一种滚珠丝杆传动系统的制作方法

本发明涉及螺杆传动机构，具体为一种滚珠丝杆传动系统。

背景技术：

1、滚珠丝杆传动系统(ball screw drive)是一种将旋转运动转换为直线运动的机械装置，滚珠丝杆传动系统与丝杆螺母传动器不同的是：滚珠丝杆在丝杆与螺母之间加入了滚珠，将滑动摩擦传动转换为滚动摩擦传动，以此减少传动过程中的动力损失，提高传动效率，同时，滚珠螺杆传动器具有良好的可逆性，即可以通过驱动螺母来移动螺杆，也可以通过移动螺杆来驱动螺母。

2、滚珠丝杆通常不具备自锁功能，在需要对丝杆进行停止或控制其运动时，通常会采用以下几种方式进行刹车或定位控制：电机刹车：使用驱动滚珠丝杆的电机自身的刹车功能对丝杆进行刹车；制动器或离合器：使用电磁制动器或离合器切断或恢复丝杆与电机之间的动力传输，从而控制丝杆的运动。逆电动势制动：通过在电机上施加逆电动势使电机产生反向扭矩，利用电机的反向扭矩来减速或停止滚珠丝杆。

3、其中，电机刹车和逆电动势制动均需要电机参与制动，由于电机的刹车能力有限，不适用与重负载或需要快速停止的刹车要求，且驱动丝杆的电机发生失效或异常断电时，在螺母与承载物的惯性力作用下，螺母容易沿着丝杆向着丝杆的端部运动，从而造成螺母出现超程导致丝杆的传动精度下降或丝杆螺母发生失效。制动器或离合器制动虽适用于需要快速反应的场合，但制动器和离合器需要电驱动，电源故障时会发生制动失效，从而无法避免螺母出现超程；同时在一些教学设备、机床上，由于操作人员误操作也容易造成螺母发生超程，丝杆出现超程后需要维修和重新调试，影响教学进度和工作进度。

4、针对上述问题，现有技术提出了一些解决方案，例如在丝杆端部设置止动环，将止动环设置在丝杆两端，且两个止动环处于丝杆上的正常工作行程范围之内，当丝杆的止动失效时，螺母运动至止动环位置并与止动环接触时，止动环对螺母进行刚性限位，由于两者为刚性限位，螺母受到冲击力时容易发生损坏，同时螺母内的滚珠容易螺母与螺杆之间的剪切力作用而发生损坏甚至失效；为此针对该问题，现有技术还提供了一种解决方案，即在止动环上设置活塞与缓冲弹簧，由于止动环与螺杆同轴转动，止动过程中活塞受侧向力作用容易与止动环之间产生摩擦力，从而造成活塞无法正常与止动环之间滑动，同时缓冲弹簧具有行程限制，对于重载或高速的滚珠丝杆传动系统，需要大行程的缓冲弹簧，从而造成丝杆行程的损失。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种滚珠丝杆传动系统，以解决滚珠丝杆传动过程中容易受到操作人员误操作或电机刹车失效的因素造成螺母出现超程现象的问题，同时解决现有滚珠丝杆传动系统中的防超程装置容易损坏螺母和滚珠的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种滚珠丝杆传动系统，包括螺杆、螺母和滚珠，其中，所述螺杆两端通过轴承座转动安装在机架上，且所述螺杆一侧通过联轴器与驱动电机相连接；所述螺杆外周面设有螺纹滚道，所述螺纹滚道用于引导滚珠滚动，所述螺母同轴套设在螺杆上，所述螺母内设有滚珠循环器，所述滚珠滚动安装在螺母内，且所述滚珠与螺纹滚道滚动连接；所述驱动电机驱动螺杆转动时，所述螺杆转动带动滚珠在螺纹滚道内滚动，滚动的滚动带动螺母在螺杆上直线运动，同时所述滚珠循环器将螺母内的滚珠循环，从而实现将电机的转动转换为螺母的直线运动。

