabschnitts weggelassen.
Der gekrümmte Oberflächen-Abschnitt 23 besteht aus einer gekrümmten Oberfläche, die durch Verbinden miteinander der äußersten Seiten der Kugel, die durch den Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt 7 hindurchführt, während der Innendurchmesser der Endkappe 20 an der offenen Endseite davon mit dem äußersten Außenseitendurchmesser ds (siehe 10) des Kugel-Zirkulationslochs 8 des Mutter-Hauptkörpers 6a übereinstimmt, erhalten werden kann.
Und die Kugel 5, die zwischen den zwei Schraubennuten 2 und 4 in dem Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt 7 eingeführt worden ist, wie dies in 3 dargestellt ist, ist zwischen einer Führungsnut 10, definiert in der Endfläche des Mutter-Hauptkörpers 6a, und den Innenflächen (ebene Flächen) der Endkappe 20 beschränkt: das bedeutet, dass, während die Kugel 5 auf diese Art und Weise begrenzt ist, der Kugel 5 ermöglicht wird, durch den Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt hindurchzuführen, und sie wird dann zu dem Kugel-Zirkulationsloch 8 zurückgeführt. Die Tiefe der Führungsnut 10, die in dem Mutter-Hauptkörper 6a definiert werden soll, kann 0,4 oder mehrere Male der Durchmesser der Kugel 5 sein; allerdings kann, in dem benachbarten Bereich des Kugel-Zirkulationslochs 8, vorzugsweise, die Tiefe leicht größer sein. In praktischer Weise kann die Tiefe der Führungsnut 10 in dem Bereich von 0,4 bis 1,2 Mal des Durchmessers der Kugel 5 liegen.
Dabei sind der Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt 7 und das Kugel-Zirkulationsloch 8 natürlich so ausgelegt, um ein bestimmtes Spiel in Bezug auf den Durchmesser der Kugel 5 zu haben, und, normalerweise, kann das Spiel gleich zu oder geringer als 1,25 Mal des Durchmessers der Kugel 5 betragen.
Auch ist der Innenseiten-Durchmesser des Einsetzlochs 21 der Endkappe 20 kleiner als der Durchmesser dm des Mittenkreises der Kugel (siehe 10) und größer als der Außendurchmesser der Schraubenspindel 3 eingestellt, während die flache Fläche 22 der Endkappe 20 so angeordnet ist, um sich entlang einer Richtung, die unter rechten Winkeln zu der Achse der Schraubenspindel 3 schneidet, erstrecken.
Nur die flache Fläche 22 kann, in Abhängigkeit von den Gewindesteigungswinkeln, parallel zu einem Neigungswinkel (eine Fläche, gekippt unter α° in Bezug auf den Gewindesteigungswinkel, dargestellt in 8B) liegen.
Deshalb wird, in dem Fall der Kugel 5, die sich rollend zwischen den zwei Schraubennuten 2 und 4, wie dies in 4 dargestellt ist, bewegt, der voranführende Endabschnitt der Kugel 5 in der Vorschubrichtung davon mit der flachen Fläche 22 (in 4 ist dies einfach als ein Plattenelement dargestellt) unter dem Gewindesteigungswinkel θ der Schraubenspindel 3 in Bezug auf die flache Fläche 22 in Kontakt gebracht, wonach dann die Kugel 5 nach oben auf der flachen Fläche 22 nach außen in der Durchmesserrichtung davon bewegt wird, und wenn sie einmal zu dem Außendurchmesserbereich der Schraubenspindel 3 geschaufelt ist, wird sie, wie vorstehend beschrieben ist, durch den Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt 7 geführt, um zu dem Kugel-Zirkulationsloch 8 zurückgeführt zu werden.
