CN104534030A - 滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，包括蜗杆、动力输入轴、若干个蜗轮和安装在蜗轮上的动力输出轴，蜗杆为中空的半圆球结构，蜗杆的中部设置有蜗杆喉，动力输入轴的一端安装在蜗杆喉内，蜗杆的内壁上设置有内啮合面，蜗轮的外壁上均匀设置有与蜗杆上内啮合面相匹配的外啮齿，蜗轮安装在蜗杆的内腔中，并且外啮齿与内啮合面相啮合，蜗杆在动力输入轴驱动下，带动蜗轮转动。同时，该装置具有结构紧凑、体积小、重量轻、传动效率高、润滑性能好的特点，并且实现了多负载输出。

Description

滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置

技术领域

本发明属于蜗杆蜗轮传动领域，特别涉及一种滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置。

背景技术

蜗杆蜗轮传动装置作为齿轮传动的类型之一，主要用以传递空间交错的两轴之间的动力和运动，由于其结构紧凑、传动速比大、噪音小、蜗轮输出转矩大等特点而得到广泛应用。但是，随着生产力和工业技术的发展，产生了现有蜗杆传动技术不能满足现实生产的矛盾。采用传统外啮合形式的蜗杆传动减速器具有较大的体积和较重的重量，且传动效率低等问题，因而越发不能满足现代生产技术的发展需求，特别是航空航天和导弹潜艇等对体积和重量、传动效率有限制的特殊传动领域的发展需求。

目前，传统方式中体积小、重量轻的滚子包络内啮合蜗杆传动减速器有以下三种：

1)球面蜗杆内啮合减速器，其蜗杆在轴向上为球面，内齿轮为滚套齿，蜗轮蜗杆为内啮合、啮合面为吻合的弧面，具有体积小、重量轻、啮合齿数多、噪音小等优点，但是因内齿轮采用轴心与滚套组合形成的活动齿，故其承载能力不高。

2)椭球蜗杆与内蜗轮啮的传动形式减速器，其椭球蜗杆为车削成形，内蜗轮由与椭球蜗杆齿形一致的滚刀滚切加工而成，具有结构紧凑、体积小、重量轻、多齿接触等优点。但是蜗杆齿面不能磨削，因此其齿面硬度不高、光洁度 不好；因内蜗轮利用滚刀滚切加工，故加工困难且内蜗轮不能做到很小。因此，该椭球蜗杆与内蜗轮啮合的传动形式减速器存在加工制造困难、内蜗轮不能太小及承载能力不高的缺点。

3)重载内啮合鼓形蜗杆传动减速器，其蜗杆输入轴与动力输出轴之间呈非正交交错布置，鼓形蜗杆置于内齿轮内，且与内齿轮内啮合，鼓形蜗杆齿面由内齿轮齿面包络而成，呈中间大两端小的鼓形。具有包络环面蜗杆减速器的多齿接触、承载能力高、润滑效果好、使用寿命长及易于加工等优点，但该蜗杆存在发热大、传动效率低等缺点。

因此，为了满足航空航天和导弹潜艇等对体积和重量、传动效率、散热有限制的特殊传动领域的发展需求,需要一种既具有结构紧凑、体积小、重量轻及易于加工的特点，同时又具有多齿接触、承载能力高、润滑效果好、传动效率高、使用寿命长等的新型蜗杆传动减速器。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种体积小、重量轻、易于加工，同时又具有高承载能力、高传动效率，并且及使用寿命长的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：本发明公开了一种滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，包括蜗杆、动力输入轴、若干个蜗轮和安装在蜗轮上的动力输出轴，蜗杆为中空的半圆球结构，蜗杆的中部设置有蜗杆喉，动力输入轴的一端安装在蜗杆喉内，蜗杆的内壁上设置有内啮合面，蜗轮的外壁上均匀设置有与蜗杆上内啮合面相匹配的外啮齿，蜗轮安装在蜗杆的内腔中，并且外啮齿与内啮合面相啮合，蜗杆在动力输入轴驱动下，带动蜗轮转动。

较优的，在上述技术方案中，蜗轮上外啮齿与蜗杆上内啮合面相啮合的啮合方程为：

M₁＝(z_2'-sinβsinαsinθcosβ+x_2'cosθcosβ+cosβsinβsinαsinθ+Acosαsinβsinθ)

M₂＝-(z_2'-sinβcosβcosαsinθ+y_2'cosβcosθ-Asinαsinβsinθ-cosβsinβcosαsinθ)

M₃＝-(sinβ-1/i₁₂)(y_2'sinα+x_2'cosαsinθ+Acosβcosθ)

其中：x_2'＝a-y₀sinα-z₀cosα；

y_2'＝b+y₀cosα-z₀sinα；

z_2'＝x₀；

A为相邻蜗杆间的中心距，α为蜗轮齿距角，为蜗轮的转角，i₁₂为传动比，θ为滚子母面参数，β为蜗轮回转中心轴与蜗杆回转中心轴的轴交角，a,b分别为与滚子固连的坐标系原点O₀相对于与蜗轮固连的定坐标系的x、y坐标值。

