CN103075478B - 用于重型机械的齿轮-齿条精密传动结构 - Google Patents

用于重型机械的齿轮-齿条精密传动结构 Download PDF

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本申请涉及传动结构，具体为用于重型机械的齿轮-齿条精密传动结构，其齿条齿槽(4)沿齿轮(1)转轴方向排列，齿轮齿牙(3)沿齿轮（1）的外周侧螺旋排列，螺旋排列的螺距为齿条(2)齿距的倍数，齿轮(1)被驱动旋转，通过齿轮齿牙（3）与齿条齿槽（4）的相互配合，齿轮(1)沿转轴方向移动。利用本齿轮-齿条精密传动结构，可以实现对齿轮前进行程和后退行程的精密控制。由于被驱动的齿轮在转轴方向上长度很短，故不会产生重力下垂的现象。本齿轮-齿条精密传动结构同时保留了结构简单，装配方便的优点。

Description

用于重型机械的齿轮-齿条精密传动结构
技术领域
本申请涉及传动结构，具体为用于重型机械的齿轮-齿条精密传动结构。
背景技术
现有的齿轮-齿条传动结构能够把齿轮的旋转运动转换成齿条的前进和后退的运动。齿轮-齿条传动结构的好处是，要实现对齿轮的驱动，只需将驱动轴连接到齿轮端面上的一点，通过驱动轴的驱动使齿轮绕着驱动轴旋转即可，只需一个连接点，结构简单，装配方便。此传动结构中，齿条齿槽沿齿轮齿牙的切向排列，难以对齿条行程进行精密控制。
螺杆-螺母传动结构能够把螺杆的旋转运动转换成螺母的前进和后退的运动。由于螺杆具有一定的长度，在重型机械中，螺杆中段会出现重力下垂的现象。
发明内容
本申请的目的是把旋转运动转换成前进或后退的运动，可以对前进行程和后退行程进行精密控制，且在重型机械中应用不会产生重力下垂的现象。
为此给出用于重型机械的齿轮-齿条精密传动结构，包括齿轮和齿条，齿轮的外周侧设置有齿轮齿牙，齿轮齿牙沿齿轮的径向伸出嵌合到齿条齿槽中，其特征是，齿条齿槽沿齿轮转轴方向排列，齿轮齿牙沿齿轮的外周侧螺旋排列，螺旋排列的螺距为齿条齿距的倍数，齿轮被驱动旋转，通过齿轮齿牙与齿条齿槽的相互配合，齿轮沿转轴方向移动。
利用本齿轮-齿条精密传动结构，驱使齿轮每旋转一周，齿轮就沿齿条齿槽排列方向即齿轮转轴方向前进或后退齿条齿距的一倍或多倍的距离，因此可以实现对齿轮前进行程和后退行程的精密控制。由于被驱动的齿轮在转轴方向上长度很短，故不会产生重力下垂的现象。本齿轮-齿条精密传动结构同时保留了结构简单，装配方便的优点。
附图说明
图1是齿轮-齿条精密传动结构的立体图。
图2是齿轮局部放大图。
图3是齿轮-齿条精密传动结构的俯视图。
图4是齿轮被驱动旋转前与齿条的配合位置侧视图。
图5是齿轮被驱动旋转四分之一周时与齿条配合的位置侧视图。
图6是齿轮被驱动旋转半周时与齿条配合的位置侧视图。
图7是齿轮被驱动旋转四分之三周时与齿条配合的位置侧视图。
图8是齿轮被驱动旋转一周时与齿条配合的位置侧视图。
图9是双齿轮结构跟齿条配合关系示意图。
图10是双齿轮结构和齿条沿转轴中心线竖直切开后的局部示意图。
具体实施方式
实施例一。
用于重型机械的齿轮-齿条精密传动结构如图1，包括齿轮1和齿条2，齿轮1的外周侧设置有齿轮齿牙3，齿轮齿牙3沿齿轮1的径向伸出嵌合到齿条齿槽4中，齿条齿槽4沿齿轮1转轴方向排列，齿轮齿牙3沿齿轮1的外周侧螺旋排列，螺旋排列的螺距(指螺旋线上相距一周的两个齿轮齿牙3之间的轴向距离)为齿条2齿距的一倍。如图3，齿条齿槽4的方向与齿轮齿牙3的排列方向(以嵌合到齿条齿槽4中的齿轮齿牙3的排列方向为准，具体在图3中，以背向读者的齿轮齿牙3的排列方向为准，并非以朝向读者的齿轮齿牙3的排列方向为准)相同，即齿条齿槽4倾斜地排列，倾斜方向与齿轮齿牙3的排列方向相同，以便更好地配合螺旋形排列的齿轮齿牙3。齿轮1被驱动旋转一周，其状态变化依次如图4～8所示，通过齿轮齿牙3与齿条齿槽4的相互配合，齿轮3恰好沿转轴方向前进一个螺距，可见螺旋长度最少只需一周即可。非优选地，齿轮齿牙3可以改为双螺旋排列，螺距为齿条2齿距的两倍。
