CN103492736B - 线性移动导螺组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种线性移动导螺组件，包括：（a）至少一个第一端支承体；（b）一个螺杆轴，可旋转地安装在该第一端支承体上且限定一个纵伸方向；（c）一个线性导向装置，其安装在所述第一端支承体上且平行于该螺杆轴；（d）一个随动组件，其安装在该螺杆轴上，并随之与可转移地接触该导向装置且沿所述导向装置纵向移动的一个防旋转装置结合；以及（e）一个套管，其非旋转地安装在所述随动组件内，所述套管包括一个导向螺母，其具有一个轴向镗孔，该螺杆轴可旋转地设置在该镗孔中。

Description

线性移动导螺组件

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2011年4月15日的美国临时申请61/475877的优先权，其在此通过引用而整体引入。

发明领域

本公开涉及一种用于线性移动装置的螺杆组件，特别涉及一种线性导螺组件和滚珠螺杆组件。

背景技术

线性移动装置是将非线性移动（例如，旋转运动）转化为线性移动的致动器。已知有多种类型的线性移动装置，例如包括移动螺母致动器，例如导螺组件和滚珠螺杆组件。本领域中已知多种类型的导螺组件和滚珠螺杆组件。这些装置在支承沿螺杆轴的轴向负载的同时，将旋转移动转化为线性移动，或相反。传统系统的局限在于，在向组件加载径向负载（即，垂直于螺杆轴加载的负载）和/或力矩负载（即，弯曲负载）的时候，性能和使用寿命降低。为了补偿这样的非轴向负载，线性导向系统必须制造得更坚固，由此变得更重且更昂贵。现有技术下的一般的导向系统使用圆形的或正方形的线性螺杆轴和轴承。这样的导向系统的制造和维护成本通常都比较高。它们需要大量的安装对准特性和周期性维护来保证正常使用。所需要的是一种更简单的组件，能够降低成本、复杂性和系统的尺寸。

发明内容

本发明提供一种线性移动导螺组件，包括：（a）至少一个第一端支承体，（b）一个螺杆轴，其具有螺纹，且限定一个纵伸方向，并其一端可旋转地安装第一端支承体上，设置螺杆的螺纹从而支承轴向和径向负载；（c）导向装置，其安装在第一端支承体上且平行于螺杆轴；（d）一个随动组件，其与螺杆轴物理结合，并随之与可转移地接触导向装置且沿导向装置纵向移动的防旋转装置结合；以及（e）一个套管，其非旋转地安装在所述随动组件内，所述套管包括一个壳体，所述壳体内设置一个螺母，该螺母包括一个导轨且具有轴向镗孔，螺杆轴可旋转地设置在该镗孔中。

本发明的线性移动导螺组件具有传统系统的所有优点，同时无需更坚固的线性导向系统来适应径向或力矩负载。本发明使用一个简单的导轨随动件来消除旋转，由此降低成本、复杂性和系统尺寸。

这些实施例的细节以及本发明的其它方面将更为详细地在以下部分中说明。

附图说明

附图构成说明书的一部分并包括本发明的示例性实施例，并说明其多种目的和特征，其中：

图1是线性移动导螺组件的透视图；

图2A和图2B分别是线性移动导螺组件的滚珠螺母套管的平面图和截面图；

图3A和图3B分别是线性移动导螺组件的引线螺母导管的平面图和截面图；

图4A和图4B是说明套管上的力矢量的示意图；

图5是本发明的一个变形实施例的透视图；

图6是本发明的另一个变形实施例的透视图；

图7是随动组件的一个变形实施例的透视图；

图8是随动组件的另一个变形实施例的透视图；

图9说明了与套管组件的一个实施例相应的权利要求8的随动组件。

图10说明了与套管组件的另一个实施例相应的权利要求8的随动组件。

优选实施例的具体说明

以下参考附图对多个实施例进行说明。相同结构或功能的元件在所有附图中通过相同的附图标记表示。这些附图仅是为了便于对本发明的说明，或作为本发明范围内的指引。此外，与本发明的一个特别的实施例相关说明的一个方面并不是被限制在该实施例中，而是可以与本发明的任何其它的实施例结合。

