一种高可靠精密直线滚动副的制作方法

本发明涉及精密滚动定位，尤其涉及一种高可靠精密直线滚动副。

背景技术：

1、目前，在精密及超精密定位调整、空间环境定位传动和洁净环境定位传动等领域中，若需要既传递扭矩又进行直线运动，同时要求结构紧凑且对中性好的场合，常规方案是采用滚柱(或滚珠)花键副。然而，滚柱(或滚珠)花键副存在如下限制：

2、1)该结构形式若要达到较高的传动精度及较低的轴向滚动阻力，对零部件本身的加工制造精度要求较苛刻；

3、2)对于固体润滑工况，由于常规的滚柱(或滚珠)花键副均通过加工制造保证装配精度及传动精度，滚动体与滚道的接触应力由于制造的尺寸形位偏差及刚性预紧而波动较大，容易导致固体润滑膜因接触应力过大而早期失效。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种高可靠精密直线滚动副，能够实现滚动体与滚道较低接触应力且均匀稳定，无反向间隙、传动精度高、径向刚度大、轴向阻力小。

2、为实现上述发明目的，本发明提供以下的技术方案：

3、一种高可靠精密直线滚动副，包括一体式柔性滚道、芯轴、保持架、中空滚柱、带齿中空滚柱、静齿条、动齿条、一体式柔性铰链预紧套和预紧顶丝。

4、所述一体式柔性滚道包括下法兰、立方框架、随动块、第一柔性铰链、滚道、燕尾槽和顶丝限位槽，所述立方框架底部与所述下法兰连接，所述随动块共有四个，分别位于所述立方框架四个侧面中央，每个所述随动块均通过上下各一个所述第一柔性铰链与所述立方框架连接，每个所述随动块的内侧均开设有上下贯通的所述滚道，外侧均开设有上下两个所述顶丝限位槽，四个所述随动块中呈对向的两个的内侧均开设有上下贯通的所述滚道燕尾槽。

5、所述芯轴位于所述一体式柔性滚道的中心位置，其主体为四棱柱形状，其四个侧面均为滚道面，其中呈对向的两个侧面开设有用于安装所述动齿条的上下贯通的芯轴燕尾槽，所述芯轴的两个贯通的芯轴燕尾槽与所述一体式柔性滚道的两个贯通的所述滚道燕尾槽相向安装。所述芯轴的上下均开设有用于连接输入和输出结构的螺孔。

6、所述保持架为包括四个镂空有若干槽位的侧壁，所述保持架位于所述一体式柔性滚道与所述芯轴的四个侧面夹缝中，所述中空滚柱布列于所述保持架四个侧壁的槽位中，与所述一体式柔性滚道的滚道燕尾槽及所述芯轴的芯轴燕尾槽相对应的位置，进一步为所述滚道上下中央位置，两侧各一个中空滚柱以所述带齿中空滚柱替代。

7、所述静齿条数量共有两个，分别安装于所述一体式柔性滚道的两个贯通的所滚道述燕尾槽处。所述静齿条在上下的中部位置开设若干齿牙，所开设齿牙的长度为滚动副总行程的一半，所述静齿条的上下端部均通过挡块限位。

8、所述动齿条数量共有两个，分别安装于所述芯轴的两个贯通的芯轴燕尾槽处。所述动齿条上下的中部位置开设若干齿牙，所开设齿牙的长度为滚动副总行程的一半，所述动齿条与所述芯轴固定连接。

9、所述一体式柔性铰链预紧套整体呈立式方管形状，具体包括立柱、卧“弓”形柔性单元、支承块、第二柔性铰链和螺孔，所述立柱数量共四个，分列于四个棱边，每个侧面的两个所述立柱的上下两端均通过所述卧“弓”形柔性单元连接，每个侧面的中央均设置所述支承块，并通过所述第二柔性铰链连接于所述立柱的上下两端，每个所述支承块的外侧上下两端均开设有所述螺孔，所述一体式柔性铰链预紧套套装于所述一体式柔性滚道外侧，所述一体式柔性铰链预紧套的每个侧面的两个所述螺孔均安装有所述预紧顶丝，并通过所述预紧顶丝与所述一体式柔性滚道的每个侧面的所述顶丝限位槽配合以限位。

10、进一步的，所述带齿中空滚柱沿自身轴线分三段，中间段为齿轮段，两端为光轴段，所述带齿中空滚柱的齿轮段的齿牙分别与所述静齿条和所述动齿条的齿牙相啮合，其两端光轴段分别与所述一体式柔性滚道和所述芯轴滚道作滚动接触。

