行星滚柱丝杠论文和设计-陈超

全文摘要

本实用新型提出一种行星滚柱丝杠，行星滚柱丝杠包括：丝杆，丝杆的外周设置有沿周向延伸的第一沟槽，第一沟槽形成为在丝杆的周向上闭合的环状；轴套，轴套套设于丝杆，轴套的内表面设置有多条沿螺旋线方向延伸的第二沟槽，第一沟槽和第二沟槽交叉；以及多个滚柱，滚柱的外周设置有多条凸牙，每条凸牙形成为在滚柱的周向上闭合的环状，凸牙嵌入第一沟槽和第二沟槽的交叉位置。采用上述技术方案的行星滚柱丝杠在行星滚柱丝杠工作过程中，凸牙在环状闭合的第一沟槽内运动，使滚柱相对于丝杆的轴向位置固定，使行星滚柱丝杠既可以承载力大，传动位置精度高，同时还可以振动小和噪音小，运行平顺。

主设计要求

1.一种行星滚柱丝杠，其特征在于，所述行星滚柱丝杠包括：丝杆，所述丝杆的外周设置有沿周向延伸的第一沟槽，所述第一沟槽形成为在所述丝杆的周向上闭合的环状；轴套，所述轴套套设于所述丝杆，所述轴套的内表面设置有多条沿螺旋线方向延伸的第二沟槽，所述第一沟槽和所述第二沟槽交叉；以及多个滚柱，所述多个滚柱位于所述丝杆和所述轴套之间，所述滚柱的外周设置有多条凸牙，每条所述凸牙形成为在所述滚柱的周向上闭合的环状，所述凸牙嵌入所述第一沟槽和所述第二沟槽的交叉位置。

设计方案

1.一种行星滚柱丝杠，其特征在于，所述行星滚柱丝杠包括：

丝杆，所述丝杆的外周设置有沿周向延伸的第一沟槽，所述第一沟槽形成为在所述丝杆的周向上闭合的环状；

轴套，所述轴套套设于所述丝杆，所述轴套的内表面设置有多条沿螺旋线方向延伸的第二沟槽，所述第一沟槽和所述第二沟槽交叉；以及

多个滚柱，所述多个滚柱位于所述丝杆和所述轴套之间，所述滚柱的外周设置有多条凸牙，每条所述凸牙形成为在所述滚柱的周向上闭合的环状，所述凸牙嵌入所述第一沟槽和所述第二沟槽的交叉位置。

2.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠，其特征在于，所述丝杆的外周面设置有第一啮合部，所述滚柱的外周面设置有第二啮合部，通过所述第一啮合部和所述第二啮合部配合使所述滚柱在所述丝杆的外周面上做纯滚动。

3.根据权利要求2所述的行星滚柱丝杠，其特征在于，所述第一啮合部和所述第二啮合部为直齿状，所述第二啮合部形成于所述滚柱的轴向两端处的所述凸牙。

4.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠，其特征在于，所述第一沟槽所在的平面与所述丝杆的轴向是垂直的，所述凸牙所在的平面与所述滚柱的轴向是垂直的。

5.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠，其特征在于，全部或部分的所述第一沟槽中嵌入所述凸牙；并且\/或者，

全部或部分的所述第二沟槽中嵌入所述凸牙。

6.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠，其特征在于，多条所述第一沟槽中任意两条相邻的所述第一沟槽之间具有相同或不同的距离。

7.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠，其特征在于，所述第一沟槽所占据的所述丝杆的轴向长度小于所述第二沟槽所占据的所述轴套的轴向长度。

8.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠，其特征在于，两个相邻的所述凸牙之间的距离是两个相邻的所述第一沟槽之间距离和\/或所述第二沟槽的螺距的整数倍。

9.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠，其特征在于，在所述行星滚柱丝杠工作过程中，所述凸牙嵌入闭合环状的所述第一沟槽，所述滚柱相对于所述丝杆的轴向位置固定。

