一种滚珠丝杠组件，其具有：滚珠螺母，该滚珠螺母包括第一端，第二端，中心孔和由内表面限定的滚珠轨道；滚珠丝杠轴，其包括限定滚珠轨道的外表面，滚珠丝杠轴布置在中心孔中，以使滚珠轨道形成滚珠滚道；第一止动件，其设置在滚珠滚道内；多个主滚珠，其形成滚珠链，滚珠链设置在滚珠滚道中；和主弹簧组件，在滚珠滚道中设置在滚珠链的第一端和第一止动件之间，其中第一弹簧部分的弹簧常数大于第二弹簧部分的弹簧常数。
滚珠螺母，其包括第一端、第二端、限定中心孔的内表面以及由所述内表面限定的滚珠轨道；
滚珠丝杠轴，其包括限定滚珠轨道的外表面，所述滚珠丝杠轴设置在所述中心孔中，使得所述滚珠螺母的滚珠轨道和滚珠丝杠的滚珠轨道形成滚珠滚道；
第一止动件，其在滚珠螺母的第一端设置在滚珠滚道内；
多个主滚珠，其形成滚珠链，所述滚珠链设置在滚珠滚道中；和包括第一弹簧部分和第二弹簧部分的主弹簧组件，所述主弹簧组件设置在滚珠滚道中、在所述滚珠链的第一端和所述第一止动件之间，其中，所述第一弹簧部分的弹簧常数大于所述第二弹簧部分的弹簧常数。
2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠组件，其中，所述第一止动件包括止动滚珠和止动销中的一个。
3.根据权利要求1所述的滚珠丝杠组件，还包括设置在所述主弹簧组件的所述第一弹簧部分和所述第二弹簧部分之间的连结滚珠。
4.根据权利要求1所述的滚珠丝杆组件，还包括：设置在滚珠滚道中的第二止动件；和
复位弹簧，其在滚珠滚道中设置在第二止动件和滚珠链的第二端之间。
5.根据权利要求1所述的滚珠丝杠组件，其中，所述主弹簧的所述第一弹簧部分和所述第二弹簧部分每个在所述滚珠丝杠轴的外表面的小于90°的一部分上沿周向延伸。
6.根据权利要求1所述的滚珠丝杠组件，其中，所述第一弹簧部分邻近所述滚珠链的第一端，并且所述第二弹簧部分设置在所述第一弹簧部分和所述第一止动件之间。
7.根据权利要求6所述的滚珠丝杠组件，其中，所述主弹簧组件还包括第三弹簧部分，所述第三弹簧部分的弹簧常数小于所述第二弹簧部分的弹簧常数，所述第三弹簧部分设置在所述第二弹簧部分与所述第一止动件之间。
8.根据权利要求1所述的滚珠丝杠组件，其中，所述主弹簧组件的第一弹簧部分和第二弹簧部分每个是螺旋弹簧。
9.根据权利要求1所述的滚珠丝杠组件，其中，所述第一弹簧部分和所述第二弹簧部分是一体的主弹簧的部分。
10.根据权利要求9所述的滚珠丝杠组件，其中，所述主弹簧是渐进率弹簧。
布置在所述制动钳内的活塞，所述活塞沿着活塞的纵向中心轴线轴向可移动；
制动盘，设置在第一制动垫和第二制动垫之间；和滚珠丝杠组件，包括：
滚珠螺母，其包括第一端、第二端、限定中心孔的内表面以及由所述内表面限定的滚珠轨道；
滚珠丝杠轴，其包括限定滚珠轨道的外表面，所述滚珠丝杠轴设置在所示中心孔中，使得所述滚珠螺母的滚珠轨道和滚珠丝杠的滚珠轨道形成滚珠滚道；
第一止动件，其在滚珠螺母的第一端设置在滚珠滚道内；
多个主滚珠，其形成滚珠链，所述滚珠链设置在滚珠滚道中；和包括第一弹簧部分和第二弹簧部分的主弹簧组件，所述主弹簧组件设置在滚珠滚道中、在所述滚珠链的第一端和所述第一止动件之间，其中，所述第一弹簧部分的弹簧常数大于所述第二弹簧部分的弹簧常数。
12.根据权利要求11所述的制动组件，还包括具有输出轴的电马达，其中，输出轴可操作地连接至滚珠丝杠组件的滚珠丝杠轴。
13.根据权利要求12所述的制动组件，还包括设置在所述主弹簧组件的所述第一弹簧部分和所述第二弹簧部分之间的连结滚珠。
14.根据权利要求12所述的制动组件，还包括：设置在滚珠滚道中的第二止动件；和
复位弹簧，其在滚珠滚道中设置在第二止动件和滚珠链的第二端之间。
15.根据权利要求12所述的制动组件，其中，所述第一弹簧部分邻近所述滚珠链的第一端，并且所述第二弹簧部分设置在所述第一弹簧部分和所述第一止动件之间。
