CN100434748C - 复合蜗轮蜗杆副传动机构 - Google Patents

Abstract

一种复合蜗轮蜗杆副传动机构，由中心轴、第一级传动蜗杆、第一级传动蜗轮和第二级传动蜗杆、第二级传动蜗轮构成，其设于中心轴上的第一级传动蜗杆通过与其杆面齿啮合的一组第一级传动蜗轮构成传动机构的一级传动；而该一级传动机构中的第一级传动蜗轮又通过与其同轴转动的第二级传动蜗杆去驱动与其啮合的第二级传动蜗轮；第一级传动蜗轮和第二级传动蜗杆同轴绕第一级传动蜗杆做空间行星运动；组成具有二级蜗轮蜗杆副形式的复合传动机构。将具有较大传动比的蜗轮蜗杆传动进行了适当的复合和叠加，利用锥蜗杆传动重合度大的特点，具有同轴输入输出，结构紧凑，传动比范围大，传动平稳，承载力强，对装配误差敏感性小，润滑特性好等优点。

Description

复合蜗轮蜗杆副传动机构

技术领域

本发明涉及一种新型机械复合传动，特别是指利用蜗轮蜗杆副和锥蜗杆传动副复合或者由蜗轮蜗杆副和端面传动蜗轮副复合而成的一种复合蜗轮蜗杆副传动机构，属于机械复合传动技术类。

背景技术

目前，机械传动系统的主要发展趋势之一就是传动形式由单一传动向综合各种传动优势的复合传动发展。这种趋势突出表现在：行星蜗杆传动的出现，综合了蜗杆传动同时啮合齿数多及行星传动功率分流等优点，实现了更大功率重量比。

行星蜗杆传动是一种能实现更大承载力和更高传动效率、将蜗杆传动与行星传动有机地结合起来而构成的空间行星传动，它将蜗杆传动所具有的噪音低、振动小和传动比大等特点与行星传动的结构紧凑、承载力高等特点紧密地结合在一起，从而被认为是已知啮合传动的最佳形式。超环面传动是M.R.Kuehnle提出的德国专利，这是一种滚动接触的行星蜗杆传动机构。这种机构由于可以有效利用中心蜗杆与内齿圈之间的径向空间安放较多的行星轮，从而可以充分发挥出行星传动功率分流的优点。同时，这种啮合传动具有驱动力矩均匀分配、轴向与径向力被巧妙均衡、机构运动形式紧凑、易于形成动压油膜、啮合效率高、可极大限度利用传动零件的材料性能等优点。因此，从它出现伊始，便引起了国内外学者的广泛关注。

对于这种传动中的关键技术，即传动结构中的关键部件内齿蜗轮的加工方法与工艺，形成了制约该种传动走向广泛应用的主要因素。一些学者提出了许多新的失配啮合和近似啮合形式。目前的近似啮合理论产生的实际应用大多是通过对刀具的修正和机床的调整来实现齿面的修形，并基于严格的理论计算推导出具体的调整修正参数，从而从工艺上直接完成对齿面的改造。近似啮合理论往往需要缜密的理论研究作为坚实的基础，在通往实用化的道路上往往需要走很长一段距离。

发明内容

本发明的目的：旨在寻求一种新的复合传动，将具有很大工艺难度的内啮合传动改变为端面传动，从而提出了全新的复合传动形式：即由蜗轮蜗杆副和锥蜗杆传动复合而成，也可以由蜗轮蜗杆副和端面传动蜗轮副复合而成。

本发明解决的技术问题可采用以下技术方案来实现。

一种复合蜗轮蜗杆副传动机构，由蜗轮蜗杆副和锥蜗杆传动或端面传动蜗轮副复合而成；这种传动机构由中心轴、第一级传动蜗杆、第一级传动蜗轮、和第二级传动蜗杆、第二级传动蜗轮构成，设于中心轴上的第一级传动蜗杆通过与其啮合的一组第一级传动蜗轮构成传动机构的一级传动；而该一级传动机构中的第一级传动蜗轮又通过与其同轴转动的第二级传动蜗杆去驱动与其啮合的第二级传动蜗轮；第一级传动蜗轮和第二级传动蜗杆同轴绕第一级传动蜗杆做空间行星运动；由此组成具有二级蜗轮蜗杆副形式的复合传动机构。

