CN113446372A - 滚珠丝杠传动机构、丝杠螺母和制造丝杠螺母的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及滚珠丝杠传动机构、丝杠螺母和制造丝杠螺母的方法，尤其涉及制造用于滚珠丝杠传动机构的金属丝杠螺母的方法，该方法包括以下步骤：提供基本呈圆柱形的金属工件，该工件具有第一端面和第二端面以及周面；通过压出轴对称的中心孔并通过同时在该工件的周面中压出轴平行取向的至少第一通道和第二通道来对该工件进行改型加工，其中该中心孔和该通道朝向第一端面敞开；将内螺纹引入该中心孔中；通过将至少两个径向延伸的通孔引入至少第一通道来将该通道形成为过渡通道，用于容纳转向镶块。本发明还涉及用该方法制造的丝杠螺母以及具有这种丝杠螺母的滚珠丝杠传动机构。

Description

滚珠丝杠传动机构、丝杠螺母和制造丝杠螺母的方法

技术领域

本发明涉及滚珠丝杠传动机构、丝杠螺母和制造丝杠螺母的方法。

背景技术

滚珠循环丝杠或滚珠丝杠传动机构通常是指以滚珠为滚动体的滚动螺旋传动机构。滚珠丝杠传动机构的主要组成部分包括丝杠和环套丝杠的丝杠螺母。滚珠在工作中在这两个构件之间移动。丝杠还有丝杠螺母的螺纹线被设计成具有合适截面形状的滚珠槽并且互补地彼此协调，从而它们在安装状态下共同形成滚珠通道或滚珠导槽。不同于在此时螺纹侧面以面的形式相对滑动的螺杆-螺母连接中的情况，在滚珠丝杠传动机构中，在螺纹内盘旋移动的滚珠负责螺母与丝杠之间的载荷传递。以面的形式的滑动运动因此被滚动运动取代，随之而来的是摩擦减小。

为了获得滚珠的完整循环路径，采用滚珠转向机构。它们的任务是在第一位置处使滚珠从丝杠螺母与丝杠之间的滚珠导槽中升出并在第二位置处又返回。因此，滚珠返回是一种旁路，其跨过螺母-丝杠***的一条或更多条螺纹线，进而补全用于滚珠丝杠传动机构的滚珠的一条完整循环路径。通常，滚珠在丝杠螺母内被径向向外移出滚珠槽并在丝杠螺母之内或之外在一个通道或一个管中被引导移动，随后它们在为此预定的位置又被送入丝杠和丝杠螺母之间的滚珠通道。

从技术上看，滚珠丝杠传动机构起到螺旋传动机构的作用，其能将回转运动转换为纵向运动或将纵向运动转换为回转运动，其中，减速或增速由丝杠的尺寸设定和螺纹导程决定。滚珠丝杠传动机构原则上以两种方式工作。如果丝杠螺母是位置固定但被安装成可转动的，而丝杠是不可转动但可纵向移动的，则一旦螺母被驱动，丝杠就沿着其纵轴线运动。在第二种情况下，丝杠是位置固定但被安装成可转动的，而丝杠螺母被安装成可纵向移动但不可转动的。这在丝杠被驱动的情况下导致丝杠螺母沿丝杠做线性运动。

滚珠丝杠传动机构被应用在许多技术应用中，尤其用在机器结构中并这时优选用在机床中。但滚珠丝杠传动机构也越来越多地作为纵向驱动机构被用在迄今采用液压***或气压***的领域中，例如压制机、浇铸机和助力转向器。另外，滚珠丝杠传动机构也在机电制动***和液压电动制动***中起到增强的作用，在这里，滚珠丝杠传动机构被用作液压制动缸的代替品或与已知的制动***并行地被用在制动辅助***中。它们在那里起到的作用是，在电动机驱动下增强驾驶员的制动力，或者作为安全***的一部分启动或支持(紧急)制动过程。因此，在各车轮上具有作为制动缸代替品的滚珠丝杠传动机构的纯电动的制动***也是可行的。

