CN103423382B - 两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置 - Google Patents

两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置 Download PDF

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Abstract

一种两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置，包括蜗轮、左段蜗杆、右段蜗杆、连接轴和用于调整蜗杆蜗轮啮合侧隙的轴向定位器，左段蜗杆和右段蜗杆取自一包络环面蜗杆的端面且形状、构造相同，它们相对于蜗轮垂直于连接轴的中心线呈轴对称安装在连接轴上且相互间保留一安装蜗轮的间距，蜗轮位于左段蜗杆与右段蜗杆之间并安装在蜗轮轴上，其两侧齿面的不同部位分别与左段蜗杆和右段蜗杆的齿面啮合，轴向定位器为两套，分别与左段蜗杆和右段蜗杆组合并安装在连接轴上。此种结构的蜗杆传动装置在保证蜗杆与蜗轮啮合齿数多、承载能力大的情况下有效解决了普通包络环面蜗杆喉部刚度不足的难题和齿面磨损后齿侧间隙的自动消除问题。<!--1-->

Description

两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置
技术领域
本发明属于高精度蜗轮蜗杆传动领域，特别涉及一种无侧隙蜗杆传动装置。
背景技术
传统的精密齿轮传动装置由于存有齿侧间隙，使输出与输入之间经常产生延时与滞后，同时引起啮合冲击，自激励振动，整个系统的传动精度、位置精度都会随之降低，甚至导致整个系统无法正常使用。消除齿侧间隙对传动精度的影响和追求高的传动效率和承载能力是新型精密齿轮传动方式探索和研究的主要目标和发展的趋势。例如：在激光约束核聚变工程中需要对光栅实现5个自由度的超精密位姿调整，直线和回转精度要求分别为20nm和1μrad，航空遥感相机像移补偿需要采用回转精度为30μrad以上的精密传动机构，传统的齿轮传动方式要达到这一要求，就需要解决传动中齿侧间隙带来的回程误差问题。蜗轮蜗杆传动作为齿轮传动的一种特殊形式，由于具有承载能力大、结构紧凑、传动平稳、噪音小等特点，成为了传动专家考虑用于消隙的理想机构。
CN101290042A公开了一种无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动机构，该传动机构包括双滚子包络环面蜗杆、在径向均匀分布有滚子的两半个蜗轮组成的蜗轮，采用螺栓调节两半个蜗轮轮体的安装位置，使蜗轮的双滚子齿与蜗杆左右两侧齿面始终保持接触，从而实现无侧隙传动。此种蜗轮蜗杆传动机构的不足在于：1、蜗杆喉部刚度不足；2、蜗轮轮齿加工误差和失配误差引起的轮齿边缘接触和点接触极易导致蜗轮轮齿折断，因而难以应用于高速重载等传动领域；3、当蜗杆齿面发生磨损后，齿侧间隙不容易调整。
曹西京等公开了一种双蜗杆传动在精密数控分度中的应用（见陕西科技大学学报，2003年第1期P70~P72），所述双蜗杆传动机构包括电机、齿轮1、齿轮2、齿轮3、齿轮4、蜗杆1、蜗杆2和蜗轮，蜗杆1位于蜗轮的左侧，蜗杆2位于蜗轮的右侧，电机直接带动蜗杆1转动，蜗杆1再驱动蜗轮转动，与蜗杆1同轴的齿轮1经齿轮2、齿轮3将动力以同样的传动比传递给齿轮4，齿轮4带动蜗杆2反向转动。在动力传递过程中，一根蜗杆驱动蜗轮旋转，另一根蜗杆起到消除啮合背隙的作用，当蜗轮蜗杆副存在间隙时，通过将其中一根蜗杆的轴向位置进行调整来消除啮合间隙。此种蜗轮蜗杆传动机构的不足在于：1、不具备自动消除齿侧间隙的功能，且齿磨损后，难于消除齿侧间隙。2、需要配备多个齿轮传递动力。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置，通过采用蜗杆端面啮合这一特殊形式，在保证蜗杆与蜗轮啮合齿数多、承载能力大的情况下解决了普通包络环面蜗杆喉部刚度不足的难题和齿面磨损后齿侧间隙的自动消除问题。
本发明所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置，包括蜗轮、左段蜗杆、右段蜗杆、连接轴和用于调整蜗杆蜗轮啮合侧隙的轴向定位器，左段蜗杆和右段蜗杆取自包络环面蜗杆的端面且形状、构造相同，它们相对于蜗轮垂直于连接轴的中心线呈轴对称安装在连接轴上且相互间保留一安装蜗轮的间距，蜗轮位于左段蜗杆与右段蜗杆之间并安装在蜗轮轴上，其两侧齿面的不同部位分别与左段蜗杆和右段蜗杆的齿面啮合，轴向定位器为两套，分别与左段蜗杆和右段蜗杆组合并安装在连接轴上。
本发明所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置，其两套轴向定位器均由弹簧座、调整弹簧和定位头组成，其中，一套轴向定位器的弹簧座与连接轴为一体化结构，另一套轴向定位器的弹簧座为分离件，通过螺帽限定其在连接轴上的位置，两套轴向定位器的定位头为圆锥台形结构，分别套装在连接轴的两端并分别插入左段蜗杆、右段蜗杆设置的锥形孔内，两套轴向定位器的调整弹簧分别安装在各自对应的弹簧座与定位头之间，其一端与弹簧座接触，其另一端与定位头接触。
本发明所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置，其连接轴为花键轴，左段蜗杆、右段蜗杆及两套轴向定位器中的定位头和分离件结构的弹簧座内孔均为与花键轴匹配的键槽结构。
本发明所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置，其蜗轮两侧齿面与左段蜗杆和右段蜗杆齿面啮合的部位有以下三种形式：
