專利名稱：滾動(dòng)軸承式螺桿的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型關(guān)于一種滾動(dòng)軸承式螺桿，特別地系藉由螺帽內(nèi)壁偏心配置之至少一對(duì)軸承與螺桿保持局部之嚙合關(guān)系，使其具有低溫升、低噪音、且適用于高速化、重負(fù)荷、微導(dǎo)程及增加壽命之特點(diǎn)。
按現(xiàn)行之機(jī)械工業(yè)中，滾珠螺桿為相當(dāng)重要之元件之一，且被大量使用于國(guó)防航無(wú)科技(如飛機(jī)、船艦、飛彈導(dǎo)向系統(tǒng))、產(chǎn)業(yè)機(jī)械及電腦數(shù)值控制(CNC)工具機(jī)等?；旧?，滾珠螺桿是螺桿、螺帽和介于兩者之間可重覆循環(huán)鋼珠所組成，且依其循環(huán)方式之不同可區(qū)分為外循環(huán)式(ExternalRecirculation)及內(nèi)循環(huán)式(InternalRecirculation)二種。外循環(huán)式系利用設(shè)于螺帽外部之回流管(ReturnTube)做為鋼珠之循環(huán)道，故其體積較大；內(nèi)循環(huán)式則于螺帽內(nèi)壁具有可供鋼珠循環(huán)之凹槽，可減少螺帽之體積，但其價(jià)格卻較外循環(huán)式者昂貴。雖然滾珠螺桿之應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛，但仍存在著下列之缺失(a)螺桿及螺帽之螺紋槽為半圓弧型或哥德型(Gothic)，在工理上，于制造過(guò)程時(shí)，若欲使螺紋槽上每一點(diǎn)均具有相同之曲率較為不易，因而增加了制造成本，且精度亦難以提升。
(b)滾珠螺桿之設(shè)計(jì)，在于利用鋼珠于螺紋槽內(nèi)滾動(dòng)，故滑槽多采用圓弧型或哥德式接觸角。無(wú)論是采用何種方式，均會(huì)減少鋼珠與螺桿及螺帽間之接觸面積，致減少其負(fù)荷能力。
(c)滾珠螺桿之負(fù)荷能力系與滾動(dòng)體之總接觸面積成正比，故為了增加滾珠螺桿之負(fù)荷能力，則需增加鋼珠數(shù)量，且螺帽長(zhǎng)度亦相對(duì)地隨之增長(zhǎng)，但單一螺帽之內(nèi)螺紋槽于制作上有長(zhǎng)度限制之因擾，因此無(wú)法有效地提升滾珠螺桿之負(fù)荷能力。
(d)滾珠螺桿與螺帽間之網(wǎng)珠需做循環(huán)滾動(dòng)，當(dāng)鋼珠在推出與插入螺紋軌道時(shí)有其不合理之機(jī)械效率，例如因高速負(fù)荷所產(chǎn)生之滑動(dòng)現(xiàn)象，將造成嚴(yán)重之摩損，而無(wú)法使之高速化運(yùn)動(dòng)(甚至比滾動(dòng)螺桿的滑動(dòng)現(xiàn)象更嚴(yán)重)、噪音大、溫升高、易產(chǎn)生熱變形及鋼珠相互推擠現(xiàn)象造成鋼珠磨損等。
另有一種滾柱螺桿之設(shè)計(jì)型態(tài)，主要系由螺桿、螺帽及一組嚙合于螺桿與螺帽之間并以等間隔配置之復(fù)數(shù)個(gè)滾柱所組成。此種滾柱螺桿之負(fù)荷能力遠(yuǎn)大于滾珠螺桿，但目所前世界上滾動(dòng)式螺桿之應(yīng)用，采用滾珠型者占90％以上，而滾柱型者不及10％(工研院機(jī)械所統(tǒng)計(jì))，其原因除了成本過(guò)高及制作技術(shù)不易之外，另詳述如下(a)滾柱在螺紋槽內(nèi)需有良好之滾動(dòng)效果，然依現(xiàn)行之設(shè)計(jì)，當(dāng)軸向運(yùn)動(dòng)速度過(guò)快時(shí)，滾柱會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)而破壞結(jié)構(gòu)，所以滾柱之螺紋螺旋角不可太大，因此導(dǎo)程較小。為了克服此種滑動(dòng)現(xiàn)象，乃發(fā)展出一種齒輪式滾動(dòng)體之設(shè)計(jì)，使其能做游星式滾動(dòng)，不過(guò)相對(duì)地成本較高。
