CN104265855B

CN104265855B - 一种扭力杆消隙传动装置

Info

Publication number: CN104265855B
Application number: CN201410442124.5A
Authority: CN
Inventors: 陈水胜; 戴晨; 严进; 任永清
Original assignee: WUHAN GUOWEI HEAVY DUTY MACHINE TOOL Co Ltd; Hubei University of Technology
Current assignee: Wuhan Guowei Heavy Duty Machine Tool Co ltd; Hubei University of Technology
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2014-09-02
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2034-09-02
Also published as: CN104265855A

Abstract

本发明涉及一种扭力杆消隙传动装置，属机械设备领域。本发明利用刚体的弹性扭力消除齿轮传动间隙方法和装置，工作中按设定力矩自动调整正反向啮合齿轮与齿条间啮合力，达到消隙传动的目的；本发明包括消隙传动轮系、消隙组件和过载保护组件，调节消隙组件中扭力杆的预紧扭力，可消除传动轮系中小齿轮与齿条之间的啮合间隙，当传动轮系中的输入齿轮过载或受冲击负荷时，保护组件中的小齿轮直接通过传动销传递扭矩并通过传动轮系中的空心齿轮及大小齿轮驱动齿条。本发明具有结构紧凑、转动精度高等特点。

Description

一种扭力杆消隙传动装置

技术领域

本发明涉及一种扭力杆消隙传动装置，具体为机床齿轮齿条在传动进给过程中的消隙装置，是利用可调扭力杆调节双齿轮与齿条间预紧力达到消隙传动的进给装置,属机械设备领域。

背景技术

高精度的机床加工是以高精度传动为基础，大行程的直线进给运动通常采用齿轮齿条传动来实现。常规的单齿轮齿条传动，因其本身的啮合特点，当进给的移动部件作直线往复运动时，存在正反向传动间隙，会降低机床的定位精度，从而使机床加工工件时产生加工误差。因此，消除传动间隙是行业内一直在研究并力求可靠、高效解决的方案。中国实用新型专利《同轴双齿轮消隙装置》（申请号：201320723014.7）公开的，是利用两个同轴齿轮的齿部分别与齿条的同一个齿槽两边啮合，由于两个齿轮与齿条的啮合接触点在两个相反方向，产生张紧力，消除了传动时的间隙。该技术应用在数控重型卧式车床上，可满足车床的高精度无间隙传动要求。其不足之处是：⑴是一种静态消隙方式，不能设置并动态调节工作时啮合点啮合力；⑵带锥度轴向配合，对装配精度提出非常高的要求；⑶当设备运行一段时间后，会大大降低消隙效果。新型专利《一种消隙齿轮箱》（申请号：201320569692.2），包括箱体、齿条、碟簧油缸、主动轴及主动斜齿轮、左右传动轴及左右斜齿轮、还有左右直齿轮、左转动轴外部编码器，右传动轴的一端伸出箱外且对正碟簧油缸的活塞杆。其工作原理是通过调整碟簧油缸行程，使左右斜齿轮产生轴向位移，从而消除其与主动斜齿轮的正反向传动间隙，进而调节左右直齿轮与齿条间反向面啮合力效果，其不足之处是：⑴需要增加与蝶簧油缸装置配套的油马达、调节阀等液压系统元件，并且自适应消除间隙的补偿能力差；⑵所述装置结构相对复杂，不利于在机床上相对较小的空间内安装和调整。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明提供了一种扭力杆消隙传动装置，是利用刚体的弹性扭力消除齿轮传动间隙方法和装置，工作中按设定力矩自动调整正反向啮合齿轮与齿条间啮合力，达到消隙传动的目的；所述装置包括消隙传动轮系、消隙组件和过载保护组件，调节消隙组件中扭力杆的预紧扭力，可消除传动轮系中小齿轮与齿条之间的啮合间隙，当传动轮系中的输入齿轮过载或受冲击负荷时，保护组件中的小齿轮直接通过传动销传递扭矩并通过传动轮系中的空心齿轮及大小齿轮驱动齿条。本发明消隙传动装置不仅具有消隙功能，还具有超载过载保护、调节预紧力矩功能，可使设备长期稳定运行，当扭力杆出现弹性疲劳后，可收紧扭臂锁紧螺杆上的锁紧螺丝，进一步调节消隙预紧力矩。本发明具有结构紧凑、转动精度高等特点。