4、具体的，所述安装座上通过螺栓连接有安装座，所述安装座的数量为2个，两个所述安装座分别安装在螺杆的两端，两个所述安装座均安装在螺杆的行程内，且两个所述安装座均与螺杆转动连接，两个所述安装座靠近螺母的一侧均开设有安装孔，所述安装孔内滑动连接有顶杆，所述顶杆两端分别位于安装座的内外两侧，所述安装孔内同轴设置有复位弹簧，所述复位弹簧两端分别分别与顶杆、安装座相连接，所述安装座上开设有多个液压腔，所述安装孔与液压腔内均设有液压油，所述安装孔与液压腔之间通过液压通道相连通，所述液压腔内滑动连接有刹车组件，所述刹车组件被设计为，在螺母推动顶杆向安装座内滑动时刹车组件向靠近螺杆的方向滑动。

5、所述螺母直线运动至螺杆任意一端时，所述螺母的端面先接触顶杆，并推动顶杆向安装孔内滑动，所述顶杆向安装孔内滑动过程中压缩复位弹簧，并将安装孔内的液压油通过液压通道推动至液压腔内，此时所述液压腔内的压力增大，所述液压腔内的液压油量推动刹车组件向靠近螺杆的方向滑动，直至所述刹车组件贴合螺杆表面并与螺杆发生摩擦，从而实现对螺杆的刹车，直至所述螺杆的停转，从而完成对螺母的限位；由于过程中所述螺杆减速为过程减速，而非直接停转，且复位弹簧对螺母起缓冲作用，因此避免了螺母的刚性限位，保证了螺母与滚珠的使用寿命，同时保证螺母无法出现超程现象。

6、优选的，所述刹车组件包括推杆、刹车片，多个所述液压腔沿安装座的轴心圆周均布，所述推杆的一端滑动连接在液压腔内，另一端延伸至液压腔外，且与刹车片相连接，所述推杆为非回转体对称结构，所述螺杆上设有刹车作用面，所述刹车作用面粗糙度大于ra12.6，所述推杆的对称轴与刹车作用面相切。

7、所述液压腔内的压力增大时，所述液压腔内的液压油推动推杆向液压腔外滑动，所述推杆带动刹车片向螺杆表面运动，直至刹车片表面与螺杆表面贴合并发生摩擦，从而刹车片对螺杆进行减速；由于所述推杆的对称轴与刹车作用面相切，因此所述刹车片与刹车作用面接触瞬间，所述螺杆对刹车片的反作用力沿刹车作用面切线方向且与推杆的对称轴平行，由此避免推杆受反作用力发生挠曲，从而避免推杆与液压腔内壁摩擦力过大发生卡滞，同时避免推杆发生挠曲造成液压油泄漏或推杆无法收回，保证了推杆与液压腔的配合正常，进而保证刹车片与刹车作用面的完全贴合，保证螺母无法出现超程现象。

8、进一步的，所述液压通道为环形的槽结构，且所述液压通道与多个安装孔和液压腔均连通，由此保证多个所述液压腔内的液压力相同，从而保证多个所述刹车片施加在螺杆上的压力相同，避免了单个刹车片与螺杆之间的作用力过大造成过度磨损而影响刹车片的刹车效果，保证了刹车片的使用寿命和刹车效果。

9、优选的，所述刹车片包括安装板与刹车板，所述推杆与安装板相连接，所述刹车板安装于安装板靠近螺杆的一面；其中，所述安装板采用刚性材质制成，所述刹车板采用柔软材质制成，由此避免刹车板与刹车作用面摩擦而造成刹车作用面发生磨损；进一步的，所述刹车板与螺杆配合的一面上设有牙形凸起，所述牙形凸起的顶角指向螺杆外周面，所述刹车板在推杆的推动作用下与螺杆接触时，所述牙形凸起先接触刹车作用面，此时所述刹车板与刹车作用面的接触面积小，所述刹车板与刹车作用面之间的摩擦力较小，从而避免螺杆发生急停，保证了螺杆减速过程为缓速减速，避免螺杆快速停车造成螺母和滚珠发生损坏，同时基于刹车板的柔性材质设置，所述刹车板在推杆的持续推动作用下，所述牙行凸起受挤压变形后，所述刹车板与刹车作用面的接触面积逐渐增大，从而所述刹车板与螺杆之间的摩擦力增大，直至螺杆完全停车，保证螺母无法超程。

