專利名稱：線性滑軌的組合式滾動(dòng)溝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種線性滑軌使用滾珠傳動(dòng)，而包含有軌道、滑塊及滾珠等零件，本發(fā)明特別是關(guān)于一種線性滑軌的軌道及滑塊上的滾動(dòng)溝的斷面輪廓，尤其是一種使用數(shù)個(gè)圓弧共同組合成一條滾珠溝槽的設(shè)計(jì)，使?jié)L珠和滾動(dòng)溝間的接觸具有良好的接觸特性。
背景技術(shù)：
線性滑軌是重要的機(jī)械元件，目前已被廣泛的使用到各種精密機(jī)械、自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、航天工業(yè)等，主要的功用在于應(yīng)用滾珠(ball)的滾動(dòng)來降低機(jī)構(gòu)移動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，使機(jī)構(gòu)移動(dòng)時(shí)更為省力，而且節(jié)約能源，同時(shí)由于摩擦減少，接觸面的磨損及升溫也會(huì)減少，使機(jī)構(gòu)的精度及壽命雙雙提升，并且機(jī)構(gòu)的移動(dòng)速度也大幅向前提升很多。
圖4為一種線性滑軌的示意圖，其中線性滑軌包含一軌道1、一滑塊2及多個(gè)滾珠3；而軌道1呈長(zhǎng)條狀，其上沿軌道1的長(zhǎng)軸方向設(shè)有軌道滾動(dòng)溝11；滑塊2則套合于軌道1上，在滑塊2上對(duì)應(yīng)軌道滾動(dòng)溝11處設(shè)置滑塊滾動(dòng)溝21；多個(gè)滾珠3則設(shè)置于軌道滾動(dòng)溝11及滑塊滾動(dòng)溝21之間，使滑塊2可相對(duì)于軌道1沿長(zhǎng)軸方向移動(dòng)；為便于說明，以下將前述的軌道滾動(dòng)溝11及滑塊滾動(dòng)溝21通稱為“滾動(dòng)溝”?；瑝K2上所設(shè)置的回流孔22則用以供滾珠3回流，而使?jié)L珠3可于滾動(dòng)溝及回流孔22間循環(huán)移動(dòng)。目前的線性滑軌由滾珠的列數(shù)來區(qū)分，主要可分為兩列式及四列式，圖4的示意圖即為一種四列式的設(shè)計(jì)，四列式線性滑軌由于其滾動(dòng)溝的溝斷面是設(shè)計(jì)成單一的圓弧面，故滾珠和滾動(dòng)溝間具有較佳的相對(duì)位移的空間，此種允許滾珠和滾動(dòng)溝間位移的功能稱之為“調(diào)心”。
圖5為傳統(tǒng)的滾動(dòng)溝的溝斷面示意圖，傳統(tǒng)的滾動(dòng)溝的溝斷面輪廓(即軌道滾動(dòng)溝11或滑塊滾動(dòng)溝21的溝斷面輪廓線)為一個(gè)簡(jiǎn)單的圓弧AB，圖中的剖面線區(qū)域表示傳統(tǒng)線性滑軌的軌道或滑塊的滾動(dòng)溝附近的局部放大，A點(diǎn)及B點(diǎn)為圓弧A B的兩端點(diǎn)，而O點(diǎn)為圓弧AB的曲率中心，圖中的P點(diǎn)為圓P的中心，圓P用以表示滾珠的輪廓，而圓P和圓弧AB相切于T點(diǎn)，T點(diǎn)為圓弧AB的中點(diǎn)。假設(shè)圓弧AB的半徑是圓P半徑的k倍，k值一般設(shè)計(jì)在1.02至1.12之間，則圓P的半徑假設(shè)為R時(shí)，圓弧AB的曲率半徑為(kR)，而點(diǎn)O到點(diǎn)P的距離即為(k-1)R。