[实用新型]滚动轴承式螺杆

说明书

本实用新型关于一种滚动轴承式螺杆，特别地系藉由螺帽内壁偏心配置之至少一对轴承与螺杆保持局部之啮合关系，使其具有低温升、低噪音、且适用于高速化、重负荷、微导程及增加寿命之特点。

按现行之机械工业中，滚珠螺杆为相当重要之元件之一，且被大量使用于国防航无科技（如飞机、船舰、飞弹导向系统）、产业机械及电脑数值控制（CNC）工具机等。基本上，滚珠螺杆是螺杆、螺帽和介于两者之间可重覆循环钢珠所组成，且依其循环方式之不同可区分为外循环式（External    Recirculation）及内循环式（Internal    Recirculation）二种。外循环式系利用设于螺帽外部之回流管（Return    Tube）做为钢珠之循环道，故其体积较大；内循环式则于螺帽内壁具有可供钢珠循环之凹槽，可减少螺帽之体积，但其价格却较外循环式者昂贵。虽然滚珠螺杆之应用范围相当广泛，但仍存在著下列之缺失：

（a）螺杆及螺帽之螺纹槽为半圆弧型或哥德型（Gothic），在工理上，于制造过程时，若欲使螺纹槽上每一点均具有相同之曲率较为不易，因而增加了制造成本，且精度亦难以提升。

（b）滚珠螺杆之设计，在于利用钢珠于螺纹槽内滚动，故滑槽多采用圆弧型或哥德式接触角。无论是采用何种方式，均会减少钢珠与螺杆及螺帽间之接触面积，致减少其负荷能力。

（c）滚珠螺杆之负荷能力系与滚动体之总接触面积成正比，故为了增加滚珠螺杆之负荷能力，则需增加钢珠数量，且螺帽长度亦相对地随之增长，但单一螺帽之内螺纹槽于制作上有长度限制之因扰，因此无法有效地提升滚珠螺杆之负荷能力。

（d）滚珠螺杆与螺帽间之网珠需做循环滚动，当钢珠在推出与插入螺纹轨道时有其不合理之机械效率，例如因高速负荷所产生之滑动现    象，将造成严重之摩损，而无法使之高速化运动（甚至比滚动螺杆的滑动现象更严重）、噪音大、温升高、易产生热变形及钢珠相互推挤现象造成钢珠磨损等。

另有一种滚柱螺杆之设计型态，主要系由螺杆、螺帽及一组啮合于螺杆与螺帽之间并以等间隔配置之复数个滚柱所组成。此种滚柱螺杆之负荷能力远大于滚珠螺杆，但目所前世界上滚动式螺杆之应用，采用滚珠型者占90％以上，而滚柱型者不及10％（工研院机械所统计），其原因除了成本过高及制作技术不易之外，另详述如下：

（a）滚柱在螺纹槽内需有良好之滚动效果，然依现行之设计，当轴向运动速度过快时，滚柱会产生滑动现象进而破坏结构，所以滚柱之螺纹螺旋角不可太大，因此导程较小。为了克服此种滑动现象，乃发展出一种齿轮式滚动体之设计，使其能做游星式滚动，不过相对地成本较高。

（b）当滚柱使用于大导程时，滚柱与螺杆及螺帽之接触面积较小，且其负荷能力亦较低。又，滚柱直径在受到使用空间之限制下，无法任意加大，若加深滚柱之螺纹，则易使滚柱结构应力不足。因此，大导程之滚柱螺杆，将导致整体结构应力不足。

（c）滚柱螺杆中螺帽之轴向运动速度系与螺杆导程成正比，为应实际需要，可将螺杆螺纹设计成复牙型，例如，螺杆制成2条复牙，对应之滚柱仍保持单螺纹，则整体导程即为2单位。唯此种增加螺纹条数以增加滚柱螺杆轴向运动速度之方式，将使制造成本随著条数之增加而成倍数增加。

由上述之分析可知，滚柱螺杆之精度及负荷能力系由滚柱之螺纹与螺杆及螺帽之螺纹之啮合度所决定。又将螺杆设计成复牙型，而滚柱为单螺纹，则此种滚柱螺杆之成品其价格相当昂贵，除了不易制造之外，亦虽以获得高精度，故滚柱螺杆之使用率偏低。

基于前述习用滚珠螺杆及滚柱螺杆之缺失，更由于CNC科技之发展趋势，使得传统之机构无法匹配利用伺服驱动所达到之更高速化，乃促使本发明人不断地研究及改良，并依据兹定律（Hertz′sLaw）最理想之设计理论，终于设计出一种滚动轴承式螺杆，其主要目的在于提供一种具有低温升、低噪音、振动小且适用于高速化，重负荷及微小导程等特点之新颖螺杆，包括具有外螺纹之螺杆及内壁设有一对轴承之螺帽，各轴承之内环具有相应于螺杆外螺纹导距之复数个成型环状凹槽（非螺纹    式），并局部与螺杆相啮合。又各轴承内环之内径系大于螺杆之外径，且各轴承保持互为偏心配置之状态，即各轴承之内环与螺杆之啮合位置各位于螺杆之相对侧。

本实用新型之另一目的在于提供一种滚动轴承式螺杆，其中螺杆与螺帽系处于局部之圆弧式预压合啮合状态，其圆弧接触面积大于传统滚珠轴承中钢珠之点接触面积及滚柱轴承中滚柱之线接触面积之总和，故可承受更大之负荷。