16.根据权利要求12所述的制动组件，其中，所述主弹簧组件还包括第三弹簧部分，所述第三弹簧部分的弹簧常数小于所述第二弹簧部分的弹簧常数，所述第三弹簧部分设置在所述第二弹簧部分与所述第一止动件之间。
17.根据权利要求11所述的制动组件，其中，所述主弹簧组件的第一弹簧部分和第二弹簧部分分别是螺旋弹簧。
18.根据权利要求11所述的制动组件，其中，所述第一弹簧部分和所述第二弹簧部分是一体的主弹簧的部分。
19.根据权利要求18所述的制动组件，其中，所述主弹簧是渐进率弹簧。
用于滚珠丝杠的分段弹簧
[0001] 优先权要求
[0002] 本申请要求2019年8月28日提交的美国临时专利申请号62/892,618的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003] 本发明一般涉及机械线性执行器。更具体地，本发明涉及滚珠丝杠组件的设计和组装方法。
背景技术
[0004] 已知的滚珠丝杠组件通常包括插入在形成滚珠丝杠轴的外表面上的滚珠轨道和形成在滚珠螺母的内表面上的滚珠轨道之间的滚珠链。通常，将螺旋弹簧插入在滚珠链的端部处的滚珠和形成在滚珠螺母上的止动件之间。在这种非循环滚珠丝杠组件中，当以施加在滚珠丝杠轴上的低轴向载荷旋转驱动滚珠丝杠轴时，螺旋弹簧不会收缩。因此，滚珠链中的滚珠不会相对于滚珠螺母移动。因此，滚珠丝杠随着滚珠链中的滚珠在滚珠丝杠轴上滑动而移动。
[0005] 然而，当以施加在滚珠丝杠轴上的高轴向载荷旋转驱动滚珠丝杠时，螺旋弹簧收缩以允许滚珠丝杠随着滚珠相对于滚珠螺母和滚珠丝杠轴二者滚动而移动。因此，实现了有效的螺杆动力传递。
[0006] 如上所述，螺旋弹簧被容纳在滚珠丝杠轴和滚珠螺母之间的滚道中。因此，当以高轴向载荷旋转驱动滚珠丝杠轴时，螺旋弹簧的形状容易变形。在非循环滚珠丝杠上螺旋安装的主弹簧通常不会沿其整个长度均匀压缩。在运行中，靠近滚珠链的弹簧的负载端压缩得比支撑/止动端更多。与在弹簧的整个长度上均匀地压缩弹簧相比，这会在负载端产生更高的应力，从而导致疲劳失效。负载不均匀的原因是安装装置中线圈和支撑结构之间的摩擦。
[0007] 本发明认识并解决了现有技术结构和方法的考虑。
发明内容
[0008] 本公开的一个实施例提供了一种滚珠丝杠组件，具有：滚珠螺母，其包括第一端，第二端，限定中心孔的内表面以及由所述内表面限定的滚珠轨道；滚珠丝杠轴，其包括限定滚珠轨道的外表面，所述滚珠丝杠轴设置在所述中心孔中，从而所述滚珠螺母的滚珠轨道和滚珠丝杠的滚珠轨道形成滚珠滚道；第一止动件，其在滚珠螺母的第一端设置在滚珠滚道内；多个主滚珠，其形成滚珠链，所述滚珠链设置在滚珠滚道中；和包括第一弹簧部分和第二弹簧部分的主弹簧组件，所述主弹簧组件设置在所述滚珠链的第一端和所述第一止动件之间的滚道中，其中，所述第一弹簧部分的弹簧常数大于所述第二弹簧部分的弹簧常数。
[0009] 本公开的另一个实施例提供了一种制动组件，具有：包括臂部分的制动钳；布置在制动钳内的活塞，所述活塞沿着活塞的纵向中心轴线轴向可移动；第一制动垫，其固定到制动钳的臂部分；第二制动垫，其固定到活塞的端表面；制动盘，设置在第一制动垫和第二制动垫之间；和滚珠丝杠组件，其包括：滚珠螺母，其包括第一端，第二端，限定中心孔的内表面以及由所述内表面限定的滚珠轨道；滚珠丝杠轴，其包括限定滚珠轨道的外表面，所述滚珠丝杠轴设置在所述中心孔中，从而所述滚珠螺母的滚珠轨道和滚珠丝杠的滚珠轨道形成滚珠滚道；第一止动件，其在滚珠螺母的第一端设置在滚珠滚道内；多个主滚珠，其形成滚珠链，所述滚珠链设置在滚珠滚道中；和包括第一弹簧部分和第二弹簧部分的主弹簧组件，所述主弹簧组件设置在所述滚珠链的第一端和所述第一止动件之间的滚珠滚道中，其中，所述第一弹簧部分的弹簧常数大于所述第二弹簧部分的弹簧常数。
