CN102486218A - 纯滚动零压力角传动系统 - Google Patents

Abstract

纯滚动零压力角传动系统涉及一种动力传递的新方法。本传动系统中输入轴的运动，通过安装在输入轴偏心部的轴承推动槽轮公转。在弹性圈的作用下，槽轮槽中的滚轴被推入槽圈槽。在滚轴与槽圈共同作用下，槽轮自转。通过轴向重叠错位布置的槽圈、槽轮增加滚轴的剪切截面进一步增加其所传递扭矩。本传动系统所有运动件的运动方式均为纯滚动。本传动系统槽轮槽、槽圈槽的压力角远比齿轮压力角小，故其动力传递过程所产生的径向分力远小于齿轮传动，大幅度降低高速输入轴的载荷。槽圈、槽轮的轴向错位解决了齿轮、齿圈的干涉。可实现大速比传动。选择适当的参数可使多滚轴同时参与工作，大幅度提高啮合重合度。

Description

纯滚动零压力角传动系统

技术领域

纯滚动零压力角传动系统涉及一种动力传递的新方法。通过轴向叠加的槽轮、滚轴、槽圈，传递动力。用这种新的传动系统，可避免传统的齿轮传动过程中出现的因压力角造成的径向分力及因重合度小造成的机构体积大的缺点。

背景技术

目前公知的动力传递方法：可通过齿轮、摆线轮、蜗轮付......等机构实现。纯滚动零压力角传动系统是对本人申请的专利申请号为201010129285.0；专利名称为滚柱传动装置及专利申请号为200910222392.5；专利名称为滚动联轴器二发明的合并与改进。

发明内容

传统的动力传递方法可通过齿轮、摆线轮、蜗轮付......等机构实现。所有这些方法均不能实现动力传递过程中的，纯滚动、零压力角、高重合度传动。尤其是需通过一级传动得到大传动比时，高速旋转的输入轴需承受很大径向分力；是以上所有机构均不能实现的。纯滚动零压力角传动系统通过解决以下问题可实现一级变速得到大传动比，可做得到动力传递过程中所有运动件的纯滚动、高重合度、零压力角传递动力。对此需解决以下问题。

技术难题：

1.解决运动过程中的干涉。

2.实现多滚轴啮合。

3.实现滚轴在槽圈槽、槽轮槽中运动时其运动方式为纯滚动。

4.实现小压力角，甚至可做得到零压力角。大幅度减小径向分力。

5.实现大扭矩传递传。

6.完成对从槽轮到输出轴运动的纯滚动转换。

纯滚动零压力角传动系统通过以下五个措施解决以上技术问题。

1.通过在轴向错位安装的槽轮、槽圈及弹性圈解决运动过程中的干涉。滚轴在1003 2002.4

槽轮槽、槽圈槽中运动，弹性圈使进入槽圈槽的滚轴成啮合状态。在输入轴偏心部及弹性圈作用下，槽轮同时完成对槽圈中心公转及槽轮的自转。弹性圈使滚轴进入槽圈槽。进入槽圈槽的滚轴进入啮合，另一方面封闭的槽轮槽又能使槽圈槽中即将脱离啮合的滚轴拉出槽圈。

