一个方向滚动另一方向滑动的组合螺旋副.pdf

本发明涉及一个方向滚动另一方向滑动的组合螺旋副，其特征是由两种螺旋副组成的，其中一种是滚动螺旋副，通过滚动体使丝杆与螺母形成滚动摩擦，另一种是滑动螺旋副，丝杆与螺母形成滑动摩擦，在丝杆的不同长度区域内，一个方向滚动另一方向滑动是通过改变丝杆滑动牙和滚动牙的槽形宽度及其相互间的距离，实现一滚一滑的功能。优点：将两种螺旋副组合到一起，使它们的优点和缺点得到互补，在丝杆的不同长度区域内，可分别实现双向滚动摩擦、双向滑动摩擦和一滚一滑的不同功能区域，也可以通过组合螺母实现丝杆带动螺母向上运动时是滚动摩擦，向下运动时是滑动摩擦的功能。

1.  一个方向滚动另一方向滑动的组合螺旋副，其特征是由两种螺旋副组成的，其中一种是滚动螺旋副，通过滚动体使丝杆与螺母形成滚动摩擦，另一种是滑动螺旋副，丝杆与螺母形成滑动摩擦，在丝杆的不同长度区域内，一个方向滚动另一方向滑动是通过改变丝杆滑动牙和滚动牙的槽形宽度及其相互间的距离，实现一滚一滑的功能。

一个方向滚动另一方向滑动的组合螺旋副
技术领域
本发明涉及是一种一个方向滚动另一方向滑动的组合螺旋副，属于机械传动中的螺旋传动技术领域。
背景技术
螺旋传动按螺纹间摩擦状态一般可以分为滑动螺旋副和滚动螺旋副。滑动螺旋副摩擦阻力大，效率低，但能自锁；滚动螺旋副摩擦阻力小，效率高，但不能自锁。
发明内容
本发明提供一种一个方向滚动另一方向滑动的组合螺旋副，具有一个方向滚动另一方向滑动的功能。
本发明的技术解决方案：其特征是由两种螺旋副组成的，其中一种是滚动螺旋副，通过滚动体使丝杆与螺母形成滚动摩擦，另一种是滑动螺旋副，丝杆与螺母形成滑动摩擦，在丝杆的不同长度区域内，一个方向滚动另一方向滑动是通过改变丝杆滑动牙和滚动牙的槽形宽度及其相互间的距离，实现一滚一滑的功能。
本发明的优点：将两种螺旋副组合到一起，使它们的优点和缺点得到互补，在丝杆的不同长度区域内，可分别实现双向滚动摩擦、双向滑动摩擦和一滚一滑的不同功能区域，也可以通过组合螺母实现丝杆带动螺母向上运动时是滚动摩擦，向下运动时是滑动摩擦的功能。组合螺旋副A的优点是，丝杆加工简单方便；组合螺旋副B的优点是，丝杆可以是单牙，体积小。
附图说明
图1为本发明实施例①所述的螺旋副为向左、向右均为滚动摩擦的示意图。
图2为本发明实施例②所述的螺旋副为向左、向右均为滚动摩擦的示意图。
图3为本发明实施例③所述的螺旋副为向左、向右均为滑动摩擦的示意图。
图4为本发明实施例④所述的螺旋副为向左、向右均为滑动摩擦的示意图。
图5为本发明表示t1、t2的示意图。t1、t2分别表示组合螺旋副A中梯形槽和半腰形槽的宽度。
图6为实施例⑤螺旋副为一滚一滑功能的示意图。
图7为实施例⑥螺旋副为一滚一滑功能的示意图。
图8为本发明实施例⑤的一种变形(即丝杆换个方向的实施方式)。
图9、图10为本发明实施例⑦所述的组合螺旋副A中丝杆牙形槽宽度不变，使用组合螺母实现丝杆带动螺母向上运动时是滚动摩擦，向下运动时是滑动摩擦的功能的示意图。
图11、图12为实施例⑧所述组合螺旋副A中的组合螺母的另一种结构。
图13表示C向的示意图。图14表示D向的示意图。
图15是指组合螺旋副A中，滑动牙的牙形型是圆形的示意图。
图16、图17是本发明实施例⑨所述的组合螺旋副B的示意图。
图18、图19是实施例⑩所述组合螺旋副B中的组合螺母的另一种结构。
图中，1是A螺母，2是A滚动体，3是实施例①～⑥所述的丝杆，4是实施例⑦和⑧所述的牙形槽丝杆，5是B滚动体，6是A滚动螺母，7是A平面轴承，8是A滑动螺母，9是销钉，10是销槽，11是实施例④所述的B螺母，12是实施例⑥所述的C螺母，13是滑动牙中所述的圆形牙，14是半腰形槽丝杆，15是C滚动体，16是B滚动螺母，17是B平面轴承，18是实施例②所述的D螺母，19是B滑动螺母。