为了本说明书和所附权利要求书，除非另外指出，所有用于说明书和权利要求书的、表示构成、尺寸以及其它数值的数字都理解为在所有场合都被词语“约”所修饰。相应地，除非给出相反指示，以下说明书和所附权利要求书中提出的数值参数都是近似值，其可以根据本发明请求保护的所需特征而进行变化。丝毫没有试图将本申请等同的教导限制在权利要求的范围内，每个数值参数应至少根据所报道的有效数字的数值并通过使用普通的取整技术来构建。

虽然在此提出的数值范围和参数、本发明的宽范围都是近似值，但在特定说明书中提出的数值是尽可能的精确的。然而，任何数值都固有地包含一定的误差，其不可避免地由在它们相应的测试测量中存在的标准偏差而导致。此外，此处公开的所有范围可理解为包含任何及所有这里包含的子范围。例如，“1至10”的范围包括任何及所有在最小值1和最大值10之间（以及包括）的子范围，即，具有等于或大于1的最小值和等于或小于10的最大值的任何及所有子范围，例如，5.5至10。

本说明书的标题并不是通过任何方式来限制本公开；任一标题下的实施例都可以与任何其它标题下的实施例结合。

需要注意的是，如在本说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式“一”和“该”包括复数对象，除非特别且明确地限制在一个对象。由此，例如，提及“一个支承板”包括一个、两个、三个或更多的支承板。

现在将对一些本发明的实施例进行详细说明，本发明的例子是参考附图进行说明的。虽然本发明将结合实施例进行说明，但可以理解的是，这不是为了将本发明限制在这些实施例中。相反，本发明试图覆盖所有可能包含在由所附权利要求书限定的本发明的变形、修改和等同中。

现在参考图1，线性移动导螺组件10包括一个随动组件11，其可移动地安装在一个螺杆轴12上。螺杆轴12的一端可旋转地安装在至少一个第一端支承体15上，该支承体防止螺杆轴12的轴向移动。线性移动组件10包括一个第二端支承体13，其与第一端支承体15间隔，螺杆轴12同样可旋转地安装在该第二端支承体13上，螺杆轴12在支承板13和15之间纵向延伸。更特别地，螺杆轴12的一端由支承板13中的螺杆支撑体14支承。螺杆轴12的另一端由支承板15中的螺杆支撑体16支承。螺杆轴12例如通过滑动轴承、滚珠轴承或滚柱轴承，可旋转地支承在螺杆支撑体14和15中。螺杆轴12可由含铁或非含铁的金属制成，例如钢（硬化或非硬化的）、青铜、黄铜、铝、钛等，且可选地涂覆有一层或多层聚四氟乙烯（PTFE）、铬镀层、镍镀层、镉镀层、锌镀层、二硫化钨或二硫化钼。在一个实施例中，螺杆轴可具有爱克米螺纹、梯形螺纹、导螺螺纹或滚珠螺杆螺纹。

在一个实施例中，随动组件11包括防旋转装置，即横向扩张11a，其包括一个环形防旋转轴承18，该轴承18具有配置为且大小适于容纳直线杆17的开口18a。线性移动组件10进一步包括导向装置，即直线杆17，其可选地具有圆形横截面和平滑的外表面。可选地，杆17可具有四边形横截面；其可以是突出的轨道，或槽形导轨。杆17附加固定在支承板13和15上并在其之间沿平行于螺杆轴12的方向延伸。杆17设置为可转移地穿过防旋转轴承18中的开口18a。螺杆轴12的旋转引起随动组件11沿着螺杆轴12纵向向前或向后移动，取决于螺杆轴12是顺时针旋转还是逆时针旋转。与随动组件11的扩张11a固定连接的防旋转轴承18防止随动组件11旋转。该防旋转特征是在螺杆12旋转时，将随动组件11的移动限制为沿着螺杆12的线性移动所必需的。