2.只要在槽轮槽中心线与槽圈槽中心线交点处的滚轴均可正常啮合，适当地选择相关参数可实现多滚轴啮合。其重合度远大于齿轮啮合。

3.在外扭矩的作用下滚轴被夹持在槽轮槽壁与槽圈槽壁间，槽轮的运动使滚轴只能作纯滚动。

4.因槽轮槽、槽圈槽，中心线与其槽壁的夹角为压力角。当槽轮的槽壁平面通

过槽轮轴向中心线时压力角为零。槽轮、滚轴、槽圈所构成的系统在槽轮压力角为零时，其扭矩传递过程中的径向分力为零。

5.金属抗剪切能力较抗拉抗压能力差，沿轴向错位布置多个槽轮、槽圈、可增加对滚轴的剪切截面。多滚轴啮合加之对滚轴的多剪切截面所产生的效果

是使用槽轮、滚轴、槽圈运动付，传递扭矩远比使用齿轮付所传递的扭矩大。

6.槽轮的运动为绕槽圈中心的平动与转动的合成，通过驱动盘、输出轴端面可安装带滚动体的半圆保持架夹持孔盘两端凸起的驱动块完成槽轮到输出轴运动的转换。

以上措施可实现一种全新的纯滚动、无径向分力、高重合度、结构简单紧凑，体积小、高效率的传动系统。并为制作大扭矩低速电机创造条件。

附图说明

图1是纯滚动零压力角传动系统的结构图。

图2是图1的D-D局部剖视图

图3是图1的A-A剖视图

图4是图1的B-B剖视图

图5是图1的C-C剖视图(此剖面剖切在孔盘与输出轴上端的空隙处)

下面结合附图对纯滚动零压力角传动系统实施例作详细说明：

图中：输入轴[1]、上盖[2]、平衡块[3]、支撑套[4]、支撑套销[5]、滚轴挡[6]槽轮[7]、弹性圈[8]、滚轴[9]、槽圈[10]、壳体[11]、壳体销[12]、轴承外环挡[13]、轴承内环挡[14]、驱动盘[15]、孔盘[16]、槽圈挡[17]、下盖[18]、输出轴[19]、扭矩传递销[20]、槽轮垫[21]、保持架[22]、驱动块[23]、滚动体[24]。

具体实施方式

纯滚动零压力角传动系统实施例如图1、图2、图3、图4、图5所示：

输入轴[1]：由自上而下的七段圆柱叠加成的轴类零件。

输入轴[1]自上而下的七段圆柱(以下分别称之第一圆柱......第七圆柱)其中第一圆柱上加工有键槽，第二圆柱与安装在上盖[2]孔中的轴承内环配合，第三圆柱安装平衡块[3]，输入轴[1]第三圆柱，由圆及该圆上的弦组成的封闭图形拉伸成的几何体，其形状和与其配合的平衡块[3]孔的形状相同。输入轴[1]第四圆柱外圆直径为输入轴[1]各圆柱中直径最大的圆柱。输入轴第五圆柱为避让支撑套[4]孔中的弹簧挡圈而加工的，直径小于第四圆柱，用于限制支撑套[4]孔中轴承的轴向自由度。第六圆柱与支撑套[4]孔中的轴承内环配合(称之为偏心部)，第七圆柱与安装在输出轴[19]孔中的轴承内环配合。除(称之为偏心部)的圆柱外，其它所有圆柱体中心线重合。输入轴[1]偏心部圆柱体，中心线与其它各圆柱体的中心线不重合。上盖[2]：由一个平截正圆锥体、二个圆柱体及中心上的台阶孔叠加成的零件。

上盖[2]二个圆柱体为上端圆柱体、下端圆柱体。上盖[2]上端圆柱体端面均匀分布数个可穿入内六角螺栓的台阶孔、上盖[2]下端圆柱体，是与壳体[11]上端孔配合的子口。上盖[2]中心自上而下加工有五个同心的台阶孔。上盖[2]上的五个台阶孔分别为；安装油封、安装轴承、容纳平衡块[3]、容纳滚轴挡[6]、及容纳最上端槽轮[7]的孔。

平衡块[3]：由在同一平面上的外轮廓及内轮廓的孔拉伸成的几何体。

平衡块[3]其外轮廓分别由圆心相同、半径不同、圆心角均为180度的二段圆弧及二圆弧端点的连线组成的图形拉伸而成。平衡块[3]内轮廓为与外轮廓同心的圆及该圆上一弦组成的封闭平面图形拉伸而成。平衡块[3]内轮廓圆的直径与输入轴[1]第三圆柱直径相同，其弦心距与输入轴[1]第三圆柱上弦的弦心距相同。

支撑套[4]：由外圆柱体及中心上的台阶孔叠加成的零件。

其外圆柱表面加工有通过支撑套销[5]与数个槽轮[7]连接的半圆孔。支撑套[4]中心上的孔与轴承外环配合。孔的最上端加工有安装弹簧挡圈的槽，孔的最下端有可挡住轴承外环的台阶。

