專利名稱：滾動絲杠的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種如權利要求1的總體部分所述的滾柱絲杠。
背景技術：
關于線性致動器，在其它文獻(US-A-3，395，385、 US-A-3，730，016、 U-A-3，756，092 )中已作了描述，線性致動器由一個或多個螺紋螺母絲 杠或外螺紋滾柱組成，具有相同螺紋階梯(或階梯等于整倍數或倒數 是整數的分數)的絲杠靠在其螺紋上轉動，發現的問題如下
-不能確保線性運動與絲杠轉數成正比；
-當絲杠的軸向載荷降到最小值時行程速度不規則，因為沒有充 分負載的螺母絲杠軸承受阻且絲杠在受阻的螺母絲杠上滑動，這就產 生階梯不規則且至多等于螺紋階梯的行程；
-效率低，因為采用了不適當的螺紋牙形；
-預載荷的存在極大地降低了機構效率，該預載荷是因載荷過度 減小為避免螺母絲杠或滾柱(或絲杠)意外受阻而加進的；
-在絲杠同時與不止一個螺母絲杠或滾柱耦合的情況下硬化或受阻。
實際上，這些現有文獻中描述的發明特別試圖 -采用預載荷來解決行程不規則的問題；
-阻擋螺母絲杠(或多個絲杠)，以獲得等于絲杠轉速的雙行程
速度；
-以手動或自動模式、分級或連續模式通過絲杠轉數改變行程， 以便使速度與等于系統驅動馬達的每分鐘轉數的載荷相適應。
尤其是，在文獻US-A-3，730，016中，公開了一種根據載荷通過絲 杠轉數改變線性行程的裝置，不過，該裝置不具備功能精確性、效率 不高，且在最大載荷下，螺紋在表示最弱區的牙頂附近受到應力。
只有一篇文獻WO 2004/113762A2 (發明人與本發明的發明人相 同)提到了同步化的存在，不過，卻未提到驅動上述同步化的裝置。
沒有哪個已知系統在缺乏同步化的情況下確保控制軸每轉的行程 恒定而精確，而不管外部載荷和裝置的結構及裝配公差如何。也沒有 哪篇引用文獻對絲杠/螺母絲杠耦合、接觸點以及由螺紋牙形引起的效 率低下的原因進行過精確分析。
這些文獻中沒有一篇提到絲杠與螺母絲杠之間的預加載壓縮的效果。
文獻中亦沒有提到耦合螺紋之間間隙很小以便提高效率的效果。 同樣，沒有提及任何表面硬化處理的執行，以便防止絲杠與螺母 絲杠之間提前發生的接觸點磨損。
發明內容
本發明的主要目的在于，實現一種確保絲杠行程精確的裝置，而 不管作用的載荷如何。
另一個目的在于，實現一種本征可靠、安全、使用壽命長的裝置。 又一個目的在于，實現一種效率高的裝置。
這些目的是根據權利要求，尤其是根據權利要求1的特征部分實 現的
-利用以簡單、經濟、可靠的方式獲得的、螺紋上耦合的元件旋 轉的同步化，其可借助于普通機床和已知的加工技術，通過螺紋上耦 合的兩個元件中至少一個的螺紋特殊構造實現；實際上，任何利用絲
了行程的不規則性并將每轉的行程固定在已知值，而不管存在的載荷 和摩擦如何；
-利用將摩擦引起的損失降到最小的螺紋之間的耦合系統； -利用將摩擦引起的損失降到最小并提高螺紋阻力的螺紋牙形； -利用減少摩擦引起的損失和耦合螺紋上磨損的表面硬化處理。
借助于附圖表，通過對一些示為非限制性實例的本發明優選、但 決非排他性的裝置的實施例進行詳細說明，將更為清楚地了解本發明
進一步的特征和優點，其中
圖l和2 (表I)分別示出本發明同步裝置根據線II-II剖開的平 面圖和前^L立面圖3 (表II)示出圖l和2中裝置剖面的透視圖4(表II)示出圖1、2和3中裝置的絲杠的透視圖，螺紋的齒 頂嵌在螺母絲杠中；
圖5 (表II)示出具有用鍵固定的齒輪的、圖1、 2、 3中裝置的 只是螺母絲杠的剖面的透視圖6和7 (表III)示出本發明裝置的另一實施例中螺母絲杠和絲 杠的剖面的透視圖，螺母絲杠在螺紋的溝槽中具有嚙合齒；
圖8和9 (表III)示出本發明裝置的另一實施例中螺母絲杠和絲 杠的剖面的透視圖，螺母絲杠在螺紋牙頂中具有嚙合齒；
圖10和11 (表IV)示出本發明裝置的另一實施例中螺母絲杠和 絲杠的剖面的透視圖，螺母絲杠在螺紋溝槽中具有嚙合齒；
圖12和13 (表IV)示出本發明裝置的另一實施例中螺母絲杠和 絲杠的剖面的透視圖，螺母絲杠配有突出的釘齒(peg);