Dabei muss der Winkel zwischen der flachen Fläche 22 und der Vorschubrichtung der Kugel 5 nicht immer gleich zu dem Gewindesteigungswinkel θ der Schraubenspindel 3 eingestellt werden, und in einem Fall, in dem der Winkel nicht für den Gewindesteigungswinkel θ eingestellt ist, besitzt die flache Fläche einen bestimmten Winkel in Bezug auf die rechtwinklige Oberfläche der Schraubenspindel 3. Auch kann, in dem Fall, in dem der Innendurchmesser des Einsetzlochs 21 nicht kleiner als der Kugel-Mittenkreisdurchmesser dm eingestellt werden kann, ähnlich zu der herkömmlichen Struktur, eine Zunge so angeordnet werden, um in die Schraubennut 2 vorzustehen, und die Kugel 5 kann von dem Außenseitendurchmesserbereich der Schraubenspindel 3 hochgeschaufelt werden. Weiterhin kann in dem Fall, dass es erforderlich ist, dass die Endkappe 20 stark ist, die Endkappe 20 wärmebehandelt werden, um dadurch deren Härte zu verbessern, oder die Schraubenspindel 3 kann aus einer Schraubenspindel bestehen, die durch Rollen gebildet ist.
In der vorstehend erwähnten Ausführungsform wird, da die Endkappe 20 vorgesehen ist, die eine Struktur besitzt, in der die Zunge 12 und die Führungsnut 11 nicht angeordnet sind, das Erfordernis beseitigt, dass der Positionsunterschied zwischen der Zunge 12 und der Führungsnut 11 berücksichtigt wird, die in der herkömmlichen Struktur auftritt. Dies macht es möglich, die störungsfreie Zirkulationsbewegung der Kugel 5 innerhalb des Kugel-Zirkulations-R-Abschnitts 7 sicherzustellen, um dadurch in der Lage zu sein, die Betriebsfunktion der Kugelspindel-Vorrichtung zu verbessern, ebenso wie Geräusche zu verringern.
Auch wird, in der vorliegenden Struktur, da, an der Seite der Endkappe 20, die zu der Endfläche des Mutter-Hauptkörpers 6a gegenüberliegt, die Oberflächenform davon über den gesamten Umfang davon gleichförmig ist, und da auch die Zunge 12 und die Führungsnut 11 weggelassen sind, wenn die Endkappe 20 an der Endfläche des Mutter-Hauptkörpers 6a befestigt wird, das Erfordernis beseitigt werden, die Fase der Endkappe 20 in der Umfangsrichtung davon zu berücksichtigen, das bedeutet das Erfordernis kann beseitigt werden, die Position der Endkappe 20 an die Führungsnut 10, definiert in dem Mutter-Hauptkörper 6a, anzupassen. Dies kann nicht nur den Befestigungsvorgang der Endkappe 20 an der Endfläche des Mutter-Hauptkörpers 6a erleichtern, sondern macht es auch schwer, dass eine Niveau-Differenz innerhalb des Kugel-Zirkulations-Durchgangswegs 9 auftritt, was Geräusche kontrollieren kann, die durch den Durchgang der Kugeln verursacht werden, um dadurch die Geräusche zu verringern. Auch kann, da die Kugel 5 weniger dann beschädigt wird, wenn sie durch den Niveau-Differenz-Bereich hindurchführt, die Lebensdauer der Kugel 5 verlängert werden.
Weiterhin können, da die Struktur der Endkappe 20 vereinfacht werden kann, gerade in dem Fall von mittels Maschine bearbeiteten Produkten und geformten Produkten unter Verwendung von Metall-Material, die Herstellungskosten davon verringert werden. Und, da die Freiheit bei der Auswahl des Materials erhöht wird, kann nicht nur die Endkappe 20 fest an verschiedenen Spezifikationen des Wellendurchmessers und der Gewindesteigung der Schraubenspindel 3 angepasst werden, sondern auch kann die Endkappe 20 in der Wärmebeständigkeit, der chemischen Beständigkeit und der Festigkeit gegenüber einer leichten Kollision verbessert werden.
