齿轮传动方式的行星滚柱丝杠
技术领域
本发明涉及一种将旋转运动转化为直线运动的行星螺旋传动机构，尤其是一种用于重载高速传动的行星滚柱丝杠。
背景技术
相比滚珠丝杠，滚柱丝杠具有承载能力更强、速度更快、精度更高、寿命更长、维护成本低等特点，从而成为航空机械、数控机床、精密仪器和仪表等精密机械设备中最为关键的基础部件之一，并得到了相当广泛的应用。
行星滚柱丝杠除丝杠、螺母、滚柱外，还包括内齿圈、行星架、挡圈等零件。根据传动过程中滚柱与螺母、丝杠之间的相对运动形式，行星滚柱丝杠大体上可以分成标准型、螺母型和循环型等三种类型，其中标准型滚柱与螺母轴向保持相对静止，螺母型滚柱与丝杠轴向保持相对静止，循环型滚柱相对于螺母作轴向周期型前后运动。
在具体运动过程中滚柱螺纹与丝杠螺纹、螺母螺纹分别啮合，以传递动力。当丝杠旋转时，螺母沿丝杠轴向移动，滚柱自转同时绕丝杠作行星运动，同时保持与螺母相同的轴向移动速度。通过上述的运动将旋转运动转化为直线运动。
在现有技术中，标准型和螺母型行星滚柱丝杠的滚柱是中间段是螺纹结构，两端是齿轮结构，滚柱螺纹分别与丝杠及螺母的螺纹结构相啮合。滚柱轴端的齿轮结构与固定于螺母上的内齿圈相啮合。在循环型的行星滚柱丝杠中，滚柱上为纯环齿结构，螺母上为螺纹结构，在传动过程中存在噪声大等缺陷。在其他形式的行星滚柱丝杠中，滚柱为环齿结构，螺母上也为环齿纯结构，但是在传动过程中，其在原理上存在导程不确定的缺陷。
发明内容
为了优化行星滚柱丝杠的结构及传动方式，降低行星滚柱丝杠在加工、制造以及装配中的难度，本发明提供了一种齿轮传动方式的行星滚柱丝杠，该行星滚柱丝杠具有恒定的导程，并取消了螺母的螺纹加工，仅仅在螺母的两端加工环齿承受轴向载荷，滚柱两端的齿轮保证了滚柱与螺母的传动比，避免了二者相互滑动而导致的导程不确定，滚柱上的螺纹仅仅与丝杠相啮合，大幅度降低了装配的难度，增加装配的便利性，避免了因为螺纹相位及齿轮相位导致的装配问题。螺纹啮合仅存在于丝杠与滚柱之间，圆环啮合仅存在于螺母与滚柱之间，因此在螺纹参数以及相关结构参数的设计过程中大幅增加参数设计的自由度。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种齿轮传动方式的行星滚柱丝杠，包括丝杠、螺母、滚柱、内齿圈、固定销轴、行星架、挡圈，所述滚柱中间向外依次为螺纹、环齿、齿轮以及光轴，所述螺母内孔在轴向上主要有三种结构：位于螺母两端的内齿圈安装结构、对称分布于螺母两端的环齿结构以及螺母中间段的避让台阶孔；所述滚柱均匀地分布于丝杠的四周，中间的螺纹与丝杠的螺纹相啮合而不与螺母相啮合，所述滚柱两端的环齿与螺母两端的环齿相啮合，外侧齿轮与螺母的内齿圈安装结构中安装的内齿圈的齿轮相啮合，两端的光轴与行星架上均匀分布的圆孔相配合。
进一步，所述内齿圈安装于螺母的内齿圈安装结构之内，并用固定轴销5进行轴向固定。
进一步，左右两个行星架安装在内齿圈的安装位，所述挡圈安装于内齿圈4的沟槽之内，用于行星架的轴向位置固定。
进一步，所述滚柱的螺纹为单头螺纹，螺纹的螺距与丝杠螺纹的螺距相同。
进一步，所述滚柱的环齿外径小于螺纹的底径，避免与丝杠螺纹干涉，用于承受轴向力以及部分可能的径向力。
进一步，所述滚柱的环齿与螺母的环齿的直径之比与滚柱的齿数与螺母上的内齿圈齿数之比相同。
进一步，所述丝杠的螺纹为多头螺纹。
进一步，当丝杠旋转时，所述螺母沿丝杠轴线移动，滚柱自转同时绕丝杠作行星运动，并保持与螺母相同的轴向移动速度，将旋转运动转化为直线运动。
进一步，所述齿轮传动方式的行星滚柱丝杠还设有预紧结构，所述预紧结构为锁紧预紧结构或弹性碟簧预紧结构。