圖14和15 (表IV)示出本發明裝置的另一實施例中螺母絲杠和 絲杠的剖面的透視圖，螺母絲杠配有狹槽；
圖16、 17、 18 (表V)分別示出本發明配有兩個螺紋面帶齒的螺 母絲杠和絲杠的同步化實施例的平面圖、剖視圖以及透視圖19、 20、 21 (表V)分別示出本發明配有兩個螺紋面帶齒且具 有圓邊的螺母絲杠和絲杠的同步化實施例的平面圖、剖視圖以及透視 圖22和23 (表V)分別示出本發明配有與具有波狀螺紋的絲杠 耦合的滾柱的另 一 同步化實施例的前視圖和透視圖24和25 (表VI)分別示出嵌入兩個相同螺母絲杠中的絲杠的 平面圖和剖切的前視立面圖26和27 (表VI)分別示出嵌入兩個不同螺母絲杠中的絲杠的 平面圖和剖切的前;f見立面圖28和29 (表VII)分別示出與三個相同滾柱耦合的絲杠的平面 圖和剖切的前視立面圖30和31 (表VII)分別示出與兩個不同滾柱耦合的絲杠的平面 圖和剖切的前視立面圖32和33 (表VIII)分別示出嵌在相同螺母絲杠中的兩個相同 絲杠的平面圖和剖切的前視立面圖34和35 (表VIII)分別示出嵌在相同螺母絲杠中的兩個不同 絲杠的平面圖和剖切的前視立面圖36和37 (表VIII)分別示出與同一滾柱耦合的兩個不同絲杠 的平面圖和前視立面圖38和39 (表VIII)分別示出嵌在同一螺母絲杠中的三個不同 絲杠和第四中央絲杠的平面圖和前^L立面圖40、 41和42 (表IX)分別示出借助于皮帶和皮帶輪同步的絲 杠和螺母絲杠的平面圖、前視立面圖和透視圖43 (表IX)示出根據圖40、 41、 42同步完成的裝置的透視圖44和45 (表IX)分別示出借助于斜螺紋同步的、嵌在螺母絲 杠中的絲杠的平面圖和剖切的前視立面圖46和47 (表X)分別示出具有在殼體的螺紋和光滑壁上配有 同步的衛星滾柱的絲杠的平面圖和剖切的前視立面圖48、 49、 50、 51 (表XI)分別示出嵌入具有較大公稱直徑的內 螺紋中的外螺紋的平面圖、剖切的前視立面圖、剖面側視圖以及透視
圖52 (表XI)示出本發明理想螺紋的剖面；
圖53 (表XI)示出本發明理想螺紋的另一實例。
具體實施例方式
現具體參照上述附圖，描述本發明全部以附圖標記l(圖1、 2、 3) 表示的裝置的優選但非排他性的第一實施例。該裝置特別有利于使旋 轉運動達到向指令所需具有正常運動、精確定位、高效水平以及小力 矩的線性運動轉化。
裝置1包括一個由絲杠結合的兩部分組成的不同元件的主體或殼 體2、 一個裝有齒圏4的螺母絲杠3、兩個螺母絲杠支承軸承5和一個 由兩個導向軸承7在軸向上引導的具有齒頂的絲杠6。導向軸承7具 有公稱直徑與絲杠6相同的孔；絲杠6以很微小的間隙嵌在孔中，以 便使能軸向滑動。絲杠6具有公稱直徑小于螺母絲杠3的螺紋。螺母 絲杠3偏心地安裝在主體2內，使得絲杠6和螺母絲杠3的螺紋彼此 接觸，盡管它們之間保持有很微小的間隙(指示性范圍0.001-0.1mm)。 同時，絲杠6螺紋牙頂上的嚙合齒與固定在螺母絲杠3上的齒輪4的 嚙合齒嚙合，從而限制絲杠6與螺母絲杠3的轉數之間的比。實際上， 齒輪4剛性地固定在螺母絲杠3上。此外，齒數比等于絲杠與螺母絲 杠的滾動節圓直徑之間的比，該比即使沒有嚙合齒也會存在。這樣， 不影響機構效率，確保特別精確的行程階梯，沒有不規則性和猛動 (whiplash)動作，不管外部載荷如何。特殊的螺紋構造，即其絲杠螺 紋牙頂的圓柱面(除了嚙合槽外)、絲杠螺紋的凸螺紋面、螺母絲杠 螺紋的凹螺紋面以及在相對運動中彼此接觸的部件(螺紋、嚙合齒、 導向件)的表面硬化處理確保了高效率和耐磨損。
一般來說，在一優選、但非排他性的實施例中，同步裝置由一個 或多個具有在牙頂上配有嚙合齒的螺紋的絲杠6、 23、 25、 28、 31、 34、 36、 37、 39、 40、 42、 58組成，也可由一個或多個螺母絲杠3、 24、 26、 27、 35、 38、 43或一個或多個外螺故滾柱29、 32、 33、 41、 59組成，在那上面，各固定至少一個能與絲杠的螺紋牙頂的嚙合齒耦 合的齒輪4。
