CN120845506A - 一种重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，包括滚珠丝杠、滚珠螺母、钢球和回珠管，所述钢球在脱离滚珠丝杠及滚珠螺母的螺旋滚道时，运行路径设计为与螺旋滚道节圆直径相切且沿导程角方向进入回珠管；所述钢球在脱离回珠管时，运行路径设计为沿导程角方向及与螺旋滚道节圆直径相切进入滚珠丝杠及滚珠螺母之间的螺旋滚道；所述回珠管由不锈钢挡珠机构和塑料通道通过注塑方式融合而成，其中不锈钢挡珠机构位于钢球进入和离开回珠管的部位；所述滚珠螺母上布置有多组回珠管。本发明有效解决了滚珠丝杠副在高速度运行和高负载条件下噪音控制不足且缺乏抗冲击设计的主要问题。

Description

一种重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副

技术领域

本发明属于丝杠技术领域，尤其涉及一种重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副。

背景技术

在滚珠丝杠副传动领域中，随着全电伺服压力机、伺服注塑机等电传动设备的迅猛发展，对滚珠丝杠副的性能要求日益苛刻，需要其在高速度运行、高负载承载、低噪音控制以及抗冲击能力等方面实现综合优化。现有技术中的滚珠丝杠副结构，例如采用单一材质回珠管或传统钢球路径设计，在高速度和高负载工况下常出现噪音显著增大、回珠管易受冲击损坏的问题，导致设备运行不平稳、使用寿命缩短。然而，现有方案难以同时解决这些挑战，主要技术问题在于：滚珠丝杠副在高速度运行和高负载条件下，噪音控制不足且缺乏有效的抗冲击设计，从而影响设备的可靠性和效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，有效解决了背景技术中滚珠丝杠副在高速度运行和高负载条件下噪音控制不足且缺乏抗冲击设计的主要问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，包括滚珠丝杠、滚珠螺母、钢球和回珠管，所述钢球在脱离滚珠丝杠及滚珠螺母的螺旋滚道时，运行路径设计为与螺旋滚道节圆直径相切且沿导程角方向进入回珠管；

所述钢球在脱离回珠管时，运行路径设计为沿导程角方向及与螺旋滚道节圆直径相切进入滚珠丝杠及滚珠螺母之间的螺旋滚道；

所述回珠管由不锈钢挡珠机构和塑料通道通过注塑方式融合而成，其中不锈钢挡珠机构位于钢球进入和离开回珠管的部位；

所述滚珠螺母上布置有多组回珠管。

上述重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，每组所述回珠管通过压盖及固定螺钉安装于滚珠螺母；所述压盖固定回珠管于滚珠螺母，并通过固定螺钉紧固。

上述重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，所述不锈钢挡珠机构用于抵抗钢球运行时的冲击力，所述塑料通道用于降低钢球运行噪音。

上述重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，所述回珠管由两组不锈钢挡珠机构和塑料通道通过注塑方式融合后合并组成。

上述重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，所述回珠管的端部一半为不锈钢挡珠机构，另一半为塑料通道的头部；所述回珠管的身部由两件回珠管塑料通道的身部构成。

上述重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，所述钢球沿导程角方向进入回珠管，运行路径包括：在螺旋滚道M部沿导程角方向运行，在N部沿螺旋线节圆直径切线方向运行。

本发明与现有技术相比具有以下优点：首先，钢球在脱离滚珠丝杠及滚珠螺母的螺旋滚道时，运行路径设计为与螺旋滚道节圆直径相切且沿导程角方向进入回珠管，同时在脱离回珠管时运行路径设计为沿导程角方向及与螺旋滚道节圆直径相切进入螺旋滚道。这种路径设计确保了钢球在滚道和回珠管之间的过渡极为平滑流畅，显著降低了钢球运动过程中的冲击力和摩擦阻力，从而大幅减少高速运行时的噪音水平，并提升钢球的高速流动性，实现低噪音高速运行的稳定性。

其次，回珠管由不锈钢挡珠机构和塑料通道通过注塑方式融合而成，其中不锈钢挡珠机构位于钢球进入和离开回珠管的部位。这种复合结构充分利用了不锈钢材质的高强度和塑料材质的减震特性：不锈钢挡珠机构直接承受钢球入口/出口的冲击负载，抵抗高负载高速运行下钢球在回珠管入口/出口对回珠管的冲击力，有效防止回珠管在冲击工况下的损坏；同时，塑料通道大幅吸收钢球运行的振动和噪音，协同解决了单一材质回珠管易碎且噪音大的缺陷，确保设备在高负载、高速冲击运行下的可靠性和静音性。