进一步，所述锁紧预紧结构由调整垫片、锁紧螺钉螺母组成，所述调整垫片置于两个半螺母之间，两个半螺母之间通过锁紧螺钉螺母连接，通过锁紧螺钉螺母对该行星滚柱丝杠施加预紧力，使得环齿接触处更加的紧密，降低传动间隙，保证传动的平稳性。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种新型传动方式的行星滚柱丝杠，在滚柱上设计齿轮、环齿及螺纹结构，螺母设计为两端环齿中间中空的结构，滚柱螺纹仅仅与丝杠螺纹接触，滚柱螺纹不与螺母相接触，通过滚柱两端的环齿及齿轮来形成滚柱的行星运动，此种行星运动与以往行星滚柱丝杠有明显的差别。在此种传动方式下，通过特定的传动比及螺纹参数设计，实现了该行星滚柱丝杠的恒导程。通过该发明得到的行星滚柱丝杠在加工、制造、装配等方面具有极大的优势，降低了在生产过程中的难度。
附图说明
图1是齿轮传动方式的行星滚柱丝杠组成立体示意图；
图2是滚柱结构立体示意图；
图3是滚柱结构平面示意图；
图4是螺母结构立体示意图；
图5是丝杠结构立体示意图；
图6是预紧行星滚柱丝杠组成立体示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种齿轮传动方式的行星滚柱丝杠，包括丝杠1、螺母2、滚柱3、内齿圈4、固定销轴5、行星架6、挡圈7等零件。
如图2，3所示，滚柱3中间向外依次为螺纹3-1、环齿3-2、齿轮3-3以及光轴3-4。滚柱3中间为螺纹结构，该螺纹一般为单头螺纹，螺纹的螺距与丝杠1螺纹的螺距相同；螺纹外侧为环齿结构，环齿3-2外径一般小于螺纹3-1的底径，避免与丝杠螺纹干涉，主要用于承受轴向力以及部分可能的径向力，为防止滚柱3的环齿3-2与螺母的环齿处的相互滑动，两者的直径之比一般与滚柱3的齿数与螺母2上的内齿圈4齿数之比相同；环齿3-2外侧为齿轮结构，该齿轮3-3的传动比需要经过特殊设计以满足恒定导程；滚柱3两端最外侧为光轴结构，主要用于行星架的安装。
如图4所示，螺母2内孔在轴向上主要有三种结构：位于螺母2两端的内齿圈安装结构2-1，对称分布于螺母两端的环齿结构2-2，以及螺母中间段的避让台阶孔2-3。
如图5所示，丝杠1的轴端在实际应用过程中可以设计成任意的结构，丝杠1的螺纹为多头螺纹。为实现该行星滚柱丝杠的恒定导程，丝杠1的螺纹公称直径、头数，滚柱螺纹、齿数以及内齿圈齿数之间应该满足特定的关系。
如图1所示，滚柱3均匀地分布于丝杠1的四周，中间的螺纹与丝杠1的螺纹相啮合而不与螺母相啮合，滚柱3两端的环齿3-2与螺母2两端的环齿相啮合，外侧齿轮3-3与螺母2的内齿圈安装结构2-1中安装的内齿圈4的齿轮相啮合，两端的光轴3-4与行星架6上均匀分布的圆孔相配合，避免滚柱之间的相互碰撞摩擦，改善受力状态。内齿圈4安装于螺母2安装位之内，采用固定轴销5进行轴向固定，左右两个行星架6安装内齿圈4的安装位，挡圈7安装于内齿圈4的沟槽之内，主要用于行星架6的轴向位置固定。
在具体运动过程中滚柱螺纹与丝杠螺纹啮合，通过丝杠的旋转带动滚柱的旋转，滚柱齿轮与内齿圈相啮合使得滚柱的行星运动符合特定的规律，以满足恒导程条件，滚柱环齿与螺母的环齿相啮合，以承受相应的轴向力。最终，当丝杠旋转时，螺母沿丝杠轴线移动，滚柱自转同时绕丝杠作行星运动，同时保持与螺母相同的轴向移动速度。通过上述的运动将旋转运动转化为直线运动。
该行星滚柱丝杠除上述结构形式外，在实际应用过程亦可以设计成具有预紧的结构形式，具有预紧的结构形式总体上可以降低行星滚柱丝杠滑动的可能性。如图6，具有预紧结构的新型行星滚柱丝杠除丝杠1、螺母2、滚柱3,行星架6、挡圈7等零件外，还包括调整垫片8、锁紧螺钉螺母9等零件。通过调整垫片8以及锁紧螺钉螺母9可以对该行星滚柱丝杠施加一定的预紧力，使得环齿接触处更加的紧密，降低传动间隙，保证传动的平稳性。除此种形式的预紧结构外，还有可以有弹性碟簧预紧等结构形式。