支撑套销[5]：为一圆柱体。

其半径与支撑套[4]外圆柱上半圆孔、槽轮[7]孔壁上半圆孔的半径相同。滚轴挡[6]：由大、小圆柱及中心上的台阶孔叠加成的零件。

其小圆柱的外圆处可容纳槽轮[7]向心槽中的滚轴[9]轴向的长出部分，滚轴挡[6]的大圆柱限制滚轴[9]向上的轴向自由度。滚轴挡[6]中心上的台阶孔，分别为上端孔及下端孔。其上端孔直径小于支撑套[4]的外圆直径。用于限制支撑套销[5]向上的轴向自由度。下端孔可容纳安装有支撑套销[5]的支撑套[4]。滚轴挡[6]端面有可通过内六角螺栓，将夹持在滚轴挡[6]与驱动盘[15]间的支撑套[4]、所有槽轮[7]、槽轮垫[21]及扭矩传递销[20]紧固成一整体的螺纹孔。槽轮[7]：为中心加工有孔的一盘形零件。

槽轮[7]端面按速比要求加工若干个容纳滚轴[9]的向心长孔。滚轴[9]可在向心长孔中沿槽轮[7]半径方向移动。槽轮[7]端面还加工有数个与滚轴挡[6]上螺纹孔对应的通孔，并可通过内六角螺栓将数个槽轮[7]及二槽轮间的槽轮垫[21]紧固到滚轴挡[6]上。槽轮[7]中心的孔与支撑套[4]的外圆柱配合，槽轮[7]中心的孔壁上加工有数个与支撑套[4]外圆柱表面半圆孔对应的半圆孔。在槽轮[7]及支撑套[4]对应的半圆孔中安装有支撑套销[5]。用以限制槽轮[7]对支撑套[4]的旋转自由度。为使每个槽轮[7]均能传递扭矩，在槽轮[7]端面上加工有数个安装扭矩传递销[20]的孔。

弹性圈[8]：为刚性材料与弹性材料组成的复合体。

弹性圈[8]的刚性材料由安装在槽轮[7]中的扭矩传递销[20]支撑，其弹性材料被安装在滚轴[9]内侧。弹性圈总施力于槽轮槽中的滚轴[9]，使其向槽轮槽半径增大方向运动。

滚轴[9]为长圆柱体。

槽圈[10]：由外圆柱及台阶孔叠加成的环形零件。

槽圈[10]上端面加工有向心槽，槽的数量取决于速比。槽圈[10]的向心槽可供滚轴[9]自由进出。槽圈[10]下端孔可容纳槽轮[7]在其孔中自转与绕槽圈[10]的公转。槽圈[10]外圆柱面加工有若干个半径与壳体销[12]半径相同的半圆孔。槽圈[10]外圆与壳体[11]上端孔配合。

壳体[11]：由中心的二个孔、外圆柱及可固定该装置的二个脚组合成的零件。

其中心上二个孔分别为上端孔及下端孔。壳体[11]上端孔分别与上盖[2]下端子口及槽圈[10]的外圆配合。壳体[11]上端孔的孔壁上加工有均匀分布并与槽圈[10]外圆柱上半圆孔对应的半圆孔。当壳体销[12]安装到这些对应的半圆孔中时，壳体[11]限制了槽圈[10]的旋转自由度。壳体[11]下端孔，分别与槽圈挡[17]外圆、下盖[18]上端子口配合。壳体[11]上、下端面加工有数个均匀分布的螺纹孔。壳体[11]上端面螺纹孔，可通过内六角螺栓将上盖[2]紧固到壳体[11]上端面。壳体[11]下端面螺纹孔，可通过内六角螺栓将下盖[18]紧固到壳体[11]下端面。为固定纯滚动零压力角传动系统，在壳体[11]上制作有带安装孔的二个脚，可通过螺栓、螺母将壳体[11]固定。