为了减小摩擦力，提高传动效率，齿轮齿牙3与齿条齿槽4之间设为滚动接触。如图2，本实施例优选地，在齿轮齿牙3侧壁套有滚珠轴承滑轮5作为滚动件绕齿轮齿牙3转动从而实现滚动接触，配合效果好。非优选地，可以在齿轮齿牙3侧壁上套有绕其转动的摩擦带作为滚动件，或者把齿轮齿牙3设成可自转的结构，或者在齿条齿牙6上套有滚动条。
为了便于加工和套设滚动件，齿轮齿牙3优选为柱形。为了便于滚动或套设滚动件，齿轮齿牙3横截面优选为圆形。因此，本实施例把齿轮齿牙3设为圆柱形。
本实施例中，齿条2仅设在齿轮1转轴一侧即可，无需环绕包围齿轮1，其比螺杆-螺母传动结构优胜之处在于接触面积小，故摩擦力小，且节省材料。
根据常理可知，齿条齿槽4跟齿轮齿牙3必须留有轴向宽度差，否则齿轮齿牙3将被卡住，导致齿轮1无法转动。有了这一轴向宽度差，齿条齿槽4与齿轮齿牙3之间就不可避免地存在背隙，这会导致出现传动间隙，影响传动精度。这一问题将在实施例二中解决。
实施例二。
在实施例一的基础上改为如图9：齿轮齿牙3有两段；齿轮1具体地，由两个子齿轮11、12在转轴方向上并排连接形成双齿轮结构，在两个子齿轮11、12之间夹有厚度可调的垫片7。第一段齿轮齿牙31设在第一个子齿轮11上，第二段齿轮齿牙32设在第二个子齿轮12上。
第一段齿轮齿牙31中的齿轮齿牙310和第二段齿轮齿牙32中的齿轮齿牙320同步嵌合到齿条齿槽4中，如图10，齿轮齿牙310嵌入到齿条齿槽41中，齿轮齿牙320嵌入到齿条齿槽42中。为了解决在齿条齿槽4与齿轮齿牙3之间存在背隙影响传动精度的问题，本实施例通过调节垫片7的厚度，把齿轮齿牙310与齿轮齿牙320之间的轴向距离调整为在齿条2齿距的倍数的基础上有细微的偏移，偏移量等于齿条齿槽4跟齿轮齿牙3的轴向宽度差，使齿轮齿牙310和齿轮齿牙320分别朝相反的方向顶住其所嵌入的齿槽41、42的侧壁，即：齿轮齿牙310朝左顶住齿条齿槽41的左侧壁，与齿条齿槽41的右侧壁之间留有背隙；齿轮齿牙320则方向相反，朝右顶住齿条齿槽42的右侧壁，与齿条齿槽42的左侧壁之间留有背隙。因为此双齿轮结构被齿条齿槽41的左侧壁和齿条齿槽42的右侧壁夹紧，所以上述两个背隙的存在不会导致出现传动间隙，从而提高了传动精度。
本实施例中，齿轮齿牙310与齿轮齿牙320之间的轴向距离被调整为等于齿条2齿距的两倍加上此轴向宽度差，可以将其改为减去此轴向宽度差(如此则齿条2被双齿轮结构夹紧)，齿条2齿距的两倍也可以改为齿条2齿距的其他倍数，同样能够提高传动精度。
本实施例还可以改为在两个子齿轮11、12之间设置弹性体以代替垫片7，在弹性体的弹力作用下，所述的同步嵌合到齿条齿槽4中的两个齿轮齿牙310、320分别朝相反的方向顶住其所嵌入的齿槽41、42的侧壁。即使改为不采用双齿轮结构，只要齿轮1上，其中一段齿轮齿牙31所在的部分与另一段齿轮齿牙32所在的部分之间的轴向距离可调即可，甚至改为齿轮齿牙31所在的部分与另一段齿轮齿牙32所在的部分之间的轴向距离不可调，而是固定等于齿条2齿距的倍数加上或减去所述的轴向宽度差，也能让两个齿轮齿牙310、320分别朝相反的方向顶住其所嵌入的齿槽41、42的侧壁，从而解决在齿条齿槽4与齿轮齿牙3之间存在背隙影响传动精度的问题。