在另一優選、但非排他性的實施例中，同步裝置亦可由具有帶嚙 合齒的螺紋的絲杠16、 17、 18、 19、 20、 21、 22、 23、 25、 28、 31、 34、 36、 37、 39、 40、 42、 58組成，也可由一個或多個螺母絲杠8、 9、 10、 11、 12、 13、 14、 24、 26、 27、 35、 38、 43或一個或多個滾柱15、 29、 32、 33、 41、 59組成，它們的螺紋使能以與絲杠的螺紋嚙合齒耦 合的方式嚙合。在這種情況下，螺母絲杠或滾柱上不必有固定的齒圏。 作為均配有螺紋嚙合齒的絲杠與螺母絲杠(或滾柱)之間耦合實 例的非排他性實施例描述如下
-具有在牙頂上配有嚙合齒的螺紋的絲杠(圖6中的6和圖10中 的17)，其與具有配有溝槽嚙合齒的螺紋的螺母絲杠(圖6和7中的 8及圖10和11中的10 )耦合；
-具有配有溝槽嚙合齒的螺紋的絲杠(圖8中的16),其與具有 在牙頂中配裝嚙合齒的螺紋的螺母絲杠(圖8和9中的9)耦合；
-具有減少到狹槽范圍的齒狀螺紋的絲杠(圖12中的18),該 狹槽沿著外表面上的理想螺線徑向排列；螺旋階梯等于螺紋理論階梯； 這些狹槽可在絲杠轉軸的方向上對準，或它們可交錯布置；所述絲杠 與螺母絲杠(圖12和13中的11)耦合，螺母絲杠具有減少到釘齒范 圍的齒狀螺紋，這些釘齒軸向對準或交錯布置，沿著孔表面上的理想 螺線徑向排列；螺旋階梯等于螺紋理論階梯；
-具有減少到釘齒范圍的齒狀螺紋的絲杠(圖14中的19),這 些釘齒沿著外表面上的理想螺線徑向排列；螺旋階梯等于螺紋理論階 梯；釘齒可在絲杠轉軸的方向上對準，或它們可交錯布置；該絲杠與 具有減少到狹槽范圍的齒狀螺紋的螺母絲杠(圖14和15中的12)耦 合，這些狹槽軸向對準且交錯布置，沿著孔表面上的理想螺線徑向排 列；螺旋階梯等于螺紋理論階梯；
-具有在兩個螺紋面(圖16、 17和18中的20)或僅在一個螺紋 面上配有嚙合齒的螺紋的絲杠，其與具有也在兩個螺紋面(圖16、 17 和18中的13)或僅在一個螺紋面上配有嚙合齒的螺紋的螺母絲杠耦 合；齒可軸向對準或交錯布置；
-具有在兩個螺紋面(圖19、 20、 21中的21)上配有帶圓邊的 嚙合齒的螺紋的絲杠，其與具有也在兩個螺紋面(圖19、 20、 21中的
14)上配有帶圓邊的嚙合齒的螺紋的螺母絲杠耦合；如果齒交錯布置， 嚙合邊緣便可弄圓到嚙合齒自身呈現螺紋波狀形式的程度，而如果齒 是對準的，嚙合齒就呈現為螺紋厚度的波形；
-具有在兩個螺紋面(圖22和23中的22)上配有帶圓邊的嚙合 齒的螺紋的絲杠，其與具有也在兩個螺紋面(圖22和23中的15)上 配有帶圓邊的嚙合齒的螺紋的滾柱耦合；如果齒交錯布置，嚙合邊緣 便可弄圓到嚙合齒自身呈現螺紋波形(圖22和23)的程度，而如果 齒是對準的，嚙合齒就呈現為螺紋厚度的波形。
在螺紋之間每次耦合時，絲杠螺紋的齒數與齒圏或螺母絲杠螺紋 或滾柱的齒數的比相應等于絲杠的滾動節圓直徑(圖48中的Dpv(絲 杠的節圓直徑))與螺母絲杠(或滾柱)的滾動節圓直徑(圖48中的 Dpm (螺母絲杠的節圓直徑))之間的比。無論是絲杠還是螺母絲杠 (或滾柱)，它們的齒形都可以是任何類型(例如外擺線、內擺線、漸 開線等)。除了存在嚙合齒外，螺紋牙形也可以是任何類型。
耦合元件具有相同的螺紋階梯，或不同的階梯，但必須限定如下 耦合元件之間較大螺紋階梯與較小階梯之間的比必須是整數。螺紋可 以是多頭。在保持螺紋階梯之間上述采用的比的條件下，螺紋具有不 同頭數。耦合元件的螺紋方向根據所需的行程階梯可以相同或不同。
絲杠可由溝槽軸替代。以相同的方式，螺母絲杠可由具有溝槽孔 表面、溝槽階梯和輪廓的襯套替代，以便與絲杠螺紋耦合。同樣，滾 柱可改為開槽的，而不是制螺紋的。
當它們在直徑和螺紋特性上彼此完全相等且只處在同步條件下 時，螺母絲杠(圖24和25中的24)或外螺紋滾柱(圖28、 29、 46、 47中的29和59)可不止一個地與絲杠23、 28、 58同時耦合，且不會 對系統產生問題。
這樣，載荷可分布在多個螺母絲杠24或多個滾柱29、 59當中， 且借助于部件當中特殊的相對定位，絲杠導向軸承上的載荷可減少或 消除。