以下将详细考虑丝杠螺母的构型。丝杠螺母原则上包括带有轴向内螺纹的空心圆柱形主体，该内螺纹被设计成滚珠循环槽的上壳。该主体可以完全作为车削件/铣削件来制造，这是很费时的。因此，一段时间以来，丝杠螺母基本上作为压制件由金属线段制成，其出于尺寸精度考虑仅在几个点必须被车削或铣削再加工。额外工作(除了内螺纹)尤其涉及滚珠转向机构，其在现有技术中通常以暗藏在丝杠螺母壁内的平行于其纵轴线的长孔形式构成。长孔通常在其整个长度范围以通孔形式构成，因为它只能这样进行清洁并且还能将滚珠转向件直接安装在丝杠螺母的端面上。滚珠通道可以在规定位置上沿径向从外向内被钻孔或顶铣，在那里，所述滚珠应该从丝杠螺母与丝杠之间的循环通道被移出或返回。已知，移出或返回此时通过镶块(镶嵌件)来实现，其由金属、塑料或它们的组合体制成。镶块或滚珠转向件的复杂几何形状比作为要在丝杠螺母壁内铣削的几何形状更容易作为浇铸件或金属板成形件来塑造。

传统上，省掉了对在移出点和返回点之间的真正滚珠引导通道的额外工作的显著支出。它通常作为通道被钻设或作为沟槽被铣制。在后者实施方式中，通道须在滚珠丝杠传动机构安装且装入滚珠之后被盖上。这可通过套装或待压紧的皮碗来实现，又或者通过反正在此要设置的轴承、凸缘座或套管来实现。

就这方面来说，滚珠丝杠传动机构是比较复杂且制造起来费事的构件并且在成本合理情况下的大量生产需要新型做法。

发明内容

本发明基于以下任务，提供一种制造丝杠螺母的方法，其相比于现有技术被简化且因此是成本节约的。用该方法制造的丝杠螺母和进而还有包含丝杠螺母的滚珠丝杠传动机构应精确制造、可靠且在任何载荷下都耐用。

本发明涉及一种制造金属的用于滚珠丝杠传动机构的丝杠螺母的方法，包括以下步骤：

-提供基本圆柱形的金属工件，其具有第一端面和第二端面以及周面；

通过压出轴对称的中心孔并在工件周面中同时压出(轴平行取向的)至少第一通道和第二通道来改型加工该工件，其中，该中心孔和通道朝向第一端面敞开；

-将内螺纹引入中心孔；以及

-通过将至少两个径向延伸的通孔引入至少第一通道将该通道形成为过渡通道，用于容纳转向镶块。

因此，特别是所述通道不是铣制的，而是在工件的周面中压出的。该压出与丝杠螺母的其余基本形状同时实现。如果例如首先成形所述中心孔以便随后形成所述通道，则第二成形步骤会损坏中心孔的形状。当首先形成通道且随后才形成中心孔时，反之亦然，因为中心孔的形成不会使通道保持不变。所述通道以轴平行方式延伸，这由成形工具的轴向进给决定。因为所述通道还从一个端面起被压出，故它们朝向该端面是敞开的。术语“通道”在此实际上就字面上是指该通道通过在周面内的压入而以沟槽、凹道或凹槽的形式构成，其(从工件的纵向中心轴线来看)径向朝外敞开地存在。

为了保证补偿性的材料排挤，总是压出两个通道。在周面中的通道的角度布置优选在工件的中心纵轴线处是镜像的，因此它们关于工件的柱轴线以180度错开。由此，获得如下附加优点，失衡因为关于纵轴线的对称性而在螺母转动时被减至最低程度。因此通过这种方式，用于丝杠螺母的中间产品由实心材料构成的圆柱形工件制成，其可以通过尤其减材再加工来完成。

例如当螺母在使用中刚性安装且因此转动所造成的失衡影响不大时，也可以不按照在周面中的通道错开180°布置。研究表明，在周面上错开在100°和180°之间的角度布置在技术上是可实现的，其中优选120°和180°的值。

另外，当仅第一通道应该被设计成过渡通道而第二通道因此不必作为过渡通道来提供时，则可以制造具有简化的横截面的第二通道。这例如可能意味着，该通道被设计成具有平缓的和更平缓的斜度，这使得压制工具的使用寿命得以改善。重要的是，为了获得对称材料挤压的上述效果，第二通道的纵向压入深度以及成形材料的体积还基本上对应于第一通道的压入深度和成形材料的体积。