1、蜗轮两侧齿面位于蜗轮平行于连接轴的中心线的之上部位和之下部位分别与左段蜗杆齿面和右段蜗杆齿面啮合（如图1所示）。
2、蜗轮两侧齿面位于蜗轮平行于连接轴的中心线的之上部位分别与左段蜗杆齿面和右段蜗杆齿面啮合（如图2所示）。
3、蜗轮两侧齿面位于蜗轮平行于连接轴的中心线的之下部位分别与左段蜗杆齿面和右段蜗杆齿面啮合（如图3所示）。
本发明所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置，其连接轴为动力输入轴，通过联轴器与电机的动力输出轴连接，由电机带动其转动。
本发明所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置的工作原理：
连接轴在电机的带动下转动，安装在连接轴上的左段蜗杆和右段蜗杆随之转动并驱动蜗轮转动，在轴向定位器的作用下，左段蜗杆的齿面与蜗轮的左侧齿面始终保持接触，右段蜗杆的齿面与蜗轮的右侧齿面始终保持接触，当蜗杆、蜗轮的齿面发生磨损时，轴向定位器中的调整弹簧会推动定位头沿连接轴轴向移动，从而推动左段蜗杆或/和右段蜗杆沿连接轴轴向移动，自动进行齿侧间隙补偿，实现蜗杆传动的自动消隙。
本发明具有以下有益效果：
1、由于本发明所述蜗杆传动装置采用包络环面蜗杆端面啮合的方式，继承了包络环面蜗杆啮合齿数多、承载能力大等优点，同时采用端面啮合的方式，可在不改变啮合齿数的情况下克服了包络环面蜗杆喉部刚度不足的问题，且易于精密加工。
2、由于本发明所述蜗杆传动装置通过取自一包络环面蜗杆的端面且形状、构造相同的左段蜗杆和右段蜗杆来驱动位于左段蜗杆、右段蜗杆之间的蜗轮，通过两套轴向定位器使左段蜗杆的齿面与蜗轮的左侧齿面始终保持接触、右段蜗杆的齿面与蜗轮的右侧齿面始终保持接触，并在蜗杆、蜗轮的齿面发生磨损时自动进行齿侧间隙补偿，因而有效地解决了齿面磨损后齿侧间隙的消除问题。
3、由于本发明所述蜗杆传动装置中的左段蜗杆和右段蜗杆取自一包络环面蜗杆的端面，因而可实现大中心距传动，同时，使蜗杆传动装置的结构更紧凑、更合理。
4、由于本发明所述蜗杆传动装置的结构不会改变传动副的中心距，因而可减缓蜗轮、蜗杆齿面的磨损，避免轮齿卡死现象的发生。
5、本发明所述蜗杆传动装置结构简单，便于加工制作和推广使用。
附图说明
图1是本发明所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置的第一种结构示意图；
图2是本发明所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置的第二种结构示意图；
图3是本发明所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置的第三种结构示意图；
图4是本发明所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置中的连接轴的结构示意图；
图5是图4的A-A剖面图。
图中，1—螺帽；2—垫圈；3—弹簧座；4—调整弹簧；5—定位头；6—左段蜗杆；7—蜗轮；8—右段蜗杆；9—连接轴；10—蜗轮平行于连接轴的中心线；11—蜗轮垂直于连接轴的中心线。
具体实施方式
下面通过实施例并结合附图对本发明所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置的结构作进一步说明。
实施例1
本实施例中，两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置的结构如图1所示，包括蜗轮7、左段蜗杆6、右段蜗杆8、连接轴9和用于调整蜗杆蜗轮啮合侧隙的两套轴向定位器。所述连接轴9为花键轴，如图4、图5所示。所述左段蜗杆6和右段蜗杆8取自平面包络环面蜗杆的端面且形状、构造相同，它们的齿面与蜗轮两侧齿面啮合的部位为蜗轮平行于连接轴的中心线10的之上部位和之下部位，它们的内孔为与花键轴匹配的键槽结构。所述两套轴向定位器均由弹簧座3、调整弹簧4和定位头5组成，其中，与右段蜗杆组合的轴向定位器的弹簧座3与连接轴9为一体化结构，与左段蜗杆组合的轴向定位器的弹簧座3为分离件，其内孔为与花键轴匹配的键槽结构，定位头5为圆锥台形结构，它们的内孔为与花键轴匹配的键槽结构，调整弹簧4为圆柱螺旋弹簧。
各构件的组装方式：左段蜗杆6和右段蜗杆8相对于蜗轮垂直于连接轴的中心线11呈轴对称安装在连接轴9上且相互间保留一安装蜗轮的间距，蜗轮7位于左段蜗杆6与右段蜗杆8之间并安装在蜗轮轴上，其左侧齿面与左段蜗杆6的齿面啮合，其右侧齿面与右段蜗杆8的齿面啮合；与左段蜗杆组合的轴向定位器，其分离件结构的弹簧座3通过螺帽1、垫圈2限定其在连接轴上的位置，两套轴向定位器的定位头5分别套装在连接轴的两端并分别插入左段蜗杆6、右段蜗杆8设置的锥形孔内，两套轴向定位器的调整弹簧4分别安装在各自对应的弹簧座与定位头之间，其一端与弹簧座接触，其另一端与定位头接触。
实施例2
本实施例中，两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置的结构如图2所示，包括蜗轮7、左段蜗杆6、右段蜗杆8、连接轴9和用于调整蜗杆蜗轮啮合侧隙的两套轴向定位器。与实施例1不同之处是蜗轮两侧齿面位于蜗轮平行于连接轴的中心线10的之上部位分别与左段蜗杆6齿面和右段蜗杆8齿面啮合，左段蜗杆6和右段蜗杆8的结构与之相匹配。
实施例3
本实施例中，两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置的结构如图2所示，包括蜗轮7、左段蜗杆6、右段蜗杆8、连接轴9和用于调整蜗杆蜗轮啮合侧隙的两套轴向定位器。与实施例1不同之处是蜗轮两侧齿面位于蜗轮平行于连接轴的中心线10的之下部位分别与左段蜗杆6齿面和右段蜗杆8齿面啮合，左段蜗杆6和右段蜗杆8的结构与之相匹配。