所述的第二级传动蜗杆是置有锥面传动齿的锥蜗杆，或者是置有螺旋传动齿的平面蜗杆，或者是置有环面齿的环面蜗杆。

所述的第二级传动蜗轮是置有锥面传动齿的锥蜗轮，或者是置有螺旋传动齿的端面蜗轮。

根据以上技术方案提出地这种复合蜗轮蜗杆副传动机构，则在保留已有空间行星传动(包括超环面传动)主要优点的同时，可以实现同轴输入输出，空间布置方便，结构紧凑，体积较小，传动比范围可达10000，而且由于锥蜗杆传动重合度较大，所以承载力强。同时，由于加工难度相比超环面传动大大降低，也意味着制造成本的大大降低，为这种传动最终走向应用奠定了基础。该成果可以用于军事、通讯、航天航空、重型机械等领域。

附图说明

图1为蜗轮蜗杆副和锥蜗杆传动复合而成的机构示意图：

图2为图1的右视图；

图3为蜗轮蜗杆副和端面传动蜗轮副复合而成的机构示意图；

图4为图3的右视图。

图中1-中心轴  2-第一级传动蜗杆  3、3’-第一级传动蜗轮  4、4’-第二级传动锥蜗杆  5-行星轮轴  6-第二级传动锥蜗轮  7-行星轮支架  8-后支撑轴承  9-前支撑轴承  10-定位挡块11-中心轴  12-第一级传动蜗杆  13、13’-第一级传动蜗轮  14、14’-第二级传动蜗杆  15-行星轮轴  16-第二级传动蜗轮  17-行星轮支架  18-后支撑轴承  19-前支撑轴承  20-定位挡块

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图所示的这种复合蜗轮蜗杆副传动机构，它可以形成两种统一构思下的结构形式：其一，是一种蜗轮蜗杆副和锥蜗杆传动复合而成的传动机构；其二，是一种蜗轮蜗杆副和端面传动蜗轮副复合而成的传动机构。

其中，所述的蜗轮蜗杆副和锥蜗杆传动复合而成的传动机构(见图1、图2)，由蜗轮蜗杆副和锥蜗杆传动复合而成；这种传动机构由中心轴1、第一级传动蜗杆2、第一级传动蜗轮3、3′和第二级传动蜗杆4、4′、第二级传动蜗轮6构成，设于中心轴上1上的第一级传动蜗杆2通过与其杆面齿啮合的一组第一级传动蜗轮3、3′构成传动机构的一级传动；而该一级传动机构中的第一级传动蜗轮3、3′又通过与其同轴转动的第二级传动蜗杆4、4′去驱动与其啮合的第二级传动锥蜗轮6；第一级传动蜗轮3、3′和第二级传动蜗杆4、4′同轴绕第一级传动蜗杆2做空间行星运动；由此组成具有二级蜗轮蜗杆副形式的复合传动机构。

其中，蜗轮蜗杆副和端面传动蜗轮副复合而成的传动机构(见图3、图4)，这种传动机构由中心轴11、第一级传动蜗杆12、第一级传动蜗轮13、13′和第二级传动蜗杆14、14′、第二级传动蜗轮16构成，设于中心轴上11上的第一级传动蜗杆12通过与其杆面齿啮合的一组第一级传动蜗轮13、13′构成传动机构的一级传动；而该一级传动机构中的第一级传动蜗轮13、13′又通过与其同轴转动的第二级传动蜗杆14、14′去驱动与其啮合的第二级传动锥蜗轮16；在此方案中的第二级传动蜗杆14、14′为平面蜗杆，第一级传动蜗轮13、13′和第二级传动蜗杆14、14′同轴绕第一级传动蜗杆12做空间行星运动；由此组成具有二级蜗轮蜗杆副形式的复合传动机构。

上述这两种复合蜗轮蜗杆副传动机构的传动原理如下：

在一个由蜗轮蜗杆副和锥蜗杆传动复合而成的机构中，蜗轮蜗杆副可以认为是第一级传动，锥蜗杆传动可以认为是第二级传动。蜗轮蜗杆副即是通常所指的蜗轮和蜗杆传动，蜗杆可以是平面蜗杆，也可以是环面蜗杆。通常，使蜗杆作为运动和动力输入，通过第一级蜗轮蜗杆副的传动，初步降低速度，提高扭矩。然后使第一级传动的输出，即蜗轮的输出作为第二级传动的输入。这里，可以通过使第一级传动的蜗轮与第二级传动的锥形蜗杆同轴设置而实现。然后，运动和动力就可以通过第二级传动，即锥蜗杆传动继续传递，最终使速度得到进一步降低，扭矩得到进一步的提升。

