TWI506214B - 滾動模組及具有該滾動模組的滾柱螺桿 - Google Patents

Description

滾動模組及具有該滾動模組的滾柱螺桿

本發明係與滾動模組有關，特別是有關於一種滾動模組及具有該滾動模組的滾柱螺桿。

精密機械中常用的滾柱螺桿、線性滾柱滑軌或滾柱軸承，其內皆配置有滾動模組，而該滾動模組主要係由複數滾柱、及於各滾柱間設置的間隔子所組成，藉由該間隔子使該滾柱與相鄰的滾柱不會直接接觸碰撞，以降低噪音及滾柱摩擦受損發生；然而，該滾動模組於實際使用情形仍具有下述需改善的缺陷。

參閱第1圖所示，顯示習知滾柱模組的示意圖，該間隔子11與滾柱12接觸面111、121為凹曲面，相鄰滾柱12只存在相互公轉自由度，當該滾動模組在進行換向與迴流動作過程時，相鄰滾柱12需做相互扭轉，而當相鄰滾柱12與間隔子11之間的設計角度不符時，間隔子11勢必受到撕裂破壞。

為此，參閱第2圖所示，顯示美國申請第8146453號「運動導引裝置」的其中一圖示，其主要將該間隔子13以兩件式成形，即由一第一間隔件131及一第二間隔件132所組成，以提供相鄰滾柱14相互扭轉的自由度，然而，該兩件式間隔子13除了產生不易組裝且組裝耗時的缺陷之外， 在該滾動模組滾動的過程中，該間隔子13容易產生傾倒而與滾柱14發生干涉，進而導致滾柱螺桿、線性滾柱滑軌或滾柱軸承運轉的不順暢。

是以，如何開發出一種滾動模組，其可解決上述的缺陷，即為本案發明的動機。

本發明之目的在於提供一種滾動模組及具有該滾動模組的滾柱螺桿，適用於組設一滾動軌道內，該滾動模組包含：複數滾柱，同向排列地組設於該滾動軌道；複數間隔柱，同向排列地組設於該滾動軌道，且各該間隔柱的排列方向與各該滾柱的排列方向不同、及各該間隔柱與各該滾柱呈交錯排列及相互靠抵；並定義出間隔柱的外徑及長度最佳範圍，以增加滾柱運轉時，相鄰滾柱的迴流與換向的順暢度，同時在不影響間隔柱功能性下，能擺放較多的滾柱數量，以提升動負荷與減少組裝間隔柱的工時。

緣是，為了達成前述目的，依據本發明所提供之一種滾動模組，適用於組設一滾動軌道內，該滾動模組包含：複數滾柱，同向排列地組設於該滾動軌道；複數間隔柱，同向排列地組設於該滾動軌道，且各該間隔柱的排列方向與各該滾柱的排列方向不同、及各該間隔柱與各該滾柱呈交錯排列及相互靠抵；該滾柱的柱徑為D，該間隔柱的柱徑為Dspacer，該間隔柱的最小柱徑為Dspacer-min，該間隔柱的柱高為Lspacer，該間隔柱最大可量測的直線距離為Lspacer-max，該滾動軌道的軌寬為W，滿足下列關係式：D>Dspacer>Dspacer-min；D>Lspacer；Lspacer-max≧W。

較佳地，該滾柱的柱徑為D，該間隔柱的柱徑為Dspacer，該間隔柱的最小柱徑為Dspacer-min，滿足下列關係式：0.9D>Dspacer>Dspacer-min。

較佳地，該間隔柱的最小柱徑為Dspacer-min，該滾動模組的節圓直徑PCD，相鄰該滾柱於該滾動軌道之軌道面的最小夾角為θ，該滾柱傾斜角為α，該滾動軌道的軌寬為W，該滾柱的柱徑為D，滿足下列關係式：Dspacer-min=(PCD×sin θ×csc α+W×sin θ-D)/(1+sin θ)。

較佳地，該間隔柱的柱徑為Dspacer，該間隔柱的柱高為Lspacer，該間隔柱最大可量測的直線距離為Lspacer-max，滿足下列關係式：Lspacer-max=√(D² spacer+L² spacer)。

