CN107524772A - 一种大行程行星滚柱丝杠副 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种大行程行星滚柱丝杠副，属于精密传动技术领域，所述大行程行星滚柱丝杠副包括螺母、第一行星滚柱组件、第二行星滚柱组件、第一丝杆及第二丝杆，所述第一丝杆通过所述第一行星滚柱组件设置在所述螺母的第一端，所述第二丝杆通过所述第二行星滚柱组件设置在所述螺母的第二端，当所述螺母转动时，所述第一丝杆和所述第二丝杆相对或相背运动，避免因键连接而导致转动间隙过大问题，整体结构刚性高、体积小，特别适用于螺母驱动式、大行程应用需求的场合。

Description

一种大行程行星滚柱丝杠副

技术领域

本发明属于精密传动技术领域，尤其是涉及一种共用螺母差动式大行程行星滚柱丝杠副。

背景技术

行星滚柱丝杠副作为一种精密的直线运动单元，以其独特的结构和优越的性能，被广泛应用到高档数控机床、精密仪表、工业机器人、高端武器装备等领域，相比滚珠丝杠副而言，行星滚柱丝杠副采用螺纹传动，承载介质为一定数量圆周布置的滚柱，载荷接触点更多，故而在相同丝杠直径的前提下，能够承受更大的负载，均载效果更明显。

通过研究目前大多数行星滚柱丝杠的结构形式，可以发现主要由一个螺母、一个丝杆、两个保持架和若干数量的滚柱组成，驱动方式分为螺母作旋转运动，丝杆做直线运动，或丝杆做旋转运动，螺母做直线运动。

在一些特殊应用场合，要求丝杠副能够实现更大的伸缩行程，采用长度更大的丝杠或螺母带来传动部件的刚性下降，依据现有的结构组成形式难以满足大行程伸缩需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种大行程行星滚柱丝杠副，通过将两种差动类型行星滚柱丝杠副集合为一体的形式，能够实现单一螺母驱动两丝杠做直线运动的功能，相比传统丝杠副类型，增大了伸缩行程，尤其适合对作动器伸缩行程要求更大的领域，具有广阔的应用前景。

本发明所采用的技术方案是：

一种大行程行星滚柱丝杠副，包括螺母、第一行星滚柱组件、第二行星滚柱组件、第一丝杆及第二丝杆，所述第一丝杆通过所述第一行星滚柱组件设置在所述螺母的第一端，所述第二丝杆通过所述第二行星滚柱组件设置在所述螺母的第二端，当转动所述螺母时，所述第一丝杆和所述第二丝杆相向或相背运动。

在一可选实施例中，所述第一丝杆为空心结构，当转动所述螺母时，所述第二丝杆从所述第一丝杆的一端***或穿出所述第一丝杆的空腔内。

在一可选实施例中，所述第一行星滚柱组件包括多个第一滚柱和第一滚柱保持架；所述第一滚柱两端的直径小于主体部分直径，且所述主体部分设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽将所述主体部分分割成第一段和第二段，所述第一滚柱两端及所述第一环形凹槽内均设有第一外螺纹，所述主体部分的第一段和/或第二段设有第二外螺纹；所述螺母第一端的空腔内间隔设有三个第一环形凸起，所述第一环形凸起上设有第一内螺纹；所述多个第一滚柱通过所述第一滚柱保持架设置在所述螺母的第一端，所述第一外螺纹与所述第一内螺纹适配啮合，所述主体部分的第一段和第二段分别容设在相邻两个所述第一环形凸起之间的空腔内，且与所述空腔具有间隙；所述第一丝杆的外螺纹与所述第二外螺纹适配啮合。

在一可选实施例中，所述第二行星滚柱组件包括多个第二滚柱和第二滚柱保持架；所述第二滚柱两端的直径小于主体部分直径，且所述主体部分设有第二环形凹槽，所述第二环形凹槽将所述主体部分分割成第一段和第二段，所述第二滚柱两端及所述第二环形凹槽内均设有第三外螺纹，所述主体部分的第一段和/或第二段设有第四外螺纹；所述螺母第二端的空腔内间隔设有三个第二环形凸起，所述第二环形凸起上设有第二内螺纹；所述多个第二滚柱通过所述第二滚柱保持架设置在所述螺母的第二端，所述第三外螺纹与所述第二内螺纹适配啮合，所述主体部分的第一段和第二段分别容设在相邻两个所述第二环形凸起之间的空腔内，且与所述空腔具有间隙；所述第二丝杆的外螺纹与所述第四外螺纹适配啮合。