(b)當(dāng)滾柱使用于大導(dǎo)程時(shí)，滾柱與螺桿及螺帽之接觸面積較小，且其負(fù)荷能力亦較低。又，滾柱直徑在受到使用空間之限制下，無(wú)法任意加大，若加深滾柱之螺紋，則易使?jié)L柱結(jié)構(gòu)應(yīng)力不足。因此，大導(dǎo)程之滾柱螺桿，將導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力不足。
(c)滾柱螺桿中螺帽之軸向運(yùn)動(dòng)速度系與螺桿導(dǎo)程成正比，為應(yīng)實(shí)際需要，可將螺桿螺紋設(shè)計(jì)成復(fù)牙型，例如，螺桿制成2條復(fù)牙，對(duì)應(yīng)之滾柱仍保持單螺紋，則整體導(dǎo)程即為2單位。唯此種增加螺紋條數(shù)以增加滾柱螺桿軸向運(yùn)動(dòng)速度之方式，將使制造成本隨著條數(shù)之增加而成倍數(shù)增加。
由上述之分析可知，滾柱螺桿之精度及負(fù)荷能力系由滾柱之螺紋與螺桿及螺帽之螺紋之嚙合度所決定。又將螺桿設(shè)計(jì)成復(fù)牙型，而滾柱為單螺紋，則此種滾柱螺桿之成品其價(jià)格相當(dāng)昂貴，除了不易制造之外，亦雖以獲得高精度，故滾柱螺桿之使用率偏低。
基于前述習(xí)用滾珠螺桿及滾柱螺桿之缺失，更由于CNC科技之發(fā)展趨勢(shì)，使得傳統(tǒng)之機(jī)構(gòu)無(wú)法匹配利用伺服驅(qū)動(dòng)所達(dá)到之更高速化，乃促使本發(fā)明人不斷地研究及改良，并依據(jù)茲定律(Hertz′sLaw)最理想之設(shè)計(jì)理論，終于設(shè)計(jì)出一種滾動(dòng)軸承式螺桿，其主要目的在于提供一種具有低溫升、低噪音、振動(dòng)小且適用于高速化，重負(fù)荷及微小導(dǎo)程等特點(diǎn)之新穎螺桿，包括具有外螺紋之螺桿及內(nèi)壁設(shè)有一對(duì)軸承之螺帽，各軸承之內(nèi)環(huán)具有相應(yīng)于螺桿外螺紋導(dǎo)距之復(fù)數(shù)個(gè)成型環(huán)狀凹槽(非螺紋式)，并局部與螺桿相嚙合。又各軸承內(nèi)環(huán)之內(nèi)徑系大于螺桿之外徑，且各軸承保持互為偏心配置之狀態(tài)，即各軸承之內(nèi)環(huán)與螺桿之嚙合位置各位于螺桿之相對(duì)側(cè)。
本實(shí)用新型之另一目的在于提供一種滾動(dòng)軸承式螺桿，其中螺桿與螺帽系處于局部之圓弧式預(yù)壓合嚙合狀態(tài)，其圓弧接觸面積大于傳統(tǒng)滾珠軸承中鋼珠之點(diǎn)接觸面積及滾柱軸承中滾柱之線接觸面積之總和，故可承受更大之負(fù)荷。
本實(shí)用新型之又一目的在于提供一種滾動(dòng)軸承式螺桿，由于設(shè)于螺帽內(nèi)壁之軸承，其內(nèi)環(huán)之內(nèi)徑系大于螺桿之外徑，故當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，因周長(zhǎng)之關(guān)系，軸承內(nèi)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)不到一圈，因此，在不改變導(dǎo)程之情況下，可達(dá)到螺帽之減速作用。若螺桿之外徑螺紋數(shù)與軸承內(nèi)環(huán)采適當(dāng)之配合，即可適用于微細(xì)導(dǎo)程。此為傳統(tǒng)滾珠螺桿無(wú)法達(dá)成之特點(diǎn)，亦為本實(shí)用新型之重大突破之一。
為更清楚說(shuō)明本實(shí)用新型之特征和功能，茲佐以圖示，詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型之結(jié)構(gòu)功能和使用情形如下圖示部分