较优的，在上述技术方案中，蜗轮上的外啮齿为柱状滚子、锥状滚子或球状滚子。

较优的，在上述技术方案中，蜗杆上内部啮合面的方程为：

其中：

F为母面参数u和θ之间的函数关系式，u和θ为滚子母面参数，为蜗杆的转角，为蜗轮的转角，i₁₂为传动比。

较优的，在上述技术方案中，蜗轮的数量至少为1个。

较优的，在上述技术方案中，蜗轮的数量为偶数个，并且蜗轮在蜗杆内对称分布。

较优的，在上述技术方案中，动力输入轴与动力输出轴非正交交错分布。

较优的，在上述技术方案中，动力输出轴安装在蜗轮的回转中心。

较优的，在上述技术方案中，蜗杆喉的内壁上设置有用于铆钉固定的键槽，在动力输入轴安装在蜗杆喉后，铆钉固定在键槽内

本发明提供的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，通过一个蜗杆带动多个蜗轮，不仅可同时实现多蜗轮的输出，满足同时对多工作负载进行传动的需要，而且结构简单、紧凑、传动效率高，应用于需要多工作负载同时进行传动的场合时，与普通蜗杆传动相比，该传动装置体积小，重量轻，且可较大的节约生产成本。由于本发明滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置中的蜗轮采用对称分布布置，降低了蜗杆的轴向力，减小了噪声，使得传动更加平稳。

并且，上述装置中的蜗杆为半圆球型结构的为包络环面滚子包络内啮合蜗杆，蜗杆动力输入轴与蜗轮的动力输出轴呈非正交交错布置，且各动力输出轴均在各蜗轮的回转中心。同时，蜗杆喉部直径可根据需要进行增大，因而在不改变啮合齿数的情况下，克服了普通外啮合环面蜗杆喉部刚性不足的问题，提高了承载能力，可满足重载传动的要求。本发明提供的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置在航空航天领域、雷达、舰船、纺织等领域，特别是四旋翼飞行器、八旋翼飞行器等领域具有广阔的应用前景。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明提供的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置立体图；

图2是图1中滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置的截面图；

图3是图1中滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置第一实施例的示意图；

图4是图1中滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置第二实施例的示意图；

图5是图1中柱状滚子型外啮齿的原理图；

图6是图1中锥状滚子型外啮齿的原理图；

图7是图1中球状滚子型外啮齿的原理图。

具体实施方式

如图1至图4所示，本发明公开了一种滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，包括蜗杆3、动力输入轴5、若干个蜗轮2和安装在蜗轮2上的动力输出轴1，蜗杆3为中空的半圆球结构，蜗杆3的中部设置有蜗杆喉4，动力输入轴5的一端安装在蜗杆喉4内，蜗杆3的内壁上设置有内啮合面31，蜗轮2的外壁上均匀设置有与蜗杆3上内啮合面31相匹配的外啮齿21，蜗轮2安装在蜗杆3的内腔中，并且外啮齿21与内啮合面31上的啮齿相啮合，蜗杆3在动力输入轴5驱动下，带动蜗轮2转动。

作为一种可实施方式，蜗轮2上外啮齿21与蜗杆3上内啮合面31相啮合的啮合方程为：

M₁＝(z_2'-sinβsinαsinθcosβ+x_2'cosθcosβ+cosβsinβsinαsinθ+Acosαsinβsinθ)

M₂＝-(z_2'-sinβcosβcosαsinθ+y_2'cosβcosθ-Asinαsinβsinθ-cosβsinβcosαsinθ)

M₃＝-(sinβ-1/i₁₂)(y_2'sinα+x_2'cosαsinθ+Acosβcosθ)

其中：x_2'＝a-y₀sinα-z₀cosα；

y_2'＝b+y₀cosα-z₀sinα；

z_2'＝x₀；

A为相邻蜗杆间的中心距，α为蜗轮齿距角，为蜗轮的转角，i₁₂为传动比，θ为滚子母面参数，β为蜗轮回转中心轴与蜗杆回转中心轴的轴交角，a,b分别为与滚子固连的坐标系原点O₀相对于与蜗轮固连的定坐标系的x、y坐标值。

作为一种可实施方式，如图5至图7所示，蜗轮2上的外啮齿选用了柱状滚子、锥状滚子或球状滚子。选用不同形状的滚子，在一定程度上提高了该滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置的适用范围。针对不同形状转子的其详细参数如下：

作为一种可实施方式，蜗杆3上内部啮合面的方程为：

其中：

F为母面参数u和θ之间的函数关系式，u和θ为滚子母面参数，为蜗杆的转角，为蜗轮的转角，i₁₂为传动比。

作为一种可实施方式，蜗轮2的数量至少为1个，进一步，蜗轮2的数量为偶数个，偶数个涡轮2在蜗杆3内对称分布。滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置中的蜗轮2采用对称分布布置，可降低蜗杆3的轴向力，减小噪声，在涡 轮2的数量为2、4或8时，整个装置在转动时更加的平稳。