本发明的技术方案是：一种扭力杆消隙传动装置，包括齿轮箱体、安装在齿轮箱体中的消隙传动轮系、消隙组件、过载保护组件；所述消隙传动轮系包括大齿轮（4）、空心轮Ⅰ（5）、空心轮Ⅱ（6）、大齿轮Ⅰ（14）、大齿轮Ⅱ（17）、小齿轮Ⅰ（16）、小齿轮Ⅱ（18）、齿条（21），所述齿条（21）固连在待往复运动的机床部件上；所述空心轮Ⅰ（5）及空心轮Ⅱ（6）与大齿轮（4）轴向同心，所述大齿轮Ⅰ（14）与小齿轮Ⅰ（16）同轴、大齿轮Ⅱ（17）与小齿轮Ⅱ（18）同轴，小齿轮Ⅰ（16）有齿面与齿条（21）的齿面正向啮合、小齿轮Ⅱ（18）有齿面与齿条（21）的另一个齿面反向啮合；由外部伺服马达齿轮驱动大齿轮（4），大齿轮（4）通过消隙组件转动空心轮Ⅱ（6）、通过键和键槽直接转动空心轮Ⅰ（5）；其特征在于：

所述空心轮Ⅰ（5）是上端外表面有键槽、下端有外齿轮（5.1）、中间有通孔的空心圆柱体；所述空心轮Ⅱ（6）是上端有外齿轮（6.3）、下部有外齿轮（6.1）、中间有通孔的空心圆柱体，所述空心轮Ⅱ（6）的通孔下端还有内齿轮（6.2）；空心轮Ⅰ（5）的外齿轮（5.1）与大齿轮Ⅰ（14）啮合、空心轮Ⅱ（6）的外齿轮（6.1）与大齿轮（17）啮合；

所述大齿轮（4）与空心轮（5）通过键（2）刚性连接，所述空心轮（6）套在空心轮（5）内部的通孔中；

所述消隙组件包括拧紧盘（7）、扭力杆（8）、至少二个定位销（9）、螺杆（24），所述定位销（9）以大齿轮（4）的圆心为对称点固连在大齿轮（4）的上表面；所述拧紧盘（7）是中部宽且薄、两端厚且窄的刚体，拧紧盘（7）的两端有水平向矩形开口槽，所述矩形开口槽的垂直向侧面有U形孔，拧紧盘（7）的中部有环形凹槽（7.2），拧紧盘（7）的中心有内齿（7.1）；所述扭力杆（8）是不同直径圆柱体，扭力杆（8）的上端有外齿（8.1）与所述拧紧盘（7）的内齿（7.1）配合，还有卡环（3）卡在扭力杆（8）的上端环形槽内，所述扭力杆（8）通过卡环（3）垂悬在拧紧盘（7）上，所述扭力杆（8）下端有外齿轮（8.2），所述空心轮（6）的内齿轮（6.2）与扭力杆下端的外齿轮（8.2）啮合；所述螺杆（24）的一端有环状体套在所述定位销（9）的外部，螺杆（24）的另一端穿在拧紧盘（7）端部矩形开口槽中，有半球状垫圈（25）套在螺杆（24）上，还有锁紧螺帽通过螺杆（24）及定位销（9）将拧紧盘（7）定位在大齿轮（4）上部；

所述的过载保护组件包括扭臂（19）、传动销（20）、调整螺钉（23）；所述扭臂（19）是中部宽且薄、两端窄且厚的刚体，扭臂（19）两端开有水平的螺纹通孔（19.3），扭臂（19）的中部有环形凸台（19.2），扭臂（19）的中心是内齿轮（19.1）；所述内齿轮（19.1）与所述空心轮Ⅱ（6）上端的外齿轮（63）啮合；所述传动销（20）是固连在大齿轮（4）上表面、且以大齿轮（4）的中心为对称点的至少二个圆柱销（20），所述调整螺钉（23）拧接在所述扭臂（19）两端的螺纹孔（19.3）内，调整螺钉（23）上还有锁紧螺帽；所述环形凸台（19.2）与所述拧紧盘（7）上的环形凹槽（72）滑动配合。

