CN101509543B - 一种用于角度输出的滚珠丝杠减速机构 - Google Patents

一种用于角度输出的滚珠丝杠减速机构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于角度输出的滚珠丝杠减速机构，包含滚珠丝杠1、丝杠螺母2、齿条3、扇形齿轮4、输出轴5、壳体6、轴承，其特征在于：可在动力元件的带动下回转的滚珠丝杠1通过轴承与壳体6相连，并通过自身回转带动丝杠螺母2往复运动，齿条3的内侧面与丝杠螺母2的外侧面相互配合，并与丝杠螺母2固连，扇形齿轮4齿部与齿条3相互啮合，输出轴5通过扇形齿轮4的中心孔，并与扇形齿轮4固连。齿条3为U形结构，扇形齿轮4为倒U形结构。本发明涉及的减速机构主要用于位置伺服系统，实现角度输出。采用滚珠丝杠和齿轮齿条两级传动，使减速器具有工作效率高，减速比大、侧隙小和体积小、重量轻的特点。

Description

一种用于角度输出的滚珠丝杠减速机构
技术领域
本发明涉及一种减速机构，特别涉及一种采用滚珠丝杠和齿轮齿条实现角度输出的两级减速机构。
背景技术
在位置伺服系统中，减速机构主要用于将电动机的高速小扭矩输入转换为低速大扭矩输出。通常用于角度输出的减速机构有行星齿轮减速机构、谐波齿轮减速机构和蜗轮蜗杆减速机构；用于直线输出的减速机构以滚珠丝杠减速机构为主。行星轮减速机构通常用于小速比场合，在减速比大于100时往往需要三级或更高级减速，工作效率低，且体积大。谐波齿轮减速机构相对于行星轮机构具有减速比大，体积小，效率高的特点，但是行星轮减速机构和谐波齿轮减速机构在结构上均要求输出轴与输出入同轴布置。蜗轮蜗杆加速机构可以实现输入轴与输出轴的垂直布置，但蜗轮蜗杆减速机构往往效率低，且体积相对较大。使用滚珠丝杠作为减速机构是弥补效率低的有效途径之一，但其不能实现角度输出。
发明内容
本发明的目的就是为了弥补以上的不足，提供一种既具备工作效率高、减速比大，体积小的特点，又能够实现输入轴与输出轴垂直布置的减速机构。
本发明采用滚珠丝杠和齿轮齿条两级减速，既利用了滚珠丝杠工作效率高，传动精密的优点，又实现了减速机构的角度输出。滚珠丝杠和齿轮齿条的十字交叉布置，使减速器具有体积小结构紧凑的特点。
本发明的目的通过如下减速机构实现。该减速机构包括：滚珠丝杠、丝杠螺母、齿条、扇形齿轮、输出轴、壳体、轴承。
本发明各个组件的连接关系如下：可在动力元件的带动下回转的滚珠丝杠通过轴承与壳体相连，并通过自身回转带动螺母往复运动，齿条的内侧面与丝杠螺母的外侧面相互配合，并与丝杠螺母固连，扇形齿轮齿部与齿条相互啮合，输出轴通过扇形齿轮的中心孔，并与扇形齿轮固连。
所述的齿条外形为U形或L形结构，其内侧面与丝杠螺母外侧面配合。所述的扇形齿轮为与齿条相应的倒U形或倒L形结构。
本发明工作过程如下：滚珠丝杠在动力元件的带动下回转时，由于丝杠螺母的轴向回转自由度被齿条所限制，使其在丝杠上进行直线往复运动，同时带动齿条直线往复运动，将旋转运动转变为直线往复运动；扇形齿轮在齿条的带动下摆动，从而带动与其固联的输出轴转动，将直线往复运动转变为往复摆动，实现了动力元件的高速小扭矩输入到输出轴的低速大扭矩输出。还可以增加直线导轨副，其底座与壳体固连，其滑块与齿条外侧面配合，用于平衡运动过程中产生的丝杠轴向的多余扭矩。若齿条为U形结构，且中小扭矩情况下，可以不安装直线导轨副。