圖1系習(xí)用之滾珠螺桿之局部剖視立體圖；圖2系習(xí)用之滾柱螺桿之局部剖視立體圖；圖3系本實(shí)用新型一實(shí)施例之剖面圖；圖4系本實(shí)用新型另一實(shí)施例之剖面圖；圖5系本實(shí)用新型又一實(shí)施例之剖面圖圖6系習(xí)用之滾柱螺桿中之滾柱及螺桿之接觸面積示意圖；及圖7系本實(shí)用新型中之螺桿及軸承之接觸面積示意圖。
如
圖1所示，系一習(xí)用之滾珠螺桿，包括具有外螺紋之螺桿10及具有內(nèi)螺紋而可與螺桿10相嚙合之螺帽12。螺帽12通常系聯(lián)結(jié)于機(jī)器之機(jī)架上(未圖示)，而螺桿10則用于調(diào)節(jié)螺帽12于螺帽10上之軸向移動(dòng)量。一組(復(fù)數(shù)個(gè))鋼珠14系置于螺帽12與螺桿10間之螺旋路徑內(nèi)，且至少一回流管16系斜插于螺帽12上，并以壓板18固定之。當(dāng)螺桿10轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，藉由回流管16之引導(dǎo)，使鋼珠14由螺帽12之一端循環(huán)至螺帽12之另一端，而使螺帽12產(chǎn)生相對(duì)于螺桿10之軸向運(yùn)動(dòng)。唯此種鋼珠14之循環(huán)方式，無(wú)論其系由螺紋槽進(jìn)入回流管16，或由回流管16推入螺紋槽內(nèi)，鋼珠均以激列的角度變換路徑前進(jìn)，因此，會(huì)消耗大量能量，產(chǎn)生不必要之噪音及溫升，而造成效率之損失，此亦為全世界先進(jìn)國(guó)家都難以突破之重點(diǎn)。
如圖2所示，系一習(xí)用之滾柱螺桿，包括具有外螺紋之螺桿20及具有內(nèi)螺紋之螺帽22。一組(通常為6或8個(gè))滾柱24，其表面具有外螺紋，系等間隔配置并嚙合于螺桿20與螺帽22之間，且各滾柱24之兩端，分別插置設(shè)于螺帽22兩端之環(huán)形螺帽蓋26而定位之。藉由螺桿20之轉(zhuǎn)動(dòng)，可帶動(dòng)螺帽22與滾柱24之組合做軸向運(yùn)動(dòng)。此種滾柱螺桿，雖可適用于較小之導(dǎo)程，唯成本過(guò)高及不易制造為其最大之缺失。
現(xiàn)請(qǐng)參閱圖3，系本實(shí)用新型滾動(dòng)軸承式螺桿，包括一螺桿30，一螺帽32及一對(duì)滾珠軸承31，較佳者，系采用雙列斜角滾珠軸承。螺帽32之內(nèi)壁，具有互為偏心配置之圓孔321，藉以容納該對(duì)滾珠軸承31。螺帽32之兩端，分別旋設(shè)一環(huán)形螺帽蓋36，各螺帽蓋36之內(nèi)側(cè)系抵靠于個(gè)別之滾珠軸承31，俾將滾珠軸承31保持于螺帽32之圓孔321內(nèi)。各滾珠軸承31系采用分離式設(shè)計(jì)之兩外環(huán)311，且其內(nèi)壁系與內(nèi)環(huán)312成斜角對(duì)向預(yù)壓作用。各滾珠軸承31系采用分離式設(shè)計(jì)之兩外環(huán)311，且其內(nèi)壁系與內(nèi)環(huán)312成斜角對(duì)向預(yù)壓作用。各滾珠軸承31之內(nèi)環(huán)312具有相應(yīng)于螺桿30外螺紋導(dǎo)距之復(fù)數(shù)個(gè)成型環(huán)狀凹槽313(非螺紋式)，且內(nèi)環(huán)312之內(nèi)徑系大于螺桿30外徑。螺桿30系穿置于滾珠軸承31中，且因各滾珠軸31系保持互為偏心之狀態(tài)，即各滾珠軸承31之內(nèi)環(huán)312與螺桿30之嚙合位置各位于螺桿30之相對(duì)側(cè)，可將螺桿30夾置于其間。又，各螺帽蓋36之中央，可置入一封蓋38，封蓋38則具有相應(yīng)于螺桿30外螺紋之螺孔381，除了可維持螺帽32內(nèi)的潤(rùn)滑油不易流出之外，亦可防止外界之污染源進(jìn)入螺帽32內(nèi)。