其次，同樣為了達成前述目的，本發明另外所提供之一種具有滾動模組的滾柱螺桿，包含：一螺桿，具有一軸線以及一繞該軸線螺旋設置於外部的外螺旋槽道；一螺帽，是沿該軸線方向套設於該螺桿，並包含一繞該軸線螺旋設置於內部的內螺旋槽道，且該內螺旋槽道與外螺旋槽道形成一滾動軌道；一滾動模組，組設在該滾動軌道內，並包含複數滾柱及複數間隔柱，各該滾柱係同向排列地組設於該滾動軌道；各該間隔柱係同向排列地組設於該滾動軌道，且各該間隔柱的排列方向與各該滾柱的排列方向不同、及各該間隔柱與各該滾柱呈交錯排列及相互靠抵；該滾柱的柱徑為D，該間隔柱的柱徑為Dspacer，該間隔柱的最小柱徑為Dspacer-min，該間隔柱的柱高為Lspacer，該間隔柱最大可量測的直線距離 為Lspacer-max，該滾動軌道的軌寬為W，滿足下列關係式：D>Dspacer>Dspacer-min；D>Lspacer；Lspacer-max≧W。

有關本發明為達成上述目的，所採用之技術、手段及其他之功效，茲舉一較佳可行實施例並配合圖式詳細說明如後。

《習知》

11‧‧‧間隔子

111‧‧‧接觸面

12‧‧‧滾柱

121‧‧‧接觸面

13‧‧‧間隔子

131‧‧‧第一間隔件

132‧‧‧第二間隔件

14‧‧‧滾柱

《本發明》

21‧‧‧螺桿

211‧‧‧軸線

212‧‧‧外螺旋槽道

22‧‧‧螺帽

221‧‧‧內螺旋槽道

23‧‧‧滾動軌道

30‧‧‧滾柱

40‧‧‧間隔柱

D‧‧‧滾柱的柱徑

Dspacer‧‧‧間隔柱的柱徑

Dspacer-min‧‧‧間隔柱的最小柱徑

Lspacer‧‧‧間隔柱的柱高

Lspacer-max‧‧‧間隔柱最大可量測的直線距離

W‧‧‧滾動軌道的軌寬

PCD‧‧‧滾動模組的節圓直徑

θ‧‧‧相鄰該滾柱於該滾動軌道之軌道面的最小夾角

α‧‧‧滾柱傾斜角

第1圖係習知滾柱模組的示意圖。

第2圖係美國申請第8146453號「運動導引裝置」的其中一圖示。

第3圖係本發明實施例的組合局部剖面圖。

第4圖係本發明實施例的組合剖面圖。

第5圖係本發明實施例的示意圖，顯示間隔柱為最小柱徑Dspacer-min的狀態。

第6圖係本發明實施例的示意圖，顯示滾柱的柱徑D大於間隔柱的柱高Lspacer、以及滾柱的柱徑D大於間隔柱的柱徑Dspacer的狀態。

第7圖係本發明實施例的示意圖，顯示間隔柱最大可量測的直線距離Lspacer-max大於滾動軌道的軌寬W的狀態。

第8圖係本發明實施例的示意圖，顯示定義滾柱傾斜角α的狀態。

第9圖係本發明實施例的示意圖，顯示令滾柱的柱徑D等於間隔柱的柱徑Dspacer的狀態。

第10圖係本發明實施例的示意圖，顯示間隔柱的柱徑Dspacer為滾柱的柱徑D的0.8倍的狀態。

第11圖係本發明實施例的示意圖，顯示間隔柱的柱徑Dspacer與滾柱 的柱徑D的比值，以及該比值與動負荷增加比例的關係。

第12圖係本發明實施例的示意圖，顯示滾柱的柱徑D大於間隔柱的柱徑Dspacer、且間隔柱的柱徑Dspacer為滾柱的柱徑D的0.8倍的狀態。

參閱第3至8圖所示，本發明實施例所提供的一種滾動模組，適用於組設一滾動軌道內，而該滾動軌道可以是滾柱螺桿、線性滾柱滑軌或滾柱軸承內的滾動軌道，本實施例係舉滾柱螺桿為例，包含(如第3、4圖所示)：一螺桿21，具有一軸線211以及一繞該軸線211螺旋設置於外部的外螺旋槽道212。

一螺帽22，是沿該軸線211方向套設於該螺桿21，並包含一繞該軸線211螺旋設置於內部的內螺旋槽道221，且該內螺旋槽道221與外螺旋槽道212形成一滾動軌道23。