Weiterhin ist, da, in der Endkappe 20, die Zunge 12 weggelassen ist, die in die Schraubennut 2 der Schraubenspindel 3 in der herkömmlichen Struktur vorsteht, gerade in dem Fall, in dem die Schraubennut 2 in der Schraubenspindel durch Schneiden definiert ist, eine Montage der Schraubenspindel 3 so möglich, dass die Endfläche des Außendurchmesserbereichs der Schraubenspindel 3 breit ausgebildet werden kann. Als eine Folge hiervon ist es möglich, eine Öldichtung für eine Zirkulation von Flüssigkeit von der hohlen kühl- und staubbeständigen Dichtung zu verwenden, das bedeutet, dass eine solche Öldichtung und staubbeständige Dichtung an der Oberfläche des Außenseitendurchmessers der Schraubenspindel 3 angebracht werden kann. Gleichzeitig kann, da, wenn der Bereich, auf dem die Schulter eines Stützlagers, verwendet in der Schraubenspindel- Wellen-Vorrichtung, ausgelegt für ein Maschinenwerkzeug, angeordnet werden kann (der Bereich der Endfläche des Bereichs des Außenseitendurchmessers der Schraubenspindel 3), dabei ein weiter Bereich erhalten werden, so dass die vorliegende Struktur in der Lage ist, eine Vergrößerung in der Größe eines Lagers aufzunehmen.
Zusätzlich sind, in der herkömmlichen Kugelspindel-Vorrichtung eines Endkappen-Typs, da der Gewindesteigungswinkel der Schraubenspindel 3 relativ groß ist, wenn die Kugel 5 durch die Zunge 12 hochgeschaufelt wird, Variationen in dem Winkel der Kugel 5, die unmittelbar nach dem Zeitpunkt eines Hochschaufelns der Kugel 5, bis zu dem Zeitpunkt eines Eintritts der Kugel 5 in das Kugel-Zirkulationsloch 8, durch den Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt 7, auftritt, groß; mit anderen Worten wird die Kugel 5 dazu gebracht, hindurchzuführen, während sie mit einem kleinen, dreidimensionalen R gekrümmt ist.
Dies gibt Anlass zu einem Bewegungsverlust der Kugel 5 und demzufolge führt ein Verlust der Kugel-Bewegung zu einer verschlechterten Betriebsfunktion der Kugelspindel-Vorrichtung. Andererseits wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform, nachdem die Kugel 5 mit der flachen Fläche 22 in Kontakt getreten ist, die Kugel 5 nach oben auf der flachen Oberfläche 22 in der Richtung des Durchmessers nach außen bewegt, und wird einmal nach oben zu dem Außendurchmesserbereich der Schraubenspindel 3 geschaufelt, und die Kugel 5 wird dann durch den Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt 7 zu dem Kugel-Zirkulationsloch 8 eingeführt. Hierdurch kann, verglichen mit der herkömmlichen Struktur, in der die Kugel 5 durch die Zunge 12 hochbefördert wird, der Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt 7 so gestaltet werden, dass er ein großes R besitzt, was nicht nur die Betriebsfunktion der Kugelspindel-Vorrichtung verbessern kann, sondern auch zu einer Verringerung in den Geräuschen beitragen kann.
Dabei ist die Kugelspindel-Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, und Modifikationen sind geeignet innerhalb des Schutzumfangs, der nicht außerhalb des Gegenstands der vorliegenden Erfindung liegt, möglich.
Zum Beispiel ist, gewöhnlich, in der rechtwinkligen und Querschnittsform der Schraubennut der Schraubenspindel in der Kugelspindel-Vorrichtung vom Endkappen-Typ eine Fase als C-Fase zwischen der Fläche der Schraubennut und der Fläche des äußeren Durchmessers der Schraubenspindel vorhanden, allerdings ist, wie in 6 dargestellt ist, die Schraubennut 2 der Schraubenspindel 3 in Form einer gotischen Schrift gewölbt ausgebildet, und in der rechtwinkligen und Querschnittsform der Schraubennut 2 ist der Abstand zwischen der Fläche der Schraubennut 2 und der Fläche des äußeren Durchmessers der Schraubenspindel 3 über die R-Fase 30 so verbunden, dass sich beide Flächen berühren, um dadurch zu ermöglichen, die Haltbarkeit (die Belastungsbeständigkeit) zu erhöhen, wenn die Kugel-Vorrichtung unter einer hohen Geschwindigkeit angetrieben wird.