壳体销[12]：为一圆柱体。

壳体销[12]半径等于壳体[11]上端孔、孔壁上及槽圈[10]外圆柱面上的半圆孔半径。用于限制槽圈[10]对壳体[11]的旋转自由度。

轴承外环挡[13]：由孔及外圆柱叠加成的零件。

轴承外环挡[13]用于限制，支撑套[4]孔中轴承外环的轴向自由度。

轴承内环挡[14]：由孔及外圆柱叠加成的零件。

轴承内环挡[14]用于限制，支撑套[4]孔中轴承内环的轴向自由度

驱动盘[15]：由外圆柱及孔叠加成的盘形零件。

驱动盘[15]中心加工有让轴承内环挡[14]，在其中自由运动的孔。驱动盘[15]上端面加工有数个安装扭矩传递销[20]的台阶孔、该孔上端与扭矩传递销[20]配合，其下端孔径小于扭矩传递销[20]直径，用于限制扭矩传递销[20]向下的轴向位移。驱动盘[15]下端面加工与滚轴挡[6]螺纹孔对应的台阶孔，及数个可安装保持架[22]的孔。每个可安装保持架[22]的孔中可安装二个带滚动体[24]的保持架[22]。孔盘[16]上端面突起的驱动块[23]被夹持在二个带滚动体[24]的保持架[22]间。

孔盘[16]：由孔及外圆柱叠加而成的零件。

孔盘[16]中心加工有让轴承内环挡[14]，在其中自由运动的孔。孔盘[16]端面加工有分别与二条互相垂直的中心线对称的数个方孔。孔盘[16]上端面及下端面均有向上与向下凸起的驱动块[23]，被安装在孔盘[16]的方孔中。

槽圈挡[17]：为一带孔圆柱体。

其外圆柱与壳体[11]下端孔配合，槽圈挡[17]孔直径小于槽圈[10]外圆直径，用于限制槽圈[10]及壳体销[12]向下的轴向位移。

下盖[18]：由三个圆柱体及中心上的三个台阶孔叠加成的零件。

下盖[18]上端圆柱体是与壳体[11]下端孔，配合的子口。下盖[18]中间圆柱体下端面加工有与壳体[11]下端面螺纹孔对应的数个台阶孔，并可通过这数个台阶孔中的内六角螺栓，将下盖[18]紧固到壳体[11]下端面。下盖[18]中心上的三个台阶孔中，最上端的孔可容纳输出轴[19]上端圆柱体在该孔中旋转，中间的孔可安装轴承外环，其最下端孔中可安装油封。输出轴[19]：由上端圆柱体、下端圆柱体及中心上的台阶孔组成的轴类零件。

输出轴[19]上端柱体的上端面加工有数个可安装保持架[22]的孔。每个可安装保持架[22]的孔中，可安装二个带滚动体[24]的保持架[22]。孔盘[16]下端凸起的驱动块[[23]被夹持在二个带滚动体[24]的保持架[22]之间。输出轴[19]上端中心加工有与安装在输入轴[1]第七圆柱上轴承外环配合的孔。输出轴[19]下端圆柱与安装在下盖[18]孔中的轴承内环配合。输出轴[19]下端圆柱上还加工有键槽。

扭矩传递销[20]：为一圆柱体。

扭矩传递销[20]穿过所有槽轮[7]并通过扭矩传递销[20]将所有槽轮[7]的扭矩传递给驱动盘[15]。

槽圈垫[21]：为一中心有孔的垫圈。

槽圈垫[21]通过其厚度尺寸保证槽轮[7]与槽圈[10]的轴向间隙。驱动盘[15]下端面台阶孔中的内六角螺栓依次穿过数个槽轮[7]、槽轮垫[21]后，可将夹持在驱动盘[15]及滚轴挡[6]间的支撑套[4]、槽轮[7]、槽轮垫[21]及驱动盘[15]紧固到滚轴挡[6]上。