Claims (15)

1.用于重型机械的齿轮-齿条精密传动结构，包括齿轮（1）和齿条（2），齿轮（1）的外周侧设置有齿轮齿牙（3），齿轮齿牙(3)沿齿轮（1）的径向伸出嵌合到齿条齿槽(4)中，其特征是，齿条齿槽(4)沿齿轮(1)转轴方向排列，齿轮齿牙(3)沿齿轮（1）的外周侧螺旋排列，螺旋排列的螺距为齿条(2)齿距的倍数，齿轮(1)被驱动旋转，通过齿轮齿牙（3）与齿条齿槽（4）的相互配合，齿轮(1)沿转轴方向移动。
2.根据权利要求1所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，齿轮齿牙(3)与齿条齿槽(4)之间为滚动接触。
3.根据权利要求2所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，所述的滚动接触具体结构为，在齿轮齿牙(3)侧壁上套有滚动件，滚动件可绕齿轮齿牙(3)转动。
4.根据权利要求3所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，所述滚动件为滚珠轴承滑轮(5)。
5.根据权利要求1、2或3所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，齿轮齿牙(3)为柱形。
6.根据权利要求2或3所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，齿轮齿牙(3)横截面为圆形。
7.根据权利要求1所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，齿条(2)仅设在齿轮(1)转轴一侧。
8.根据权利要求1所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，所述螺距为齿条(2)齿距的一倍。
9.根据权利要求1所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，所述螺旋长度为一周。
10.根据权利要求1所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，齿条齿槽(4)的方向与齿轮齿牙(3)的排列方向相同。
11.根据权利要求1所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，齿轮齿牙(3)有两段(31、32)，分属这两段(31、32)且同步嵌合到齿条齿槽(4)中的两个齿轮齿牙(310、320)分别朝相反的方向顶住其所嵌入的齿槽(41、42)的侧壁。
12.根据权利要求11所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，齿轮(1)上，其中一段齿轮齿牙(31)所在的部分与另一段齿轮齿牙(32)所在的部分之间的轴向距离可调。
13.根据权利要求11或12所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，齿轮(1)由两个子齿轮(11、12)在转轴方向上并排连接形成双齿轮结构，所述的两段齿轮齿牙(31、32)分别设在这两个子齿轮(11、12)上。
14.根据权利要求13所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，在两个子齿轮(11、12)之间夹有厚度可调的垫片(7)。
15.根据权利要求13所述的齿轮-齿条精密传动结构，其特征是，在两个子齿轮(11、12)之间设有弹性体，在弹性体的弹力作用下，所述的同步嵌合到齿条齿槽(4)中的两个齿轮齿牙(310、320)分别朝相反的方向顶住其所嵌入的齿槽(41、42)的侧壁。
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