圖中的Q點(diǎn)代表圓P向右沿滾動(dòng)溝(圓弧AB)移動(dòng)直到和圓弧AB相切于B點(diǎn)時(shí)的圓心點(diǎn)位置，設(shè)此時(shí)Q點(diǎn)和P點(diǎn)的水平距離為nR，而角TOB為α，則由幾何學(xué)可推導(dǎo)出sinα＝n/(k-1)或n＝(k-1).sinα此處的n值為在圓弧A B的條件下，P點(diǎn)和Q點(diǎn)間水平調(diào)心量和滾珠半徑的比值。一般的線性滑軌除了強(qiáng)調(diào)其調(diào)心特性以外，一般也會(huì)強(qiáng)調(diào)其承受負(fù)荷的能力，故k值通常會(huì)設(shè)計(jì)成大于且很接近于1的值，以使?jié)L珠和滾動(dòng)溝的接觸區(qū)域極大化，以獲得較大的承受負(fù)荷的能力。但是當(dāng)k接近于1時(shí)，上式中的(k-1)趨向于0，而滾珠和滾動(dòng)溝的接觸區(qū)域有限而使α的值大約只有30°左右，而n的值也因此必需趨向于0，故使調(diào)心的可能性變得很差。舉例來說，如果k＝1.02，而α的值為30°時(shí)，n＝0.01，即可調(diào)心量只有半徑的百分之一。
通常線性滑軌由于設(shè)計(jì)上的限制，其夾角AOB一般就是60°左右，故α值為30°時(shí)就將使?jié)L珠和滾動(dòng)溝的邊緣(即圖中的B點(diǎn))接觸，而產(chǎn)生品質(zhì)上的不良。
因此現(xiàn)有技術(shù)中的線性滑軌無法同時(shí)提供良好的調(diào)心特性，且具有良好的承受負(fù)荷能力，故現(xiàn)有技術(shù)中的線性滑軌的滾動(dòng)溝設(shè)計(jì)需要進(jìn)一步的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種線性滑軌的滾動(dòng)溝的斷面輪廓，使一般情況下，線性滑軌仍具有良好的承受負(fù)荷能力，且可以提供良好的調(diào)心特性，使調(diào)心量偏高時(shí)，線性滑軌的滾珠仍不會(huì)和滾動(dòng)溝的邊緣接觸，而使線性滑軌保持有良好的調(diào)心特性。
為避免線性滑軌的滾珠和其滾動(dòng)溝的邊緣接觸，本發(fā)明中滾動(dòng)溝的溝斷面至少包含三個(gè)兩兩相切的圓弧，其中中間圓弧的曲率半徑和線性滑軌的滾珠半徑的比值接近于1，且其兩側(cè)的圓弧的曲率半徑較中間圓弧大。
為了提供線性滑軌良好的承受負(fù)荷能力，一般會(huì)把中間圓弧的曲率半徑在線性滑軌的滾珠半徑的1至1.05倍之間，以得到良好的承受負(fù)荷能力。
而為了得到增加調(diào)心量的效果，兩側(cè)圓弧的曲率半徑必需比中間圓弧的曲率半徑大一些，一般設(shè)計(jì)在線性滑軌的滾珠半徑的1.08至1.20倍之間。
為了使本發(fā)明的滾動(dòng)溝兼顧調(diào)心量及承受負(fù)荷能力，中間圓弧相對(duì)其圓弧曲率中心的夾角(2α)設(shè)計(jì)在35～50°，使調(diào)心量可以配合線性滑軌的調(diào)心需求，而中心圓弧的夾角設(shè)計(jì)在35～50°也可提供滾動(dòng)溝良好的承受負(fù)荷能力。
因此，本發(fā)明線性滑軌的滾動(dòng)溝使用三個(gè)兩兩相切的圓弧作為線性滑軌的滾動(dòng)溝，由于其中中間圓弧的曲率半徑和線性滑軌的滾珠半徑的比值接近于1，且其兩側(cè)的圓弧的曲率半徑較中間圓弧大，故在一般情況下，線性滑軌具有良好的承受負(fù)荷能力，且可以提供良好的調(diào)心特性，使調(diào)心量偏高時(shí)，線性滑軌的滾珠仍不會(huì)和滾動(dòng)溝的邊緣接觸，而使線性滑軌保持有良好的調(diào)心特性。