也可采用兩個或多個螺母絲杠或兩個或多個滾柱，以便預加載絲
杠，以消除間隙，由此獲得不利于效率的高度精確定位。
同一主體內更多的螺母絲杠(圖26和27中的26和27)或滾柱 (圖30和31中的32和33)相對于主體產生不同的行程螺旋階梯，這 些螺母絲杠或滾柱盡管彼此直徑不同，但同步并配有與絲杠螺紋25、 31接合/脫離的機構， 一次一個地與絲杠接觸。
在各種情況下，旋轉指令可交替地傳遞到
-在螺母絲杠(或滾柱)受齒狀螺紋驅動且主體旋轉受阻的情況 下，傳遞到絲杠；
-在絲杠受齒狀螺紋驅動且主體旋轉受阻的情況下，傳遞到螺母 絲杠(或滾柱)；
-在螺母絲杠(或滾柱)受繞著絲杠偏心旋轉的主體的驅動且絲 杠旋轉受阻的情況下，傳遞到主體。
此外，軸向運動可通過絲杠(主體軸向固定)或主體(絲杠軸向 固定)執行。
在螺母絲杠(圖32、 33、 34、 35中的35、 38)的公稱直徑比絲 杠大得多的情況下，更多的絲杠34、 36、 37各自可隨其導向軸承嵌入 到螺母絲杠本身35、 38中，以便實現
-在相同的絲杠同時與同一螺母絲杠耦合(圖32和33)的情況 下，螺母絲杠每轉的絲杠行程相同；
-在不同的絲杠(對于直徑和/或螺紋方向和/或階梯和/或頭數) 同時與同一螺母絲杠耦合(圖34和35)的情況下，螺母絲杠每轉的 各絲杠的行程不同(即便在相反的方向上)；
—每個絲杠與螺母絲杠單獨接合/脫離；
-采用其內嵌有多個絲杠的多個螺母絲杠(根據進行中的情況同 時或單獨地接合)。
以相似的方式，單個滾柱(圖36和37中的41)不論其直徑如何 都可與多個各自具有其導向軸承的絲杠39、 40耦合，以便實現
-在相同絲杠同時與同 一滾柱耦合的情況下，滾柱每轉的絲杠行 程相同；-在不同絲杠(對于直徑和/或螺紋方向和/或階梯和/或頭數)同 時與同一滾柱耦合的情況下，滾柱每轉的各絲杠的行程不同(即使在
相反的方向上)；
-每個絲杠與滾柱單獨接合/脫離；
-采用具有多個絲杠的多個滾柱(根據進行中的情況同時或單獨 地接合)。
一具體的組合實施例(圖38和39)是由其內嵌有多個相同絲杠 42且與其耦合有螺紋的螺母絲杠43組成的，另一絲杠(或滾柱)44 在中心與所有與螺母絲杠耦合的絲杠的螺紋接觸，且它配有使能在與紋。
在另一實施例中，絲杠與螺母絲杠或滾柱的螺紋上嚙合齒之間的 同步連接也可通過其它插入裝置，比如齒輪、皮帶輪、皮帶、鏈條、 纜索等以及傳動軸和齒輪、開槽輪廓等進行。
作為非排他性實例，在絲杠45的導向軸承(圖40、 41、 42、 43
中的48)之一中，可嵌入一個襯套49，其具有帶開槽輪廓的孔，能與 絲杠螺紋的嚙合齒嚙合，使得同一絲杠的軸向運動自由；同一襯套上 還設有與齒帶50耦合的齒狀皮帶輪。
皮帶隨后與安裝在傳動軸52上的皮帶輪53耦合，傳動軸52上用 鍵固定另一皮帶輪54，其又借助于另一齒帶51與固定在螺母絲杠46 上的環47連接。
在該非排他性實例中，殼體55還容納插入的同步裝置，比如傳動 軸、皮帶和皮帶輪。
另一實施例(圖44和45)是這樣實現的，即增大絲杠56和螺母 絲杠57或滾柱的螺紋斜度，直到達到在螺紋之間產生完成運動 (motoring over)的值，以防止螺母絲杠57或滾柱受阻，即使在無載 荷的情況下也如此。在任何情況下，斜度都將小于在載荷下絲杠旋轉 受阻時產生螺母絲杠(或滾柱)旋轉(或反之亦然)的值，以在絲杠 與殼體之間產生相對的軸向滑動運動，并且斜度還將取決于螺紋牙形
和接觸表面之間的摩擦。
在絲杠螺紋與滾柱螺紋之間和/或滾柱螺紋與殼體螺紋之間，利用 螺紋特性(齒狀或傾斜)的同步也可采取絲杠與衛星滾柱或滾柱再循
環的特定形式使用。作為非排他性的實例，裝在保持架60中的、與絲 杠58同步的衛星滾柱(圖46和47中的59)也在殼體61內旋轉，殼 體61的內壁無螺紋或溝槽，但至多僅有能與滾柱(59)的螺紋耦合的 嚙合齒。殼體同一內壁凸起(relief)中的邊緣支承通過滾柱傳遞的載 荷。
在螺紋階梯相同時，螺紋斜度隨公稱直徑和螺紋方向而變；因此， 具有不同直徑的兩個元件的螺紋也具有不同的斜度(圖49)。此外， 在切點斜度不同時，絲杠與滾柱耦合情況下的螺紋的直徑和螺紋方向 相同。因此，就會注意到
