CN101290042A - 无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构，该传动机构的蜗轮由两半个蜗轮组成，滚子均匀分布在每半个蜗轮的周向，滚子可绕自身轴线转动；双排滚子错位布置，其中一排滚子与蜗杆左侧齿面啮合，另一排滚子与蜗杆右侧齿面接触；蜗杆左右齿面分别由位于主平面上方和下方适当位置处滚子包络而成；通过调节两半个蜗轮轮体的安装位置，使滚子与蜗杆齿面始终保持接触，从而实现无侧隙传动。该传动机构消除了传动的回程误差，使传动平稳，提高了传动精度，其结构简单，便于加工制造，成本低，经济性好，是一种综合了精密传动和动力传动的新型蜗杆传动装置，能够用于精密分度、精密传动和精密动力传动。

Description

无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，特别是属于蜗杆传动中的一种无侧隙环面蜗杆传动机构。

背景技术

在齿轮传动中，适当的齿侧间隙是传动机构正常工作的必要条件之一。侧隙的存在可以避免轮齿受力变形和摩擦发热而膨胀所引起的挤压或卡死现象；可以在一定程度上补偿制造和装配的误差，从而可以采用较经济的制造工艺；可以提供容纳润滑油的空间，便于齿面润滑等。但是，由于齿侧间隙的存在，必然给现代机电系统如工业机器人、数控机床、印刷设备、自动火炮和雷达等带来冲击、振动、噪声、降低系统随动精度和稳定性等。显然，一方面为了提高传动副的传动精度，尤其是伺服驱动系统中需要频繁正反转的齿轮传动，齿侧间隙宜小，最好为零；另一方面为了便于制造和安装，提高传动副的承载能力，齿侧间隙宜大。在精密重载传动中，二者之间的矛盾十分突出。因此，研究开发出一种能同时适应高精度、大载荷要求的无侧隙齿轮传动机构具有重要的工程意义。

目前，已提出的蜗杆传动机构有多种型式，但就无侧隙和齿侧间隙可调的蜗杆传动仅有三种传动型式：“双导程圆柱蜗杆传动”(钱光瑾.新技术新工艺.1983年第5期)、双导程圆柱蜗杆传动是通过调整蜗杆的轴向位置来调整传动的齿侧间隙以补偿轮齿磨损的减薄量，该传动已被国内外应用于滚齿机等的精密分度机构中，其主要不足在于：加工蜗轮的复合模数滚刀铲磨和精密制造困难，蜗轮与蜗杆啮合传动同时接触的齿数少，承载能力低，易磨损，精度寿命短，难以满足高速精密传动或重载精密传动的要求。

正平面一次包络环面蜗杆传动(白金汉.威尔德哈卜(Wildharber).蜗杆传动.蜗杆传动文集.重庆大学蜗杆传动科研组译编，1976.7.)、正平面一次包络环面蜗杆传动的蜗轮齿两侧面的接触区域成反对称分布，故当将其沿齿面宽中央平面剖分制造时，通过相对转动两半个蜗轮，便可以达到调整或补偿齿侧间隙的目的，适用于作精密分度蜗轮传动，其主要不足在于：(1)由正平面包络形成的蜗杆，当传动比稍小时，蜗杆入口端的齿面将产生根切；(2)由于错位消隙的缘故，两半个蜗轮分别与蜗杆左右两齿面同时接触，蜗杆传动齿面间的相对滑动速度较大，故导致齿面容易磨损，传动效率低；(3)若采键联接蜗轮与轴，为保证其中半个蜗轮相对另半个蜗轮错位传动，务必要将蜗轮的键槽随错位加宽，这给传动的侧隙调整带来不便。

侧隙可调式变齿厚平面蜗轮环面蜗杆传动是一种新开发的蜗杆传动形式，该传动通过调整变齿厚蜗轮的轴向位置即可调节蜗轮与蜗杆的齿侧间隙，啮合齿数多，承载能力大其蜗杆可以进行淬火并采用平面砂轮磨削、易于精密加工，但是该传动也有一些不足如齿面摩擦大、磨损严重、效率偏低等，其实现的仅是传动副磨损后的侧隙调整。

此外，为实现无侧隙传动，一些科技工作者还提出了诸如双蜗杆传动(曹西京，张淳，刘昌祺，李宁.双蜗杆传动在精密数控分度中的应用[J].陕西科技大学学报，2003，21(1)：70-72)(邱新桥.可减小传动间隙的双蜗杆传动机构.机械制造，2003，41(7)：51-51.)、双斜齿轮结构(郭兴龙，王刚，李凯.消除传动副间隙的几种结构[J].机械工程师，2002.10：64-65)和直齿轮轮系结构等。

另外，针对工程领域中对齿轮传动提出的小侧隙和无侧隙要求，国内外科技工作者开展了一些相关研究并公开了一些无侧隙和齿侧间隙可调齿轮传动机构的专利。如专利申请号为200610102244.6的“精密蜗轮蜗杆传动消隙装置”、专利申请号为200510050421.6的“一种蜗轮蜗杆传动装置”、专利号为ZL99117383.X的“侧隙可调式平面包络环面蜗杆传动”，这些传动装置虽然能够消除齿侧间隙，但是其传动元件多、体积大、结构复杂，很难适用于要求传动精度高、承载能力大、机构紧凑的伺服驱动系统的传动装置。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺点，提出一种无侧隙、高精度、承载能力无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构。