在一可选实施例中，所述第一丝杆的的内径为外径的0.7-0.8倍。

在一可选实施例中，所述第二丝杆的长度至少为所述第二滚柱长度的1.5倍。

在一可选实施例中，所述第一丝杆的内径比所述第二丝杆的外径大2-3mm。

在一可选实施例中，所述第一环形凸起宽度为所述第一滚柱长度的0.1-0.3倍，相邻两第一环形凸起之间的距离为所述第一环形凸起的宽度的1-2倍。

在一可选实施例中，所述第所述二环形凸起的宽度为所述第二滚柱长度的0.1-0.3倍，相邻两第二环形凸起之间的距离为所述第二环形凸起宽度的1-2倍。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明实施例提供的大行程行星滚柱丝杠副通过同一螺母同时控制两个丝杠相背或相向运动，实现了同一螺母转动，两丝杆的联动，分别通过优选不同导程系列参数，可以匹配非标准系列的导程，拥有更大的伸缩行程和承载能力；

(2)两种行星滚柱丝杠副共用同一螺母结构，相比分离式的布置方式，省去了花键、平键、螺纹连接等中间环节，整体结构刚性较高，避免了因外部连接而导致传动间隙过大的问题；

(3)利用空心丝杆的内径尺寸比实心丝杆的外径尺寸大的约束条件，形成两丝杆的同轴嵌套布局，当共用螺母做定轴转动时，两丝杆同时直线伸缩运动互不影响，从而增大了新型丝杠副的往复行程，特别适合螺母驱动式、大行程应用需求的场合；

(4)利用螺母和第一滚柱设置的环形凸起，限制滚柱在行星转动过程中的轴向运动，从而避免了端部齿轮的使用，使得螺纹啮合相对更为自由，减小卡死、卡塞故障问题的发生概率，从加工工艺角度，更容易磨削内螺纹，而加工盲孔内齿圈相对较难，极大的降低了加工难度、节省了加工成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种大行程行星滚柱丝杠副的剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的大行程行星滚柱丝杠副第一端投影示意图；

图3为本发明实施例提供的螺母的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例提供的大行程行星滚柱丝杠副第一端投影示意图；

图5为本发明实施例提供的一种大行程行星滚柱丝杠副的外观示意图。

具体实施方式

参见图1-5，本发明实施例提供了一种大行程行星滚柱丝杠副，包括螺母1、第一行星滚柱组件8、第二行星滚柱组件9、第一丝杆2及第二丝杆3，第一丝杆2通过第一行星滚柱组件8设置在螺母1的第一端，第二丝杆3通过第二行星滚柱组件9设置在螺母1的第二端，当螺母1转动时，第一丝杆2和第二丝杆3相向或相背运动。

本发明实施例提供的大行程行星滚柱丝杠副通过同一螺母同时控制两个丝杠相背或相向运动，实现了同一螺母转动，两丝杆的联动，分别通过优选不同导程系列参数，可以匹配非标准系列的导程，拥有更大的伸缩行程和承载能力；两种行星滚柱丝杠副共用同一螺母结构，相比分离式的布置方式，省去了花键、平键、螺纹连接等中间环节，整体结构刚性较高，避免了因外部连接而导致传动间隙过大的问题；

在一可选实施例中，第一丝杆2为空心结构，当转动螺母1时第一丝杆2和第二丝杆3相对运动，第二丝杆3从第一丝杆2的一端***或穿出第一丝杆2的空腔内。上述结构避免了两种丝杆的运动干涉，缩小了轴向尺寸空间，结构刚性更高；利用空心丝杆的内径尺寸比实心丝杆的外径尺寸大的约束条件，形成两丝杆的同轴嵌套布局，当共用螺母做定轴转动时，两丝杆同时直线伸缩运动互不影响，从而增大了新型丝杠副的往复行程，特别适合螺母驱动式、大行程应用需求的场合。

参见图2，第一行星滚柱组件8包括多个第一滚柱4和两个第一滚柱保持架6；如图1所示，第一滚柱4两端的直径小于主体部分直径，且主体部分设有第一环形凹槽，第一环形凹槽将所述主体部分分割成第一段和第二段，第一滚柱4两端及第一环形凹槽内均设有第一外螺纹，主体部分的第一段和/或第二段设有第二外螺纹，如图1所示，在本发明一可选实施例中，第一滚柱4的主体部分被第一环形凹槽平均分成两段，即第一段和第二段，这第一段和第二段均设有第二外螺纹，该结构使第一滚柱4受力均衡，有利于第一滚柱4的正常工作；在其他实施例中，还可以根据使用需要设置第一环形凹槽在主体部分的位置，也可以根据需要仅在主体部分的第一段或第二段上设置第二外螺纹，本发明不做限定；参见图3，螺母1第一端的空腔内间隔设有三个第一环形凸起a，第一环形凸起a上设有第一内螺纹，相邻两个第一环形凸起a之间的腔壁上不设有螺纹；参见图2，多个第一滚柱4通过两个第一滚柱保持架6设置在螺母1的第一端与第一丝杆2组合形成第一差动式行星滚柱丝杠副，具体地，第一滚柱4两端及第一环形凹槽内的第一外螺纹与三个第一环形凸起a上的第一内螺纹一一对应且适配啮合，第一滚柱4主体部分的第一段容设在靠近端口的两个第一环形凸起a之间的空腔内，第二段容设在远离端口的两个第一环形凸起a之间的空腔内，且均与所述空腔具有间隙；第一丝杆2的外螺纹与第一滚柱4的第二外螺纹适配啮合。

