[发明专利]防间隙装置和方法

说明书

一种防间隙装置，用于防止由用于将旋转运动转换成线性运动的丝杠上的运动载荷引起的间隙，防间隙装置包括：圆柱形压力致动器，一体地形成有螺旋形螺纹并轴向安装在丝杠上；支架，一体地形成有螺旋形螺纹和内部支架螺纹，支架安装在圆柱形压力致动器和丝杠两者的外部并与圆柱形压力致动器和丝杠两者机械接触；以及预加载装置，包括安装在支架中的波形弹簧和保持器，其中，丝杠旋拧以与螺旋形压力致动器螺纹的面啮合，螺旋形压力致动器通过预加载装置加载在丝杠上，压力在第一轴向方向上施加在丝杠螺纹的上部上，而同时螺旋形支架螺纹在相反的第二轴向方向上加载在同一丝杠螺纹的下部上，从而在丝杠上施加预定的轴向平衡力，以防止间隙。

技术领域

本发明总体上涉及用于防止用于将旋转运动转换成线性运动的丝杠中的间隙的防间隙装置的领域，特别是涉及一种防间隙滚子丝杠装置。

背景技术

存在两种主要类型的丝杠和螺母机构：第一种类型使用流行的梯形丝杠(Acmelead screw)，而第二种类型使用滚珠丝杠。通常已知这两种丝杠类型由于通常在可旋转机械部件中产生的间隙效应而以低效率操作。尽管已经尝试进行缓解这种情况，但是仍有很大的改进空间。

在现有技术中，第一种类型的丝杠(梯形丝杠)难以在没有螺距偏差和/或间隙的情况下保持有效的旋转，但是，由于不存在由也需要被控制的一定数量的滚珠引起的复杂情况，因此这些困难比在第二种类型的丝杠中稍微更容易克服。然而，梯形丝杠被认为效率低于任何滚珠丝杠。

与滚珠丝杠和螺母装置相比，梯形丝杠和螺母装置一般具有非常低的效率，其约为50％。用于梯形丝杠的现有技术的防间隙丝杠和螺母装置非常笨重且体积大。

用于将旋转输入转换成线性输出运动的滚珠丝杠比梯形丝杠和许多其他种类的致动器(诸如，传送带、缆线、链传动件等)更有效且更精确得多。因此，处于这样的原因，它们广泛应用在许多应用中：在汽车工业中、在电子设备中、在工程机械中、在CNC机床中、在自动化领域中、在铁路工业中、在医疗设备中以及在许多其他应用中。

在现有技术中，第二种类型的丝杠(滚珠丝杠)用于丝杠和螺母机构中，其中，丝杠和螺母设置有匹配的螺旋形槽或滚道，它们用于保持多个滚珠并允许它们在这些槽中滚动，以加载丝杠和螺母部件。每个滚珠一般提供定位于丝杠和螺母之间的双点接触，然而，可以使一些现有技术构造中的机构进一步增加接触点的数量，以提高用于重载应用的机构的载荷能力(参见图3)。

对于滚珠丝杠而言，现有技术中一般有两种类型的回珠系统。在第一种类型中，滚珠返回到活动圆中的起始点——即，滚珠提供设置在滚珠螺母的外直径之外的载荷的路径(参见如在本发明的图1中以示例的方式所示的W.H.Hogan的美国专利2,855,791)。

在第二种类型的回珠系统中，滚珠在设置在螺母的外壁径内的内部路径中返回(参见图2中所示的来自Barnes Industries的示例)。第二种类型的回珠系统有几种可选的返回系统。例如，滚珠围绕滚珠丝杠形成一个螺旋形回路，所称的活动圆，然后使滚珠交叉(cross-over，跨越)进入相邻螺纹的外直径上方的相邻槽中，以返回到活动圆，用于下一循环的活动。这被称为交叉或“翻转”设计(英格兰的Rotex)内部返回系统。诸如由螺母支撑的翼片偏转器的偏转装置用于沿着返回路径重新定向滚珠。另一种可选的返回系统被称为切向内部回珠系统(Barnes Industries)。V形帽用于使滚珠返回到恰好位于螺母的外壁下方的孔内的回路的相对侧上的活动圆。

滚珠丝杠通常利用单头、双头或多头丝杠制造。这是指丝杠的轴上的独立螺纹的数量。在一些应用中，容纳在多头丝杠的多个路径中的附加系列的滚动滚珠用于提高滚珠丝杠和螺母的载荷线性速度，其中，滚珠丝杠需要大的螺距用于更高速度的应用。

与大多数机械系统中一样，滚珠丝杠因许多原因而经受劣化和磨损，但是它们通常比简单的梯形丝杠和螺母机构持续更长时间，并且可以在更高的速度和更重的载荷下操作。然而，现有技术的丝杠和螺母组件对温度变化以及来自螺纹轮廓和螺距偏差的问题非常敏感，后一问题通常在大批量生产中相对频繁地出现。