Um dies im Detail anzugeben, ist in der Kugelspindel-Vorrichtung des Rohrzirkulations-Typs, um die hohe Geschwindigkeit aufzunehmen, wie in 5 dargestellt ist, der Abstand zwischen der Fläche der Schraubennut und der Fläche des äußeren Durchmessers der Schraubenspindel über eine R-Fase 40 in der rechtwinkligen und Querschnittsform verbunden, und die R-Dimension der R-Fase 40 ist so groß wie möglich gemacht, und nur die Seite der Schraubennut ist mit einer Tangentenlinie verbunden, um dadurch eine Spannungskonzentration zu vermeiden, wenn die Kugel gegen die Schraubennut von einem Belastungsbereich aus anstößt.
In einer Kugelspindel-Vorrichtung vom Ablenkungs-Typ, bei dem die Kugel über den Außendurchmesser der Schraubenspindel ähnlich zu der Kugelspindel-Vorrichtung vom Endkappen-Typ der vorliegenden Erfindung hinausgeht, ist der Abstand einer R-Fase zwischen der Fläche der Schraubennut und der Fläche des äußeren Durchmessers der Schraubenspindel in der rechtwinkligen und Querschnittsform der Schraubennut versehen, und darüber hinaus ist sowohl die Fläche der Schraubennut als auch die Fläche des äußeren Durchmessers der Schraubenspindel mit der Tangentenlinie verbunden.
Als nächstes ist, in der vorstehend beispielhaft angegebenen Kugelspindel-Vorrichtung vom Endkappen-Typ, die Form in 5 (die Kugelspindel-Vorrichtung des Rohr-Typs), der rechtwinkligen und Querschnittsform der Schraubennut der Schraubenspindel 3 dargestellt, das bedeutet der Abstand ist über die R-Fase 40 zwischen der Fläche der Schraubennut und der Fläche des äußeren Durchmessers der Schraubenspindel verbunden, und die R-Fase 40 ist in einer Form erstellt, die mit der Tangentenlinie an nur der Seite der Schraubennut verbunden ist. Mit dieser Form wurde eine Drehung von einer niedrigen Geschwindigkeit zu einer hohen Geschwindigkeit zum Ausführen des Haltbarkeitstests geändert. Das erhaltene, eine Beispiel wird herangezogen.
Die Testbedingungen sind wie folgt:
Lager-Nummer: NSK Ball Screw 40 × 40 × 1000-C5 (Kugel-Durchmesser 7/32 Inch)
Vorlast-System: Übergrößen-Vorlast
Schaltungs-Zahl: 2,5 Spulen und 2 Reihen
Name des Testers: Ball Screw Endurance and Life Testing Machine, hergestellt von NSK Ltd.
Vordruck-Belastung: 500 N
Test-Belastung: axiale Belastung = keine
Einstellbare Geschwindigkeit: 2G
Drehgeschwindigkeit: 1000 min^–1, 2000 min^–1, 5000 min^–1
Hub: 500 mm
Test-Abstand: 2000 km
Schmierfett: Albania No. 2 (Showa Shell Oil)
Unter der niedrigen Geschwindigkeit von ungefähr 1000 min^–1 trat kein Abplatzen bzw. Abrieb an der Schraubenspindel auf. Oberhalb von 2000 min^–1 erhöhte sich die Rate eines Abriebs an mehreren Teilen in der Grenze zwischen (die B-Seite der 5) dem R-Fasen-Teil der Schraubennut der Schraubenspindel und der Fläche des äußeren Durchmessers, und bei der hohen Geschwindigkeit von 5000 min^–1 trat der Abrieb in nahezu dem gesamten Bereich der B-Seite auf. 9 zeigt ein Bild eines Bereichs, in dem der Abrieb auftrat. Ein Grund für den Abrieb wird dahingehend angenommen, dass dann, wenn sich die Kugel (die Stahlkugel) nach oben in der Schraubennut, während sie zirkuliert, drückt, wie dies in 7 dargestellt ist, sie einen Punktkontakt mit der Kante der Seite des äußeren Durchmessers der Schraubenspindel in dem R-Fasen-Teil 40 vornimmt, und aufgrund einer Erhöhung des Oberflächendrucks oder eines Auftretens eines Schlupfs, wird der Abrieb beschleunigt werden.