-螺紋必然不可能具有矩形牙形，否則絲杠與螺母絲杠或絲杠與 滾柱之間不存在耦合；
-在螺紋具有三角形或梯形牙形的情況下，存在耦合，但是如果 不考慮到微量間隙，兩個接觸點(一個在一個螺紋面上， 一個在相反 的螺紋面上，圖48中的Pl和P2)并不對準在平行于絲杠軸的同一直 線上(除了絲杠和滾柱具有相同公稱直徑和螺紋方向的情況)；
-絲杠與螺母絲杠(或滾柱)之間的相對旋轉軸(圖48中的C) 位于穿過絲杠軸和螺母絲杠(或滾柱)軸的平面上，并且因此，在螺 紋接觸點之間的中間區域中，準確地位于絲杠與螺母絲杠(或滾柱) 之間相對4t轉的節圓直徑Dpv和Dpm的切點中。
考慮到這些條件，在無外部載荷的情況下，相對于相對旋轉的中 心(圖48中的C)存在摩擦力臂(圖48中的B)，這降低了效率。
因此，重要的是，留有微量間隙，使得螺母絲杠螺紋的每次轉動 僅有一個與絲杠螺紋接觸的接觸點(圖48中的Pl或P2)。
此外，通過使摩擦力臂B最小化來提高效率；這主要通過增大絲 杠與螺母絲杠(或滾柱)螺紋之間的斜度差實現。尤其是，當絲杠和 螺母絲杠螺紋具有相同的方向時，效率隨著螺母絲杠直徑與絲杠直徑
之間的比的增大而提高。
最小預加載影響是利用最佳條件，即絲杠和滾柱具有相同直徑、
相同牙形、階梯、頭數以及螺紋方向(圖22和23)實現的，以便獲 得最大效率，即使不存在間隙時也會獲得。
由于載荷不被送至由材料中產生最大張力的螺紋牙頂(也是通過 嚙合齒開槽的區域)承擔，從而防止削薄牙頂本身，產生會損害整個 機構的細小顆粒，所以內螺紋(圖52和53中的F)和外螺紋(圖52 和53中的M)都具有帶圓邊RC (圖52和53)的牙頂。
為了減小螺紋底部區域的張力，兩螺紋之間實現最大的連接半徑 RFM (圖53 )。
螺紋另一所必要的條件是絲杠螺紋(M)的牙頂上(像在梯形螺 紋上一樣)需為圓柱面(圖52和53中的SC)，以在絲杠導向軸承(7) 上獲得良好的支承。
為了在螺紋當中獲得大致為圓形的栽荷分布區，且在中心具有最 大張力，位于螺紋之間的旋轉節距圓周附近，理想的齒形是產生球面-球面型的接觸。實際上說來，這涉及使絲杠和滾柱螺紋點對點地盡可 能接近于凸球面(圖2和53中的SM)，同時螺母絲杠螺紋必定為凹 球面型(圖52和53中的SF)。出于易于構造的原因和圓形接觸區域 必須主要在載荷下，也即在螺紋變形時獲得的事實，結構輪廓可能與 理論輪廓有稍微不同。這樣接觸區中螺紋部分(螺紋面)的實際輪廓 必須在 一 旦加載時產生近似圓形的接觸區。
另一螺紋的必要條件是，必須深到足以使絲杠螺紋(或螺母絲杠 或滾柱的)在牙頂上或溝槽中能嚙合，卻又不會減小螺紋的接觸區域。
由于絲杠與螺母絲杠之間的接觸出現在極其有限的區域(幾乎是 點狀)，絲杠和螺母絲杠(或滾柱)的表面將會受到磨損。因此，為 了確保工作壽命足夠長，有利的是，絲杠和螺母絲杠將借助于表面硬 化處理中至少一種，比如氨硬化、表面滲碳硬化、淬火硬化等進行表 面硬化。
因此，同步裝置的存在使行程速度與指令速度之間的比能精確和
恒定，確保絲杠相對于主體精確定位。此外，允許對螺母絲杠(或滾 柱)和絲杠同時控制，不再簡單地通過摩擦對兩個元件中的一個進行 監控。運動不規則的問題連同猛動得到消除，且機構可用于精確的運 動。 一旦兩個耦合的螺紋元件中的一個受阻，另一個元件的旋轉和相 對滑動也會受阻。最佳的螺紋、加之無內部預載荷以及減小磨損和摩 擦的表面硬化都提供最大的機構效率。
權利要求
1、一種滾動絲杠(1)，包括-第一外螺紋元件(6)，其由具有一個頭或多個頭的螺紋的絲杠組成；-第二外螺紋或內螺紋元件(3)，其具有適用于在至少一個接觸點與所述第一螺紋元件(6)連續耦合的螺紋；-裝置(5)，其允許所述第二元件相對于殼體(2)自由旋轉，同時阻擋軸向和徑向運動；-裝置(7)，其使所述第一元件(6)的軸線的位置相對于殼體(2)能保持固定和恒定，以維持所述第一元件(6)的軸相對于所述第二元件(3)的旋轉軸線平行、不相重合并處于固定距離，不過同時使a)所述第一元件(6)相對于殼體(2)的軸向滑動動作和旋轉；b)所述第一元件(6)和所述第二元件(3)的螺紋能耦合；-使所述第一元件(6)與所述第二元件(3)之間的相對旋轉同步的裝置；-上述元件和裝置的殼體(2)；所述絲杠的特征在于，兩個螺紋元件中的至少一個具有螺紋構造，以致使旋轉運動能傳送到另一個元件，而設有相對切向滑動。