一滾動模組，組設在該滾動軌道23內，並包含複數滾柱30及複數間隔柱40，其中：各該滾柱30，同向排列地組設於該滾動軌道23；各該間隔柱40，同向排列地組設於該滾動軌道23，且各該間隔柱40的排列方向與各該滾柱30的排列方向不同、及各該間隔柱40與各該滾柱30呈交錯排列及相互靠抵；如第5至7圖所示，該滾柱30的柱徑為D，該間隔柱40的柱徑為Dspacer，該間隔柱40的最小柱徑為Dspacer-min(如第5圖所示)，該間隔柱40的柱高為Lspacer，該間隔柱40最大可量測的直線距離為 Lspacer-max，該滾動軌道23的軌寬為W，滿足下列關係式：D>Dspacer>Dspacer-min；D>Lspacer；Lspacer-max≧W。

另外，令該滾動模組的節圓直徑PCD(即該滾柱螺桿上下滾柱30之中心圓直徑，如第4圖所示)，相鄰該滾柱30於該滾動軌道23之軌道面的最小夾角為θ(如第5圖所示)，該滾柱30傾斜角為α(如第8圖所示)，該滾動軌道23的軌寬為W，該滾柱30的柱徑為D，滿足下列關係式：由於，因此，Dspacer-min=(PCD×sin θ×csc α+W×sin θ-D)/(1+sin θ)=2r 。

又該間隔柱40的柱徑為Dspacer，該間隔柱40的柱高為Lspacer，該間隔柱40最大可量測的直線距離為Lspacer-max，滿足下列關係式：Lspacer-max=√(D² spacer+L² spacer)。

據此，當該滾柱30的柱徑D大於該間隔柱40的柱徑Dspacer時，得以確保裝設該間隔柱40後，該滾柱30所能裝設的數量不會大幅減少，避免降低該滾動模組的動負荷，另外，參閱第9、10圖所示，係沿該滾動模組的節圓直徑PCD展開，並忽略曲率效應，其中第9圖所示，係令該滾柱30的柱徑D等於該間隔柱40的柱徑Dspacer時，距離為2D，第10圖所示，本發明中係界定該間隔柱40的柱徑Dspacer小於該滾柱30的柱徑D，且本實施例中，該間隔柱40的柱徑Dspacer為該滾柱30的柱徑D的0.8倍 (0.9至0.2倍之間皆可)，因此，相同距離增加了0.2倍該間隔柱40的柱徑Dspacer的負載空間，故可裝設的該滾柱30數量變為1.2倍，而更能提升該滾動模組的動負荷，並達到在不影響該間隔柱40功能性下，能擺放較多的滾柱30數量，以提升動負荷與減少組裝間隔柱40的工時。

至於該間隔柱40的柱徑Dspacer與該滾柱30的柱徑D的比值，其與動負荷增加比例的關係如第11圖所示，該圖中所示由柱徑比縮小為0.9時，動負荷可提升6.6%；柱徑比縮小為0.8時，動負荷可提升12.9%直到極限柱徑比後則無法再增加。

參閱第5圖所示，當該間隔柱40的柱徑Dspacer大於該間隔柱40的最小柱徑Dspacer-min時，得以確保該間隔柱40相鄰接的滾柱30彼此之間不會產生干涉，以增加滾柱30運轉時，相鄰滾柱30的迴流與換向的順暢度；參閱第12圖所示，由於本實施例中該間隔柱40的柱徑Dspacer為該滾柱30的柱徑D的0.8倍，因此，該間隔柱40相鄰接的滾柱30彼此之間確實不會產生干涉。

參閱第6圖所示，當該滾柱30的柱徑D大於該間隔柱40的柱高Lspacer時，得以確保該間隔柱40不受力，以避免影響該滾柱30運轉時，相鄰滾柱30的迴流與換向的順暢度。

參閱第7圖所示，當該間隔柱40最大可量測的直線距離Lspacer-max大於等於該滾動軌道23的軌寬W時，得以避免該間隔柱40在該滾動軌道23內傾倒，而影響該滾動模組運轉的順暢度。

綜上所述，上述實施例及圖示僅為本發明的較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍所作的 均等變化與修飾，皆應屬本發明專利涵蓋的範圍內。