[0010] 包含在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的一个或多个实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
[0011] 在说明书中提出了针对本领域的普通技术人员的本发明的完整且可行的公开，包括其最佳模式。
[0012] 图1是包括根据本公开的实施例的滚珠丝杠组件的实施例的制动组件的示意图；
[0013] 图2是图1所示的滚珠丝杠组件的透视局部截面图；
[0014] 图3是图1所示的滚珠丝杠组件的滚珠螺母的透视截面图，包括滚珠链和弹簧组件；
[0015] 图4是图1所示的滚珠丝杠组件的侧视平面局部截面图；
[0016] 图5是图1所示的滚珠丝杠组件的端视图；
[0017] 图6A和6B分别是图1所示的滚珠丝杠组件处于中性状态和负载状态的示意图；和[0018] 图6C是根据本公开的实施例的滚珠丝杠组件的替代实施例的示意图。
[0019] 在本说明书和附图中重复使用参考标记旨在表示根据本公开的本发明的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
[0020] 现在将详细参考本发明的优选实施例，其一个或多个示例在附图中示出。每个示例通过本发明的解释而非限制的方式提供。实际上，对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变化。例如，作为一个实施例的一部分示出或描述的特征可以用在另一个实施例中以产生又一个实施例。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的修改和变化。
[0021] 现在参考附图，图1是包括根据本公开的第一实施例的滚珠丝杠组件100的制动组件1的示意截面图。如图所示，制动组件1选择性地将摩擦制动力施加到与汽车等的车轮一体旋转的盘2上。制动设备1包括制动钳3，第一支撑板4和第二支撑板5，以及第一垫6和第二垫7。制动钳3由转向节(未示出)可移动地支撑，并且第一支撑板4和第二支撑板5设置在制动钳3上，以将制动盘2夹在之间。第一垫6和第二垫7分别固定到第一支撑板4和第二支撑板5，并且可以按压盘2的相应侧表面。
[0022] 制动钳3包括第一本体8，第二本体9和盖10。第一本体8和第二本体9固定在一起。盖10固定到第二本体9。第一本体8包括本体部分11和臂部分12。第二本体9的一端固定到本体部分11。臂部分12正交地联接到本体部分11。第二支撑板5固定到臂部分12。第二本体9包括制动缸13和延伸板14。缸13固定到第一本体8的本体部分11。延伸板14从缸13延伸。
[0023] 缸13具有在轴向方向上彼此相对的第一端41和第二端42。缸13包括在第一端41处开口的圆柱形部分15和联接至圆柱形部分15的第二端42的端表面板16。沿轴向方向ST可移动的活塞17容纳在缸13中。活塞17的端部73通过缸13的端部处的开口部分(对应于圆柱形部分15的第一端41)朝向盘2突出并固定到第一支撑板4。
[0024] 密封构件18插入在活塞17的圆柱形外表面67和缸13的内表面(对应于圆柱形部分15的内表面69)之间，以密封外表面67和内表面69之间的间隙。密封构件18可以是O形环，该O形环容纳在形成在缸13的内表面69中的容纳凹槽中。活塞17的外表面67和缸13的内表面
69通过设置在外表面67和内表面69中形成的键槽中的键19联接在一起。使用键19的键联接允许引导活塞17在轴向方向ST上的运动，并且还允许限制活塞17相对于缸13的旋转。
[0025] 可以通过图中未示出的液压路径将使活塞17朝向盘2偏置的液压压力供应到缸13中。在这种情况下，缸13和活塞17形成液压致动器。制动钳3的功能是将两个垫6和7按压在盘2上以产生制动力。制动钳3包括电马达20，减速装置21和滚珠丝杠装置100。减速装置21使电马达20的转速降低。滚珠丝杠装置100将从电马达20经由减速装置21传递的旋转运动转换成活塞17在轴向方向ST上的直线运动。