2、 如權利要求1所述的滾動絲杠，其特征在于，所述第一螺紋元 件與所述第二螺紋元件之間無滑動動作的相對旋轉的齒數比等于所述 第一元件螺紋的滾動節圓直徑與所述第二元件螺紋的滾動節圓直徑之 間的比，這樣以便維持線性行程與指令旋轉之間的比恒定且與載荷和 速度無關。
3、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，所述第一外螺紋元 件(6)具有嚙合的螺紋牙頂，其帶有任何類型的嚙合齒。
4、 如權利要求3所述的滾動絲杠，其中，所述第二螺紋元件(3) 由單件或彼此用鍵固定的多件的螺母絲杠組成，其中，所述第一元件 嵌入，所述螺母絲杠具有公稱直徑大于所述第一元件螺紋的內螺紋， 且配有一個或多個與螺紋同軸的齒圏(4),能與所述第一元件(6) 的螺紋牙頂的嚙合齒耦合。
5、 如權利要求3所述的滾動絲杠，其中，所述第二螺紋元件由單 件或彼此用鍵固定的多件的外螺紋滾柱組成，所述第一元件與其橫向 耦合，所述外螺紋滾柱具有公稱直徑等于或不同于所述第一元件的螺 紋，且配有一個或多個與螺紋同軸的齒圏，并能與所述第一元件的螺 紋牙頂的嚙合齒耦合。
6、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，所述第一外螺紋元 件(6、 16、 17、 20、 21、 22)具有單頭或多頭螺紋，其中，螺紋中至 少一個在螺紋牙頂上或溝槽中或螺紋面內具有嚙合齒。
7、 如權利要求6所述的滾動絲杠，其中，所述第二螺紋元件由內 嵌所述第一元件的螺母絲杠(8、 9、 10、 13、 14)組成，所述螺母絲 杠具有公稱直徑大于所述第一元件螺紋的內螺紋，具有相容的齒狀螺 紋，且能與所述笫一元件的螺紋嚙合齒耦合。
8、 如權利要求6所述的滾動絲杠，其中，所述第二螺紋元件由所 述第一元件(22)與其橫向耦合的外螺紋滾柱(15)組成，所述滾柱 具有公稱直徑等于或不同于所述第一元件的螺紋，具有相容的齒狀螺 紋，且能與所述第一元件的螺紋嚙合齒耦合。
9、 如權利要求6所述的滾動絲杠，其中，所述第一螺紋元件(18)具有減少到狹槽范圍的齒狀螺紋，這些狹槽軸向對準或交錯布置，沿 著外表面上的理想螺線徑向排列，具有等于螺紋理論階梯的階梯。
10、 如權利要求7所述的滾動絲杠，其中，所述螺母絲杠(ll)具有減少到釘齒范圍的齒狀螺紋，這些釘齒軸向對準或交錯布置，沿 著孔表面上的理想螺線徑向排列，具有等于螺紋理論階梯的階梯，能 與所述第 一元件的狹槽耦合。
11、 如權利要求8所述的滾動絲杠，其中，所述滾柱具有減少到 釘齒范圍的齒狀螺紋，這些釘齒軸向對準或交錯布置，沿著外表面上 的理想螺線徑向排列，具有等于螺紋理論階梯的階梯，能與所述第一 元件的狹槽耦合。
12、 如權利要求6所述的滾動絲杠，其中，所述第一螺紋元件(19) 具有減少到釘齒范圍的齒狀螺紋，這些釘齒軸向對準或交錯布置，沿 著外表面上的理想螺線徑向排列，具有等于螺紋理論階梯的階梯。
13、 如權利要求7所述的滾動絲杠，其中，所述螺母絲杠(12) 具有減少到釘齒范圍的齒狀螺紋，這些釘齒軸向對準或交錯布置，沿 著孔表面上的理想螺線徑向排列，具有等于螺紋理論階梯的階梯，能 與所述第 一元件的釘齒耦合。
14、 如權利要求8所述的滾動絲杠，其中，所述滾柱具有減少到 狹槽范圍的齒狀螺紋，這些狹槽軸向對準或交錯布置，沿著外表面上 的理想螺線徑向排列，具有等于螺紋理論階梯的階梯，能與所述第一 元件的狹槽耦合。
15、 如權利要求6、 7、 8所述的滾動絲杠，其中，螺紋面上的嚙 合齒(15、 22)表現為螺紋本身的波形。
