[发明专利]行星滚子丝杠机构

说明书

本行星滚子丝杠机构(2)包括：螺杆轴(4)，其设置有至少一个外螺纹(T4)；螺母(6)，其设置有至少三个内螺纹(T6)；和至少三个滚子(8)，其相对于螺杆轴的中心轴线(X4)在径向上布置在螺杆轴与螺母之间。每个滚子(8)均设置有至少两个外螺纹(T8₁、T8₂)。螺杆轴(4)的外螺纹(T4)的数量是滚子(8)的外螺纹(T8)的数量的倍数。螺母(6)的内螺纹(T6)的数量是滚子(8)的外螺纹(T8)的数量的倍数。

技术领域

本发明涉及一种行星滚子丝杠机构，其被构造成以直接模式将转动运动转换成平移运动，或者以间接模式将平移运动转换成转动运动。

背景技术

在转动运动与平移运动之间或平移运动与转动运动之间的机械运动转换的领域中，已知使用行星滚子丝杠机构，其包括：第一转动且非平移构件、第二平移且非转动构件和相对于转动构件的转动轴线在径向上布置在转动构件与平移构件之间的若干滚子。在一些其它应用中，行星滚子丝杠机构的输入构件和输出构件两者以不同的速度或沿不同的方向转动。行星滚子丝杠机构用于需要将直线/转动运动转换成转动/直线运动(反之亦然)的各种行业。这包括石油和天然气行业、机械工厂、食品行业等等。

在行星滚子丝杠机构中，第一构件可以是螺杆轴，第二构件可以是围绕螺杆轴安装的螺母，而各滚子均具有与分别设置在螺杆轴的外径向表面和螺母的内径向表面上的螺纹啮合的螺纹。在这种情况下，施加到机构的输入负荷可以是施加在螺杆轴上的转动扭矩，这引起螺母的直线运动，从而引起轴向输出力，或者，施加到机构的输入负荷可以是施加在螺母上的轴向作用力(effort)，这引起螺杆轴的转动，从而引起输出扭矩。作为一种选择，第一构件可以是螺母，第二构件可以是螺杆轴。在这种情况下，机构上的输入负荷可以是施加在螺母上的扭矩，这引起螺杆轴的平移运动，从而引起轴向输出力，或者，机构上的输入负荷可以是施加在螺杆轴上的轴向力，这引起螺母的转动运动，从而引起输出扭矩。

利用这种机构，关键的效率因素是机构的导程。行星滚子丝杠机构的导程被定义为当螺杆轴转一圈360°时螺母平移的轴向位移长度或当螺母转一圈360°时螺杆轴的轴向位移长度。

目前，行星滚子丝杠机构的导程被限制在50mm以下。这源自下面几个因素。

第一，在该机构中，螺杆轴和螺母两者通常均设置有多个螺纹。这些螺纹必须在螺杆轴上同时加工出来。为此，使用相对于螺杆轴的中心轴线倾斜一定角度的研磨轮(grinding wheel)，该角度取决于螺纹的螺旋角。该螺旋角越大，则研磨轮必须倾斜得越多，并且对应螺纹的对应深度之间存在更大的差。由于这种研磨技术，因此螺纹越深，则相应的误差越大。

第二，螺旋角越大，则在螺杆轴与滚子之间的界面处产生的摩擦力越高。同样地，螺纹越深，则摩擦力越大。因此，对于螺杆轴所关注的是，在螺纹之间限定的螺纹形状(profile)的摩擦力和几何构造取决于螺旋角和螺纹深度，这导致这两个值必须保持尽可能小。

第三，螺母的内螺纹必须在其径向内表面上加工，由于在加工操作期间研磨轮的支撑构件可能会碰到螺母，因此螺旋角高的话加工越发困难。这里再次说明，螺旋角和螺纹深度是对于制造螺母不利(unfavorable)的参数。

第四，行星滚子丝杠机构的螺纹越深，则研磨螺杆轴、螺母和滚子所需的时间就越长。

另一方面，这种机构的容量或鲁棒性也取决于螺母的螺旋角、螺纹深度和内公称直径。在实际中，螺母的内公称直径等于螺杆轴的外公称直径与二倍的滚子的外公称直径之和。已知的是，为了良好地啮合分别设置在螺杆轴和滚子上的螺纹，滚子的直径应当与螺杆轴的直径成比例，并与螺杆轴的螺纹的数量减2成反比。因此，螺杆轴的螺纹的数量越大，则滚子的直径越小，因此丝杠的内径越小，行星滚子丝杠机构的容量或鲁棒性就越小。

所有这些意味着，由于上面指出的螺旋角、研磨时间和容量问题，因此改变现有的行星滚子丝杠机构的形状和结构使得其导程被限制到50mm以下是不容易的。