第一差动式行星滚柱丝杠副工作原理为：当螺母1按某一旋转方向做定轴转动时，螺母1的第一内螺纹与第一滚柱4第一外螺纹啮合传动，迫使第一滚柱4做自转运动和绕第一丝杆2做行星运动，两侧的第一滚柱保持架6约束第一滚柱4的圆周相对位置并随之转动，由于第一丝杆2的外螺纹与第一滚柱4的第二外螺纹啮合能够再次约束第一滚柱4与第一丝杆2因螺纹传动而产生的轴向位移，从而驱使第一丝杆2进行直线运动，实现第一差动式行星滚柱丝杠副从定轴旋转运动到直线运动的转换。利用螺母和第一滚柱设置的环形凸起，限制滚柱在行星转动过程中的轴向运动，从而避免了端部齿轮的使用，使得螺纹啮合相对更为自由，减小卡死、卡塞故障问题的发生概率；从加工工艺角度，更容易磨削内螺纹，而加工盲孔内齿圈相对较难，极大的降低了加工难度、节省了加工成本。

参见图4，第二行星滚柱组件9包括多个第二滚柱5和两个第二滚柱保持架7；如图1所示，第二滚柱5两端的直径小于主体部分直径，且主体部分设有第二环形凹槽，第二环形凹槽将第二滚柱5的主体部分分割成第一段和第二段，第二滚柱5两端及第二环形凹槽内均设有第三外螺纹，第二滚柱5主体部分的第一段和/或第二段设有第四外螺纹，如图1所示，在本发明一可选实施例中，第二滚柱5的主体部分被第二环形凹槽平均分成两段，即第一段和第二段，这第一段和第二段均设有第四外螺纹，该结构使第二滚柱5受力均衡，有利于第二滚柱5的正常工作；在其他实施例中，还可以根据使用需要设置第二环形凹槽在第二滚柱5主体部分的位置，也可以根据需要仅在第二滚柱5主体部分的第一段或第二段上设置第四外螺纹，本发明不做限定；参见图3，螺母1第二端的空腔内间隔设有三个第二环形凸起b，第二环形凸起b上设有第二内螺纹，相邻两个第二环形凸起b之间的腔壁上不设有螺纹；参见图4，多个第二滚柱5通过两个第二滚柱保持架7设置在螺母1的第二端，与第二丝杆实心差动式行星滚柱丝杠副第二滚柱5两端及第二环形凹槽内的第三外螺纹与三个第二环形凸起b上的第二内螺纹一一对应且适配啮合，第二滚柱5主体部分的第一段容设在靠近端口的两个第二环形凸起b之间的空腔内，第二段容设在远离端口的两个第二环形凸起b之间的空腔内，且均与所述空腔具有间隙；第二丝杆3的外螺纹与第二滚柱5的第二外螺纹适配啮合。

第二差动式行星滚柱丝杠副的工作原理与第一差动式行星滚柱丝杠副的工作原理相似，在此不再赘述；当按某一旋转方向做定轴转动时，第二丝杆的运动方向与第一丝杠的运动方向相反；采用同样的工作原理，可使用相同的加工方法制造，简化工艺流程和复杂程度，同时类似的装配工艺标准，减少了加工工时，降低生产成本。

在本发明一可选实施例中，为确保丝杆的轴向承载能力，第一丝杆2的壁厚内径为外径的0.7-0.8倍，即壁厚为外径的0.2-0.3倍，第一丝杆2的长度尺寸大于第一滚柱4的长度尺寸，优选第一丝杠2的长度至少为第一滚柱4长度的1.5倍；

在本发明一可选实施例中，第二丝杆3的长度大于第二滚柱5的长度，优选第二丝杆3的长度至少为第二滚柱5长度的1.5倍；

在本发明一可选实施例中，第一丝杆2的内径比所述第二丝杆3的外径大，为保证两者相对运动时发生干涉现象，两者优选第一丝杆2的内径比所述第二丝杆3的外径大2-3mm；

在本发明一可选实施例中，第一环形凸起a的高度大于第一内螺纹的螺纹齿全高，且二者尺寸差值大于0.5mm，第一环形凸起a的宽度为第一滚柱4长度的0.1-0.3倍，优选0.2倍，相邻两第一环形凸起之间的距离为所述第一环形凸起宽度的1-2倍，优选1.5倍，以确保滚柱均载且保证滚柱与螺母以及滚柱与丝杆之间传动更加平稳流畅；