10.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠，其特征在于，所述行星滚柱丝杠不设置使所述滚柱复位的复位装置。

11.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠，其特征在于，所述第一沟槽的沿垂直于所述第一沟槽的延伸方向的平面的截面为三角形，所述第二沟槽的沿垂直于所述第二沟槽的延伸方向的平面的截面为三角形，所述凸牙沿垂直于所述凸牙的延伸方向的平面的截面为三角形。

12.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠，其特征在于，所述行星滚柱丝杠还包括保持架，在所述行星滚柱丝杠的径向上，所述保持架设置于所述丝杆和所述轴套之间，所述保持架设置有用于容纳所述滚柱的定位槽。

设计说明书

技术领域

本实用新型实用新型属于机械传动技术领域，具体涉及一种行星滚柱丝杠。

背景技术

行星滚柱丝杠是一种新型的传动装置，其能够将旋转运动转换为直线运动。行星滚柱丝杠比传统滚珠丝杠具有更高的抗冲击性能，行星滚柱丝杠的静载约为传统滚珠丝杠的3倍，寿命约为传统滚珠丝杠的15倍。并且行星滚柱丝杠可以具有更高的旋转速度和旋转加速度，因此其广泛的应用于精密仪器、武器装备、工业机器人和航空航天等领域。

一种现有的标准式行星滚柱丝杠包括丝杆、轴套和滚柱。丝杆的外周面设置有外螺纹，轴套的内周面设置有与外螺纹相同头数和牙型的内螺纹，滚柱设置有与外螺纹相同牙型的单头螺纹。外螺纹、内螺纹和单头螺纹的牙型均为例如三角形。轴套套设于丝杆，若干个滚柱沿丝杆的圆周方向均匀设置。丝杆旋转时，滚柱既绕着丝杆的轴线公转，又绕滚柱自身的轴线自转。内螺纹与外螺纹具有相同的螺旋升角，滚柱与轴套啮合时能够确保纯滚动，而没有沿轴向的位移。这种行星滚柱丝杠在加工时需要很高的加工制造精度来加工螺纹，需要较大的加工成本。

另一种现有的循环式行星滚柱丝杠包括丝杆、轴套、滚柱和复位环。丝杆的外周面设置有外螺纹，轴套的内周面设置有与外螺纹相同头数和牙型的内螺纹，外螺纹和内螺纹的牙型均为例如三角形。滚柱设置有环形螺纹，环形螺纹的升角为零。复位环(复位装置)设置于滚柱的端部，复位环设置有凸起，滚柱每绕着丝杆的轴线旋转一周，凸起就会拨动滚柱使其位置重置。这种循环式行星滚柱丝杠的优势在于可以采用更小的螺纹导程，达到更高的位置精度，同时由于啮合点更多，承载力也更大。但是，复位环将导致摩擦和冲击增加，产生振动和噪音，造成运行不平顺。

实用新型内容

基于上述现有技术的缺陷，本实用新型旨在提出一种行星滚柱丝杠，使行星滚柱丝杠既可以承载力大，传动位置精度高还可以不产生冲击，使运行平顺。

本实用新型提出一种行星滚柱丝杠，所述行星滚柱丝杠包括：

丝杆，所述丝杆的外周设置有沿周向延伸的第一沟槽，所述第一沟槽形成为在所述丝杆的周向上闭合的环状；

轴套，所述轴套套设于所述丝杆，所述轴套的内表面设置有多条沿螺旋线方向延伸的第二沟槽，所述第一沟槽和所述第二沟槽交叉；以及

多个滚柱，所述多个滚柱位于所述丝杆和所述轴套之间，所述滚柱的外周设置有多条凸牙，每条所述凸牙形成为在所述滚柱的周向上闭合的环状，所述凸牙嵌入所述第一沟槽和所述第二沟槽的交叉位置。