21‧‧‧螺桿

211‧‧‧軸線

212‧‧‧外螺旋槽道

22‧‧‧螺帽

221‧‧‧內螺旋槽道

23‧‧‧滾動軌道

30‧‧‧滾柱

40‧‧‧間隔柱

Claims (8)

1. 一種滾動模組，適用於組設一滾動軌道內，該滾動模組包含：複數滾柱，同向排列地組設於該滾動軌道；複數間隔柱，同向排列地組設於該滾動軌道，且各該間隔柱的排列方向與各該滾柱的排列方向不同、及各該間隔柱與各該滾柱呈交錯排列及相互靠抵；該滾柱的柱徑為D，該間隔柱的柱徑為Dspacer，該間隔柱的最小柱徑為Dspacer-min，該間隔柱的柱高為Lspacer，該間隔柱最大可量測的直線距離為Lspacer-max，該滾動軌道的軌寬為W，滿足下列關係式：D>Dspacer>Dspacer-min；D>Lspacer；Lspacer-max≧W。
2. 如申請專利範圍第1項所述之滾動模組，其中該滾柱的柱徑為D，該間隔柱的柱徑為Dspacer，該間隔柱的最小柱徑為Dspacer-min，滿足下列關係式：0.9D>Dspacer>Dspacer-min。
3. 如申請專利範圍第1項所述之滾動模組，其中該間隔柱的最小柱徑為Dspacer-min，該滾動模組的節圓直徑PCD，相鄰該滾柱於該滾動軌道之軌道面的最小夾角為θ，該滾柱傾斜角為α，該滾動軌道的軌寬為W，該滾柱的柱徑為D，滿足下列關係式：Dspacer-min=(PCD×sin θ×csc α+W×sin θ-D)/(1+sin θ)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之滾動模組，其中該間隔柱的柱徑為Dspacer，該間隔柱的柱高為Lspacer，該間隔柱最大可量測的直線距離為Lspacer-max，滿足下列關係式：Lspacer-max=√(D² spacer+L² spacer)。
5. 一種具有滾動模組的滾柱螺桿，包含：一螺桿，具有一軸線以及一繞該軸線螺旋設置於外部的外螺旋槽道；一螺帽，是沿該軸線方向套設於該螺桿，並包含一繞該軸線螺旋設置於內部的內螺旋槽道，且該內螺旋槽道與外螺旋槽道形成一滾動軌道；一滾動模組，組設在該滾動軌道內，並包含複數滾柱及複數間隔柱，其中：各該滾柱，同向排列地組設於該滾動軌道；各該間隔柱，同向排列地組設於該滾動軌道，且各該間隔柱的排列方向與各該滾柱的排列方向不同、及各該間隔柱與各該滾柱呈交錯排列及相互靠抵；該滾柱的柱徑為D，該間隔柱的柱徑為Dspacer，該間隔柱的最小柱徑為Dspacer-min，該間隔柱的柱高為Lspacer，該間隔柱最大可量測的直線距離為Lspacer-max，該滾動軌道的軌寬為W，滿足下列關係式：D>Dspacer>Dspacer-min；D>Lspacer；Lspacer-max≧W。
6. 如申請專利範圍第5項所述之具有滾動模組的滾柱螺桿，其中該滾柱的柱徑為D，該間隔柱的柱徑為Dspacer，該間隔柱的最小柱徑為Dspacer-min， 滿足下列關係式：0.9D>Dspacer>Dspacer-min。
7. 如申請專利範圍第5項所述之具有滾動模組的滾柱螺桿，其中該間隔柱的最小柱徑為Dspacer-min，該滾動模組的節圓直徑PCD，相鄰該滾柱於該滾動軌道之軌道面的最小夾角為θ，該滾柱傾斜角為α，該滾動軌道的軌寬為W，該滾柱的柱徑為D，滿足下列關係式：Dspacer-min=(PCD×sin θ×csc α+W×sin θ-D)/(1+sin θ)。
8. 如申請專利範圍第5項所述之具有滾動模組的滾柱螺桿，其中該間隔柱的柱徑為Dspacer，該間隔柱的柱高為Lspacer，該間隔柱最大可量測的直線距離為Lspacer-max，滿足下列關係式：Lspacer-max=√(D² spacer+L² spacer)。