專利名稱：滾動軸承式螺桿的制作方法
技術領域：
本實用新型關于一種滾動軸承式螺桿，特別地系藉由螺帽內壁偏心配置之至少一對軸承與螺桿保持局部之嚙合關系，使其具有低溫升、低噪音、且適用于高速化、重負荷、微導程及增加壽命之特點。
按現(xiàn)行之機械工業(yè)中，滾珠螺桿為相當重要之元件之一，且被大量使用于國防航無科技(如飛機、船艦、飛彈導向系統(tǒng))、產業(yè)機械及電腦數(shù)值控制(CNC)工具機等?；旧希瑵L珠螺桿是螺桿、螺帽和介于兩者之間可重覆循環(huán)鋼珠所組成，且依其循環(huán)方式之不同可區(qū)分為外循環(huán)式(ExternalRecirculation)及內循環(huán)式(InternalRecirculation)二種。外循環(huán)式系利用設于螺帽外部之回流管(ReturnTube)做為鋼珠之循環(huán)道，故其體積較大；內循環(huán)式則于螺帽內壁具有可供鋼珠循環(huán)之凹槽，可減少螺帽之體積，但其價格卻較外循環(huán)式者昂貴。雖然滾珠螺桿之應用范圍相當廣泛，但仍存在著下列之缺失(a)螺桿及螺帽之螺紋槽為半圓弧型或哥德型(Gothic)，在工理上，于制造過程時，若欲使螺紋槽上每一點均具有相同之曲率較為不易，因而增加了制造成本，且精度亦難以提升。
(b)滾珠螺桿之設計，在于利用鋼珠于螺紋槽內滾動，故滑槽多采用圓弧型或哥德式接觸角。無論是采用何種方式，均會減少鋼珠與螺桿及螺帽間之接觸面積，致減少其負荷能力。
(c)滾珠螺桿之負荷能力系與滾動體之總接觸面積成正比，故為了增加滾珠螺桿之負荷能力，則需增加鋼珠數(shù)量，且螺帽長度亦相對地隨之增長，但單一螺帽之內螺紋槽于制作上有長度限制之因擾，因此無法有效地提升滾珠螺桿之負荷能力。
(d)滾珠螺桿與螺帽間之網珠需做循環(huán)滾動，當鋼珠在推出與插入螺紋軌道時有其不合理之機械效率，例如因高速負荷所產生之滑動現(xiàn)象，將造成嚴重之摩損，而無法使之高速化運動(甚至比滾動螺桿的滑動現(xiàn)象更嚴重)、噪音大、溫升高、易產生熱變形及鋼珠相互推擠現(xiàn)象造成鋼珠磨損等。
另有一種滾柱螺桿之設計型態(tài)，主要系由螺桿、螺帽及一組嚙合于螺桿與螺帽之間并以等間隔配置之復數(shù)個滾柱所組成。此種滾柱螺桿之負荷能力遠大于滾珠螺桿，但目所前世界上滾動式螺桿之應用，采用滾珠型者占90％以上，而滾柱型者不及10％(工研院機械所統(tǒng)計)，其原因除了成本過高及制作技術不易之外，另詳述如下(a)滾柱在螺紋槽內需有良好之滾動效果，然依現(xiàn)行之設計，當軸向運動速度過快時，滾柱會產生滑動現(xiàn)象進而破壞結構，所以滾柱之螺紋螺旋角不可太大，因此導程較小。為了克服此種滑動現(xiàn)象，乃發(fā)展出一種齒輪式滾動體之設計，使其能做游星式滾動，不過相對地成本較高。
(b)當滾柱使用于大導程時，滾柱與螺桿及螺帽之接觸面積較小，且其負荷能力亦較低。又，滾柱直徑在受到使用空間之限制下，無法任意加大，若加深滾柱之螺紋，則易使?jié)L柱結構應力不足。因此，大導程之滾柱螺桿，將導致整體結構應力不足。
(c)滾柱螺桿中螺帽之軸向運動速度系與螺桿導程成正比，為應實際需要，可將螺桿螺紋設計成復牙型，例如，螺桿制成2條復牙，對應之滾柱仍保持單螺紋，則整體導程即為2單位。唯此種增加螺紋條數(shù)以增加滾柱螺桿軸向運動速度之方式，將使制造成本隨著條數(shù)之增加而成倍數(shù)增加。
由上述之分析可知，滾柱螺桿之精度及負荷能力系由滾柱之螺紋與螺桿及螺帽之螺紋之嚙合度所決定。又將螺桿設計成復牙型，而滾柱為單螺紋，則此種滾柱螺桿之成品其價格相當昂貴，除了不易制造之外，亦雖以獲得高精度，故滾柱螺桿之使用率偏低。