[0026] 电马达20包括马达壳体23和输出轴24。马达壳体23固定到第二本体9的延伸板14。减速装置21包括驱动齿轮25，惰齿轮26和从动齿轮27。驱动齿轮25附接到电马达20的输出轴24的一端，以便与输出轴24一起旋转。惰齿轮26与驱动齿轮25啮合。从动齿轮27与惰齿轮
26啮合。惰齿轮26可枢转地由第二本体9支撑以便可旋转。盖10固定到第二本体9，以覆盖减速装置21。
[0027] 滚珠丝杠装置100包括滚珠丝杠轴110和滚珠螺母130。滚珠丝杠轴110是输入构件。滚珠螺母130是通过多个主滚珠140拧在滚珠丝杠轴110上的可旋转输出部件。滚珠丝杠轴110穿过滚珠螺母130插入。滚珠丝杠轴110通过第二本体9支撑，以使其在轴向方向上不可移动但可旋转。滚珠螺母130通过第二本体9支撑，以能够在轴向方向上移动并且不可旋转。
[0028] 具体地，滚珠丝杠轴110由保持在形成于缸13的端表面板16中的支撑孔31中的滚动轴承32支撑，使得滚珠丝杠轴110可旋转并在轴向方向(轴向方向ST)上可移动。从动齿轮27联接到滚珠丝杠轴110的端部112，以便与滚珠丝杠轴110一起旋转。如图所示，滚珠螺母
130具有圆柱形的外表面132和内表面134。滚珠轨道136形成在内表面134上。滚珠丝杠轴
110具有圆柱状的外表面114，在该外表面中形成有滚珠轨道116。形成链的主滚珠140放置在滚珠轨道116和滚珠轨道136之间限定的滚珠滚道150(图4)中。
[0029] 滚珠螺母130的外表面132还包括旋转限制部分(未示出)。旋转限制部分与活塞17的内表面77的旋转限制部分(未示出)接合。滚珠螺母130的外表面132装配在活塞17的圆柱形内表面部分内。旋转限制部分之间的接合限制了活塞17和滚珠螺母130相对于彼此的旋转。滚珠螺母130包括在滚珠螺母轴向方向X上更靠近盘2的第一端137和在与第一端137相反的一侧上的第二端139。装配在活塞17的内表面77中形成的环形凹槽中的保持环(环形构件40)与滚珠螺母130的第二端139的端表面接合。因此，活塞17和滚珠螺母130联接在一起以在轴向方向ST(滚珠螺母轴向方向X)上一起移动。
[0030] 当电马达20的输出轴24的旋转经由减速装置21传递至滚珠丝杠轴110以使滚珠丝杠轴110旋转时，滚珠螺母130在滚珠螺母轴向方向X(轴向方向ST)上移动。此时，活塞17由键19引导，并与滚珠螺母130一起在轴向方向ST上移动。
[0031] 从图2-4可以最清楚地看到，保持在滚珠滚道150中的主滚珠140构成滚珠链160。滚珠链160包括第一端162(图4)和第二端164。如图所示，一个或多个连结弹簧197可以设置在滚珠链160的相邻主滚珠140之间。滚珠丝杠装置100包括主螺旋弹簧组件170和复位螺旋弹簧180，其设置在滚道150中的滚珠链160的各个相对两侧。
[0032] 如图3和5中最佳可见，主螺旋弹簧组件170包括第一端170a和第二端170b。第一端170a在滚珠链160的第一端162处与主滚珠140a接合。主弹簧组件170的第二端170b与止动销190接合，止动销190容纳在滚珠螺母130中形成的凹部193中，从而止动销190延伸到滚珠滚道150中。复位螺旋弹簧180包括第一端180a和第二端180b。第一端180a在滚珠链160的第二端164处与主滚珠140b接合。复位弹簧180的第二端180b与止动销195接合，止动销195容纳在滚珠螺母130中形成的凹部(未示出)中，从而止动销195延伸到滚珠滚道150中。注意，在替代实施例中，滚珠丝杠装置100可以包括保持在滚珠螺母130的凹入部分中的一对止动滚珠(未示出)，而不是止动销。通常，止动滚珠的直径大于主滚珠140的直径，因此它们不能完全装配在滚珠滚道内。然而，取决于相应的凹部和滚珠滚道150的构造，止动滚珠的直径可以与主滚珠140的直径相同或者可以小于主滚珠140的直径。