Claims (6)

1.一种两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置，包括蜗轮(7)，其特征在于还包括左段蜗杆(6)、右段蜗杆(8)、连接轴(9)和用于调整蜗杆蜗轮啮合侧隙的轴向定位器，左段蜗杆(6)和右段蜗杆(8)取自包络环面蜗杆的端面且形状、构造相同，它们相对于蜗轮垂直于连接轴的中心线(11)呈轴对称安装在连接轴(9)上且相互间保留一安装蜗轮的间距，蜗轮(7)位于左段蜗杆(6)与右段蜗杆(8)之间并安装在蜗轮轴上，其两侧齿面的不同部位分别与左段蜗杆(6)和右段蜗杆(8)的齿面啮合，轴向定位器为两套，分别与左段蜗杆(6)和右段蜗杆(8)组合并安装在连接轴(9)上。
2.根据权利要求1所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置，其特征在于两套轴向定位器均由弹簧座(3)、调整弹簧(4)和定位头(5)组成，其中，一套轴向定位器的弹簧座(3)与连接轴(9)为一体化结构，另一套轴向定位器的弹簧座(3)为分离件，通过螺帽(1)限定其在连接轴上的位置，两套轴向定位器的定位头(5)为圆锥台形结构，分别套装在连接轴的两端并分别插入左段蜗杆(6)、右段蜗杆(8)设置的锥形孔内，两套轴向定位器的调整弹簧(4)分别安装在各自对应的弹簧座与定位头之间，其一端与弹簧座接触，其另一端与定位头接触。
3.根据权利要求2所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置，其特征在于连接轴(9)为花键轴，左段蜗杆(6)、右段蜗杆(8)及两套轴向定位器中的定位头(5)和一套轴向定位器中的分离件结构的弹簧座(3)内孔均为与花键轴匹配的键槽结构。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置，其特征在于蜗轮两侧齿面位于蜗轮平行于连接轴的中心线(10)的之上部位和之下部位分别与左段蜗杆(6)齿面和右段蜗杆(8)齿面啮合。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置，其特征在于蜗轮两侧齿面位于蜗轮平行于连接轴的中心线(10)的之上部位分别与左段蜗杆(6)齿面和右段蜗杆(8)齿面啮合。
6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述两段式包络环面端面啮合蜗杆传动装置，其特征在于蜗轮两侧齿面位于蜗轮平行于连接轴的中心线(10)的之下部位分别与左段蜗杆(6)齿面和右段蜗杆(8)齿面啮合。
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