具体实施方式
组合螺旋副是由两种螺旋副组成的，其中一种是滚动螺旋副，通过滚动体使丝杆与螺母形成滚动摩擦，另一种是滑动螺旋副，丝杆与螺母形成滑动摩擦。将滚动螺旋副中丝杆的牙形槽称为滚动槽，将滑动螺旋副中丝杆的牙形槽称为滑动槽；将滚动螺旋副中螺母的牙形称为滚动牙，将滑动螺旋副中螺母的牙形称为滑动牙。滚动槽和滑动槽可以不相同，也可以相同。下面将滚动槽和滑动槽不同的情况，称为组合螺旋副A，在丝杆的同一长度范围内，两种螺旋副的牙形槽交叉在一起的，将螺母上的滚动牙和滑动牙分别用圆形牙和梯形牙加以描述，将丝杆上的滚动槽和滑动槽分别用圆(腰)形槽和梯形槽加以描述。将丝杆上的滚动槽和滑动槽相同的情况，称为组合螺旋副B，用半腰形槽加以描述。
组合螺旋副A
在丝杆长度方向，组合螺旋副A分丝杆的牙形槽的宽度是变化和不变的两种结构。组合螺旋副A的特征是滚动螺旋副中丝杆的牙形槽与滑动螺旋副中丝杆的牙形槽不相同。
一、丝杆的牙形槽的宽度变化
组合螺旋副A中的丝杆的牙形槽的宽度可变，螺母的牙形宽度不变。为方便描述，假设螺母固定不动，丝杆受长度方向作用力，分四种结构探讨。
以下仅用梯形槽和圆(腰)形槽来分别表述滑动槽和滚动槽，用梯形牙和圆形牙来分别表述滑动牙和滚动牙。
结构一：通过加大丝杆梯形槽的宽度，实现双向滚动摩擦功能。
组合螺旋副A：与丝杆3配合使用的A螺母1不变，丝杆3的圆形槽的大小刚好跟滚珠2配合，而丝杆梯形槽的宽度大于螺母的梯形牙的宽度。
实施例①：如图1所示，当丝杆3的圆形槽呈半圆形，大小刚好跟A滚动体2配合，而丝杆梯形槽的宽度大于螺母的梯形牙的宽度时，即图1所示的状态，向左、向右均为滚动摩擦。
实施例②：同样能实现双向滚动摩擦的一种的方案，即如图2所示。该实施例与上述实施例①不相同的是，在实施例①的螺母中，梯形牙和圆形牙是交叉在一起的，而本实施例中螺母的螺纹是分开的，一种牙形在前，另一种牙形在后。
结构二：在丝杆的不同长度区域内，通过加大圆形槽的宽度，实现双向滑动摩擦功能。
组合螺旋副A的特征是：与丝杆3配合使用的A螺母1不变，丝杆3的圆形槽呈半腰形，丝杆梯形槽大小与螺母的梯形牙相配合。
实施例③：如图3所示，当丝杆3的圆形槽呈半腰形，丝杆梯形槽大小与螺母的梯形牙相配合时，即如图3所示的状态，向左、向右均为滑动摩擦。
实施例④：同样能实现双向滑动摩擦的一种的方案，即如图4所示。该
实施例与上述实施例③不相同的是，在实施例③的螺母中，梯形牙和圆形牙是交叉在一起的，而本实施例中螺母的螺纹是分开的，一种牙形在前，另一种牙形在后。
结构三：在丝杆的不同长度区域内，通过改变两种牙形槽的宽度和两种牙形间的相互距离，实现如正向作用力为滚动摩擦，则作用力反向时为滑动摩擦的功能。
以下用梯形槽和圆(腰)形槽来分别表述滑动槽和滚动槽，用梯形牙和圆形牙来分别表述滑动牙和滚动牙。
组合螺旋副A的特征是：与丝杆3配合使用的A螺母1不变，丝杆梯形槽的宽度大于螺母的梯形牙的宽度，丝杆3的圆形槽呈半腰形，其长度大于A滚动体2的直径，且两种牙形间的相互距离不相等，即在丝杆此长度范围内梯形槽的中心并不位于相邻两半腰形槽的中心。
如图6所示，当丝杆3的圆形槽呈半腰形时，设半腰形槽的两圆心之间的距离为A，当A滚动体2运动到如图所示的半腰形的右侧时，丝杆梯形槽的宽度与螺母的梯形牙左边的间隙为B，且A＞B。
所述两种牙形间的相互距离不相等，是指在丝杆此长度范围内梯形槽的中心并不位于相邻两半腰形槽的中心。