优选地，所述丝杆的外周面设置有第一啮合部，所述滚柱的外周面设置有第二啮合部，通过所述第一啮合部和所述第二啮合部配合使所述滚柱在所述丝杆的外周面上做纯滚动。

优选地，所述第一啮合部和所述第二啮合部为直齿状，所述第二啮合部形成于所述滚柱的轴向两端处的所述凸牙。

优选地，所述第一沟槽所在的平面与所述丝杆的轴向是垂直的，所述凸牙所在的平面与所述滚柱的轴向是垂直的。

优选地，全部或部分的所述第一沟槽中嵌入所述凸牙；并且\/或者，

全部或部分的所述第二沟槽中嵌入所述凸牙。

优选地，多条所述第一沟槽中任意两条相邻的所述第一沟槽之间具有相同或不同的距离。

优选地，所述第一沟槽所占据的所述丝杆的轴向长度小于所述第二沟槽所占据的所述轴套的轴向长度。

优选地，两个相邻的所述凸牙之间的距离是两个相邻的所述第一沟槽之间距离和\/或所述第二沟槽的螺距的整数倍。

优选地，在所述行星滚柱丝杠工作过程中，所述凸牙嵌入闭合环状的所述第一沟槽，所述滚柱相对于所述丝杆的轴向位置固定。

优选地，所述行星滚柱丝杠不设置使所述滚柱复位的复位装置。

优选地，所述第一沟槽的沿垂直于所述第一沟槽的延伸方向的平面的截面为三角形，所述第二沟槽的沿垂直于所述第二沟槽的延伸方向的平面的截面为三角形，所述凸牙沿垂直于所述凸牙的延伸方向的平面的截面为三角形。

优选地，所述行星滚柱丝杠还包括保持架，在所述行星滚柱丝杠的径向上，所述保持架设置于所述丝杆和所述轴套之间，所述保持架设置有用于容纳所述滚柱的定位槽。

采用上述技术方案的行星滚柱丝杠在行星滚柱丝杠工作过程中，凸牙在环状闭合的第一沟槽内运动，使滚柱相对于丝杆的轴向位置固定，无需复位装置复位，从而使行星滚柱丝杠既可以承载力大，传动位置精度高，同时还可以振动小和噪音小，运行平顺。

附图说明

图1示出了根据本实用新型的第一实施方式的行星滚柱丝杠的剖视图 (未示出保持架)。

图2示出了图1的局部放大图。

图3示出了根据本实用新型的第一实施方式的行星滚柱丝杠的爆炸结构示意图。

图4示出了根据本实用新型的第一实施方式的行星滚柱丝杠的沿横截面的剖视图(未示出保持架)。

图5示出了根据本实用新型的第二实施方式的行星滚柱丝杠的局部剖开的结构示意图。

图6示出了根据本实用新型的第二实施方式的行星滚柱丝杠的剖视图。

图7示出了图6的局部放大图。

图8示出了根据本实用新型的第三实施方式的行星滚柱丝杠的局部剖开的结构示意图。

图9示出了图8的局部放大图。

附图标记说明<\/u>

1丝杆 11第一沟槽 12第一啮合部

2轴套 21第二沟槽

3滚柱 31凸牙 32第二啮合部

4保持架 41定位槽

A轴向 R径向 C周向。

具体实施方式

下面参照附图描述本实用新型的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本实用新型，而不用于穷举本实用新型的所有可行的方式，也不用于限制本实用新型的范围。

第一实施方式<\/u>

如图1至图4所示，本实用新型提供一种行星滚柱丝杠，其包括丝杆1、轴套2和滚柱3。

丝杆1整体为圆柱状，丝杆1的外周设置有沿周向C延伸的多条第一沟槽 11，例如，第一沟槽11的数量大于或等于2条。多条第一沟槽11相互平行地设置。第一沟槽11形成为闭合的环状，第一沟槽11的沿垂直于第一沟槽11的延伸方向的平面的截面可以为例如三角形。第一沟槽11所在的平面与丝杆1 的轴向A可以是垂直的。

