CN101776128B - 非正交环面蜗杆副及非正交环面蜗杆限滑差速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非正交环面蜗杆副及其制造方法和由该蜗杆副构成的非正交环面蜗杆限滑差速器，属于机械传动技术领域；技术方案包括环面蜗杆(1)、蜗轮(2)，环面蜗杆轴线(3)与蜗轮轴线(4)空间交错，两轴线固定夹角∑、0＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动的中心距a，由满足两轴线空间位置关系和安装距R₁、R₂啮合传动的环面蜗杆(1)和蜗轮(2)构成非正交环面蜗杆副；非正交环面蜗杆副应用于非90°空间交错轴线的运动和动力传动，非正交环面蜗杆限滑差速器应用于车辆轴间或轮间扭矩感应自锁式差速器。

Description

非正交环面蜗杆副及非正交环面蜗杆限滑差速器

技术领域

本发明涉及一种非正交环面蜗杆副及其制造方法和由该蜗杆副构成的非正交环面蜗杆限滑差速器，属于机械传动技术领域。

技术背景

蜗杆传动用来传递空间两垂直交错轴线之间的运动和动力，按蜗杆分度曲面的形状，蜗杆传动分为三类：圆柱蜗杆传动、环面蜗杆传动和圆锥蜗杆传动。环面蜗杆的分度曲面是圆环面内表面的一部分，环面蜗杆传动中的蜗杆是包围蜗轮的，而蜗轮可以包围蜗杆也有不包围蜗杆的。

根据环面蜗杆齿面的曲面成型原理，环面蜗杆分为直廓环面蜗杆、平面包络环面蜗杆、锥面包络环面蜗杆、双锥面包络环面蜗杆、渐开螺旋面包络环面蜗杆、渐开柱面包络环面蜗杆和双圆弧环面包络环面蜗杆等。采用直线刀刃、平面砂轮、角度铣刀或锥面砂轮等刀具，刀具装在回转刀座上，刀座回转轴线和蜗杆轴线垂直交错，在蜗杆轴线所在蜗轮中间平面上有蜗轮基圆，其圆心在刀座轴线上，直线刀刃或铣刀和砂轮的直母线应与蜗轮主基圆相切；蜗杆回转时，刀具随刀座按一定速比转动，直线刀刃在蜗杆上的轨迹曲面、平面或锥面砂轮在蜗杆上的包络面为环面蜗杆的螺旋面。为了得到线接触的环面蜗杆副，取产形面与环面蜗杆螺旋面相同的环面滚刀在滚齿机上加工出蜗轮，得到的环面蜗杆副属于线接触共轭曲面。

环面蜗杆副的特点为同时接触齿数多、每一接触点的载荷较小，润滑角接近90°、润滑条件好，瞬时接触线法向诱导法曲率小、齿面接触应力小、承载能力高，可以实现硬齿面传动。

发明内容

本发明的目的是要提供一种非正交环面蜗杆副及其制造方法和由该蜗杆副构成的非正交环面蜗杆限滑差速器；非正交环面蜗杆副应用于非90°空间交错轴线的运动和动力传动，非正交环面蜗杆限滑差速器应用于车辆轴间或轮间扭矩感应自锁式差速器。

为了达到本发明的目的所采取的技术方案如下：

非正交环面蜗杆副包括环面蜗杆1、蜗轮2，环面蜗杆轴线3与蜗轮轴线4空间交错，两轴线固定夹角∑、0＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a，由满足两轴线空间位置关系和安装距R₁、R₂啮合传动的环面蜗杆1和蜗轮2构成非正交环面蜗杆副(如图1、2)。

非正交环面蜗杆副制造方法包括：环面蜗杆1由常规已有加工技术制成，切除轴向喉部一侧不参加工作的部分或在毛坯制造时其喉部一侧轴向另一部分未保留的半个常规的环面蜗杆，取产形面与环面蜗杆1螺旋面相同的环面滚刀8在滚齿机上加工蜗轮毛坯9，加工过程中环面滚刀轴线10与蜗轮毛坯轴线11夹角为∑、0＜∑＜90，两轴线距离为啮合传动中心距a及满足安装距R₁、R₂，按环面蜗杆1和蜗轮2的传动比i₁₂滚切，将蜗轮毛坯9加工成蜗轮2(如图3)，由加工出的蜗轮2与环面蜗杆1保持轴交角∑、中心距a及安装距R₁、R₂啮合传动得到非正交环面蜗杆副。