基于前述習用滾珠螺桿及滾柱螺桿之缺失，更由于CNC科技之發(fā)展趨勢，使得傳統(tǒng)之機構無法匹配利用伺服驅動所達到之更高速化，乃促使本發(fā)明人不斷地研究及改良，并依據(jù)茲定律(Hertz′sLaw)最理想之設計理論，終于設計出一種滾動軸承式螺桿，其主要目的在于提供一種具有低溫升、低噪音、振動小且適用于高速化，重負荷及微小導程等特點之新穎螺桿，包括具有外螺紋之螺桿及內壁設有一對軸承之螺帽，各軸承之內環(huán)具有相應于螺桿外螺紋導距之復數(shù)個成型環(huán)狀凹槽(非螺紋式)，并局部與螺桿相嚙合。又各軸承內環(huán)之內徑系大于螺桿之外徑，且各軸承保持互為偏心配置之狀態(tài)，即各軸承之內環(huán)與螺桿之嚙合位置各位于螺桿之相對側。
本實用新型之另一目的在于提供一種滾動軸承式螺桿，其中螺桿與螺帽系處于局部之圓弧式預壓合嚙合狀態(tài)，其圓弧接觸面積大于傳統(tǒng)滾珠軸承中鋼珠之點接觸面積及滾柱軸承中滾柱之線接觸面積之總和，故可承受更大之負荷。
本實用新型之又一目的在于提供一種滾動軸承式螺桿，由于設于螺帽內壁之軸承，其內環(huán)之內徑系大于螺桿之外徑，故當螺桿轉動一圈時，因周長之關系，軸承內環(huán)轉動不到一圈，因此，在不改變導程之情況下，可達到螺帽之減速作用。若螺桿之外徑螺紋數(shù)與軸承內環(huán)采適當之配合，即可適用于微細導程。此為傳統(tǒng)滾珠螺桿無法達成之特點，亦為本實用新型之重大突破之一。
為更清楚說明本實用新型之特征和功能，茲佐以圖示，詳細說明本實用新型之結構功能和使用情形如下圖示部分


圖1系習用之滾珠螺桿之局部剖視立體圖；圖2系習用之滾柱螺桿之局部剖視立體圖；圖3系本實用新型一實施例之剖面圖；圖4系本實用新型另一實施例之剖面圖；圖5系本實用新型又一實施例之剖面圖圖6系習用之滾柱螺桿中之滾柱及螺桿之接觸面積示意圖；及圖7系本實用新型中之螺桿及軸承之接觸面積示意圖。
如
圖1所示，系一習用之滾珠螺桿，包括具有外螺紋之螺桿10及具有內螺紋而可與螺桿10相嚙合之螺帽12。螺帽12通常系聯(lián)結于機器之機架上(未圖示)，而螺桿10則用于調節(jié)螺帽12于螺帽10上之軸向移動量。一組(復數(shù)個)鋼珠14系置于螺帽12與螺桿10間之螺旋路徑內，且至少一回流管16系斜插于螺帽12上，并以壓板18固定之。當螺桿10轉動時，藉由回流管16之引導，使鋼珠14由螺帽12之一端循環(huán)至螺帽12之另一端，而使螺帽12產生相對于螺桿10之軸向運動。唯此種鋼珠14之循環(huán)方式，無論其系由螺紋槽進入回流管16，或由回流管16推入螺紋槽內，鋼珠均以激列的角度變換路徑前進，因此，會消耗大量能量，產生不必要之噪音及溫升，而造成效率之損失，此亦為全世界先進國家都難以突破之重點。
如圖2所示，系一習用之滾柱螺桿，包括具有外螺紋之螺桿20及具有內螺紋之螺帽22。一組(通常為6或8個)滾柱24，其表面具有外螺紋，系等間隔配置并嚙合于螺桿20與螺帽22之間，且各滾柱24之兩端，分別插置設于螺帽22兩端之環(huán)形螺帽蓋26而定位之。藉由螺桿20之轉動，可帶動螺帽22與滾柱24之組合做軸向運動。此種滾柱螺桿，雖可適用于較小之導程，唯成本過高及不易制造為其最大之缺失。