Anhand des Vorstehenden ist herausgefunden worden, dass, in diesem Test, der Abrieb nur an der B-Seite der Seite des äußeren Durchmessers der Schraubenspindel auftrat, wo der R-Fasen-Teil 40 nicht mit der Tangentenlinie verbunden ist, und es muss keine Sorge in Bezug auf die A-Seite der Schraubennut aufgewandt werden, wo der R-Fasen-Teil 40 mit der Tangentenlinie verbunden ist. Es kann anhand dieser Tatsache gesehen werden, dass dann, wenn die Fläche des äußeren Durchmessers der Schraubenspindel als der zirkulierende Weg eingesetzt wird, die rechtwinklige und Querschnittsform der Schraubennut, wie in 6 dargestellt ist, nützlich in einer solchen mit Nut versehenen Form ist, die, über die R-Fase 30, die Fläche der Schraubennut 2 und die Fläche des äußeren Durchmessers der Schraubenspindel 3 so verbindet, dass die R-Fase beide Flächen berührt.
Die vorstehenden Angaben zeigen, dass die rechtwinklige und Querschnittsform der Schraubennut entsprechend so wie die Kugelspindel-Vorrichtung vom Ablenkungs-Typ aufgebaut ist, allerdings wird in dem Fall der R-Fase in dem Ablenkungstyp, wenn, über die Tangentenlinie, die Fläche der Schraubennut und die Fläche des äußeren Durchmessers der Schraubenspindel verbunden wird, die R-Dimension so verringert, dass die Kugel in einem kleinen R zirkuliert, und diese Ausführungsform ist nicht immer erwünscht. Wenn die R-Dimension der R-Fase erhöht wird, wird der Bereich der Schraubennut, die die Last aufnimmt, verringert, und wenn das Aufnehmen der Last verringert wird, treten die sich berührenden Ellipsen der Kugel und der Schraubennut mit dem R-Fasen-Teil in Wechselwirkung, und die Schraubennut kann nicht die große Last aufnehmen.
8 stellt die Kugeln dar, die in der Nähe der ausladenden Teile der jeweiligen Zirkulationssysteme des Rohr-Systems (8A) und des Endkappen-Systems (8B) und dem Deflektor-System (8C) wirken. In dem Deflektor- bzw. Ablenkungs-System, dargestellt in 8C, muss, zum Erhöhen, der Anzahl der Kugeln, die in dem Lastbereich arbeiten, die Anzahl der Kugeln in dem Nicht-Lastbereich so, wie dies möglich ist, verringert werden, und die Kugeln werden sich schnell gegenseitig neigen, so dass die Kugeln nahe zu dem Zustand gebracht werden, wo die Kugel nach oben in der rechtwinkligen und Querschnittsform der Schraubennut gedrückt wird, wie dies in 7 dargestellt ist.
Andererseits kann der Endkappen-Typ der vorliegenden Erfindung wahlweise den Winkel α zum Einschnüren der Kugel von der Schraubennut bestimmen (der Winkel α, der zwischen der Richtung der Schraubennut und der Schraubenspindel und der Richtung, wo sich die Kugel in der Schraubennut nach oben zu der Außendurchmesserseite der Schraubenspindel hin drückt, wie dies 8B zeigt, definiert ist), und deshalb kann durch geeignetes Auswählen der Dimension R der R-Fase 30 und des Neigungswinkels α die Dimension R der R-Fase 30 im Wesentlichen (dreidimensional) erhöht werden, um dadurch zu ermöglichen, eine Kompatibilität sowohl der hohen Geschwindigkeit als auch der Belastungsbeständigkeit zu erreichen. Das bedeutet, dass dann, wenn der Neigungswinkel α wahlweise ausgewählt wird und durch nur Einstellen der Fase des Kugel-Zirkulationslochs 8 der Seite des Mutter-Hauptkörpers 6a, die Zirkulation realisiert werden kann.