非正交环面蜗杆限滑差速器包括：差速器壳体7上设置有空间交错的环面蜗杆轴线3和蜗轮轴线4，两轴线夹角为∑、β₁＜∑＜90°并且90°-β₁＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a，右旋环面蜗杆1的螺旋角β₁，右旋环面蜗杆1和与右旋环面蜗杆1旋向不同其它几何参数和结构完全相同的左旋环面蜗杆5同轴线固连构成一个行星蜗杆，行星蜗杆在差速器壳体7上绕环面蜗杆轴线3转动联接，右旋蜗轮2和左旋蜗轮6分别与差速器壳体7同轴线4转动联接，具有同一转动轴线4的右旋蜗轮2和左旋蜗轮6分别与右旋环面蜗杆1和左旋环面蜗杆5啮合传动，形成两组具有蜗杆同速、同向、同轴线3转动的定传动比i₁₂＝i₅₆非正交环面蜗杆副，由差速器壳体7输入动力并由右旋蜗轮2、左旋蜗轮6分别输出动力构成非正交环面蜗杆限滑差速器(如图4)。

上述的非正交环面蜗杆副中，改变环面蜗杆1的头数z₁或螺旋角β₁和非正交环面蜗杆副的传动比i₁₂＝z₂/z₁或轴交角∑，可以改变非正交环面蜗杆副的正反向传动效率，当传动效率η＝0时机构自锁。

上述的非正交环面蜗杆副制造方法中，环面蜗杆1可以是直廓环面蜗杆、平面包络环面蜗杆、锥面包络环面蜗杆、双锥面包络环面蜗杆、渐开螺旋面包络环面蜗杆、渐开柱面包络环面蜗杆或双圆弧环面包络环面蜗杆等，由产形面与环面蜗杆1螺旋面相同的环面滚刀8在滚齿机上保持轴交角为∑、中心距为a及安装距R₁、R₂，加工出的蜗轮2与环面蜗杆1啮合传动均可得到非正交环面蜗杆副。

上述的非正交环面蜗杆限滑差速器中，改变轴交角∑，或者改变右旋环面蜗杆1的头数z₁或螺旋角β₁和传动比i₁₂＝z₂/z₁、左旋环面蜗杆5的头数z₅＝z₁或螺旋角β₅＝β₁和传动比i₅₆＝z₆/z₅＝i₁₂亦随着相应变化时，可以改变轮系的传动效率，进而改变非正交环面蜗杆限滑差速器的理论锁紧系数K，以便满足车辆对差速器性能的要求。

上述的非正交环面蜗杆限滑差速器中，为了提高承载能力和转动平稳性在差速器壳体7上绕蜗轮轴线4均布p个行星蜗杆，p＝2、3、4、5、6，如图5所示p＝3。

上述的非正交环面蜗杆限滑差速器中，为了提高承载能力，行星蜗杆的右旋环面蜗杆1和左旋环面蜗杆5为硬齿面，与其对应啮合传动的右旋蜗轮2和左旋蜗轮6亦为硬齿面，由两对硬齿面非正交环面蜗杆副构成非正交环面蜗杆限滑差速器，以便提高车辆的牵引力和驱动功率。

附图说明

图1为非正交环面蜗杆副原理图；

图2为非正交环面蜗杆副俯视原理图；

图3为非正交环面蜗杆副的蜗轮加工原理图；

图4为非正交环面蜗杆限滑差速器原理图；

图5为非正交环面蜗杆限滑差速器的行星蜗杆配置原理图。

具体实施方案

下面根据附图对本发明的实施例进行描述。

图1所示的非正交环面蜗杆副由环面蜗杆1、蜗轮2构成，环面蜗杆轴线3与蜗轮轴线4空间交错，两轴线固定夹角∑、0＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a，由满足两轴线空间位置关系及安装距R₁、R₂相互啮合传动的环面蜗杆1和蜗轮2构成非正交环面蜗杆副(如图2)；环面蜗杆1的头数z₁、螺旋角β₁、环面半径r，蜗轮2的齿数z₂，通过改变环面蜗杆1的头数z₁或螺旋角β₁和非正交环面蜗杆副的传动比i₁₂＝z₂/z₁或轴交角∑，可以改变非正交环面蜗杆副的正反向传动效率，当传动效率η＝0时机构自锁。环面蜗杆1为右旋时，取β₁＜∑、蜗轮2为右旋，环面蜗杆1可以设计为左旋，与其啮合的蜗轮2亦为左旋。