随动组件11包括导向螺母套管，其可以是下述的滚珠螺母套管100或引线螺母套管200，其非旋转地安装在随动组件11内。

滚珠螺母和引线螺母设计的共同设计特征显示为套管型壳体。内部特征可整合在定制OEM壳体中或可如定制装配所示的那样提供。壳体材料基于负载容量和环境而选择，但构造的优选材料为钢和铝。导向螺母（即滚珠螺母或引线螺母）可根据实际需要而采用标准冲击或零冲击零件。轴承的选择取决于负载配置和容量，且可以是滑动轴承、径向轴承、环形接触轴承或其它类型的轴承。套管必须具有防旋转特征，其可以是例如此处示出的键槽或销。

线性滚珠组件通过包括滚珠轴承而工作，其在滚珠螺母和螺杆螺纹之间被导向。滚珠轴承一般移动通过滚珠螺母中的一个通道或管道，并在支承径向和力矩负载以及轴向负载的同时，显著降低螺杆和滚珠螺母之间的摩擦。更特别地，线性移动装置适于在轴向上的操作负载（例如，压缩或张紧负载）。然而，线性移动装置也可适用于径向负载（即，与螺杆轴垂直方向上的负载）。同时，过大的压缩负载可使螺杆受到弯曲或力矩负载，该负载引起螺母的扭曲，从而螺母的轴不能与线性移动装置的轴向适当地对准。本发明不仅更好地处理了轴向负载，还通过提供下述的无功负载处理了径向和力矩负载。这对于需要对随动组件精确定位的应用十分重要。

现在参照图2A和图2B，对一般的滚珠螺母套管的配置进行说明。内部反合筒状滚珠螺母位于两个圆形接触轴承之间，这两个轴承通过壳体台阶和保持螺母保持在套管中。由于滚珠螺母能够承受相对高的轴向负载，套管由钢或其它适当的材料制成，轴承为圆形接触轴承以全部支承轴向、径向和力矩负载的施加。一个保持螺母将内部零件锁在一起以消除空转。

在如图2A和图2B所示的发明的一个实施例中，滚珠螺母套管100包括一个外部筒状壳体110，其具有线性键槽111以防止壳体110在随动组件11内的旋转。套管100进一步包括设置在壳体110中的轴向开口112内的内部反合筒状滚珠螺母120。滚珠螺母120包括由具有螺旋槽122的内表面限定的镗孔121，该螺旋槽限定出用于滚珠轴承的滚道。滚珠轴承（未图示）还啮合在螺杆12的外螺纹面上，以提供相对滚珠螺母套管100充分降低的摩擦旋转。

滚珠螺母120位于圆形接触轴承131和132之间并与它们接触。圆形接触轴承132邻接于由环形脊113在壳体110的一端提供的停止面，并保持在壳体110的轴向开口112内。另一圆形轴承131通过保持螺母140支承，该保持螺母将零件131、120和132锁在适当的位置从而消除任何轴向空转。

包括壳体110、滚珠轴承120、圆形接触轴承131和132、和/或保持螺母140的滚珠螺母套管100可由任何适当的材料制成。构造的优选材料包括钢（例如，高碳钢、不锈钢）、铝、黄铜、镍铬合金、陶瓷、高强度工程塑料等。适用于本发明的工程塑料包括，例如，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）、聚碳酸酯（PC）、聚酰胺（PA）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚苯醚（PPO）、聚砜（PSU）、聚醚（PEK）、聚醚醚酮（PEEK）、聚酰亚胺、聚苯硫醚（PPS）和聚甲醛（POM）。可选地，滚珠螺母120可粘合地保持在壳体110内，例如通过氰基丙烯酸盐粘合剂或环氧粘合剂。可选地，滚珠螺母120和壳体可以一体成形。

现在参考图3A和图3B，对引线螺母套管的配置进行说明。一个改良的引线螺母位于两个径向或滑动轴承之间，这两个轴承通过多个保持环保持在套管中，且预加载有一个或多个贝氏弹簧垫圈。通过预加载轴承，弹簧垫圈消除了轴向空转，且适于任何由不同构造的材料造成的热膨胀或收缩的变化。