优选的，所述扭力杆（8）的上端与拧紧盘（7）之间，或者是花键连接、或者是刚性连接。

优选的，所述的传动销(20)与调整螺钉(23)之间有至少1mm间隙

本发明有益效果是：

1、利用刚体的弹性扭力消除齿轮传动间隙，工作中按设定力矩自动调整正反向啮合齿轮与齿条间啮合力，达到消隙转动目的，结构紧凑、转动精度高；

2、当传动轮系中的输入齿轮过载或受冲击负荷、或者是扭力杆失效时，保护组件中的小齿轮直接通过传动销传递扭矩并通过传动轮系中的空心齿轮及大小齿轮驱动齿条；

3、本发明消隙传动装置不仅具有消隙功能，还具有过载保护及调节预紧力矩功能，可使长间稳定运行；

4、当扭力杆出现弹性疲劳后，可收紧扭臂锁紧螺杆上的锁紧螺丝，进一步调节消隙预紧力矩。

附图说明

图1为图2沿A—A向折线剖视图；

图2为本发明俯视图；

图3为本发明拧紧盘主视图；

图4为本发明拧紧盘俯视图；

图5为本发明扭杆主视图；

图6为本发明扭臂俯视图；

图7为本发明扭臂主视图；

图8为本发明空心轮Ⅱ剖视图；

图9为本发明空心轮Ⅰ剖视图；

图10为本发明大齿轮轮俯视图；

图11为本发明大齿轮轮俯视图（去除部分零件）；

图12为本发明大齿轮C-C向视图。

附图标记说明：1—壳体，2—键，3—卡环，4—大齿轮，4.1—键槽，5—空心轮Ⅰ，5.1—外齿轮，6—空心轮Ⅱ，6.1—外齿轮，6.2—内齿轮，6.3—外齿轮，7—拧紧盘，7.1—内齿，7.2—环形凹槽，7.3—U形孔，8—扭力杆，8.1—外齿，8.2—外齿轮，9—定位销，10—轴承，11—轴承，12—轴承，13—轴承，14—大齿轮Ⅰ，15—轴承，16—小齿轮Ⅰ，17—大齿轮Ⅱ，18—小齿轮Ⅱ，19—扭臂，19.1—扭臂内齿轮，19.2—环形凸台，19.3—螺孔，20—传动销，21—齿条，22—盖板，23—调整螺钉，24—螺杆，25—半球状垫圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步说明。

如图1、图2所示，本发明扭力杆消隙传动装置，包括齿轮箱体1、安装在齿轮箱体1中的消隙传动轮系、消隙组件、过载保护组件。消隙传动轮系包括大齿轮4、空心轮Ⅰ5、空心轮Ⅱ6、大齿轮Ⅰ14、大齿轮Ⅱ17、小齿轮Ⅰ16、小齿轮Ⅱ18、齿条21。齿条21固连在待往复运动的机床部件上，大齿轮4中心孔上有键槽4.1。

空心轮Ⅰ5及空心轮Ⅱ6与大齿轮4轴向同心，所述大齿轮Ⅰ14与小齿轮Ⅰ16同轴、大齿轮Ⅱ17与小齿轮Ⅱ18同轴，小齿轮Ⅰ16有齿面与齿条21的齿面正向啮合、小齿轮Ⅱ18有齿面与齿条21的另一个齿面反向啮合；由外部伺服马达齿轮驱动大齿轮4，大齿轮4通过消隙组件转动动空心轮Ⅱ6、通过键和键槽直接转动空心轮Ⅰ5。