非正交环面蜗杆副的制造方法包括：①.环面蜗杆1的制造：环面蜗杆1由常规已有加工技术制成，切除轴向喉部一侧不参加工作的部分或在毛坯制造时其喉部一侧轴向另一部分未保留的半个常规的环面蜗杆制成，环面蜗杆1可以是直廓环面蜗杆、平面包络环面蜗杆、锥面包络环面蜗杆、双锥面包络环面蜗杆、渐开螺旋面包络环面蜗杆、渐开柱面包络环面蜗杆或双圆弧环面包络环面蜗杆等；②.蜗轮2的制造：如图3所示，取产形面与环面蜗杆1螺旋面相同的环面滚刀8安装在滚刀架上，蜗轮毛坯9安装在滚齿机工作转台上，调节滚刀架倾角为90°-∑，即满足环面滚刀轴线10与蜗轮毛坯轴线11夹角为∑、0＜∑＜90，由安装距R₁、R₂分别确定环面滚刀8和蜗轮毛坯9的轴向位置，调整两轴线中心距O₁O₂等于啮合传动中心距a，按环面蜗杆1和蜗轮2的传动比i₁₂计算挂轮滚比，环面滚刀8在滚齿机上将蜗轮毛坯9加工成蜗轮2，由加工出的蜗轮2与环面蜗杆1保持轴交角为∑、中心距为a及安装距R₁、R₂啮合传动得到非正交环面蜗杆副。加工过程中滚刀架倾角为0°时，即环面滚刀轴线10与蜗轮毛坯轴线11夹角∑＝90°时，可得到普通环面蜗杆副。

图4所示的非正交环面蜗杆限滑差速器原理图中，差速器壳体7上设置有空间交错的环面蜗杆轴线3和蜗轮轴线4，两轴线夹角为∑、β₁＜∑＜90°并且90°-β₁＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a，右旋环面蜗杆1的螺旋角β₁，右旋环面蜗杆1和与右旋环面蜗杆1旋向不同其它几何参数和结构完全相同的左旋环面蜗杆5同轴线固连构成一个行星蜗杆，行星蜗杆在差速器壳体7上绕环面蜗杆轴线3转动联接，右旋蜗轮2和左旋蜗轮6分别与差速器壳体7同轴线4转动联接，具有同一转动轴线4的右旋蜗轮2和左旋蜗轮6分别与右旋环面蜗杆1和左旋环面蜗杆5啮合传动，形成两组具有蜗杆同速、同向、同轴线3转动的定传动比i₁₂＝i₅₆非正交环面蜗杆副；由右旋蜗轮2、左旋蜗轮6两同轴线4独立转动的‘中心轮’和绕轴线4转动的差速器壳体7为‘系杆’以及相对差速器壳体7绕轴线3自转并与差速器壳体7一起绕轴线4公转的行星蜗杆构成双自由度差动轮系，其转速关系为n₇＝(n₂+n₆)/2，由差速器壳体7输入动力并由右旋蜗轮2、左旋蜗轮6分别输出动力构成非正交环面蜗杆限滑差速器。当车辆直线行驶时，n₂＝n₆＝n₇，右旋环面蜗杆1和右旋蜗轮2、左旋环面蜗杆5和左旋蜗轮6没有相对转动，即行星蜗杆没有自转只有公转；当车辆转弯时，n₂＝n₇+Δn，n₆＝n₇-Δn，Δn＞0左转弯，Δn＜0右转弯，Δn≠0时右旋环面蜗杆1和右旋蜗轮2、左旋环面蜗杆5和左旋蜗轮6产生相对转动，行星蜗杆自转同时公转；当一个驱动轮打滑时，差速器将限制该轮单边速度突变。改变轴交角∑，或者改变右旋环面蜗杆1的头数z₁或螺旋角β₁和右旋蜗轮2的齿数z₂、左旋环面蜗杆5的头数z₅＝z₁或螺旋角β₅＝β₁和左旋蜗轮6的齿数z₆＝z₂亦随着相应变化时，可以改变轮系的传动效率，进而改变非正交环面蜗杆限滑差速器的理论锁紧系数K，以便满足车辆对差速器性能的要求；考虑到差速器壳体7受力平衡、差速器转动平稳性以及为了提高承载能力在差速器壳体7上绕轴线4均布p个行星蜗杆，p＝2、3、4、5、6，本实施例p＝3(如图5)；为了提高承载能力，行星蜗杆的右旋环面蜗杆1和左旋环面蜗杆5为硬齿面，与其对应啮合传动的右旋蜗轮2和左旋蜗轮6亦为硬齿面，由两对硬齿面非正交环面蜗杆副构成非正交环面蜗杆限滑差速器，以便提高车辆的牵引力和驱动功率。