如图3A和图3B所示，本发明引线螺母套管200的另一实施例包括一个外部筒状壳体210，其具有径向开口211以容纳定位销。（未示出）。套管200进一步包括设置在壳体210的轴向开口212内的内部引线螺母220。引线螺母220包括由内螺纹面222限定的镗孔221，该内螺纹面大小适于且配置于紧密地且可旋转地啮合在螺杆12的外螺纹面上。引线螺母220包括凹槽223，其与壳体中的径向开口211对准以容纳定位销的端部。在与凹槽223完全啮合的情况下，定位销防止引线螺母220在壳体210的轴向开口211内旋转，同时防止随动组件11内的壳体210旋转。

引线螺母220位于两个轴承231和232之间，这两个轴承可分别为径向或滑动轴承。保持环241和242保持轴承231、232，以及壳体210中的轴向开口212内的引线螺母220。引线螺母套管200使用至少一个设置在轴承231和引线螺母220之间的贝氏垫圈243预加载。贝氏垫圈243将一个轴向偏置力施加到引线螺母220上，以消除壳体210内的引线螺母220的轴向空转。可选地，引线螺母220可粘合地保持在壳体210中，例如通过氰基丙烯酸盐粘合剂或环氧粘合剂。可选地，引线螺母220和壳体210可以一体成形。

现在参照附图4A和图4B，对施加在套管上的力矢量进行说明。虽然该附图也可用于滚珠螺母套管100，但以引线螺母套管200为例进行说明。在工作中，当设置为穿过套管22的轴向镗孔的螺杆12在旋转的时候，多种力作用在套管上。图4A和图4B说明了作用通过螺杆元件12的轴向负载A，该力被沿与通过套管200的轴向负载A相反的方向作用的无功负载R_A抵住。

如图4A所示，如果将径向负载L_R施加在套管上，径向无功负载R₁和R₂沿与L_R相反的方向平行作用。

如图4B所示，力矩负载L_M，即扭曲力可例如通过螺杆轴12的挠曲作用在套管200上。无功负载R₃和R₄通过径向但彼此方向相反的作用抵消L_M。

现在参考图5，一个实施例的线性移动组件210连接在具有纵向槽202的背板201上。第一和第二端支承体211和212固定在背板201上。螺杆轴213在第一和第二端支承体211和212之间延伸，且可旋转地安装在其上。随动组件220包括主体部分221和从主体221延伸出的横向扩张222。随动组件220可移动地设置在纵向螺杆轴213上，且相应于螺杆轴213的旋转而线性移动。横向扩张222包括导向板223，其可转移地设置在槽202中。在该实施例中，纵向延伸且平行于螺杆轴213的槽202用作导向装置，且至少通过横向扩张222而与随动组件220连接的导向板223用作防旋转装置。

参考图6，另一个实施例的线性移动组件310连接在背板301上。第一和第二端支承体311和312固定在背板301上。纵向螺杆轴313在第一和第二端支承体311和312之间延伸并可旋转地安装在其上。同样，线性棒302在第一和第二端支承体311和312之间、沿着平行于螺杆轴313的纵向延伸，且固定安装在端支承体311和312上。线性棒302用作导向装置。随动组件320包括主体部分321和防旋转装置322，该装置可转移地与线性棒302啮合。导向装置322可以是如图7和图8所示的实施例。

参照图7，随动组件330包括主体部分331和防旋转装置332，该装置包括由通过通道334间隔的平行支柱333a和333b限定的U形元件。支柱333a和333b每一个都分别包括槽336，该槽以相反的关系相互平行对准，以可转移地安装环形轴承335。环形轴承335具有轴向开口，线性棒302可转移地穿过该开口而设置。

参照图8，随动组件340包括主体部分341和防旋转装置342，该装置包括由通过通道344间隔的平行支柱343a和343b限定的U形元件。支柱343a和343b每一个都分别包括脊346，该脊以相反的关系相互平行对准，以可转移地啮合线性棒302。

现在参照图9，一个实施例的随动组件350包括通道351，导向螺母355可安装在其中。导向螺母355通过轴承356和357保持在随动组件350中。可选地，导向螺母部分355可通过粘合的方式保持在随动组件350中，例如，通过环氧粘合剂或氰基丙烯酸盐粘合剂。导向螺母355中的凹口359在通过随动件中的定位销（未示出）啮合时，防止导向螺母在随动件中旋转。