运动的最终结果是，由第一级传动的蜗轮和第二级传动的锥蜗杆同轴构成的机构将同步绕第一级传动的蜗杆旋转，如同行星轮传动中的行星轮一样。但是与平面行星轮传动不同的是，这里的同轴齿轮的自转轴线与绕蜗杆公转的公转轴线垂直。第二级传动中的锥蜗轮将绕着与第一级传动中的蜗杆同样的轴心旋转。一般，可以将连接各行星轮组的支架作为最终的输出轴，也可以将第二级传动中的锥蜗轮作为最终输出。

为了提高承载力，可以在圆周180度方向布置另一套同轴蜗轮和蜗杆，也可以根据结构和设计要求在圆周方向上均布2套以上的同轴蜗轮和蜗杆。但值得注意的是，锥蜗杆传动中，根据轮齿的螺旋方向，几套装置中的锥蜗杆应该选择同旋向，并且与锥蜗轮旋向相反。

这种装置传动的结果是，可以实现同轴输入输出，空间布置方便，结构紧凑，体积较小，传动比范围大(可以高达10000)。而且由于锥蜗杆传动重合度较大，所以承载力强。

在一个由蜗轮蜗杆副和端面传动蜗轮副复合而成的机构中，蜗轮蜗杆副可以认为是第一级传动，端面传动蜗轮副可以认为是第二级传动。蜗轮蜗杆副即是通常所指的蜗轮和蜗杆传动，蜗杆可以是平面蜗杆，也可以是环面蜗杆。这里的端面传动蜗轮副可以认为是一种特殊的锥蜗杆传动，即分锥角趋向于零时的传动形式。与蜗轮蜗杆副和锥蜗杆传动复合而成的机构相比，除了第二级传动的锥蜗杆和锥蜗轮被这里的第二级端面传动蜗杆和蜗轮替代以外，其他的传动原理相同。

在图1、图2中，蜗杆2和蜗轮3之间进行的啮合传动，属于第一级传动；锥蜗杆4和锥蜗轮6之间的啮合传动属于第二级传动。

中心轴1与蜗杆2在这里属于键连接方式，实际实施中，也可以把中心轴1与蜗杆2做成一体式结构。蜗杆2在这里是平面蜗杆。动力和运动通过中心轴1输入，由于键连接的作用，传递给第一级传动的蜗杆2。由于蜗杆2和蜗轮3的啮合作用，使蜗轮3成为第一级传动的输出，并使装置速度降低，扭矩增加。第一级传动的蜗轮3与第二级传动的锥蜗杆4同轴。它们可以通过键连接装配到行星轮轴5上，也可以是与轴5连体。锥蜗杆4通过与锥蜗轮6的啮合作用，将运动和动力再传递下去，最终使速度得到进一步降低，扭矩得到进一步的提升。行星轮支架7通过连接各行星轮轴5可以构成运动和动力输出。锥蜗轮6也可以考虑作为整个传动装置的输出。行星轮支架7和锥蜗轮6通过轴承8和9支撑到中心轴1上。为了结构布置和装配上的考虑，常在轴承8、9和蜗杆2端面之间放置定位挡块10。

第一级和第二级传动均属于空间交错垂直轴传动，所以整个传动装置属于空间传动。这里的同轴齿轮3和4的自转轴线与绕蜗杆2公转的公转轴线垂直。第二级传动中的锥蜗轮将绕着与第一级传动中的蜗杆同样的轴心旋转，即不论行星轮支架7还是锥蜗轮6作为传动的输出端，输出轴线方向均与输入轴线方向重合。