如图9所示，空心轮Ⅰ5是上端外表面有键槽、下端有外齿轮5.1、中间有通孔的空心圆柱体。

如图8所示，空心轮Ⅱ6是上端有外齿轮6.3、下部有外齿轮6.1、中间有通孔的空心圆柱体，空心轮Ⅱ6的通孔下端还有内齿轮6.2。

如图1、2所示，空心轮Ⅰ5的外齿轮5.1与大齿轮Ⅰ14啮合、空心轮Ⅱ6的外齿轮6.1与大齿轮17啮合。

如图1所示，大齿轮4上有键槽4.1，大齿轮4与空心轮5通过键2刚性连接，空心轮6套在空心轮5内部的通孔中但相互不接触。

如图3、4所示，消隙组件包括拧紧盘7、扭力杆8、二个定位销9、螺杆24，其中定位销9是以大齿轮4的圆心为对称点，固连在大齿轮4的上表面。拧紧盘7是中部宽且薄、两端厚且窄的刚体，拧紧盘7的两端有水平向矩形开口槽，该开口槽的垂直向侧面有U形孔，拧紧盘7的中部有环形凹槽7.2，拧紧盘7的中心有内齿7.1。

如图5及图2，扭力杆8是不同直径圆柱体，扭力杆8的上端有外齿8.1与所述拧紧盘7的内齿7.1配合，还有卡环3卡在扭力杆8的上端环形槽内，所述扭力杆8通过卡环3垂直状悬挂在拧紧盘7的上端面，扭力杆8下端有外齿轮8.2，空心轮6的内齿轮6.2与扭力杆下端的外齿轮8.2啮合。

参见图2、图10，螺杆24的一端有环状体套在定位销9的外部，螺杆24的另一端穿在拧紧盘7端部矩形开口槽中，半球状垫圈25套在螺杆24上，锁紧螺帽通过螺杆24及定位销9将拧紧盘7定位在大齿轮4上部。

参见图2、图6、图10，过载保护组件包括扭臂19、传动销20、调整螺钉23；扭臂19是中部宽且薄、两端窄且厚的刚体，扭臂19两端开有水平的螺纹通孔19.3，扭臂19的中部有环形凸台19.2，扭臂19的中心是内齿轮19.1；内齿轮19.1与所述空心轮Ⅱ6上端的外齿轮63啮合；传动销20固连在大齿轮4上表面、且以大齿轮4的中心为对称点，对称分布二个，调整螺钉23拧接在所述扭臂19两端的螺纹孔19.3内，调整螺钉23上还有锁紧螺帽；所述环形凸台19.2与所述拧紧盘7上的环形凹槽72滑动配合。

优选的，扭力杆8的上端与拧紧盘7之间，或者是花键连接,也可以是刚性连接。

本发明扭力杆消隙传动装置的工作原理如下：

外部伺服电机通过齿轮驱动大齿轮4，再经过三级减速后，通过一对小齿轮(16、18)和齿条21啮合实现无间隙传动，其中小齿轮18是主动轮，小齿轮16是从动轮，电机的动力通过各轮系直接传到主传动轮18上。

二个小齿轮(16、18)与齿条21的啮合间隙调节是在扭力杆8上完成。通过扭力钣手调节定位销9上的螺母，使得与扭力杆8上外齿轮8.1带动空心轮Ⅱ6与空心轮Ⅰ5发生相对转动，这个相对转动传到下一级小齿轮16和小齿轮18上，使这对小齿轮(16、18)分别与齿条21的两侧齿面啮合，从而消除传动间隙。

当继续拧紧螺杆24上的螺母时，扭力杆8发生扭转弹性变形，继而传递到小齿轮(16、18)上产生一个预紧力矩。通过控制扭力杆8的变形量而控制预紧力矩的大小，并确保预紧力矩大于机床运动需要的驱动力矩，这样使得当机床运动通过从动轮16实现时，主传动轮18和从动轮16与齿条之间不会产生间隙。

为了避免当从动轮16驱动机床时，当快速加速冲击负载或扭力杆失效情况发生时可能出现的过载超过扭力杆的预紧扭矩，导致扭力杆永久变形，设置了过载保护组件扭臂19、传动销20和调整螺钉23。正常运转时，传动销20与调整螺钉23之间有至少1mm间隙，当冲击负载或扭力杆失效情况发生时，传动销20与调整螺钉23接触，从动轮16直接通过传动销20来传递扭距，并驱动齿条21。