16、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，使所述第二元件 能自由旋轉的裝置(5)由一個或多個軸承組成，其滾動或滑動、徑向、 軸向或傾斜繞著螺母絲杠安裝或安裝在滾柱的端部上，使所述螺母絲 杠或滾柱繞著其自身軸能自由旋轉，但防止出現任何相對于殼體的軸 向或徑向運動，所述軸承的內環能由螺母絲杠本身或滾柱本身的端部 組成，或螺母絲杠或滾柱的各端部用鍵固定在所述軸承的內環中，所 述軸承的外環能由殼體本身組成，或與所述殼體接觸。
17、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，所述保持所述第 一元件的旋轉軸與所述第二元件的旋轉軸之間的距離和平行度固定和 恒定的裝置(7)由一對滾動或滑動軸承組成，其能承受徑向和軸向栽 荷，各自位于螺母絲杠底部或滾柱端部的附近，外環固定到所述殼體 上，而所述第一元件嵌入內環的孔中，在所述軸承的內環中具有最小 間隙，足以使能軸向運動和旋轉，但能阻擋絲杠本身的徑向運動，所 述軸承引導所述第一元件，襯套可以用鍵固定，以使軸承內環孔的尺 寸與所述第一元件的外徑尺寸相匹配。
18、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，所述保持所述第 一元件的旋轉軸與所述第二元件的旋轉軸之間的距離和平行度固定和恒定的裝置(7)還確保所述第一元件與所述第二元件的螺紋之間存在 間隙，即使是存在最小間隙。
19、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，所述第二螺紋元 件上所述第一螺紋元件的旋轉節圓直徑小于螺紋牙頂上嚙合齒的內 徑，這樣使得第一元件的螺紋與第二元件的螺紋之間的接觸在相對旋 轉過程中連續地產生，且不會因嚙合齒的存在而中斷。
20、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，所迷第一元件的 螺紋牙頂具有直徑等于螺紋外徑的圓柱面，以確保有足夠大的用于所 述裝置(7)上所述第一元件的支承面，所述裝置(7)使能保持所述 第一元件的軸線所述第二元件的旋轉軸線之間的距離和平行度固定和 恒定。
21、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，所述第一元件和 所述第二元件具有螺紋牙形，根據該螺紋牙形，所述第一元件的螺紋 與所述第二元件的螺紋之間的每個接觸區域盡可能接近圓。
22、 如權利要求1或2所迷的滾動絲杠，其中，所述第一外螺紋 元件的螺紋牙形為帶曲線的凸形，以致能在靜止和工作條件下使曲線 精確地接近于球形的曲線。
23、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，所述第二元件在 外螺紋情況下的螺紋牙形為帶曲線的凸形，以致能在靜止和工作條件 下使所述曲線精確地接近于球形，而在內螺紋情況下的螺紋牙形為帶 曲線的凹形，以致能在靜止和工作條件下使曲線精確地接近于球形的 曲線。
24、 如權利要求1或2所迷的滾動絲杠，其中，所述第一螺紋元 件已受到表面硬化處理，比如氨硬化、表面滲碳硬化、淬火硬化或別 的硬化處理，以便減少磨損和摩擦。
25、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，所述第二螺紋元 件已受到表面硬化處理，比如氨硬化、表面滲碳硬化、淬火硬化或別 的硬化處理，以便減少磨損和摩擦。
26、 如權利要求17所述的滾動絲杠，其中，所述第一元件發生軸 向滑動動作的表面通過表面硬化處理，比如氨硬化、表面滲碳硬化、 淬火硬化或別的硬化處理進行硬化，以便減少磨損和摩擦。
27、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，配有多個螺母絲 杠(24)，其具有形狀和直徑相同的螺紋，與第一元件恒定地耦合， 以分布載荷的方式排列，以減少第一元件的彎曲，且能以消除所有可 能的軸向間隙的方式產生預載荷。