例如将会想到，第一通道作为过渡通道被制成横截面呈倒圆的U形横截面形状，而第二通道被实现为简单的V形横截面形状。以上关于材料排挤的考虑仍然有效，因此要求成形必须在体积方面具有可比性(在+/-10％至15％内，取决于丝杠螺母几何形状)。

方法步骤“将内螺纹引入中心孔”可通过(内螺纹)成形加工过程、通过螺纹铣制或通过两者结合来获得。此时，通常首先切削预形成螺纹，接着通过成形步骤来完成。这有以下优点，所获得的表面因为在成形过程中的压缩而具有比较高的表面硬度。可以对最终磨削过程进行优化，但不是必需的。

在此所限定的方法不仅相比于现有技术的方法特别简单且廉价，也可以提供精确制造的长使用寿命的产品。在成形加工时，不同于减材加工方法，完全保留了材料的内聚力。由于在结晶学上优选的滑移平面上的流动，发生了工件形状的塑性变化。在所述滑移平面之间的金属区实际上保持不变，因此，成形加工过程不会导致材料特性的宏观变化。材料质量因此实际上几乎完全由原始工件确定。在适当的方法控制下，在工件内不会出现会在工件使用时导致失效的奇异点，因此可以期望较高的耐久性。因此，伴随基本上基于成形加工的所述方法，可以得到一种简单且廉价的方法。成本节约主要基于避免了常规加工的费时且耗费工具的减材方法步骤并且在成形加工过程中无材料损耗。另外，通过该方法提供一种适于满足高要求的丝杠螺母。

有用地规定，所述通道的压入在到达第二端面前结束，使得所述通道朝向第二端面封闭。当然也完全可行的是，该过渡通道压通直至第二端面。但在此可能出现第二端面的磨损，故需要再加工。这可能需有利地避免，从而该压入在到达第二端面前就结束。

如此改进该方法，使得所述通孔是铣削和/或钻削的。因此，关于通孔最好采用减材方法。但这也可以不用太费力地实现，因为构造简单的通孔的铣削和/或钻削是已知任务。

还可以规定，所述中心孔被一直压到第二端面。因此，伴随中心孔的压入过程而已经出现两侧敞开的空心柱体。但是，如已经关于将过渡通道压入至第二端面所描述地，由此可能需要再加工，因为压通至第二端面可能产生不规整的材料边界。

就此而言也可能有用的是，该中心孔的压入在到达第二端面之前结束并且第二端面在压入之后被减材去除，使得中心孔朝向由此出现的新的第二端面敞开。由此一来，不规整的材料边界的产生得以避免。因为即使压通中心孔也几乎无法避免减材再加工，因此也可以以不压通至第二端面的方式立即进行。

也可以规定，第一端面在成形之后被减材去除，从而生成一个新的第一端面。丝杠螺母的两个端面因此都可以被减材再加工以尤其使其达到尺寸。

这有效地优选如此进行，端面的减材去除通过车削实现。

还规定，在成形之后将内螺纹引入该中心孔。铣削过程连带随后的成形加工是用于在丝杠螺母中形成螺纹的可选手段。

还可以规定，在工件成形时在周面中形成轴向平行的截平部。所述截平部尤其用于在减材再加工时的工件定中。

本发明还涉及一种用于滚珠丝杠传动机构的丝杠螺母，它尤其通过前述方法来获得，其中该丝杠螺母在其周面中具有轴平行的至少一个第一通道和第二通道，它们朝向丝杠螺母的一端面敞开。

本发明还涉及一种滚珠丝杠传动机构，其具有上述丝杠螺母、丝杠、多个滚珠、在每个过渡通道内的至少两个转向镶块以及至少一个过渡通道盖。

附图说明

图1示出了工件的立体图。

图2示出了根据本发明的丝杠螺母的立体图。

图3示出了转向镶块的立体图。

图4示出了根据本发明的滚珠丝杠传动机构的截面图。

图5示出了根据本发明的滚珠丝杠传动机构的立体图。

图6示出了根据本发明的滚珠丝杠传动机构的立体图，其中省去了丝杠螺母。

图7示出了根据本发明的丝杠螺母连带两个压出的通道的角度布置的前视图。

图8示出了根据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了工件50的立体图。用于制造丝杠螺母的根据本发明的方法所基于的工件50是圆柱形的，并且它由实心材料、尤其是由金属或金属合金构成。将工件选择为圆柱形并不是绝对的，因为在随后的成形过程中也可以由非圆柱形的工件制成丝杠螺母。但是，工件的圆柱形形状是几乎唯一选项，因为工件50在大多数情况下毫无疑问就是一根金属线。工件50也不是绝对由实心材料构成。例如该工件可以具有中心孔，以减少在后面的成形过程中要排挤走的材料量。工件50具有周面14、第一端面46和第二端面44。