在本发明一可选实施例中，第二环形凸起b的高度大于第二内螺纹的螺纹齿全高，且二者尺寸差值大于0.5mm，第二环形凸起b的宽度为第二滚柱长度的0.1-0.3倍，优选0.2倍，相邻两第二环形凸起之间的距离为所述第二环形凸起宽度的1-2倍，优选1.5倍，以确保滚柱均载且保证滚柱与螺母以及滚柱与丝杆之间传动更加平稳流畅；本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。所述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。

本发明所属技术领域的人员可以对所述的具体实施例做不同的修改或补充或采用类似的方式代替，但不偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (9)

1.一种大行程行星滚柱丝杠副，其特征在于，包括螺母、第一行星滚柱组件、第二行星滚柱组件、第一丝杆及第二丝杆，所述第一丝杆通过所述第一行星滚柱组件设置在所述螺母的第一端，所述第二丝杆通过所述第二行星滚柱组件设置在所述螺母的第二端，当转动所述螺母时，所述第一丝杆和所述第二丝杆相向或相背运动。

2.根据权利要求1所述的大行程行星滚柱丝杠副，其特征在于，所述第一丝杆为空心结构，当转动所述螺母时，所述第二丝杆从所述第一丝杆的一端***或穿出所述第一丝杆的空腔内。

3.根据权利要求1所述的大行程行星滚柱丝杠副，其特征在于：

所述第一行星滚柱组件包括多个第一滚柱和第一滚柱保持架；

所述第一滚柱两端的直径小于主体部分直径，且所述主体部分设有第一环形凹槽，所述第一环形凹槽将所述主体部分分割成第一段和第二段，所述第一滚柱两端及所述第一环形凹槽内均设有第一外螺纹，所述主体部分的第一段和/或第二段设有第二外螺纹；

所述螺母第一端的空腔内间隔设有三个第一环形凸起，所述第一环形凸起上设有第一内螺纹；

所述多个第一滚柱通过所述第一滚柱保持架设置在所述螺母的第一端，所述第一外螺纹与所述第一内螺纹适配啮合，所述主体部分的第一段和第二段分别容设在相邻两个所述第一环形凸起之间的空腔内，且与所述空腔具有间隙；

所述第一丝杆的外螺纹与所述第二外螺纹适配啮合。

4.根据权利要求1所述的大行程行星滚柱丝杠副，其特征在于：

所述第二行星滚柱组件包括多个第二滚柱和第二滚柱保持架；

所述第二滚柱两端的直径小于主体部分直径，且所述主体部分设有第二环形凹槽，所述第二环形凹槽将所述主体部分分割成第一段和第二段，所述第二滚柱两端及所述第二环形凹槽内均设有第三外螺纹，所述主体部分的第一段和/或第二段设有第四外螺纹；

所述螺母第二端的空腔内间隔设有三个第二环形凸起，所述第二环形凸起上设有第二内螺纹；

所述多个第二滚柱通过所述第二滚柱保持架设置在所述螺母的第二端，所述第三外螺纹与所述第二内螺纹适配啮合，所述主体部分的第一段和第二段分别容设在相邻两个所述第二环形凸起之间的空腔内，且与所述空腔具有间隙；

所述第二丝杆的外螺纹与所述第四外螺纹适配啮合。

5.根据权利要求2-4任一项所述的大行程行星滚柱丝杠副，其特征在于：所述第一丝杆的内径为外径的0.7-0.8倍。

6.根据权利要求5所述的大行程行星滚柱丝杠副，其特征在于：所述第二丝杆的长度至少为所述第二滚柱长度的1.5倍。

7.根据权利要求6所述的大行程行星滚柱丝杠副，其特征在于：所述第一丝杆的内径比所述第二丝杆的外径大2-3mm。

8.根据权利要求3所述的大行程行星滚柱丝杠副，其特征在于：所述第一环形凸起宽度为所述第一滚柱长度的0.1-0.3倍，相邻两第一环形凸起之间的距离为所述第一环形凸起的宽度的1-2倍。

9.根据权利要求4所述的大行程行星滚柱丝杠副，其特征在于：所述第所述二环形凸起的宽度为所述第二滚柱长度的0.1-0.3倍，相邻两第二环形凸起之间的距离为所述第二环形凸起宽度的1-2倍。