CN1031808C - 滚锥蜗杆传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明是用于机械传动的新型滚动蜗杆机构，此机构用沿圆柱面螺旋线分布的若干个可绕自轴自由转动的滚锥来包络形成蜗杆齿面，再由此包络出蜗轮齿面。从而实现了蜗杆副的滚动啮合。此机构既保持了传统蜗杆机构传动比大、结构紧凑的优点，又可使之在效率、温升、寿命及适用功率范围等性能上有很大改进；因采用硬齿面对而节省了贵重有色金属，又便于蜗轮制造，故此结构为高效节能、易推广实用的传动型式，适用于各种功率下减速、增速和分度装置。

Description

滚锥蜗杆传动机构

本发明涉及一种传动机构，尤其是一种滚动蜗杆式新型蜗杆传动机构。

传统的蜗杆机构因其齿面间相对滑动过大而造成传动效率低、发热严重、工作寿命较短及消耗贵重有色金属材料等缺点，使其应用受到一定限制；重庆大学研制的滚动蜗轮式环面蜗杆机构(附件〔1〕)虽说是解决了传统的蜗杆机构的上述缺点，但由于该机构是采用单排滚锥来作为蜗轮齿，因而又存在以下不足：①因同时参加啮合的滚锥数目很少，使每个蜗轮齿受载荷很大，而其齿面实际接触面积又很小，则使机构的传动功率受到较大限制。②蜗轮齿数常常随传动比之不同而在较大范围内变动，则给推广应用(特别是需要在现场制造时)造成了困难。

本发明的目的在于避免上述已有技术的不足，提供一种传动效率高，可降低温升、工作寿命长和不消耗贵重有色金属，而且传动功率大，便于应用的滚动蜗杆式传动机构的齿面解析方程和结构。

本发明的目的是这样实现的：根据空间啮合理论，建立特殊坐标系统，导出蜗杆齿面方程，蜗杆付啮合方程(啮合函数)及蜗轮齿面方程，又依据这些方程，设计了一种滚锥包络滚动蜗杆式蜗杆传动机构。此滚动式蜗杆由基圆柱套筒(简称基圆柱)、圆锥形滚子(包括廓线为曲线的各种旋转体滚子，简称滚套)，销轴等构成。滚套与销轴构成一个滚锥齿单元，滚锥齿在装配后应保证滚套相对于销轴能自由灵活转动，以实现啮合中两齿面间的滚动接触。若干个滚锥齿沿基圆柱上螺旋线均匀分布，销轴与基圆柱的轴线正交并相固联(过盈配合、胶接等)，蜗杆的齿面由滚锥齿表面包络形成，蜗轮的齿面再由滚锥齿包络面按对偶加工原理而包络生成。

由于采用上述方案，本发明可以做到：①因蜗杆副两齿面间的啮合以相对滚动为主，可使齿面的摩擦、磨损大为减少；同时，滚锥齿与蜗轮齿面间的楔形空间，滚套在啮合中的自转对润滑液的卷吸作用都有利于在齿面间形成流体润滑状态，因而可较大地提高传动效率，降低温升，减少胶合失效，延长工作寿命；又因为齿面间的滚动接触使得蜗杆、蜗轮均能采用硬齿面，可克服传统蜗杆机构需要消耗贵重有色金属材料的缺点。②此蜗杆机构由于采用滚动式蜗杆，因而同时参加啮合的滚锥数目较单排滚锥齿滚动蜗轮式机构的要多(在蜗轮的轴向和周向均有重合度、滚动蜗轮式只有端面即周向重合度)，从而使单个滚锥齿上分担的载荷较小，具有较大的承载能力，能适用于大功率传动。③此机构中蜗杆齿数可以较大范围内变动，从而既可满足大传动比又能满足小传动比的需要，且蜗杆便于专业化大量生产，方便了蜗轮加工制造。

下面是本发明的方程、附图和一个实施例。

本发明的方程：

1、蜗杆齿面方程

设立坐标系如图1。其中，标架

与圆锥形指状铣刀(即实际机构中蜗杆的某个滚锥齿，以下简称铣刀)相固连；S₁

为与蜗杆相固连的标架；取u、θ为铣刀圆锥面的参变量。

2、蜗杆蜗轮的啮合方程

设置坐标系如图2所示。其中，

为空间固定标架；

和

分别为与蜗杆1、蜗轮2相固连的动标架，

分别为蜗杆、蜗轮的轴线； ω₀₁ ⁽¹⁾、 ω₀₂ ⁽²⁾分别为蜗杆、蜗轮的转动矢量，其模 ${\mathrm{\ω}}_1=\frac{d{\mathrm{\φ}}_1}{\mathrm{dt}},$ ${\mathrm{\ω}}_2=\frac{d{\mathrm{\φ}}_2}{\mathrm{dt}},$ 且有关系ω₂＝i₂₁ω₁；设a为啮合中心距， α=O₁O₂=-α i

为蜗杆齿面的法矢。

啮合方程

3、蜗轮齿面的方程设立坐标系如图2，则

图3是本发明实施例的外形结构图

图4是上述实施例的构造图

图5为图4的A-A面剖示图

图中1为基圆柱套筒，2为圆锥形滚子，3为销轴。

在图3中，该滚动式蜗杆由基圆柱套筒1、圆锥形滚子(简称滚套)2、销轴3及其他零件构成。滚套2与销轴3构成一个滚锥齿单元；在必要及结构尺寸允许(模数较大)时，在滚套2与销轴3之间可加入滚动元件(如滚针)和滚动轴承；滚锥齿在装配后应保证滚套2相对销轴3能自由灵活转动。若干个滚锥齿沿基圆柱1上螺旋线均匀分布，销轴3与基圆柱1的轴线正交并相固联，蜗杆的齿面由滚锥齿表面包络形成。本实施例中，蜗轮的齿面由滚锥齿包络面按对偶加工原理而包络生成，外形上与传统蜗杆机构中的蜗轮相似。

Claims (2)

1.一种滚锥包络滚动蜗杆传动机构，由蜗杆、蜗轮构成运动副，其特征是：滚动式蜗杆由基圆柱套筒(1)，圆锥形滚子，销轴(3)构成，蜗杆齿面由沿圆柱面螺旋线分布的若干个滚套(2)旋转面包络形成，蜗轮齿面再由蜗杆齿面包络生成，各个滚套(2)可绕其销轴(3)转动。

2.根据权利要求1所述滚动蜗杆机构，其特征是：与蜗杆基圆柱套筒(1)正交固联的销轴(3)沿基圆柱套筒(1)外圆柱表面上螺旋线等间隔分布。

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