28、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，配有多個螺紋滾 柱(29)，其具有形狀和直徑相同的螺紋，與第一元件恒定地耦合， 以分布載荷的方式排列，以減少第一元件的彎曲，且能以消除所有可 能的軸向間隙的方式產生預載荷。
29、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，配有多個螺母絲 杠(26、 27)，其具有牙形與第一元件相容的螺紋，但具有不同的直 徑，能以產生不同行程階梯的方式一次一個地與第一元件耦合。
30、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，配有多個螺紋滾 柱(32、 33)，其具有牙形與第一元件相容的螺紋，但具有不同的直 徑，能以產生不同行程階梯的方式一次一個地與第一元件耦合。
31、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，配有多個絲杠(34 )， 其具有形狀和直徑相同的螺紋，與螺母絲杠或滾柱恒定地耦合。
32、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，配有多個絲杠(36、 37)，其具有直徑和/或階梯和/或頭數和/或螺紋方向不同的螺紋，但 與螺母絲杠和/或滾柱相容，并且可與螺母絲杠和/或滾柱同時或交替地 耦合，以便產生不同的行程階梯。
33、 如權利要求31所述的滾動絲杠，其中，在螺母絲杠的中心配 有另一絲杠(44)，其與別的絲杠的螺紋耦合，相對于中心絲杠用作 滾柱。
34、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，絲杠螺紋(45) 上的嚙合齒與固定在螺母絲杠(46)(或滾柱)上的環(47)或螺母 絲杠螺紋(46)的嚙合齒或滾柱本身的嚙合齒之間的耦合通過其它插 入裝置(49、 50、 51、 52、 53、 54)，比如齒圏、皮帶(50、 51)、 皮帶輪(53、 54)、鏈條、纜索等以及傳動軸(52)和齒輪、開槽輪 廓等產生。
35、 如權利要求1或2所述的滾動絲杠，其中，螺紋上的嚙合齒 由螺紋階梯與直徑之間較大的比(較大的螺紋斜度)(56、 57)替代， 其達到在螺紋之間產生完成運動力的值，即使無栽荷，也足以防止螺 母絲杠或滾柱受阻，螺紋斜度小于即使絲杠旋轉受阻在載荷下產生螺 母絲杠旋轉的值。
36、 如權利要求28所述的滾動絲杠，其中，滾柱(59)設定在同 一水平位置，且與支承其端部的保持架(60)保持相同的距離，在中 空圓柱體(61)內與該體內表面相接觸地旋轉。
37、 如權利要求28所述的滾動絲杠，應用于衛星滾柱絲杠和滾柱 再循環絲杠，以增大結構和應用，同步應用在絲杠與滾柱之間、或滾 柱與殼體或螺母絲杠之間，或同時應用在絲杠、滾柱與殼體或螺母絲 杠之間。
38、 一種通過利用前述權利要求中的一項或多項所述類型的同步 系統優化螺紋耦合的功能和性能的方法。
39、 一種通過利用權利要求19、 20、 21、 22、 23中的一項或多項 所述類型的特殊螺紋牙形優化螺紋耦合的功能和性能的方法。
40、 一種通過螺紋的表面硬化處理和其它承受強大載荷、摩擦和 磨損的元件表面硬化處理優化如前述權利要求中的一項或多項所迷的 螺紋耦合的功能和性能的方法。
全文摘要
一種滾動絲杠(1)包括第一外螺紋元件(6)；第二螺紋元件(3)；裝置(5)，其使所述第二螺紋元件能相對于殼體(2)自由旋轉；以及裝置(7)，其使所述第一螺紋元件(6)的軸的位置相對于殼體(2)能保持固定和恒定。此外，還預見有使所述第一元件(6)與所述第二元件(3)之間相對旋轉的同步裝置。所述絲杠的特征在于，兩個螺紋元件中的至少一個具有螺紋構造，以致使旋轉運動能傳送到另一個元件，且不會有相對切向滑動動作。
文檔編號F16H25/24GK101184936SQ200580049581
公開日2008年5月21日 申請日期2005年7月30日 優先權日2005年3月9日
發明者賈恩卡洛·布倫 申請人:阿雷斯工程有限責任公司;賈恩卡洛·布倫