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1為本發(fā)明線性滑軌組合式滾動(dòng)溝溝斷面的示意圖；圖2為圖1的幾何示意圖；圖3為(n+m)值對(duì)j值關(guān)系圖；圖4為一種線性滑軌的示意圖；圖5為傳統(tǒng)滾動(dòng)溝的溝斷面示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為本發(fā)明線性滑軌組合式滾動(dòng)溝溝斷面的示意圖，圖中的剖面線區(qū)域表示線性滑軌的軌道或滑塊的滾動(dòng)溝附近的局部放大，其中滾動(dòng)溝溝斷面的輪廓?jiǎng)t由圓弧AB、圓弧CA及圓弧BD三個(gè)圓弧共同組成；圓弧AB的端點(diǎn)分別為A點(diǎn)及B點(diǎn)，而O點(diǎn)為圓弧AB的曲率中心；圓弧BD的端點(diǎn)分別為B點(diǎn)及D點(diǎn)，而N點(diǎn)為圓弧BD的曲率中心；圓弧CA所謂端點(diǎn)分別為C點(diǎn)及A點(diǎn)，而M點(diǎn)為圓弧CA的曲率中心；圓弧CA及圓弧BD分別位于圓弧AB的左右兩側(cè)，且圓弧BD和圓弧AB相切于B點(diǎn)，而圓弧CA和圓弧AB相切于A點(diǎn)。由于圓弧BD及圓弧CA的圓弧半徑比圓弧AB大，故圓弧BD的圓心N點(diǎn)在O點(diǎn)的左上側(cè)，且N點(diǎn)、O點(diǎn)及B點(diǎn)成一直線排列，而圓弧CA的圓心M點(diǎn)在O點(diǎn)的右上側(cè)，且M點(diǎn)、O點(diǎn)及A點(diǎn)成一直線排列。
圖2為圖1的幾何示意圖，其中圓P用以表示滾珠的輪廓，而圓P和圓弧AB相切于圓弧AB的中點(diǎn)T點(diǎn)，假設(shè)圓弧AB的半徑是圓P半徑的k倍，則圓P的半徑假設(shè)為R時(shí)，圓弧AB的曲率半徑為(kR)，而點(diǎn)O到點(diǎn)P的距離即為(k-1)R。圖中的Q點(diǎn)代表圓P向右沿滾動(dòng)溝(圓弧AB)移動(dòng)直到和圓弧AB相切于B點(diǎn)時(shí)的圓心點(diǎn)位置，設(shè)此時(shí)Q點(diǎn)和P點(diǎn)的水平距離為nR，而角TOB為α(中間圓弧相對(duì)其圓弧曲率中心的夾角的二分之一)，則由幾何學(xué)可推導(dǎo)出sinα＝n/(k-1)或n＝(k-1).sinα由于在圓弧AB的左右兩側(cè)各有一圓弧CA及圓弧BD，圓弧BD和圓弧AB相切于B點(diǎn)，而圓弧CA和圓弧AB相切于A點(diǎn)；當(dāng)圓P向右沿滾動(dòng)溝(圓弧AB)移動(dòng)nR的水平距離而到達(dá)點(diǎn)B(此時(shí)圓P的圓心移到Q點(diǎn))以后，如果繼續(xù)向右沿滾動(dòng)溝移動(dòng)，由于圓弧AB和圓弧BD相切于B點(diǎn)，故圓P將可沿圓弧BD移動(dòng)，當(dāng)圓P移動(dòng)到正好和圓弧BD相切于D點(diǎn)時(shí)，圓P的圓心將移動(dòng)到S點(diǎn)。設(shè)從Q點(diǎn)到S點(diǎn)的水平距離為R的m倍，標(biāo)示為mR，而角BND為β，圓弧BD的曲率半徑是圓P半徑的j倍時(shí)，則mR＝(j-1)R.〔sin(α+β)-sinα〕而從點(diǎn)P到點(diǎn)S的水平距離(nR+mR)為nR+mR＝(j-1)R.