现在参考图10，另一个实施例的随动组件360包括一个通道361，套管365可安装在其中。套管365包括一个镗孔，导向螺母366设置在其中。导向螺母366包括突出穿过套管壳体365中的槽368的棘爪367。棘爪367能够与通道361中的槽362啮合，以防止导向螺母366的旋转。导向螺母366通过轴承369保持在套管365中。

本发明的线性移动组件10的零件的大小、尺寸和配置，以及构造的材料设置为支承径向和力矩负载以及轴向负载。本发明的零件可通过传统的方法制造。

无论是例如用于办公打印机中的线性移动打印头、织机中的引苇剑、还是多种其它应用中的旋转移动需要转化成线性移动时，都可以使用本发明的线性移动装置。

虽然上述说明书中包含很多特定实施例，但这些特定实施例不是对本发明的限制，仅是作为其优选实施例的示例。本领域技术人员将会想到很多其它落入由权利要求书限定的本发明的范围和实质内的实施例。

Claims (14)

1.一种线性移动引导的螺杆组件，包括：

(a)至少一个第一端支承体；

(b)一个螺杆轴，其具有螺纹，且限定一个纵伸方向，并其一端可旋转地安装在该第一端支承体上，

设置该螺杆轴的该螺纹从而支承轴向和径向负载；

(c)一个导向装置，其安装在所述端支承体上且平行于该螺杆轴；

(d)一个随动组件，其与该螺杆轴物理结合，并随之与可转移地接触该导向装置且沿所述导向装置纵向移动的一个防旋转装置结合；以及

(e)一个套管，其非旋转地安装在所述随动组件内，所述套管包括一个壳体，所述壳体内设置一个螺母和具有一个轴向镗孔的导轨，该螺杆轴可旋转地设置在该镗孔中；

所述螺杆组件进一步包括一组位于该螺母的两侧的轴承，该组轴承直接位于螺杆轴和所述壳体之间，且该组轴承和该螺母沿该螺杆轴可转移地移动。

2.根据权利要求1所述的螺杆组件，进一步包括一个第二端支承体，该螺杆轴可旋转地安装在该第二端支承体上。

3.根据权利要求1所述的螺杆组件，其中，该螺杆轴由一种承受负载的材料制成。

4.根据权利要求1所述的螺杆组件，其中，该螺杆轴镀膜以提高光滑性、耐磨性、抗蚀性或负载容量。

5.根据权利要求1所述的螺杆组件，其中，该螺杆轴具有适于引线、滚珠或滚柱螺杆的螺纹。

6.根据权利要求1所述的螺杆组件，其中，该导向装置为一个线性元件，其具有圆形或多边形的横截面，且该防旋转装置包括一个设置于该线性元件周围的轴承。

7.根据权利要求1所述的螺杆组件，其中，所述螺杆组件安装在一个背板上，且其中，该导向装置包括一个在该背板中的纵向特征，且该防旋转装置包括一个可转移地设置于该纵向特征内的导向板。

8.根据权利要求1所述的螺杆组件，其中，该螺母为导向螺母，该套管和该导向螺母一体成形。

9.根据权利要求1所述的螺杆组件，其中，该套管中包括的该螺母为一个引线螺母。

10.根据权利要求1所述的螺杆组件，其中，该套管壳体具有一个线性键槽以防止该壳体在该随动组件内旋转。

11.根据权利要求1所述的螺杆组件，其中，该螺母为滚珠螺母，该滚珠螺母具有一个由具有螺旋槽的内表面限定的轴向镗孔，以便于再循环元件。

12.根据权利要求1所述的螺杆组件，其中，所述套管由一种承受负载的材料制成。

13.根据权利要求1所述的螺杆组件，其中，该套管壳体具有配置用来容纳一个定位销的一个径向开口。

14.根据权利要求1所述的螺杆组件，其中，该套管的该轴向镗孔由一个内螺纹面限定，该内螺纹面配置为并大小适于紧密且可旋转地啮合该螺杆轴的一个外部螺纹。