[0033] 仍参考图3和图5，主弹簧组件170优选地由具有不同弹簧常数的多个螺旋弹簧部分形成，以便在主弹簧组件170的整个长度上促进一致的弹簧压缩。如图所示，主弹簧组件170包括具有第一弹簧常数(k1)的第一弹簧部分172，具有第二弹簧常数(k2)的第二弹簧部分174和具有第三弹簧常数(k3)的第三弹簧部分178。第一弹簧部分172邻近滚珠链160的第一端162设置，并且通过第一连结滚珠191a与第二弹簧部分174分开。第三弹簧部分178邻近止动销190设置，并通过第二连结滚珠191b与第二弹簧部分分开。连结滚珠191a和191b促进了弹簧部分172、174和178在滚道内的运动，同时减少了变形。
[0034] 为了促进在主弹簧组件170的整个长度上的螺旋压缩，选择弹簧部分172、174和178，以使第一弹簧常数(k1)大于第二弹簧常数(k2)，(k1>k2)，第二弹簧常数(k2)大于第三弹簧常数(k3)，(k2>k3)。同样，为了帮助减小第一螺旋弹簧部分172，第二螺旋弹簧部分174和第三螺旋弹簧部分178与滚珠螺母130之间的摩擦，当滚珠丝杠组件100处于空载的中性状态时(图5和6A)，弹簧部分172、174和178围绕丝杠轴110的圆周的周向长度优选地限制为
90°或更小。但是，请注意，在替代实施例中，主弹簧部分的周向长度可以超过90°。
[0035] 在操作中，当以施加在滚珠丝杠轴110上的低轴向载荷旋转驱动滚珠丝杠轴110时，主弹簧组件170的第一、第二和第三弹簧部分172、174和178不收缩，如图6A所示。因此，滚珠链160中的主滚珠140不会相对于滚珠螺母130移动。因此，滚珠螺母130随着滚珠链160中的主滚珠在滚珠轨道116上滑动而移动。另一方面，如图6B所示，当以施加在滚珠丝杠轴110上的高轴向载荷旋转驱动滚珠丝杠轴110时(箭头199)，主弹簧组件170的第一、第二和第三弹簧部分172、174和178收缩，由于其线圈被压缩。因此，滚珠螺母130随着滚珠链160的主滚珠140相对于滚珠螺母130和滚珠丝杠轴110两者滚动而移动。因此，实现了有效的螺杆动力传递。注意，与负载端上的主弹簧的线圈被压缩而止动端上的线圈没有被压缩的已知的滚珠丝杠组件不同，在本公开中，压缩发生在第一，第二和第三弹簧部分172、174和178中的每一个的线圈中。如上所述，这是通过根据负载路径内每个弹簧部分的位置改变弹簧常数来实现的。通过增加负载侧(滚珠链160侧)的第一弹簧部分172的弹簧常数(k1)，并减小作为止动侧的第三弹簧部分178的弹簧常数(k3)，能够使所有弹簧的疲劳均衡或平衡。注意，当使用多于两个的单独的弹簧部分形成主弹簧组件时，从负载端开始的每个后续弹簧部分的弹簧常数将小于其之前的弹簧部分的弹簧常数。例如，在本示例中，第一弹簧部分
172的弹簧常数(k1)大于第二弹簧部分174的弹簧常数(k2)，第二弹簧部分174的弹簧常数(k2)大于第三弹簧部分(178)的弹簧常数(k3)(k1>k2>k3)。注意，在替代实施例中，可以通过使用单个渐进率主弹簧来获得类似的结果。例如，如图6C所示，滚珠丝杠组件100a的主弹簧组件270由包括三个部分272、274和278的渐进率弹簧形成，该三个部分具有与以上针对第一实施例讨论的弹簧部分172、174和178类似的弹簧常数。同样，又一个实施例可以包括主弹簧组件，其中每个单独的主弹簧部分是渐进率弹簧部分。
[0036] 尽管上面描述了本发明的一个或多个优选实施例，但是本领域技术人员应当理解，可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下对本发明进行各种修改和变型。本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围和精神内的修改和变化。