最后，滚珠螺母上布置多组回珠管的设计，通过增加钢球循环路径的数量，实现负载的均匀分散和承载能力的倍增，这不仅强化了重载性能，还与前述路径和材质设计协同作用，进一步优化了高速运行下的稳定性和抗冲击冗余，确保整体方案在苛刻工况下仍能高效运行。

综上，本发明使得滚珠丝杠副在高速重载条件下，噪音显著降低、抗冲击能力大幅增强，解决了现有技术的核心瓶颈，提升了电传动设备的整体性能和使用寿命。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的截面示意图。

图3为回珠管的结构示意图。

图4为回珠管的分解结构示意图。

图5为回珠管的一侧结构示意图。

图6为滚珠丝杠副钢球运行路径图。

图7为滚珠丝杠副M部钢球沿导程角方向运行图。

图8为滚珠丝杠副M部钢球沿导程角方向运行路径图。

图9为滚珠丝杠副N部钢球沿螺旋线节圆直径切线方向运行图。

图10为滚珠丝杠副N部钢球沿螺旋线节圆直径切线方向运行路径图。

附图标记说明:

具体实施方式

如图1—10所示，一种重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，包括滚珠丝杠1、滚珠螺母2、钢球3和回珠管4，所述钢球3在脱离滚珠丝杠1及滚珠螺母2的螺旋滚道时，运行路径设计为与螺旋滚道节圆直径相切且沿导程角方向进入回珠管4；

所述钢球3在脱离回珠管4时，运行路径设计为沿导程角方向及与螺旋滚道节圆直径相切进入滚珠丝杠1及滚珠螺母2之间的螺旋滚道；

所述回珠管4由两组不锈钢挡珠机构401和塑料通道402通过注塑方式融合后合并组合而成，其中两个不锈钢挡珠机构401分别位于钢球3进入和离开回珠管4的部位；

所述滚珠螺母2上布置有多组回珠管4。

回珠管4制造时，将不锈钢挡珠机构401预置于模具型腔，注入工程塑料形成塑料通道402。

实施时，以伺服压力机为例，在伺服压力机的运行中，钢球3从螺旋滚道脱离时，其路径被精确设计为与滚道节圆直径相切，滚道节圆直径指滚珠与滚珠螺母体及滚珠丝杠在理论接触点接触时，包络滚珠球心的圆柱面直径；并沿导程角方向进入回珠管4；导程角指滚道螺旋线的倾斜角度。

这通过在不锈钢挡珠机构401的钢球入口/出口处设置圆弧导向引导面实现：圆弧导向引导面与节圆直径相切，确保钢球3以最小冲击角度滑入回珠管4。

同时，导程角方向引导钢球3平滑过渡，避免急转弯。

这种路径设计减少了钢球3脱离时的冲击力和能量损失，使钢球3在高速运行时流畅进入回珠管4，高速运行例如，滚珠丝杠1转速达2000 rpm；显著降低噪音。例如噪音水平可控制在70 dB以下，并提高传动效率。在伺服压力机场景中，当设备进行快速冲压作业时，钢球3循环更稳定，避免了卡顿或振动，从而支持设备的高速运转。

例如，在伺服压力机处理一块厚钢板时，钢球3从滚道脱离瞬间，通过不锈钢挡珠机构401所设置的圆弧导向引导面以节圆切线路径和导程角方向滑入回珠管4。这类似于汽车在弯道以切线入弯减少离心力，确保钢球3无冲击地进入通道，实现每秒数十次的循环，满足高速冲压需求。

钢球3从回珠管4出口脱离时，其路径同样设置为沿导程角方向（与入口方向一致）并与螺旋滚道节圆直径相切进入螺旋滚道。这通过在回珠管4出口处集成不锈钢挡珠机构401作为导向件实现：挡珠机构的圆弧导向引导面与节圆直径相切，并保持导程角方向，引导钢球3以平缓角度滑入滚道。

该设计进一步降低了钢球3返回滚道时的冲击和噪音，提高了循环连贯性。在重载或冲击负载下，例如压力机突然加载，钢球3路径保持稳定，避免跳珠或磨损，延长部件寿命。在高速运行时，路径优化减少了能量损耗，确保传动效率达95%以上。