图2示出了根据本发明的丝杠螺母10的立体图。该丝杠螺母10具有一个周面14和两个端面30、32。另外，在周面14中压出两个对置的、即错开180度的通道18、20，在此，第一通道18被构成为过渡通道。两个通道朝向第一端面32敞开。在第一通道18内设有多个径向延伸的通孔22、24。压入丝杠螺母10中的中心孔16配有内螺纹34。丝杠螺母10的周面14设有截平部36、38。

由根据图1的工件50来制造根据图2的丝杠螺母10，做法是，首先同时压出中心孔16和过渡通道18、20。在此，中心孔16被压通，从而它朝向工件50的两个端面44、46敞开。过渡通道18、20未被一直压通到第二端面44，因此，它们朝向第一端面46敞开。在成形过程中还形成截平部36、38。在成形后进行多个减材方法步骤。它们可以按照不同的顺序进行。尤其是，在过渡通道18、20内的径向延伸的通孔32、34是铣制的和/或钻设的。端面44和46通过车削过程被整理并且定尺车削成丝杠螺母10的端面30、32。内螺纹34被铣制。很难避免中心孔16压通所至的端面44接受车削，因为在成形刀具穿过中心孔16时几乎不可避免地产生不规整的边缘。第一端面46的车削可以说是多余的，但在这里，也还是可能因成形刀具抵靠而存在不规整之处，其通过有效方式被修整去除。

图3示出了转向镶块26的立体图。这样的转向镶块26被装入丝杠螺母10的通孔22、24中。为了从丝杠或丝杠螺母的螺纹中移出滚珠，滚珠例如进入容槽52，其被径向向外移送且经过转移区56被送至丝杠螺母的过渡通道。滚珠以相反的顺序从过渡通道移出，即，从过渡通道进入转移区56，将滚珠送入容槽52并然后将滚珠送至丝杠或丝杠螺母的螺纹中。转向镶块26就此而言是径向对称构件，其尤其能作为一件式浇铸件进行制造。

图4示出了根据本发明的滚珠丝杠传动机构12的示意图。在此能看到在滚珠丝杠传动机构12中的滚珠42的环绕运动轨道。丝杠螺母10被旋紧到丝杠40上。转向镶块26、28被装入丝杠螺母10中，并且滚珠42沿其运动轨道运动。

图5示出了根据本发明的滚珠丝杠传动机构12的立体图。该滚珠丝杠传动机构12包括丝杠40、滚珠42、转向镶块26、28和丝杠螺母10，其中，后者具有关于图2所述的特征。通常，滚珠丝杠传动机构12为了完整而还具有一个或更多个(过渡)通道盖。它们用于尽量无间隙地将转向镶块26、28安置在通孔22、24内并且尤其不从通孔22、24掉出。

图6示出了根据本发明的滚珠丝杠传动机构12的立体图，其中省去了丝杠螺母。在此所示的布置是理论性的，因为它在实践中无法显示。它仅说明在丝杠40和转向镶块26、28内的滚珠42的运动轨道，其中，尤其是能看到在转向镶块26、28之间的滚珠42的轴平行运动轨道，其由未示出的过渡通道构成。

结合图1至图6借助实施例描述了根据本发明的丝杠螺母10，其中设有两个过渡通道18和20、即一对过渡通道。也可行的是压出超过一对的过渡通道。此外，还将结合一个实施例来描述本发明，其中，每个过渡通道18、20设有两个转向镶块26、28。如果过渡通道足够长，则也可以设置超过一对的这种转向镶块。于是，每个过渡通道获得更多的滚珠运动轨道。为了在一个过渡通道18、20内采用超过两个的转向镶块26、28，必须设置相应数量的通孔。