Wenn dieser Winkel α 45 ° oder weniger in Bezug auf die Richtung der Schraubennut beträgt, kann, gerade dann, wenn der Krümmungsradius in dem R-Fasen-Teil 30 der rechtwinkligen und Querschnittsform der Schraubennut bis zu 15 bis 45 % des Radius der Kugel 5 klein ist, eine ersichtliche Fase R zum Hindurchführen der Kugel 5 groß genug gemacht werden, so dass der R-Fasen-Teil 30 davor geschützt werden kann, dass er sich abreibt. Zusätzlich beträgt α 5 ° oder mehr, so dass die Kugel nach oben von der Nut zu dem äußeren Durchmesser unter einem Grad mit der Hälfte des Umfangs des Wellen-Außenumfangs gedrückt werden kann, so dass die vorgeschlagene Neigung realisiert werden kann.
Wie anhand der vorstehenden Beschreibung ersichtlich werden kann, kann, gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, eine Endkappe geschaffen werden, die: niedrig in den Kosten und einfach in der Struktur ist; flexibel an verschiedenen Spezifikationen des Wellendurchmessers und der Gewindesteigung einer Schraubenspindel angepasst werden kann; die geeignet in der Wärmebeständigkeit, der chemischen Beständigkeit und der Festigkeit gegenüber einer leichten Kollision erhöht ist; und die eine geeignete Betriebsfunktion sicherstellen kann und Geräusche verringern kann.
Und gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, zusätzlich zu dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, das Erfordernis beseitigt, die Positionsanpassung der Endkappe an die Führungsnut, definiert in dem Mutter-Hauptkörper, zu berücksichtigen. Dies kann nicht nur den Montagevorgang der Endkappe an der Endfläche des Mutter-Hauptkörpers erleichtern, sondern macht es auch schwer, dass eine Niveau-Differenz innerhalb des Kugel-Zirkulations-Durchgangswegs auftritt, um dadurch Geräusche in dem Kugel-Durchgangsweg zu begrenzen, was zu einer Verringerung in den Geräuschen beitragen kann. Auch wird, da die Kugel weniger beschädigt wird, wenn sie durch den Niveau-Differenz-Bereich hindurchführt, ein Effekt dahingehend erhalten, dass die Lebensdauer der Kugel verlängert werden kann.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, zusätzlich zu dem ersten oder dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die Endfläche des Außendurchmesserbereichs der Schraubenspindel groß eingestellt werden. Hierdurch kann eine Öldichtung zum Zirkulieren von Flüssigkeit für ein Hohlraumkühlen und eine staubbeständige Dichtung in einer solchen Art und Weise so verwendet werden, dass sie an der Oberfläche des Außendurchmesserbereichs der Schraubenspindel angebracht werden kann. Gleichzeitig kann, wenn der Bereich, auf dem die Schulter eines Tragelagers, verwendet in einer Kugelspindelwellen-Vorrichtung, ausgelegt für ein Maschinenwerkzeug, angeordnet werden kann, ein weiter Bereich erhalten werden, der ermöglicht, dass die vorliegende Struktur eine Erhöhung in der Größe eines Lagers aufnehmen kann. Weiterhin kann, verglichen mit der herkömmlichen Struktur, in der die Kugel durch die Zunge nach oben befördert wird, der Kugel-Zirkulations-R-Abschnitt so gestaltet werden, dass er ein großes R besitzt, was nicht nur die Betriebsfunktion der Kugelspindel-Vorrichtung erhöhen kann, sondern auch zu einer Verringerung in den Geräuschen beitragen kann.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann, zusätzlich zu irgendeinem des ersten bis dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung, die Kugel-Haltefunktion innerhalb des Kugel-Zirkulations-R-Abschnitts erhöht werden.