10、优选的，所述液压腔内滑动安装有活塞块，所述活塞块与推杆之间设有缓冲弹簧，所述缓冲弹簧与推杆的对称轴同轴，所述活塞块与推杆之间设有缓冲腔，所述顶杆底部与安装孔的底部之间为油压腔；由于所述螺杆刹车过程中螺母处于运动状态，所述刹车片与刹车作用面完全接触后，所述螺母继续推动顶杆向安装孔内运动并继续压缩复位弹簧，所述液压腔内的液压力增大，所述活塞块受液压力的作用向靠近推杆的方向运动并压缩缓冲弹簧，同时提升对推杆的推力，保证螺母无法超程，同时避免液压腔内的压力过大造成螺母快速停止而发生损坏，保证了螺母与滚珠的使用寿命。

11、进一步的，所述油压腔与缓冲腔的体积比大于1，由此避免了所述螺杆刹车过程中顶杆完全将复位弹簧压缩造成螺母与安装座之间形成刚性连接，保证螺母无法超程并保证螺母与滚珠的使用寿命。

12、所述推杆上设有多个滚动体，所述滚动体可以是滚珠、滚针或滚柱中的任意一种，所述滚动体与推杆转动连接，并与液压腔内壁滚动连接，所述滚动体安装在推杆的上下两侧；所述刹车片与刹车作用面完全贴合后，由于所述刹车片与刹车作用面为面接触，两者之间的摩擦力不只沿着推杆的切线方向，因此所述推杆在受摩擦力作用下上下两侧面与液压腔内壁之间摩擦力加剧，通过设置滚动体，将滑动摩擦转变为滚动摩擦，避免推杆与安装座之间的摩擦力过大造成推杆发生卡滞，保证对螺杆的刹车效果，从而保证螺母无法超程。

13、所述螺杆两端均设有排油槽，且两个所述排油槽均位于两个安装座之间，两个所述排油槽内设有导流斜面，两个所述导流斜面分别位于排油槽靠近螺母的一侧；由于所述螺杆、螺母与滚珠之间需要润滑油或润滑脂进行润滑，为避免螺杆上的润滑油或润滑脂流动至刹车作用面上造成刹车片与螺杆作用面之间的摩擦力下降，进而降低刹车片对螺杆的刹车效果，因此设置排油槽和导流斜面，所述螺杆上的润滑油或润滑脂流动至螺杆两端时，两者向进入排油槽内，并在导流斜面的导流和螺杆转动时的离心作用下排离螺杆表面，从而无法到达刹车作用面上，保证了刹车片与刹车作用面之间的摩擦效果，保证螺杆无法超程。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

15、1、本发明通过设置顶杆和刹车组件，螺母直线运动至螺杆任意一端时，螺母的端面推动顶杆向安装孔内滑动，并将安装孔内的液压油通过液压通道推动刹车组件向靠近螺杆的方向滑动，直至所述刹车组件贴合螺杆表面并与螺杆发生摩擦，从而实现对螺杆的刹车，直至所述螺杆的停转，从而完成对螺母的限位；由于过程中所述螺杆减速为过程减速，而非直接停转，因此避免了螺母的刚性限位，保证了螺母与滚珠的使用寿命，同时保证螺母无法出现超程现象。

16、2、本发明通过将推杆设置成推杆的对称轴与刹车作用面相切，刹车片与刹车作用面接触瞬间，螺杆对刹车片的反作用力沿刹车作用面切线方向且与推杆的对称轴平行，由此避免推杆受反作用力发生挠曲，从而避免推杆与液压腔内壁摩擦力过大发生卡滞，同时避免推杆发生挠曲造成液压油泄漏或推杆无法收回，进而保证刹车片与刹车作用面的完全贴合，保证螺母无法出现超程现象。

17、3、本发明通过在刹车板与螺杆配合的一面上设有牙形凸起，刹车板与螺杆接触时，牙形凸起先接触刹车作用面，刹车板与刹车作用面的接触面积小，两者之间的摩擦力较小，从而避免螺杆发生急停，保证了螺杆减速过程为缓速减速，避免螺杆快速停车造成螺母和滚珠发生损坏，同时刹车板的柔性材质设置，所述刹车板在推杆的持续推动作用下，所述牙行凸起受挤压变形后，所述刹车板与刹车作用面的接触面积逐渐增大，从而所述刹车板与螺杆之间的摩擦力增大，直至螺杆完全停车，保证螺母无法超程。