Claims (8)

1.非正交环面蜗杆副，包括，环面蜗杆(1)、蜗轮(2)，其特征在于，环面蜗杆轴线(3)与蜗轮轴线(4)空间交错，两轴线固定夹角∑、0＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a，环面蜗杆(1)和蜗轮(2)保持安装距R₁、R₂且满足两轴线空间位置关系啮合传动。

2.非正交环面蜗杆副制造方法，包括，环面蜗杆(1)由常规已有加工技术制成，其特征在于，取产形面与环面蜗杆(1)螺旋面相同的环面滚刀(8)在滚齿机上加工蜗轮毛坯(9)，加工过程中环面滚刀轴线(10)与蜗轮毛坯轴线(11)夹角为∑、0＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a及满足安装距R₁、R₂，按环面蜗杆(1)和蜗轮(2)的传动比i₁₂滚切，将蜗轮毛坯(9)加工成蜗轮(2)，由加工出的蜗轮(2)与环面蜗杆(1)实现轴线夹角∑、中心距a、安装距R₁、R₂啮合传动。

3.非正交环面蜗杆限滑差速器，其特征在于，差速器壳体(7)上设置有空间交错的环面蜗杆轴线(3)和蜗轮轴线(4)，两轴线夹角为∑、β₁＜∑＜90°并且90°-β₁＜∑＜90°，两轴线距离为啮合传动中心距a，右旋环面蜗杆(1)的螺旋角β₁，右旋环面蜗杆(1)和与右旋环面蜗杆(1)旋向不同其它几何参数和结构完全相同的左旋环面蜗杆(5)同轴线固连构成一个行星蜗杆，行星蜗杆在差速器壳体(7)上绕环面蜗杆轴线(3)转动联接，右旋蜗轮(2)和左旋蜗轮(6)分别与差速器壳体(7)同轴线(4)转动联接，具有同一转动轴线(4)的右旋蜗轮(2)和左旋蜗轮(6)分别与右旋环面蜗杆(1)和左旋环面蜗杆(5)定传动比i₁₂＝i₅₆啮合传动，由差速器壳体(7)输入动力并由右旋蜗轮(2)、左旋蜗轮(6)分别输出动力。

4.根据权利要求1所述的非正交环面蜗杆副，其特征在于，改变环面蜗杆(1)的头数z₁或螺旋角β₁或非正交环面蜗杆副的传动比i₁₂＝z₂/z₁或轴线夹角∑，可以改变非正交环面蜗杆副的正反向传动效率。

5.根据权利要求2所述的非正交环面蜗杆副制造方法，环面蜗杆(1)选自直廓环面蜗杆、平面包络环面蜗杆、锥面包络环面蜗杆、双锥面包络环面蜗杆、渐开螺旋面包络环面蜗杆、渐开柱面包络环面蜗杆或双圆弧环面包络环面蜗杆中的一种，其特征在于，由产形面与环面蜗杆(1)螺旋面相同的环面滚刀(8)在滚齿机上保持轴线夹角∑、中心距a及安装距R₁、R₂，加工出的蜗轮(2)与环面蜗杆(1)均可实现非正交啮合传动。

6.根据权利要求3所述的非正交环面蜗杆限滑差速器，其特征在于，改变轴线夹角∑，或者改变右旋环面蜗杆(1)的头数z₁或螺旋角β₁或传动比i₁₂＝z₂/z₁、左旋环面蜗杆(5)的头数z₅＝z₁或螺旋角β₅＝β₁或传动比i₅₆＝z₆/z₅＝i₁₂亦随着相应变化时，可以改变非正交环面蜗杆限滑差速器的理论锁紧系数K。

7.根据权利要求3所述的非正交环面蜗杆限滑差速器，其特征在于，在差速器壳体(7)上绕蜗轮轴线(4)均布p个行星蜗杆，p＝2、3、4、5、6。 

8.根据权利要求3所述的非正交环面蜗杆限滑差速器，其特征在于，行星蜗杆的右旋环面蜗杆(1)和左旋环面蜗杆(5)为硬齿面，与其对应啮合传动的右旋蜗轮(2)和左旋蜗轮(6)亦为硬齿面。 

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