为了提高承载力，可以在径向180度方向布置另一套同轴蜗轮3’和锥蜗杆4’。锥蜗杆4和4’旋向相同，并且与锥蜗轮6旋向相反。

这里的实施例只是示意性的，真正实际应用的结构还应该包括端盖和外壳以及相应的支撑和定位等附属装置。

在图3、图4中，蜗杆12和蜗轮13之间进行的啮合传动，属于第一级传动；蜗杆14和蜗轮16之间的啮合传动属于第二级传动。第二级传动属于端面传动蜗轮副，是一种特殊的锥蜗杆传动，即分锥角趋向于零时的传动形式，因此，传动原理与图1基本相同。

中心轴11与蜗杆12在这里属于键连接方式，实际实施中，也可以把中心轴11与蜗杆12做成一体式结构。蜗杆12在这里是平面蜗杆。动力和运动通过中心轴11输入，由于键连接的作用，传递给第一级传动的蜗杆12。由于蜗杆12和蜗轮13的啮合作用，使蜗轮12成为第一级传动的输出，并使装置速度降低，扭矩增加。第一级传动的蜗轮13与第二级传动的蜗杆14同轴。它们可以通过键连接装配到行星轮轴15上，也可以是与轴15连体。蜗杆14通过与蜗轮16的啮合作用，将运动和动力再传递下去，最终使速度得到进一步降低，扭矩得到进一步的提升。行星轮支架17通过连接各行星轮轴15可以构成运动和动力输出。蜗轮16也可以考虑作为整个传动装置的输出。行星轮支架17和蜗轮16通过轴承18和19支撑到中心轴11上。为了结构布置和装配上的考虑，常在轴承18、19和蜗杆12端面之间放置定位挡块20。

第一级和第二级传动均属于空间交错垂直轴传动，所以整个传动装置属于空间传动。这里的同轴齿轮13和14的自转轴线与绕蜗杆12公转的公转轴线垂直。第二级传动中的锥蜗轮将绕着与第一级传动中的蜗杆同样的轴心旋转，即不论行星轮支架17还是蜗轮16作为传动的输出端，输出轴线方向均与输入轴线方向重合。

为了提高承载力，可以在径向180度方向布置另一套同轴蜗轮13’和蜗杆14’。蜗杆14和14’旋向相同，并且与蜗轮16旋向相反。

同样，这里的实施例也只是示意性的，真正实际应用的结构还应该包括端盖和外壳以及相应的支撑和定位等附属装置。

本发明所涉及的空间传动装置，是将具有较大传动比的蜗轮蜗杆传动进行了适当的复合和叠加，同时由于锥蜗杆传动重合度大的特点，结果使这种传动装置具有同轴输入输出，结构紧凑，传动比范围大，传动平稳，承载力强，对装配误差敏感性小，润滑特性好等优点。可以用于军事、通讯、航天航空、重型机械等领域。

Claims (4)

1、一种复合蜗轮蜗杆副传动机构，其特征在于：由蜗轮蜗杆副和锥蜗杆传动副复合而成；由中心轴(1)、第一级传动蜗杆(2)、第一级传动蜗轮(3、3′)和第二级传动蜗杆(4、4′)、第二级传动蜗轮(6)构成；设于中心轴(1)上的第一级传动蜗杆(2)通过与其杆面齿啮合的一组第一级传动蜗轮(3、3′)构成传动机构的第一级传动；而该第一级传动机构中的第一级传动蜗轮(3、3′)又通过与第一级传动蜗轮(3、3′)同轴转动的第二级传动蜗杆(4、4′)去驱动与第二级传动蜗杆(4、4′)啮合的第二级传动蜗轮(6)；第一级传动蜗轮(3、3′)和第二级传动蜗杆(4、4′)同轴绕第一级传动蜗杆(2)做空间行星运动；由此组成具有二级蜗轮蜗杆副形式的复合传动机构。

2、如权利要求1所述的一种复合蜗轮蜗杆副传动机构，其特征在于：所述的第二级传动蜗杆是置有锥面传动齿的锥蜗杆(4、4′)，或者是置有螺旋传动齿的平面蜗杆(14、14′)，或者是置有环面齿的环面蜗杆。

3、如权利要求1所述的一种复合蜗轮蜗杆副传动机构，其特征在于：所述的第二级传动蜗轮是置有锥面传动齿的锥蜗轮(6)，或者是置有螺旋传动齿的端面蜗轮(16)。

4、如权利要求1所述的一种复合蜗轮蜗杆副传动机构，其特征在于：所述的锥蜗杆传动副为端面传动蜗轮副。

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