如圖4所示，系本實(shí)用新型另一實(shí)施例，其中螺桿40具有愛(ài)克姆(ACME)螺紋，配置于螺帽42內(nèi)之圓孔421者則為雙列斜角滾柱軸承41。其他如螺帽蓋46及封蓋48之安裝方式，亦如同前述，故不再敷述。列舉此一實(shí)施例之目的，主要在說(shuō)明本實(shí)用新型亦可適用愛(ài)克姆螺紋及換用滾柱軸承，以配合不同需求之工作負(fù)荷。
圖5所示，系本實(shí)用新型之又一實(shí)施例，顯示本實(shí)用新型亦可如同習(xí)用之螺桿采用雙螺帽式。例如各有一對(duì)滾柱軸承51安裝于二螺帽52之一，各螺帽52之間則以一間隔片53區(qū)隔，并依習(xí)用方式以連接板55鎖定之，至于二螺帽52內(nèi)部之四個(gè)斜角滾柱軸承51之安裝，則依序以相互錯(cuò)開(kāi)方式配置，以獲致最均稀之負(fù)荷。
按，習(xí)用之滾柱螺桿系屬于承受重負(fù)荷之滾動(dòng)螺桿組合，如圖6所示，其環(huán)繞螺桿外圍之滾柱，系采用線接觸之方式。至于滾柱之?dāng)?shù)量，通常為6或8個(gè)，系視負(fù)荷及尺寸需求而決定。如圖7所示，顯示本實(shí)用新型之螺桿與螺帽系處于圓弧式接觸，且其圓弧接觸面積大于滾柱軸承中滾柱之線接觸面積之總和，故依據(jù)赫茲定律之分析，可承受更大之負(fù)荷。
本實(shí)用新型之構(gòu)造和特征，經(jīng)上述詳細(xì)說(shuō)明及例示后，將更為明確，應(yīng)了解的是，該具體例系僅作為例示說(shuō)明本實(shí)用新型較佳操作狀態(tài)之用，而非以局限本實(shí)用新型之范圍，任何不脫離本實(shí)用新型精神下所為之改良及變更，皆屬本實(shí)用新型意圖保護(hù)者。
權(quán)利要求1.一種滾動(dòng)軸承式螺桿，其特征在于包括一螺桿，具有外螺紋；一螺帽，其內(nèi)壁具有偏心配置之二圓孔；及一對(duì)軸承，系分別安裝于該圓孔內(nèi)，各軸承之內(nèi)環(huán)具有相應(yīng)于該螺桿外螺紋導(dǎo)距之復(fù)數(shù)個(gè)成型環(huán)狀凹槽，且該內(nèi)環(huán)之內(nèi)徑系大于該螺桿之外徑，俾使各軸承以互為偏置之方式與該螺桿相嚙合。
2.如權(quán)利要求1所述之滾動(dòng)軸承式螺桿，其特征在于該軸承之內(nèi)環(huán)與該螺桿之嚙合位置系位于螺桿之相對(duì)側(cè)。
3.如權(quán)利要求1所述之滾動(dòng)軸承式螺桿，其特征在于該軸承為雙列滾珠軸承。
4.如權(quán)利要求1所述之滾動(dòng)軸承式螺桿，其特征在于該軸承為雙列滾柱軸承。
專利摘要一種滾動(dòng)軸承式螺桿，包括一螺桿及一螺帽，其中螺桿之外壁具有外螺紋，螺帽之內(nèi)壁設(shè)有至少一對(duì)軸承，各軸承系采用分離式設(shè)計(jì)之兩外環(huán)，且其內(nèi)壁系與內(nèi)環(huán)成斜角對(duì)向預(yù)壓作用；各軸承之內(nèi)環(huán)具有相應(yīng)于螺桿外螺紋導(dǎo)距之復(fù)數(shù)個(gè)成型環(huán)狀凹槽，且內(nèi)環(huán)之內(nèi)徑系大于螺桿之外徑，使各軸承保持互為偏心配置之狀態(tài)，即各軸承之內(nèi)環(huán)與螺桿之嚙合位置各位于螺桿之相對(duì)側(cè)，俾便于將螺桿之回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成螺帽之直線運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)F16H25/12GK2156343SQ93203890
公開(kāi)日1994年2月16日 申請(qǐng)日期1993年2月24日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月24日
發(fā)明者陳錫寬 申請(qǐng)人:陳錫寬