保持架[22]：

为平面上的圆及该圆上的弦组成的封闭圈形所拉申成的几何体。由弦拉伸所成的平面上加工有可容纳滚动体[24]的凹槽。

驱动块[23]：为一六面体。

驱动块[23]一部分安装到孔盘[16]上另一部分被夹持在二个带滚动体[24]的保持架[22]间。

滚动体[24]：为一圆柱体。其作用如同滚针轴承中的滚针。

装配

分5步完成：

1.在支撑套[4]孔中安装轴承：

在支撑套[4]孔中安装二个轴承，使轴承外环接触到在支撑套[4]孔下端台阶。安装轴承外环挡[13]后，再安装二个相同的轴承到在支撑套[4]孔中。在支撑套[4]孔上端槽中安装孔用弹簧挡圈。

2.在驱动盘[15]上依次安装与槽轮[7]相关的零件：

在驱动盘[15]下端面台阶孔中插入内六角螺栓；将驱动盘[15]水平放置，在驱动盘[15]上端面孔中安装扭矩传递销[20]后，按以下顺序依次分层安装，槽轮[7]、弹性圈[8]、槽轮垫[21]、槽圈[10]。将支撑套[4]外圆柱上的半圆孔与槽轮[7]中心孔壁上的半圆孔对正，并安装支撑套[4]到槽轮[7]中心上的孔中；在已对正的半圆孔中安装支撑套销[5]。通过内六角螺栓及滚轴挡[6]端面上螺纹孔，将以上安装的所有零件坚固到滚轴挡[6]上。

3.安装输入轴[1]：

在输入轴[1]第三圆柱上安装平衡块[3]。在输入轴[1]第二圆柱上安装轴承内环。将输入轴[1]插入支撑套[4]孔中的轴承内环中，使输入轴[1]的偏心部与安装在支撑套[4]孔中的轴承内环配合。在输入轴[1]的偏心部下端安装轴承内环挡[14]、在输入轴[1]第七圆柱上安装轴承内环。

将以上安装好的所有零件翻转180度。在保持架[22]可容纳滚动体[24]的凹槽中，涂抹黄油并安装滚动体[24]。在孔盘[16]上、下二端面安装驱动块[23]并在驱动块[23]二侧面安装二个带滚动体[24]的保持架[22]。将保持架[22]连同驱动块[23]一并安装到驱动盘[15]可安装保持架[22]的孔中。(在输出轴[19]中心上的孔中安装轴承外环，在输出轴[19]下端圆柱体安装轴承内环)。用同样的方法将孔盘[16]下端面驱动块[23]、带滚动体[24]的保持架[22]安装到输出轴[19]上端面可安装保持架[22]的孔中。同时保证输出轴[19]上端面中心孔中的轴承外环与输入轴[1]第七圆柱上轴承内环正确的装配关系。完以上装配后，所有已安装的零件称之为(部件1)。

4.将部件1安装到下盖[18]上：

在下盖[18]中心台阶孔中分别安装轴承外环及油封。下盖[18]上端圆柱体端面上放置槽圈挡[17]。将部件1上的输出轴[19]插入下盖[18]孔中，保证输出轴[19]下端圆柱体上的轴承内环与下盖[18]孔中的轴承外环的配合关系。将壳体[11]上端孔壁上的半圆孔与槽圈[10]外圆柱上的半圆孔对正，将壳[11]套装到槽圈[10]的外圆柱上。在壳体[11]孔壁上的半圆孔与槽圈[10]外圆柱半圆孔间安装壳体销[12]。将壳体[11]下端面的螺纹孔与下盖[18]中间圆柱体下端面的台阶孔对正，并穿入内六角螺栓，通过内六角螺栓将下盖[18]紧固到壳体[11]下端面上。

5.安装上盖[2]：

在上盖[2]中心台阶孔中安装油封及轴承外环。将上盖[2]安装到壳体上端，使上盖[2]下端子口与壳体[11]上端孔配合，保证输入轴[1]第二圆柱上的承内环与上盖[2]孔中的轴承外环的正确装配关系。使上盖[2]上端圆柱体上的台阶孔与壳体[11]上端面上的螺纹孔对正。通过上盖[2]上端圆柱体台阶孔中的内六角螺栓将上盖[2]紧固到壳体[11]上端的螺纹孔中。