本发明通过滚珠丝杠副和齿轮齿条副的特殊布置方式，实现了输入轴与输出轴的正交布置。
本发明通过初级为滚珠丝杠副，次级为齿轮齿条副的两级传动方案，使减速机构具有减速比大、侧隙小、效率高和结构紧凑体积小的特点。
附图说明
图1为本发明所述L形扇形齿轮和齿条减速机构的主视图；
图2为本发明所述L形扇形齿轮和齿条减速机构的侧剖视图；
图3为本发明所述U形扇形齿轮和齿条减速机构的主视图
图4为本发明所述U形扇形齿轮和齿条减速机构的侧剖视图；
图5为倒U形和倒L形扇形齿轮剖视图；
图6为U形和L形齿条剖视图。
其中：1-滚珠丝杠，2-丝杠螺母，3-齿条，4-扇形齿轮，5-输出轴，6-壳体，7-轴承，8-轴承盖，9-螺钉，10-键，11-直线导轨副，12、13、14-轴承，15-螺钉。
具体实施方式
下面结合附图实施例对本发明作进一步详细说明。
图1、图2示出了本发明减速机构采用L形扇形齿轮和齿条的一个实施例。它以壳体6为支撑件，滚珠丝杠1由轴承7和轴承12固定在下壳体上，并能围绕自身轴线回转。齿条3为L形结构，其内侧与丝杠螺母2外侧相配合，并通过螺钉12与丝杠螺母2固连。扇形齿轮4与齿条3相互啮合。输出轴5通过键10与扇形齿轮4相连。直线导轨副11的底座两端通过螺钉9与壳体固连，滑动体与齿条外侧面配合。
本实施例的工作过程如下：动力元件驱动滚珠丝杠1转动。滚珠丝杠1转动时，带动丝杠螺母2直线往复运动，将旋转运动转换为直线运动；丝杠螺母2带动齿条3直线往复运动；齿条3通过啮合齿带动扇形齿轮4摆动，将直线运动在转换为旋转运动；扇形齿轮的摆动带动输出轴转动，实现减速器的角度输出。直线导轨副11用于平衡运动过程中产生的丝杠轴向的多余扭矩。
图3、图4示出了本发明减速机构采用U形扇形齿轮和齿条的另一个实施例。它以壳体6为支撑件，滚珠丝杠1由轴承7和轴承12固定在下壳体上，并能围绕自身轴线回转。齿条3为U形结构，其内侧与丝杠螺母2外侧相配合，并通过螺钉12与丝杠螺母2固连。扇形齿轮4与齿条3相互啮合。输出轴5通过键10与扇形齿轮4相连。
本实施例的工作过程如下：动力元件驱动滚珠丝杠1转动。滚珠丝杠1转动时，丝杠螺母2在滚珠丝杠1轴向的回转自由度被齿条3和扇形齿轮4限制，因此丝杠螺母2在滚珠丝杠1的带动下直线往复运动，将旋转运动转换为直线运动；丝杠螺母2带动齿条3直线往复运动；齿条3通过啮合齿带动扇形齿轮4摆动，将直线运动在转换为旋转运动；扇形齿轮的摆动带动输出轴转动，实现减速器的角度输出。另外，扇形齿轮4和齿条3均采用U形对称结构，可以有效平衡运动过程中产生的丝杠轴向的多余扭矩，因此在采用U形扇形齿轮和齿条的减速机构中可以不安装直线导轨副11。

Claims (1)

1.一种用于角度输出的滚珠丝杠减速机构，包括滚珠丝杠(1)、丝杠螺母(2)、齿条(3)、扇形齿轮(4)、输出轴(5)、壳体(6)、轴承，其特征在于：在动力元件的带动下回转的滚珠丝杠(1)通过轴承与壳体(6)相连，并通过自身回转带动丝杠螺母(2)往复运动，齿条(3)的内侧面与丝杠螺母(2)的外侧面相互配合，并与丝杠螺母(2)固连，扇形齿轮(4)齿部与齿条(3)相互啮合，输出轴(5)通过扇形齿轮(4)的中心孔，并与扇形齿轮(4)固连；齿条(3)为U形结构，扇形齿轮(4)为倒U形结构。
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