实施例⑤：当螺母固定不动，丝杆受向左的作用力时，为滚动摩擦，此时螺母上的梯形牙与丝杆上的梯形槽不接触，即梯形螺纹不起作用；当丝杆受向右的作用力时，丝杆向右运动，此时A滚动体2在丝杆长度方向上与半腰形槽不接触，即A滚动体2不起作用，螺母的梯形牙与丝杆的梯形槽接触，此时梯形螺纹起作用，丝杆工作时为滑动摩擦。
同理，如图8所示，丝杆受向右的作用力为滚动摩擦，受向左的作用力为滑动摩擦。
实施例⑥：同样能实现一滚一滑功能的一种的方案，即如图7所示。该实施例与上述实施例⑤不相同的是，在实施例⑤的螺母中，梯形牙和圆形牙是交叉在一起的，而本实施例中螺母的螺纹是分开的，一种牙形在前，另一种牙形在后。
结构四：将上述结构一、结构二和结构三结合起来使用，在螺母不变的情况下，同一根丝杆上实现多个不同的功能区域，即通过加大梯形槽的宽度，或加大圆形槽的宽度，或改变两种牙形槽的宽度和两种牙形间的相互距离，实现在丝杆的不同长度区域内，具有双向滑动摩擦、双向滚动摩擦或一滚一滑的不同功能区域。以下用三种结合方式表述。
结合方式一：结构一和结构三结合
组合螺旋副A的特征是：与丝杆3配合使用的A螺母1不变，丝杆3的圆形槽呈半腰形，丝杆上分双向滑动摩擦和一滚一滑的两种功能区域。
结合方式二：结构二和结构三结合
组合螺旋副A的特征是：与丝杆3配合使用的A螺母1不变，丝杆3的梯形槽大于螺母的梯形牙，丝杆上分双向滚动摩擦和一滚一滑的两种功能区域。
结合方式三：结构一、结构二和结构三结合
组合螺旋副A的特征是：与丝杆3配合使用的A螺母1不变，丝杆上分双向滑动摩擦、双向滚动摩擦和一滚一滑的三种功能区域。
二、丝杆的牙形槽的宽度是不变的牙形槽丝杆4是具有双牙，其中一牙通过B滚动体5与B螺母6构成滚动螺旋传动，另一牙与滑动螺母构成滑动螺旋传动，丝杆的牙形槽的宽度或大小不变。以下将丝杆上滚动螺旋传动的牙形和滑动螺旋传动的牙形分别用圆形牙和梯形牙表述。
组合螺旋副A中的丝杆在长度方向其两种牙形槽的宽度不变，与牙形槽丝杆4配合使用的组合螺母是由A滑动螺母8、A滚动螺母6、销钉9、A平面轴承7和B滚动体5组成，其中A滚动螺母6与A滑动螺母8在丝杆长度方向间有A平面轴承7，销钉9位于在滚动螺母和滑动螺母之间，滚动螺母或滑动螺母上开有销槽，销钉与滑动螺母或滚动螺母固连，销钉可在销槽内运动，组合螺母是通过改变A滚动螺母6与A滑动螺母8之间的距离，即改变其圆形牙与梯形牙之间的距离，实现丝杆带动螺母向上运动时是滚动摩擦，向下运动时是滑动摩擦的功能。
在压力角满足自锁的条件下，这种组合螺母中的A滑动螺母8和丝杆是自锁的。
销钉9在销槽10内的两极限位置，分别对应组合螺旋副中滚动摩擦和滑动摩擦的两种状态。
实施例⑦
一、滑动摩擦变为滚动摩擦的过程。
假设原始位置如图9所示，A平面轴承7与A滚动螺母6无间隙，B滚动体5在丝杆长度方向与丝杆的半腰形槽无接触，销钉9在销槽10内对应的位置图为图14，力F通过A滚动螺母6传递至滚动体作用于滑动螺母8，即此时组合螺母处于滑动摩擦状态。丝杆旋转时，由于A滑动螺母8与牙形槽丝杆4的滑动摩擦力矩远大于其与A平面轴承7的滚动摩擦力矩，所以A滑动螺母8与丝杆4无相对位移跟随丝杆4一起转动，销钉9在销槽10内由右向左移动，丝杆4的半腰形槽底部逐渐接触B滚动体5，带动滚动螺母6向上运动，使平面轴承7与A滚动螺母6产生间隙，销钉9在销槽10内运动至图13所示的位置，由于销钉的作用，滑动螺母随A滚动螺母6一起向上运动。由于A滑动螺母8的质量忽略不计，此时B滚动体5起作用，向下作用力F由A滚动螺母6承受，所以此时是滚动摩擦。
二、滚动摩擦变为滑动摩擦的过程。