图7示出了沿轴向看的根据本发明的丝杠螺母10的端面32的前视图。该图示出了带有所示出的内螺纹34的中心孔16。所压出的通道18和20(在此就横截面而言具有相同的设计)以角度α＝120°在周面14内相对于丝杠螺母10的中心纵轴线布置。所示的布置是示例性的，在技术上有意义的角度范围在100°至180°之间(分别含端点)。在α＝180°的情况下，通道18和20径向完全对置。

图8示出了根据本发明的方法的流程图。该方法在步骤S01中提供圆柱形工件，该工件具有第一端面和第二端面以及周面。在步骤S02中，工件被加工成形，做法是，在周面中同时压出中心孔和一对轴平行的通道。所述中心孔和通道此时从第一端面起被压入工件中。因此，过渡通道总是朝向第一端面敞开。作为进一步的方法步骤S03，将内螺纹引入中心孔。接着，在步骤S04中进行减材方法步骤。在至少第一通道中引入径向延伸的通孔。

在以上描述、附图和权利要求书中公开的发明特征无论是单独地还是以任何组合的方式对于实现本发明来说都是重要的。

Claims (14)

1.一种制造用于滚珠丝杠传动机构(12)的金属的丝杠螺母(10)的方法，该方法包括以下步骤：

-提供基本呈圆柱形的金属的工件(50)，所述工件具有第一端面(46)和第二端面(44)以及周面(14)，

-通过压出轴对称的中心孔(16)并通过在所述工件(50)的所述周面(14)中同时压出轴平行取向的至少第一通道(18)和第二通道(20)来对所述工件(50)进行改型加工，其中，所述中心孔(16)和所述通道(18、20)朝向所述第一端面(46)敞开，以及

-将内螺纹(34)引入所述中心孔(16)，以及

-通过将至少两个径向延伸的通孔(22、24)引入至少所述第一通道(18)以将至少所述第一通道(18)形成为过渡通道，用于容纳转向镶块(26、28)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二通道(20)在未被形成为过渡通道时以简化的横截面制造，其中，所述第二通道(20)的纵向压入深度以及改型加工材料的体积基本对应于所述第一通道(18)的纵向压入深度以及改型加工材料的体积。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述通道(18、20)的压入在到达所述第二端面之前结束，使得所述通道(18、20)朝向所述第二端面(44)是封闭的。

4.根据前述权利要求1至3所述的方法，其特征在于，所述通孔(22、24)是铣制的和/或钻设的。

5.根据前述权利要求1至4所述的方法，其特征在于，所述中心孔(16)一直被压入至所述第二端面(44)。

6.根据权利要求1至4所述的方法，其特征在于，所述中心孔(16)的压入在到达所述第二端面(44)之前结束，并且所述第二端面(44)在所述压入之后以减材方式被去除，使得所述中心孔(16)朝向由此形成的新的第二端面(30)敞开。

7.根据前述权利要求1至6所述的方法，其特征在于，所述第一端面(46)在所述改型加工之后以减材方式被去除，从而形成新的第一端面(32)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述端面(44、46)的减材去除通过车削来实现。

9.根据前述权利要求1至8所述的方法，其特征在于，在对所述工件(50)进行改型加工时，在所述周面(14)中形成轴平行的截平部(36、38)。

10.根据前述权利要求1至9所述的方法，其特征在于，所述周面中的所述通道相对于所述工件的中心纵轴线的角度布置在100°至180°之间。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述周面中的所述通道相对于所述工件的所述中心纵轴线的角度布置优选基本为120°或180°。

12.根据前述权利要求1至11所述的方法，其特征在于，制造步骤“压出中心孔”和“在周面中压出通道”通过冷改型加工来实现。

13.一种用于滚珠丝杠传动机构(12)的丝杠螺母(10)，该丝杠螺母通过根据前述权利要求中的一项或多项所述的方法来制造，其中，所述丝杠螺母(10)在其周面(14)内具有至少一对轴平行的通道(18、20)，所述通道朝向所述丝杠螺母(10)的一个端面(32)敞开并且其中的至少一个所述通道被设计为过渡通道。

14.一种滚珠丝杠传动机构(12)，该滚珠丝杠传动机构具有：

-根据权利要求13所述的丝杠螺母(10)，

-丝杠(40)，

-多个滚珠(42)，

-在至少一个被形成为过渡通道的通道(18)内的至少两个转向镶块(26、28)，以及

-至少一个过渡通道盖。

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