本发明有益效果是：

Claims

1.一种扭力杆消隙传动装置，包括齿轮箱体、安装在齿轮箱体中的消隙传动轮系、消隙组件、过载保护组件；所述消隙传动轮系包括大齿轮（4）、空心轮Ⅰ（5）、空心轮Ⅱ（6）、大齿轮Ⅰ（14）、大齿轮Ⅱ（17）、小齿轮Ⅰ（16）、小齿轮Ⅱ（18）、齿条（21），所述齿条（21）固连在待往复运动的机床部件上；所述空心轮Ⅰ（5）及空心轮Ⅱ（6）与大齿轮（4）轴向同心，所述大齿轮Ⅰ（14）与小齿轮Ⅰ（16）同轴、大齿轮Ⅱ（17）与小齿轮Ⅱ（18）同轴，小齿轮Ⅰ（16）有齿面与齿条（21）的齿面正向啮合、小齿轮Ⅱ（18）有齿面与齿条（21）的另一个齿面反向啮合；由外部伺服马达齿轮驱动大齿轮（4），大齿轮（4）通过消隙组件转动空心轮Ⅱ（6）、通过键和键槽直接转动空心轮Ⅰ（5）；其特征在于：

所述空心轮Ⅰ（5）是上端外表面有键槽、下端有外齿轮（5.1）、中间有通孔的空心圆柱体；所述空心轮Ⅱ（6）是上端有外齿轮（6.3）、下部有外齿轮（6.1）、中间有通孔的空心圆柱体，所述空心轮Ⅱ（6）的通孔下端还有内齿轮（6.2）；空心轮Ⅰ（5）的外齿轮（5.1）与大齿轮Ⅰ（14）啮合、空心轮Ⅱ（6）下部的外齿轮（6.1）与大齿轮Ⅱ（17）啮合；

所述大齿轮（4）与空心轮Ⅰ（5）通过键（2）刚性连接，所述空心轮Ⅱ（6）套在空心轮Ⅰ（5）内部的通孔中；

所述消隙组件包括拧紧盘（7）、扭力杆（8）、至少二个定位销（9）、螺杆（24），所述定位销（9）以大齿轮（4）的圆心为对称点固连在大齿轮（4）的上表面；所述拧紧盘（7）是中部宽且薄、两端厚且窄的刚体，拧紧盘（7）的两端有水平向矩形开口槽，所述矩形开口槽的垂直向侧面有U形孔，拧紧盘（7）的中部有环形凹槽（7.2），拧紧盘（7）的中心有内齿（7.1）；所述扭力杆（8）中部和两端分别为不同直径的圆柱体，扭力杆（8）的上端有外齿（8.1）与所述拧紧盘（7）的内齿（7.1）配合，还有卡环（3）卡在扭力杆（8）的上端环形槽内，所述扭力杆（8）通过卡环（3）垂悬在拧紧盘（7）上，所述扭力杆（8）下端有外齿轮（8.2），所述空心轮Ⅱ（6）的内齿轮（6.2）与扭力杆下端的外齿轮（8.2）啮合；所述螺杆（24）的一端有环状体套在所述定位销（9）的外部，螺杆（24）的另一端穿在拧紧盘（7）端部的矩形开口槽中，有半球状垫圈（25）套在螺杆（24）上，还有锁紧螺帽通过螺杆（24）及定位销（9）将拧紧盘（7）定位在大齿轮（4）上部；

所述的过载保护组件包括扭臂（19）、传动销（20）、调整螺钉（23）；所述扭臂（19）是中部宽且薄、两端窄且厚的刚体，扭臂（19）两端开有水平的螺纹通孔（19.3），扭臂（19）的中部有环形凸台（19.2），扭臂（19）的中心是内齿轮（19.1）；所述内齿轮（19.1）与所述空心轮Ⅱ（6）上端的外齿轮（6.3）啮合；所述传动销（20）是固连在大齿轮（4）上表面、且以大齿轮（4）的中心为对称点的至少二个圆柱销（20），所述调整螺钉（23）拧接在所述扭臂（19）两端的螺纹孔（19.3）内，调整螺钉（23）上还有锁紧螺帽；所述环形凸台（19.2）与所述拧紧盘（7）上的环形凹槽（72）滑动配合。

2.如权利要求1所述的扭力杆消隙传动装置，其特征在于：所述扭力杆（8）的上端与拧紧盘（7）之间为刚性连接。

3.如权利要求1或2所述的扭力杆消隙传动装置，其特征在于：所述的传动销(20)与调整螺钉(23)之间有至少1mm间隙。