轴套2整体可以为圆筒状，轴套2套设于丝杆1，轴套2的轴线与丝杆1的轴线可以是重合的。轴套2的内表面设置有沿螺旋线方向延伸的第二沟槽21，第二沟槽21可以设置有多条，在本实施方式中，多条第二沟槽21可以具有相同的节距，并且在轴套的轴向A上均匀的间隔开。优选地，第二沟槽21的数量大于或等于3条，例如第二沟槽21可以为6条。第二沟槽21的沿垂直于第二沟槽21的延伸方向的平面的截面可以为例如三角形。

第二沟槽21的螺距可以等于相邻两条第一沟槽11之间的距离。需要说明，相邻两条第一沟槽11之间的距离是指相邻两条第一沟槽11的同一部位之间的距离，例如相邻两条第一沟槽11的中心线之间的距离。对于多头螺纹来说，螺距为两条相邻的第二沟槽21之间的距离，螺距等于导程除以螺纹的头数。第一沟槽11和第二沟槽21交叉，在该实施方式中，每条第一沟槽11与6条第二沟槽21形成6处交叉位置。

进一步地，多条第一沟槽11所占据的丝杆1的轴向长度小于第二沟槽21 所占据的轴套2的轴向长度。特别地，丝杆1的轴向A上的部分区域设置有第一沟槽11，例如丝杆1的轴向A上的中间部分设置有第一沟槽11，轴套2轴向上的全部位置设置有第二沟槽21。

滚柱3整体可以为圆柱状，滚柱3位于丝杆1和轴套2之间，滚柱3的轴线与丝杆1的轴线平行。滚柱3可以设置有多个，优选地，滚柱3的数量大于或等于3个，例如滚柱3设置有6个。可以理解，滚柱3的数量可以与第一沟槽11 的头数相同，或者小于第一沟槽11的头数。多个滚柱3在轴套2的周向C上均匀的间隔开。

滚柱3的外周设置有沿周向C延伸的多条凸牙31，凸牙31与第一沟槽11 啮合并且凸牙31与第二沟槽21啮合，也就是说，凸牙31位于第一沟槽11和第二沟槽21的交叉位置。凸牙31的沿垂直于凸牙31的延伸方向的平面的截面可以为例如三角形。凸牙31所在的平面与滚柱3的轴向A可以是垂直的。多个凸牙31中任意两条相邻的凸牙31之间具有相同的距离，即多个凸牙31沿轴向A 均匀地排列。相邻两条凸牙31之间的距离可以等于第一沟槽11的螺距。需要说明，相邻两条凸牙31之间的距离是指相邻两条凸牙31的同一部位之间的距离，例如相邻两条凸牙31的中心线之间的距离。滚柱3的轴向长度可以与多条第一沟槽11所占据的丝杆1的轴向A长度大致相同。

两个相邻的凸牙31之间的距离可以是两个相邻的第一沟槽11之间的距离和\/或第二沟槽21的螺距的整数倍，例如一倍、两倍等。在该实施方式中，两个相邻的凸牙31之间的距离等于两个相邻的第一沟槽11之间的距离，并且两个相邻的凸牙31之间的距离等于第二沟槽21的螺距。全部的第一沟槽11中嵌入凸牙31，并且全部的第二沟槽21中嵌入凸牙31。

进一步地，行星滚柱丝杠还包括保持架4，保持架4整体为圆筒状，保持架4套设于丝杆1，在径向R上，保持架4位于丝杆1和轴套2之间。保持架4设置有用于容纳滚柱3的多个定位槽41，定位槽41可以为沿保持架4的轴向A延伸的长条孔。

可以理解，与现有技术的行星滚柱丝杠相比，凸牙31可以镶嵌于第一沟槽11与第二沟槽21的交叉位置。而且不必须设置保持架4用于定位滚柱3。

在轴套2转动使丝杆1沿着轴向A相对于轴套2移动时，轴套2施加给滚柱3 摩擦力使滚柱3绕着滚柱3的轴线自转，虽然滚柱3会沿着轴套2的第二沟槽21 移动，但滚柱3不会脱离其所在的第一沟槽11，因而，滚柱3整体上随着丝杆 1沿丝杆1的轴向A移动。