11、进一步的，所述预紧顶丝端部为球面。

12、如上所述的一种高可靠精密直线滚动副，其预紧安装方法为：1)将所述芯轴、动齿条、保持架、中空滚柱、带齿中空滚柱和静齿条按前述位置关系组装，作为中部组件待用；2)将中部组件穿入所述一体式柔性滚道的中央，并将静齿条上下两端通过挡块限位；3)将所述一体式柔性铰链预紧套套装于所述一体式柔性滚道外侧，并在其四个侧面装入所述预紧顶丝；4)根据预设的滚动接触应力设置预紧顶丝的预紧扭矩，为各预紧顶丝施加一致的拧紧力矩。

13、有益效果：

14、1)本发明采用双向位置自适应的柔性滚道结构，以弥补芯轴与外壳的加工制造形位误差，使各滚柱与内滚道和外滚道更大程度的均匀接触，在消除反向转动间隙的同时，增加扭转刚度，提升传动精度。另外，滚动阻力可稳定保持在较低的水平，利于延长服役寿命；

15、2)本发明所述的一体式柔性铰链预紧套和预紧顶丝组成的滚动体弹性预紧结构，可有效避免滚动体在振动环境中的宏观窜动。同时，该结构可利用刚度非线性(在外载荷未达到预紧载荷之前，工作刚度为大的值；外载荷大于预紧载荷后，工作刚度为预紧结构的刚度。)，结合寿命，对具体工况进行针对性优化设计；

16、3)本发明所述芯轴可采用低膨胀系数的材料(例如高强度殷瓦钢)，可使轴向输出位移对温度不敏感，同时由于预紧及中空滚柱的弹性作用，滚柱与滚道面的接触应力受温度变化小，相应的滚动阻力变化也较小；

17、4)本发明尤其适用于需要固体润滑(例如mos2固体润滑)的工况。固体润滑膜层对接触应力敏感，接触应力过大会导致润滑膜层的过早失效。在同量级的径向刚度及承载能力下，本发明可维持较低的、均匀稳定的接触应力，以避免固体润滑膜层因接触应力过大而失效；

18、5)本发明所述的滚动体直径尺寸相对于滚道较大，可有效降低滚动过程的滞后能量损失；

19、6)本发明通过带齿滚柱与齿条的配合，可有效防止在承受冲击等载荷过程中滚柱及保持架相对滚道发生滑移错位，提高了所述滚动副的抗力学环境可靠性。

技术特征：

1.一种高可靠精密直线滚动副，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种高可靠精密直线滚动副，其特征在于，所述带齿中空滚柱沿自身轴线分三段，中间段为齿轮段，两端为光轴段；所述带齿中空滚柱的齿轮段的齿牙分别与所述静齿条和所述动齿条的齿牙相啮合，其两端光轴段分别与所述一体式柔性滚道和所述芯轴滚道作滚动接触。

3.根据权利要求1所述的一种高可靠精密直线滚动副，其特征在于，所述预紧顶丝9端部为球面。

4.根据权利要求1所述的一种高可靠精密直线滚动副，其特征在于，所述芯轴采用低膨胀系数的材料。

5.根据权利要求1所述的一种高可靠精密直线滚动副，其特征在于，所述适用于需要固体润滑的工况。

6.根据权利要求1所述的一种高可靠精密直线滚动副，其特征在于，所述高可靠精密直线滚动副的预紧安装方法为：

技术总结本发明公开了一种高可靠精密直线滚动副，包括：一体式柔性滚道，包含立方框架、随动块、第一柔性铰链、滚道、滚道燕尾槽和顶丝限位槽；芯轴，位于一体式柔性滚道中央；保持架，位于芯轴与一体式柔性滚道的夹缝；中空滚柱，阵列分布于保持架的四个侧壁的槽位内；两个带齿中空滚柱，置换对向两侧面中间的所述中空滚柱；静齿条，位于一体式柔性滚道的滚道燕尾槽内；动齿条，位于芯轴燕尾槽内；一体式柔性铰链预紧套，包含立柱、卧“弓”形柔性单元、支承块、第二柔性铰链和螺孔；预紧顶丝，将一体式柔性铰链预紧套与一体式柔性滚道连接。本发明可实现滚动体与滚道均匀稳定的低接触应力，且传动精度高、径向刚度大、轴向阻力小、抗振动冲击强。技术研发人员：李佳,李海超受保护的技术使用者：西安艾科智动科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12