In den vorliegenden Erfindungen, wie sie in den Aspekten 5 bis 7 angegeben sind, kann, zusätzlich zu der vorliegenden Erfindung irgendeiner der Aspekte 1 bis 3, ein solcher Effekt erreicht werden, das die Haltbarkeit (die Belastungsbeständigkeit) unter einem Betrieb mit hoher Geschwindigkeit der Kugelspindel-Vorrichtung erhöht werden kann.

Claims

Kugelumlaufspindel-Vorrichtung (1), umfassend: – eine Schraubenspindel (3) mit einer spiralförmigen Schraubennut (2), die in einer äußeren Umfangsoberfläche der Spindel definiert ist; – eine Mutter (6), die locker auf der Schraubenspindel (3) montierbar ist und eine in ihrer inneren Umfangsoberfläche definierte Schraubennut (4) aufweist, um mit der Schraubennut (2) der Schraubenspindel (3) zu korrespondieren, wobei die Mutter (6) einen Mutter-Hauptkörper (6a) aufweist, der ein in axialer Richtung durch den Mutter-Hauptkörper (6a) hindurchgehendes Kugel-Zirkulationsloch (8) aufweist, sowie wenigstens eine Endkappe (20), die an einem Endabschnitt des Mutter-Hautkörpers (6a) befestigt ist und im Zusammenspiel mit einer Endfläche des Mutter-Hautkörpers (6a) einen Kugel-Zirkulationsabschnitt (7) bildet, wobei der Kugel-Zirkulationsabschnitt (7) eine Verbindung zwischen dem Kugel-Zirkulationsloch (8) und der Schraubennut (2, 4) erlaubt, und – eine große Anzahl von Kugeln (5), die rollend zwischen den beiden Schraubennuten (2, 4) dem Kugel-Zirkulationsloch (8) und dem Kugel-Zirkulationsabschnitt (7) aufgenommen sind, wobei der Mutter-Hauptkörper (6a) auf solche Weise eine Führungsnut (10) für die Kugeln (5) definiert, dass der Kugel-Zirkulationsabschnitt (7) lediglich auf seiner Endflächenseite definiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (20) der Endkappe (20) gegenüber der Endfläche des Mutter-Hauptkörpers (6a) über ihren gesamten Umfang gleichmäßig in ihrer Form und ohne Führungsnuten ausgebildet ist.
Kugelspindel-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Endkappe (20) ein Loch (21) definiert, durch den die Schraubenspindel (3) sich erstreckt, und wobei der Innendurchmesser des Loches kleiner ist als ein Zentrumskreis-Durchmesser der Kugeln (5) und größer ist als der Außendurchmesser der Schraubenspindel (3).
Kugelspindel-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Tiefe der in der Endfläche des Kugel-Hauptkörpers (6a) definierten Führungsnuten (10) 40% oder mehr eines Durchmessers einer Kugel (5) beträgt.
Kugelspindel-Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schraubennut (2) der Schraubenspindel (3) bogenförmig ausgebildet ist, und wobei eine Oberfläche der Schraubennut (2) und eine äußere Fläche des äußeren Durchmessers der Schraubenspindel (3) über einen abgefasten Abschnitt (40) in rechtwinkliger oder Querschnitts-Richtung der Schraubennut (2) verbunden sind.
Kugelspindel-Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Winkel zwischen der Richtung entlang der Schraubennut (2) der Kugelspindel (3) und der Richtung, in der die Kugel aus der Schraubennut (2) heraus zur Außendurchmesserseite der Kugelspindel (3) gezwungen wird, einen Wert von 5° bis 45° aufweist.
Kugelspindel-Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei ein Krümmungsradius des abgefasten Abschnitts (40) auf einen Wert von 15% bis 45% des Radius einer Kugel (5) gesetzt ist.