第二实施方式<\/u>

根据本实用新型的第二实施方式的行星滚柱丝杠的整体结构与第一实施方式的行星滚柱丝杠相同。在本实施方式中，对于与第一实施方式相同或相似的部件标注相同的附图标记，并省略对这些部件的详细说明。

如图5至图7所示，本实用新型提供一种行星滚柱丝杠，其包括丝杆1、轴套2和滚柱3。

丝杆1整体为圆柱状，丝杆1的外周设置有沿周向C延伸的多条第一沟槽11。第一沟槽11形成为闭合的环状。多条第一沟槽11相互平行地设置，并且任意两条相邻的第一沟槽11之间可以具有相同的距离。

轴套2整体可以为圆筒状，轴套2套设于丝杆1，轴套2的轴线与丝杆1的轴线可以是重合的。轴套2的内表面设置有沿螺旋线方向延伸的第二沟槽21，第二沟槽21可以设置有多条。第一沟槽11和第二沟槽21交叉。

第二沟槽21的螺距可以是两条相邻的第一沟槽11之间的距离的整数倍，例如两倍。可以理解，两条相邻第一沟槽11之间的距离还可以是第二沟槽21 的螺距的整数倍。

滚柱3整体可以为圆柱状，滚柱3位于丝杆1和轴套2之间，滚柱3的轴线与丝杆1的轴线平行。滚柱3的外周设置有沿周向C延伸的多条凸牙31，凸牙 31与第一沟槽11啮合并且凸牙31与第二沟槽21啮合，也就是说，凸牙31位于第一沟槽11和第二沟槽21的交叉位置。在该实施方式中，两个相邻的凸牙31 之间的距离等于第二沟槽21的螺距，并且两个相邻的凸牙31之间的距离等于两条相邻的第一沟槽11的之间的距离的整数倍，例如两倍。部分的第一沟槽 11中嵌入凸牙31，并且全部的第二沟槽21中嵌入凸牙31。

在第二实施方式中省掉了第一实施方式中的保持架，可以理解，与现有技术的行星滚柱丝杠相比，由于凸牙31位于第一沟槽11与第二沟槽21的交叉位置，不必须使用保持架4对滚柱3进行定位。

在轴套2转动使丝杆1沿着轴向A相对于轴套2移动时，轴套2施加给滚柱3 摩擦力使滚柱3绕着滚柱3的轴线自转，虽然滚柱3会沿着轴套2的第二沟槽21 移动，但滚柱3不会脱离其所在的第一沟槽11，因而，滚柱3整体上随着丝杆 1沿丝杆1的轴向A移动。

第三实施方式<\/u>

根据本实用新型的第三实施方式的行星滚柱丝杠的整体结构与第一实施方式的行星滚柱丝杠相同。在本实施方式中，对于与第一实施方式相同或相似的部件标注相同的附图标记，并省略对这些部件的详细说明。

如图8和图9所示，本实用新型提供一种行星滚柱丝杠，其包括丝杆1、轴套2和滚柱3。

丝杆1整体为圆柱状，丝杆1的外周设置有沿周向C延伸的多条第一沟槽 11。第一沟槽11形成为闭合的环状。多条第一沟槽11相互平行地设置，并且任意两条相邻的第一沟槽11之间可以具有相同的距离。

丝杆1设置有第一啮合部12，第一啮合部12设置于丝杆1的外周面，第一啮合部12可以是直齿状，第一啮合部12可以设置于丝杆1的第一沟槽11的轴向A两端的部分。

轴套2整体可以为圆筒状，轴套2套设于丝杆1，轴套2的轴线与丝杆1的轴线可以是重合的。轴套2的内表面设置有沿螺旋线方向延伸的第二沟槽21，第二沟槽21可以设置有多条。第一沟槽11和第二沟槽21交叉。