〔sin(α+β)-sinα〕+(k-1)R.sinα＝(j-1)R.sin(α+β)+(k-j)R.sinα而從點(diǎn)P到點(diǎn)S的水平距離和滾珠半徑的比值(n+m)則為n+m＝(j-1).sin(α+β)+(k-j).sinα一般來說，線性滑軌的滾動(dòng)溝包圍滾珠的范圍大約在60°左右，即(α+β)值為30°，而為了使線性滑軌的滾動(dòng)溝具有良好的承受負(fù)荷能力，k值可設(shè)計(jì)使其中間圓弧的曲率半徑和線性滑軌的滾珠半徑的比值接近于1，而兩側(cè)圓弧的曲率半徑較中間圓弧大；當(dāng)α設(shè)計(jì)成20°(即中間圓弧相對(duì)其圓弧曲率中心的夾角為40°)時(shí)β等于10°，而設(shè)計(jì)k值等于1，j值等于1.20時(shí)，代入上式，可得n+m＝0.0316如果設(shè)計(jì)α等于20°，β等于10°，k值等于1.05，j值等于1.08時(shí)，代入上式，可得n+m＝0.0297如此的調(diào)心量可以明顯高于(α為30°，k值等于1.02)時(shí)的0.010。不同的k值和不同j值在α等于20°而β等于10°時(shí)的計(jì)算結(jié)果表示如圖3，圖3的結(jié)果顯示(n+m)值會(huì)隨著j值的增加而近似線性增加，但是j值過大時(shí)會(huì)使?jié)L珠和圓弧BD區(qū)域接觸時(shí)承受負(fù)荷的能力下降，故j值的良好的設(shè)計(jì)區(qū)域在j＝1.08～1.20之間；而k值則影響滾珠和圓弧AB區(qū)域接觸時(shí)承受負(fù)荷的能力，當(dāng)k值很大時(shí)，由于使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)也可以得到很大的調(diào)心量(但承受負(fù)荷的能力不佳)，而即沒有再使用本發(fā)明的需要，故本發(fā)明的k值以設(shè)定在1至1.05之間較佳。
權(quán)利要求
1.一種線性滑軌的組合式滾動(dòng)溝，是用于線性滑軌的軌道及滑塊上，以導(dǎo)引線性滑軌中的滾珠，其特征在于此滾動(dòng)溝的溝斷面至少包含三個(gè)兩兩相切的圓弧，其中中間圓弧的曲率半徑和線性滑軌的滾珠半徑的比值接近于1，且其兩側(cè)的圓弧的曲率半徑較中間圓弧大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性滑軌的組合式滾動(dòng)溝，其特征在于所述中間圓弧的曲率半徑為線性滑軌的滾珠半徑的1至1.05倍，使線性滑軌具有良好的承受負(fù)荷的能力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性滑軌的組合式滾動(dòng)溝，其特征在于所述兩側(cè)的圓弧的曲率半徑為線性滑軌的滾珠半徑的1.08至1.20倍之間，使線性滑軌保持有良好的調(diào)心特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性滑軌的組合式滾動(dòng)溝，其特征在于所述中間圓弧相對(duì)其圓弧曲率中心的夾角為35～50°。
全文摘要
本發(fā)明線性滑軌的組合式滾動(dòng)溝使用三個(gè)兩兩相切的圓弧作為線性滑軌的滾動(dòng)溝，由于其中中間圓弧的曲率半徑和線性滑軌的滾珠半徑的比值接近于1，且其兩側(cè)的圓弧的曲率半徑較中間圓弧大，因此在一般情況下，線性滑軌具有良好的承受負(fù)荷能力，且可以提供良好的調(diào)心特性，使調(diào)心量偏高時(shí)，線性滑軌的滾珠仍不會(huì)和滾動(dòng)溝的邊緣接觸，而使線性滑軌保持有良好的調(diào)心特性。
文檔編號(hào)F16C29/06GK1664392SQ20051005099
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月5日
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