本发明的技术方案是：无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构，包括双滚子包络环面蜗杆、在径向均匀分布有滚子的两半个蜗轮组成的蜗轮，其特征在于：所述滚子均匀分布在每半个蜗轮的周向，蜗轮单个轮齿为两个滚子，滚子可绕自身轴线转动，蜗轮轮体的双排滚子错位布置，其中一排滚子与蜗杆左侧齿面啮合，另一排滚子与蜗杆右侧齿面啮合，蜗杆左右齿面分别由位于主平面上方和下方的滚子包络而成，采用螺栓调节两半个蜗轮轮体的安装位置，使蜗轮的双滚子齿与蜗杆左右两侧齿面始终保持接触，从而实现无侧隙传动。

所述的蜗轮齿的两个滚子位于蜗杆的同一齿槽内或位于蜗杆的同一轮齿的两侧中的一种。

所述的滚子是滚柱、滚锥、球体或其它回转体的一种。

本发明具有如下优点：

1.无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动继承现有滚子包络环面蜗杆传动的优点。蜗轮、蜗杆均可磨削，易于精密制造，蜗轮蜗杆同时接触的齿对数比圆柱蜗杆多，承载能力大。

2.无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动采用蜗轮滚子表面与蜗杆齿面啮合，滚子可绕自身的轴线旋转，从而将蜗轮副啮合齿面间的滑动摩擦变成滚动摩擦，减小了摩擦功耗，提高了传动效率和降低了传动的发热量。

3.无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动的滚子可以是滚柱或滚锥或球体或其它回转体，其结构简单，便于加工制造，成本低，经济性好。

4、无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动的润滑角大，容易形成动压油膜，因此该传动不易发生点蚀、胶合失效，承载能力大。

5、本发明提出的无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动是一种综合了精密传动和动力传动的新型蜗杆传动，能够用于精密分度、精密传动和精密动力传动。

附图说明

结合附图对本发明做进一步说明

图1为本发明实施例的总体结构图；

图2为本发明实施例的蜗轮结构图；

图3为本发明的工作原理图；

图4为本发明中的环面蜗杆齿面的形成原理图。

图中零、部件名称及所对应的标记：蜗杆1、右半轮体2、螺栓3、滚子4、左半轮体5、螺母6、支撑轴7、滚动体8、轴端挡圈9、蜗杆毛坯10、柱面刀具11。

具体实施方式

下面结合附图，详细介绍本发明的无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构实施例的结构及其工作原理。

如图1所示为无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构实施例的蜗轮结构图。本发明的无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构，它是由以滚子侧面为工具母面经一次包络而成的蜗杆1和蜗轮构成。如图2所示，其中蜗轮由右半轮体2和左半轮体5构成，其径向均匀布置有圆柱形滚子4，右半轮体2可以相对于左半轮体5沿其回转中心转动，二者错位安装，由螺栓3紧固为一体。滚子4由螺母6、支撑轴7、滚动体8和轴端挡圈9组成。支撑轴7与右半轮体2和左半轮体5的配合面为锥面，靠螺母6拉紧后固定在轮体上。滚动体8可以绕支撑轴7自由回转，并通过轴端挡圈9来防止滚动体8脱离支撑轴7。

本发明的无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构的工作原理如图3所示，该传动采用双排滚子错位布置，其中右半轮体2上的滚子4与蜗杆1的左侧齿面啮合，左半轮体5上的滚子4与蜗杆1的右侧齿面接触，通过调节右半轮体2和左半轮体5的安装位置，来保证两半个轮体上的滚子4与蜗杆1的左右两侧齿面良好啮合，从而实现无侧隙传动。就单排滚子齿而言，工作过程中存在侧隙，从而保证了传动的正常工作和良好的润滑，但对整体而言，通过采用双排滚子齿错位布置，消除了传动的回程误差，使传动平稳，提高了传动精度。

本发明的无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构的蜗杆1的齿面形成原理如图4所示。蜗杆毛坯10的右侧齿面是由位于主平面下方，偏距为c的柱面刀具11为工具母面包络而成。蜗杆毛坯10以角速度ω₁绕自身轴线旋转，柱面刀具11以角速度ω₂绕蜗轮轴线旋转同时又作自转，且ω₁与ω₂的比值为常数，这样以柱面刀具11为工具母面包络而成的螺旋面就是蜗杆1的右侧齿面。蜗杆1的左、右侧齿面的形成原理基本相同，其不同之处在于：刀具位于主平面的上方，偏距为c，且刀具回转轴线在蜗轮周向错开如图2(a)所示的一个角度α。在满足啮合要求和蜗轮双滚子轮齿不发生干涉的前提下，线形尺寸c和角度尺寸α可以为零，而且蜗轮的两排滚子齿距主平面的偏距可以不相等。

Claims (3)

1、无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构，包括双滚子包络环面蜗杆、在径向均匀分布有滚子的两半个蜗轮组成的蜗轮，其特征在于：所述滚子均匀分布在每半个蜗轮的周向，蜗轮单个轮齿为两个滚子，滚子可绕自身轴线转动，蜗轮轮体的双排滚子错位布置，其中一排滚子与蜗杆左侧齿面啮合，另一排滚子与蜗杆右侧齿面啮合，蜗杆左右齿面分别由位于主平面上方和下方的滚子包络而成，采用螺栓调节两半个蜗轮轮体的安装位置，使蜗轮的双滚子齿与蜗杆左右两侧齿面始终保持接触。

2、如权利要求1所述的无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构，其特征在于：所述蜗轮齿的两个滚子位于蜗杆的同一齿槽内或位于蜗杆的同一轮齿的两侧中的一种。

3、如权利要求1所述的无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构，其特征在于：所述滚子是滚柱、滚锥、球体或其它回转体的一种。

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