滚柱3整体可以为圆柱状，滚柱3位于丝杆1和轴套2之间，滚柱3的轴线与丝杆1的轴线平行。滚柱3的外周设置有沿周向C延伸的多条凸牙31，凸牙 31与第一沟槽11啮合并且凸牙31与第二沟槽21啮合，也就是说，凸牙31位于第一沟槽11和第二沟槽21的交叉位置。

滚柱3设置有第二啮合部32，第二啮合部32设置于滚柱3的外周，第二啮合部32可以是能够与第一啮合部12啮合的直齿状，第二啮合部32可以设置于滚柱3的轴向A两端的部分，第二啮合部32设置于凸牙31，使第二啮合部32 既可以与第一啮合部12配合，还可与与第二沟槽32配合。

通过第一啮合部12和第二啮合部32的配合，可以使滚柱3在丝杆1的外周面上做纯滚动，滚柱3不会在第一沟槽11中滑动，滚柱3和丝杆1之间不产生滑移，进而使行星滚柱丝杆的传动精度提高。

虽然在以上具体实施方式中对本实用新型的具体技术方案进行了详细地阐述，但是还需要说明的是：

(1)在上述实施方式中，多条第一沟槽11中任意两条相邻的第一沟槽 11之间具有相同的距离。然而本实用新型不限于此，多条第一沟槽11中任意两条相邻的第一沟槽11之间可以具有不同的距离。例如，某条第一沟槽与其轴向A一侧的相邻的另一条第一沟槽的距离和该某条第一沟槽与其轴向A另一侧的相邻的再一条第一沟槽的距离可以不同。

(2)在上述实施方式中，多条第二沟槽21在丝杆1的周向C上均匀的间隔开。然而本实用新型不限于此，还可以多条第二沟槽21具有相同的导程并且多条第二沟槽21在轴套2的轴向A上不均匀的间隔开，使相邻的两条第二沟槽21之间的距离可以不相等。

(3)在上述实施方式中，多个凸牙31中任意两条相邻的凸牙31之间具有相同的距离，即多个凸牙31沿轴向A均匀地排列。然而本实用新型不限于此，多个凸牙中任意两条相邻的凸牙之间还可以具有不相同的距，即多个凸牙沿轴向A不均匀地排列。

(4)在上述实施方式中，全部的第二沟槽21中嵌入凸牙31。然而本实用新型不限于此，还可以部分的第二沟槽中嵌入凸牙，例如相邻两条凸牙的距离是相邻两条第二沟槽的整数倍。

(5)在上述实施方式中，多个滚柱3在轴套2的周向C上均匀的间隔开。然而本实用新型不限于此，还可以多个滚柱3在轴套2的周向C上不均匀的间隔开，例如第二沟槽设置8条，滚柱设置3个。

(6)在上述实施方式中，第一啮合部12和第二啮合部32可以是能够相互配合的直齿状，然而本实用新型不限于此，第一啮合部12和第二啮合部32 还可以是斜齿状。

(7)在上述实施方式中，凸牙31、第一沟槽11和第二沟槽21的截面为三角形，然而本实用新型不限于此，凸牙31、第一沟槽11和第二沟槽21的截面还可以为弧形或其他形状。可以理解，凸牙31、第一沟槽11和第二沟槽21 的截面均为弧形，凸牙31嵌入第一沟槽11和第二沟槽21中，可以增大丝杆1 与轴套2接触面积，可以提高行星滚柱丝杠的抗冲击能力，增大承载力，延长使用寿命。并且无需设置现有技术中的复位环(复位装置)，避免了复位环在执行复位时冲击滚柱，减少振动和噪音，使行星滚柱丝杠运行平顺。

进一步地，第一沟槽11和第二沟槽21可以为歌德式沟槽(歌特式沟槽)。对行星滚柱丝杠施加适当的预紧载荷，消除轴向间隙，可使行星滚柱丝杠具有更好的刚性，达到更高的精度。

设计图