假设原始位置如图10所示，A平面轴承7与A滚动螺母6有间隙，B滚动体5在丝杆长度方向与丝杆的半腰形槽底部接触，销钉9在销槽10内对应的位置图为图13，A滑动螺母8不承受力F，即此时组合螺母处于滚动摩擦状态。丝杆反向旋转开始时，牙形槽丝杆4带A动滑动螺母8一起转动，即牙形槽丝杆4与A滑动螺母8无相对位移，使销钉9在销槽10内由左向右移动，A滚动螺母6向下运动，逐渐使其与A平面轴承7接触，牙形槽丝杆4继续旋转，B滚动体5逐渐与牙形槽丝杆4的半腰形槽的底部脱离，即在丝杆长度方向与半腰形槽无接触，力F通过A滚动螺母6经A平面轴承7作用于A滑动螺母8，此时销钉9在销槽10内运动至图14所示的位置，由于销钉9的作用，A滚动螺母6随A滑动螺母8随一起向下运动。此时B滚动体5不起作用，向下作用力F由A滑动螺母8承受，所以此时是滑动摩擦。滚动体可以是滚珠或滚柱。
实施例⑧如图11、12所示，滚动螺母是镶嵌在滑动螺母内，该实施例的原理与实施例⑦相同，此处不再描述。
组合螺旋副B是指丝杆滚动牙的牙形槽和滑动牙的牙形槽相同，丝杆的牙形槽是半腰形槽。与半腰形槽丝杆14相配合的组合螺母由B滑动螺母19、B滚动螺母16、销钉9、B平面轴承17和C滚动体15组成，其中B滚动螺母16与B滑动螺母19在丝杆长度方向间有B平面轴承17，销钉位于在B滚动螺母和B滑动螺母之间，B滚动螺母或B滑动螺母上开有销槽，销钉与B滑动螺母或B滚动螺母固连，销钉可在销槽内运动，组合螺母是通过改变B滑动螺母19与B滚动螺母16间的距离，即改变两种不同牙形相互间的距离，实现丝杆带动螺母向上运动时是滚动摩擦，向下运动时是滑动摩擦的功能
实施例⑨
一、滑动摩擦变为滚动摩擦的过程。
假设原始位置如图16所示，B平面轴承17与B滚动螺母16无间隙，C滚动体15在丝杆长度方向与丝杆的半腰形槽无接触，销钉9在销槽10内对应的位置图为图14，力F通过B滚动螺母16传递至滚动体作用于B滑动螺母19，即此时组合螺母处于滑动摩擦状态。半腰形槽丝杆14旋转时，由于B滑动螺母19与半腰形槽丝杆14的滑动摩擦力矩远大于其与B平面轴承17的滚动摩擦力矩，所以B滑动螺母19与半腰形槽丝杆14无相对位移跟随半腰形槽丝杆14一起转动，销钉9在销槽10内由右向左移动，半腰形槽丝杆14的半腰形槽底部逐渐接触C滚动体15，带动B滚动螺母16向上运动，使B平面轴承17与B滚动螺母16产生间隙，销钉在销槽内运动至图13所示的位置，由于销钉9的作用，B滑动螺母19随B滚动螺母16一起向上运动。由于滑动螺母19的质量忽略不计，此时C滚动体15起作用，向下作用力F由B滚动螺母16承受，所以此时是滚动摩擦。
二、滚动摩擦变为滑动摩擦的过程。
假设原始位置如图17所示，B平面轴承17与B滚动螺母16有间隙，C滚动体15在丝杆长度方向与丝杆的半腰形槽底部接触，销钉9在销槽10内对应的位置图为图13，B滑动螺母19不承受力F，即此时组合螺母处于滚动摩擦状态。丝杆反向旋转开始时，半腰形槽丝杆14带动B滑动螺母19一起转动，即半腰形槽丝杆14与B滑动螺母19无相对位移，使销钉9在销槽10内由左向右移动，B滚动螺母16向下运动，逐渐使其与B平面轴承17接触，半腰形槽丝杆14继续旋转，C滚动体15逐渐与半腰形槽丝杆14的半腰形槽的底部脱离，即在丝杆长度方向与半腰形槽无接触，力F通过B滚动螺母15经B平面轴承17作用于B滑动螺母19，此时销钉9在销槽10内运动至图14所示的位置，由于销钉9的作用，B滚动螺母16随B滑动螺母19随一起向下运动。此时C滚动体15不起作用，向下作用力F由B滑动螺母19承受，所以此时是滑动摩擦。
实施例⑩
如图18、19所示，滚动螺母是镶嵌在滑动螺母内，该实施例的原理与实施例⑨相同，此处不再描述。