作为一种可实施方式，动力输入轴5与动力输出轴1非正交交错分布。确保了滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置结构的稳定性和正常运行，使得整个装置结构简单、紧凑，同时也具有较高的传动效率。

作为一种可实施方式，动力输出轴1安装在蜗轮2的回转中心，进一步，动力输出轴1的非正交角度由螺旋倾角β决定。确保了蜗轮2输出动力时的稳定性。

作为一种可实施方式，蜗杆喉4的内壁上设置有用于铆钉51固定的键槽41，在动力输入轴5安装在蜗杆喉4后，铆钉51固定在键槽41内。动力输入轴5安装在蜗杆喉4后由铆钉51固定。安装后由铆钉51固定，使得动力输入轴5在安装在蜗杆喉4内后结构更稳固，避免了动力输入轴5与蜗轮2间的相对运动，同时，也在一定程度上提高了装置的稳定性。

本发明提供的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，通过一个蜗杆带动多个蜗轮，不仅可同时实现多蜗轮的输出，满足同时对多工作负载进行传动的需要，而且结构简单、紧凑、传动效率高，应用于需要多工作负载同时进行传动的场合时，与普通蜗杆传动相比，该传动装置体积小，重量轻，且可较大的节约生产成本。由于本发明滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置中的蜗轮采用对称分布布置，降低了蜗杆的轴向力，减小了噪声，使得传动更加平稳。

并且，上述装置中的蜗杆为半圆球型结构的包络环面滚子包络内啮合蜗杆，蜗杆动力输入轴与蜗轮的动力输出轴呈非正交交错布置，且各动力输出轴均在各蜗轮的回转中心。同时，蜗杆喉部直径可根据需要进行增大，因而在不改变啮合齿数的情况下，克服了普通外啮合环面蜗杆喉部刚性不足的问题，提高了 承载能力，可满足重载传动的要求。本发明提供的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置在航空航天领域、雷达、舰船、纺织等领域，特别是四旋翼飞行器、八旋翼飞行器等领域具有广阔的应用前景。

上述实施方式旨在举例说明本发明可为本领域专业技术人员实现或使用，对上述实施方式进行修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，故本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本权利要求书或说明书描述，符合与本文所公开的原理和新颖性、创造性特点的方法、工艺、产品，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，包括蜗杆，其特征在于：还包括动力输入轴、若干个蜗轮和安装在所述蜗轮上的动力输出轴，所述蜗杆为中空的半圆球结构，所述蜗杆的中部设置有蜗杆喉，所述动力输入轴的一端安装在所述蜗杆喉内，所述蜗杆的内壁上设置有内啮合面，所述蜗轮的外壁上均匀设置有与所述蜗杆上内啮合面相匹配的外啮齿，所述蜗轮安装在所述蜗杆的内腔中，并且所述外啮齿与所述内啮合面相啮合，所述蜗杆在所述动力输入轴驱动下，带动所述蜗轮转动。

2.根据权利要求1所述的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，其特征在于：所述蜗轮上外啮齿与所述蜗杆上内啮合面相啮合的啮合

方程为：

M₁＝(z_2'-sinβsinαsinθcosβ+x_2'cosθcosβ+cosβsinβsinαsinθ+Acosαsinβsinθ)

M₂＝-(z_2'-sinβcosβcosαsinθ+y_2'cosβcosθ-Asinαsinβsinθ-cosβsinβcosαsinθ)

M₃＝-(sinβ-1/i₁₂)(y_2'sinα+x_2'cosαsinθ+Acosβcosθ)

其中：x_2'＝a-y₀sinα-z₀cosα；

y_2'＝b+y₀cosα-z₀sinα；

z_2'＝x₀；

A为相邻蜗杆间的中心距，α为蜗轮齿距角，为蜗轮的转角，i₁₂为传动比，θ为滚子母面参数，β为蜗轮回转中心轴与蜗杆回转中心轴的轴交角，a,b分别为与滚子固连的坐标系原点O₀相对于与蜗轮固连的定坐标系的x、y坐标值。

3.根据权利要求2所述的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，其特征在于：所述蜗轮上的外啮齿为柱状滚子、锥状滚子或球状滚子。

4.根据权利要求1所述的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，其特征在于：所述蜗杆上内部啮合面的方程为：

其中：

F为母面参数u和θ之间的函数关系式，u和θ为滚子母面参数，为蜗杆的转角，为蜗轮的转角，i₁₂为传动比。

5.根据权利要求1所述的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，其特征在于：所述蜗轮的数量至少为1个。

6.根据权利要求5所述的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，其特征在于：所述蜗轮的数量为偶数个，并且所述蜗轮在所述蜗杆内对称分布。

7.根据权利要求1所述的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，其特征在于：所述动力输入轴与所述动力输出轴非正交交错分布。

8.根据权利要求2所述的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，其特征在于：所述动力输出轴安装在所述蜗轮的回转中心。

9.根据权利要求1所述的滚子包络内啮合蜗杆蜗轮传动装置，其特征在于：所述蜗杆喉的内壁上设置有用于铆钉固定的键槽，在所述动力输入轴安装在所述蜗杆喉后，所述铆钉固定在所述键槽内。