例如，在伺服压力机的冲击负载测试中，当钢球3从回珠管4脱离时，不锈钢挡珠机构401的圆弧导向引导面引导其以导程角方向和节圆切线路径滑入滚道。这如同自行车下坡时以平缓角度落地，减少震动。钢球3循环顺畅，支持设备在重载下保持高速运行而不产生异常噪音。

回珠管4采用注塑工艺制造：先将不锈钢挡珠机构401通过金属注射成形技术制造完成后预置于模具中，再注入工程塑料形成塑料通道402。不锈钢挡珠机构401仅位于钢球3入口和出口位置，其余部分为塑料通道402。注塑融合确保两种材料无缝结合，不锈钢挡珠机构401提供刚性和抗冲击性，塑料通道402提供轻量化和降噪性。在安装时，挡珠机构直接面对钢球3冲击点。

不锈钢部分有效吸收冲击负载，例如，在压力机重压下防止变形，塑料部分通过材料阻尼效应降低钢球3运行噪音，整体实现抗冲击与低噪音的平衡。同时，注塑工艺简化制造，降低成本。在伺服压力机高负载作业时，回珠管4能承受频繁冲击而不破裂，噪音降低约20%以上。

例如，在伺服压力机的连续冲压中，钢球3进入回珠管4时冲击不锈钢挡珠机构401，其刚性结构抵抗变形；钢球3在塑料通道402内运行时，塑料吸收振动能量，类似橡胶衬垫减少噪音。这种融合设计使回珠管4在重载冲击下保持完整，同时保持低噪音环境。

在滚珠螺母2的外周，均匀布置多组回珠管4，例如，2-4组，每组包含一个完整的回珠管4、一个压盖5及多个固定螺钉6。每组回珠管4独立工作；每组回珠管4都实现前述路径和材料设计，增加钢球3数量和循环容量。

多组布置显著提高滚珠丝杠副的承载能力，例如，承载力提升50%以上，支持重载应用。同时，分布设计平衡负载，减少单个回珠管4的应力集中，增强系统可靠性。在伺服压力机中，这允许处理更大工件而不增大尺寸或噪音。

例如，在伺服压力机用于大型金属件冲压时，滚珠螺母2上安装4组回珠管4。每组回珠管4独立循环钢球3，相当于多条流水线并行工作。当设备承载高负载时，钢球3分布均匀，避免过载，确保丝杠副稳定输出高推力。

本实施例中，每组所述回珠管4通过压盖5及固定螺钉6安装于滚珠螺母2；所述压盖5固定回珠管4于滚珠螺母2，并通过固定螺钉6紧固。

在滚珠螺母2上，每组回珠管4通过压盖5覆盖并固定，压盖5通过固定螺钉6拧紧于螺母螺纹孔。压盖5设计为卡槽或夹持结构，包覆回珠管4两端，确保其位置稳固。安装时，先将回珠管4放入螺母槽位，再盖上压盖5并用螺钉6紧固，防止松动。

该安装方式提供可拆卸性和高刚性，便于维护或更换回珠管4。压盖5分散负载，增强抗冲击能力；螺钉6紧固确保高速运行时不振动脱落。在伺服压力机频繁启停时，系统无松动风险，提升安全性。

例如，在伺服压力机维护作业中，工程师可松开固定螺钉6，取下压盖5，快速更换磨损的回珠管4。安装后，压盖5紧压回珠管4，类似螺栓固定法兰，确保在高速冲击下不位移。

本实施例中，所述不锈钢挡珠机构401用于抵抗冲击负载，所述塑料通道402用于降低钢球3运行噪音。

基于回珠管4结构，不锈钢挡珠机构401专用于吸收钢球3冲击能量，其材料选择高硬度不锈钢，如304不锈钢，用以抵抗变形；塑料通道402采用降噪工程塑料，其内壁光滑且具有阻尼特性，吸收钢球3滚动时的振动和噪音。

挡珠机构保护系统在冲击负载下不损坏，冲击负载如压力机突然加载，塑料通道402实现噪音控制，例如，噪音降低至70 dB以下。这种分工优化了材料使用，提升整体性能。

在伺服压力机高冲击测试中，不锈钢挡珠机构401承受钢球3猛烈撞击而不开裂，塑料通道402则通过材料弹性减少噪音传播，类似隔音层，使车间环境更安静。

本实施例中，所述回珠管4由两组不锈钢挡珠机构401和塑料通道402通过注塑方式融合后合并组成。

每个回珠管4由两半对称部件组成，一半对称部件由一件不锈钢挡珠机构401和一件塑料通道402通过注塑方式融合而成，两半合并时，通过卡扣或粘接对齐，形成完整通道。每半的结构确保挡珠机构位于合并后的入口/出口位置。