現(xiàn)請參閱圖3，系本實用新型滾動軸承式螺桿，包括一螺桿30，一螺帽32及一對滾珠軸承31，較佳者，系采用雙列斜角滾珠軸承。螺帽32之內壁，具有互為偏心配置之圓孔321，藉以容納該對滾珠軸承31。螺帽32之兩端，分別旋設一環(huán)形螺帽蓋36，各螺帽蓋36之內側系抵靠于個別之滾珠軸承31，俾將滾珠軸承31保持于螺帽32之圓孔321內。各滾珠軸承31系采用分離式設計之兩外環(huán)311，且其內壁系與內環(huán)312成斜角對向預壓作用。各滾珠軸承31系采用分離式設計之兩外環(huán)311，且其內壁系與內環(huán)312成斜角對向預壓作用。各滾珠軸承31之內環(huán)312具有相應于螺桿30外螺紋導距之復數(shù)個成型環(huán)狀凹槽313(非螺紋式)，且內環(huán)312之內徑系大于螺桿30外徑。螺桿30系穿置于滾珠軸承31中，且因各滾珠軸31系保持互為偏心之狀態(tài)，即各滾珠軸承31之內環(huán)312與螺桿30之嚙合位置各位于螺桿30之相對側，可將螺桿30夾置于其間。又，各螺帽蓋36之中央，可置入一封蓋38，封蓋38則具有相應于螺桿30外螺紋之螺孔381，除了可維持螺帽32內的潤滑油不易流出之外，亦可防止外界之污染源進入螺帽32內。
如圖4所示，系本實用新型另一實施例，其中螺桿40具有愛克姆(ACME)螺紋，配置于螺帽42內之圓孔421者則為雙列斜角滾柱軸承41。其他如螺帽蓋46及封蓋48之安裝方式，亦如同前述，故不再敷述。列舉此一實施例之目的，主要在說明本實用新型亦可適用愛克姆螺紋及換用滾柱軸承，以配合不同需求之工作負荷。
圖5所示，系本實用新型之又一實施例，顯示本實用新型亦可如同習用之螺桿采用雙螺帽式。例如各有一對滾柱軸承51安裝于二螺帽52之一，各螺帽52之間則以一間隔片53區(qū)隔，并依習用方式以連接板55鎖定之，至于二螺帽52內部之四個斜角滾柱軸承51之安裝，則依序以相互錯開方式配置，以獲致最均稀之負荷。
按，習用之滾柱螺桿系屬于承受重負荷之滾動螺桿組合，如圖6所示，其環(huán)繞螺桿外圍之滾柱，系采用線接觸之方式。至于滾柱之數(shù)量，通常為6或8個，系視負荷及尺寸需求而決定。如圖7所示，顯示本實用新型之螺桿與螺帽系處于圓弧式接觸，且其圓弧接觸面積大于滾柱軸承中滾柱之線接觸面積之總和，故依據(jù)赫茲定律之分析，可承受更大之負荷。
本實用新型之構造和特征，經上述詳細說明及例示后，將更為明確，應了解的是，該具體例系僅作為例示說明本實用新型較佳操作狀態(tài)之用，而非以局限本實用新型之范圍，任何不脫離本實用新型精神下所為之改良及變更，皆屬本實用新型意圖保護者。
權利要求1.一種滾動軸承式螺桿，其特征在于包括一螺桿，具有外螺紋；一螺帽，其內壁具有偏心配置之二圓孔；及一對軸承，系分別安裝于該圓孔內，各軸承之內環(huán)具有相應于該螺桿外螺紋導距之復數(shù)個成型環(huán)狀凹槽，且該內環(huán)之內徑系大于該螺桿之外徑，俾使各軸承以互為偏置之方式與該螺桿相嚙合。
2.如權利要求1所述之滾動軸承式螺桿，其特征在于該軸承之內環(huán)與該螺桿之嚙合位置系位于螺桿之相對側。
3.如權利要求1所述之滾動軸承式螺桿，其特征在于該軸承為雙列滾珠軸承。
4.如權利要求1所述之滾動軸承式螺桿，其特征在于該軸承為雙列滾柱軸承。
專利摘要一種滾動軸承式螺桿，包括一螺桿及一螺帽，其中螺桿之外壁具有外螺紋，螺帽之內壁設有至少一對軸承，各軸承系采用分離式設計之兩外環(huán)，且其內壁系與內環(huán)成斜角對向預壓作用；各軸承之內環(huán)具有相應于螺桿外螺紋導距之復數(shù)個成型環(huán)狀凹槽，且內環(huán)之內徑系大于螺桿之外徑，使各軸承保持互為偏心配置之狀態(tài)，即各軸承之內環(huán)與螺桿之嚙合位置各位于螺桿之相對側，俾便于將螺桿之回轉運動轉換成螺帽之直線運動。
文檔編號F16H25/12GK2156343SQ93203890
公開日1994年2月16日 申請日期1993年2月24日 優(yōu)先權日1993年2月24日
發(fā)明者陳錫寬 申請人:陳錫寬