通过以上5步完成了对纯滚动零压力角传动系统的装配。

当通过输入轴[1]旋转时，输入轴[1]偏心部的轴承推动支撑套[4]，支撑套[4]外圆柱半圆孔中的支撑套销[5]推动槽轮[7]绕槽圈[10]中心线公转；滚轴[9]在弹性圈[8]作用下进入槽圈[10]的向心槽，进入槽圈[10]槽中的滚轴进入啮合状态。在滚轴[9]及槽圈[10]的共同作用下，推动槽轮[7]自转。因槽轮[7]上的向心槽是封闭的，在槽轮[7]运动的同时，将槽圈[10]槽中即将脱离啮合的滚轴[9]拉出槽圈槽。数个槽轮[7]的自转通过扭矩传递销[20]传递给驱动盘[15]。驱动盘[15]又通过孔盘上的驱动块[23]将运动传递给输出轴[19]。完成由输入到输出的扭矩传递。

当槽轮、槽圈的槽数相同时，可利用槽轮、滚轴、槽圈这一系统制作大扭矩浮动联轴器。

Claims (10)

1.纯滚动零压力角传动系统主要由安装在壳体二端的上盖、支撑在上盖孔及输出轴孔中的输入轴、支撑在输入轴偏心部上的支撑套、安装在支撑套上的数个槽轮、与槽轮轴向错位并安装在壳体中的数个槽圈、由滚轴挡及驱动盘夹持的，槽轮、槽轮垫、扭矩传递销、安装在槽轮槽中的滚轴、由扭矩传递销支撑的弹性圈、驱动盘、安装在驱动盘及输出轴上的带滚动体的半圆保持架、被夹持在带滚动体的半圆保持架间的孔盘两端的驱动块、孔盘、输出轴、下盖组成；其特征在于：输入轴的旋转，通过安装在输入轴偏心部的轴承及与轴承外环配合的支撑套，推动槽轮运动；在弹性圈的作用下，槽轮槽中的滚轴被推入槽圈槽，使槽轮围绕槽圈公转；在滚轴与槽圈共同作用下，槽轮自转；通过扭矩传递销将其运动传递给驱动盘；再通过被安装在驱动盘及输出轴可安装半圆保持架孔中的带滚动体的半圆保持架所夹持的，孔盘二端的驱动块，将其运动传递给输出轴。

2.根据权利要求1、纯滚动零压力角传动系统中所述槽轮、槽圈其特征在于：槽轮、槽圈上加工有供滚轴在其中滚动的槽。

3.根据权利要求1、纯滚动零压力角传动系统中所述槽轮、槽圈，其特征在于：轴向错位重叠安装若干个槽轮及若干槽圈。

4.根据权利要求1、纯滚动零压力角传动系统中所述槽轮其特征在于：槽轮上加工有安装扭矩传递销的孔，数个槽轮通过扭矩传递销，将扭矩传递给驱动盘。

5.根据权利要求1、纯滚动零压力角传动系统中所述弹性圈，其特征在于：弹性圈上的弹性材料总施力于槽轮槽中的滚轴，使其向槽轮槽半径增大方向运动。

6.根据权利要求1、纯滚动零压力角传动系统中所述驱动盘其特征在于：驱动盘、输出轴端面加工有可安装带滚动体的半圆保持架的孔。

7.根据权利要求1、纯滚动零压力角传动系统中所述孔盘，其特征在于：孔盘两端面均有凸起的驱动块。

8.根据权利要求1、纯滚动零压力角传动系统中所述输出轴，其特征在于：输出轴上端面加工有可安装带滚动体的半圆保持架的孔。

9.根据权利要求1、纯滚动零压力角传动系统中所述的半圆保持架其特征在于：半圆操持架为平面上的圆及该圆上的弦组成的封闭图形所拉申成的几何体，由弦所成的平面上加工有可容纳滚动体的凹槽。

10.根据权利要求1、所述的纯滚动零压力角传动系统其特征在于：因其体积小可直接与电机连接制成低速大扭矩电机。

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