模块化设计简化制造和组装，降低成本；合并后结构强度高，防止运行中分离。在伺服压力机批量生产中，易于标准化制造。

在制造回珠管4时，先将不锈钢挡珠机构401通过金属注射成形技术制造完成后预置于注塑模具中，再注入工程塑料与塑料通道402融为一体，形成“一半”回珠管，将“两半”合并。类似于两半贝壳合拢，确保钢球3路径连续。本实施例中，所述回珠管4的端部一半为不锈钢挡珠机构401，另一半为塑料通道402的头部；所述回珠管4的身部由每半回珠管4的塑料通道402的身部构成。

在合并后的回珠管4中，端部（入口/出口）区域一半是挡珠机构（金属），另一半是塑料通道402的头部（塑料过渡段），身部（中间部分）完全由两半的塑料通道402身部合并而成。这通过注塑时控制材料分布实现：端部区域挡珠机构占50%面积，身部纯塑料。

端部优化了抗冲击和降噪的过渡，身部轻量化且降噪，整体重量减轻，便于高速应用。在伺服压力机中，减少惯性，提高响应速度。

在伺服压力机的回珠管4端部，钢球3冲击时一半受力于不锈钢挡珠机构，一半滑入塑料，平滑过渡；身部塑料部分降低重量，类似轻质管道，支持设备快速加速。

本实施例中，所述钢球3沿导程角方向进入回珠管4，运行路径包括：在螺旋滚道M部沿导程角方向运行，在N部沿螺旋线节圆直径切线方向运行。

钢球3路径在M部（滚道脱离点）严格沿导程角方向运行（通过圆弧导向引导面控制角度），在N部（靠近节圆直径区域）沿节圆直径切线方向运行（通过滚道几何设计实现切线）。这通过滚珠丝杠1和滚珠螺母2的螺旋滚道轮廓精确加工达成，确保路径在M和N部无缝衔接。

细分路径提升高速运行的精度和流畅性，减少路径偏差导致的噪音和磨损。在伺服压力机高速模式下，钢球3循环更稳定，传动效率最大化。

在伺服压力机的钢球3循环中，M部导程角方向确保钢球3平滑脱离，N部节圆直径切线方向类似直线加速，减少转弯阻力。整个路径如同优化跑道，支持设备以极速运行。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，包括滚珠丝杠（1）、滚珠螺母（2）、钢球（3）和回珠管（4），其特征在于：

所述钢球（3）在脱离滚珠丝杠（1）及滚珠螺母（2）的螺旋滚道时，运行路径设计为与螺旋滚道节圆直径相切且沿导程角方向进入回珠管（4）；

所述钢球（3）在脱离回珠管（4）时，运行路径设计为沿导程角方向及与螺旋滚道节圆直径相切进入滚珠丝杠（1）及滚珠螺母（2）之间的螺旋滚道；

所述回珠管（4）由不锈钢挡珠机构（401）和塑料通道（402）通过注塑方式融合而成，其中不锈钢挡珠机构（401）位于钢球（3）进入和离开回珠管（4）的部位；

所述滚珠螺母（2）上布置有多组回珠管（4）。

2.按照权利要求1所述的一种重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，其特征在于，每组所述回珠管（4）通过压盖（5）及固定螺钉（6）安装于滚珠螺母（2）；所述压盖（5）固定回珠管（4）于滚珠螺母（2），并通过固定螺钉（6）紧固。

3.按照权利要求1所述的一种重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，其特征在于，所述不锈钢挡珠机构（401）用于抵抗钢球（3）运行时的冲击力，所述塑料通道（402）用于降低钢球（3）运行噪音。

4.按照权利要求3所述的一种重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，其特征在于，所述回珠管（4）由两组不锈钢挡珠机构（401）和塑料通道（402）通过注塑方式融合后合并组成。

5.按照权利要求4所述的一种重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，其特征在于，所述回珠管（4）的端部一半为不锈钢挡珠机构（401），另一半为塑料通道（402）的头部；所述回珠管（4）的身部由两件回珠管塑料通道（402）的身部构成。

6.按照权利要求1所述的一种重载高速低噪音抗冲击滚珠丝杠副，其特征在于，所述钢球（3）沿导程角方向进入回珠管（4），运行路径包括：在螺旋滚道M部沿导程角方向运行，在N部沿螺旋线节圆直径切线方向运行。