CN104638981B - 大转矩永磁蜗轮蜗杆传动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大转矩永磁蜗轮蜗杆传动机构，可以解决普通蜗轮蜗杆的机械疲劳、摩擦损耗、存在自锁、振动噪音等问题，通过多个永磁蜗杆串联与一个永磁蜗轮啮合的方式提高了磁力耦合包角，解决现有永磁蜗轮蜗杆传动转矩较小，功率较低的难题。永磁蜗轮的轮毂外缘上装有N‑S极相间的圆弧形强力永磁铁；根据永磁蜗轮上圆弧磁铁的节距，在永磁蜗杆的基体上加工出对应的双线螺旋槽，在双线螺旋槽中并行布置径向磁极相反的螺旋形磁铁，通过磁力耦合实现与永磁蜗轮啮合，利用锥齿圈及专用轴架保证多个永磁蜗杆同步转动。本发明可以实现大转矩、非接触、无摩擦传动，可作为动力机械、交通工具、发电等工程领域的传动机构。
Description
技术领域
本发明涉及一种传动装置及其部件，特别涉及一种大转矩永磁蜗轮蜗杆传动机构。
背景技术
传统的蜗轮蜗杆传动为接触式摩擦传动，存在机械疲劳、材料损耗、振动噪音等问题，且传动效率较低，能耗大，寿命短。为此有人根据永磁齿轮的原理提出了永磁蜗轮蜗杆传动，从所查阅的永磁蜗轮蜗杆传动专利上看，主要问题是永磁蜗轮蜗杆啮合区域不足，传递转矩较小，永磁体充磁复杂，有的永磁蜗轮及蜗杆上的永磁体空间交叉分布，当传动力矩较大时会出现机械接触或干涉，容易造成永磁体破损，且无过载保护功能。
发明内容
本发明的目的是克服永磁蜗轮蜗杆的上述缺陷，实现永磁蜗轮蜗杆的大扭矩传递。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
如图1及图2所示，大转矩永磁蜗轮蜗杆传动机构由一个永磁蜗轮5与多个永磁蜗杆4啮合而成。永磁蜗杆4的轴线和永磁蜗杆轴1的轴线与永磁蜗轮5轴线垂直，多个串联的永磁蜗杆4通过永磁蜗杆轴1首尾连接分布在永磁蜗轮5的外缘，将永磁蜗轮5包围，如图3所示，永磁蜗杆4轴线与永磁蜗轮5外缘安装的圆弧磁铁5-b的外形弧线的中心重合，且永磁蜗轮5与永磁蜗杆4和永磁蜗杆轴1之间均不接触。
永磁蜗轮5是由软磁钢质轮毂5-a和强力圆弧磁铁5-b组成，轮毂5-a中孔与输出轴6配合，用紧定螺钉16定位，轮毂5-a外缘设置有一定倾角的弧形槽，圆弧磁铁5-b径向充磁，按N-S极相间位置镶入，用胶粘方式固定。永磁蜗轮5安装在输出轴6上，输出轴6通过输出轴滚动轴承12、锁紧螺母14、输出轴轴承座7和螺栓15安装在支撑座3上。
如图4所示，永磁蜗杆4的蜗杆基体4-a由软磁钢制成，蜗杆基体4-a上设有双线螺旋槽，双线螺旋槽的螺距等于永磁蜗轮5上弧形槽的节距，在蜗杆基体4-a两端面设有圆柱沉孔，用于安装蜗杆滚动轴承10。在双线螺旋槽中并行布置径向磁极相反的两条强力螺旋磁铁4-b，使之与永磁蜗轮5啮合时，N极螺旋磁铁4-b与永磁蜗轮5的S极圆弧磁铁5-b相互吸引；S极螺旋磁铁4-b与永磁蜗轮5的N极圆弧磁铁5-b相互吸引。考虑螺旋磁铁的加工及安装困难，在一条螺旋槽中用多个N极圆弧磁铁串联镶入，在另一条螺旋槽中用多个S极圆弧磁铁串联镶入，形成螺旋形磁场，各圆弧磁铁也用胶粘方式固定。
永磁蜗杆轴1的结构与永磁蜗杆4类似，在双线螺旋槽中并行布置径向磁极相反的螺旋形永磁体，其一端设有装蜗杆滚动轴承10的圆柱沉孔，另一端为阶梯轴结构作为传动输入端，输入轴滚动轴承11的内圈套安装于永磁蜗杆轴1的阶梯轴上，输入轴滚动轴承11的外圈固定于输入轴轴承座2内，用轴承挡圈13限位，输入轴轴承座2安装在支撑座3上。
为了最大限度增大永磁蜗杆4对永磁蜗轮5的啮合包角，就要使永磁蜗杆4之间的紧凑连接，采用永磁蜗杆4内置滚动轴承，减少轴架8占用的啮合包角；各永磁蜗杆4及永磁蜗杆轴1的同步传动通过连接端面安装相同的锥齿圈9实现如图7，通过各锥齿圈9的啮合实现各永磁蜗杆4及永磁蜗杆轴1同步转动。锥齿圈9的根据传递转矩采用小模数锥齿，以使其轴向厚度小，锥齿的锥角根据永磁蜗杆4与永磁蜗轮5的布置要求确定，锥齿圈9用螺钉固定在永磁蜗杆4的两端面。
轴架8用于永磁蜗杆4两端及永磁蜗杆轴1的一端支撑定位，如图5所示，轴架8为单支撑板双轴结构，为使永磁蜗杆4之间的紧凑连接，保证锥齿圈9正常啮合，又防止与之干涉，同时能支撑相邻两个永磁蜗杆4，轴架8被设计成单支撑板伸出双阶梯轴的一分二结构，双阶梯轴的夹角适应永磁蜗轮5及永磁蜗杆4的配合要求。轴架8的带孔底板便于用螺栓固定在支撑座3上；末端的永磁蜗杆4配备末端轴架17，末端轴架17为单支撑板单轴结构如图6，避免与永磁蜗杆轴1干涉。蜗杆滚动轴承10的外圈与圆柱基体两端面的圆柱沉孔配合，蜗杆滚动轴承10的内圈与轴架8的阶梯轴配合。
本发明的有益效果是：通过多个永磁蜗杆4及永磁蜗杆轴1的共同作用使永磁蜗轮5转动，从而实现大扭矩传动；永磁蜗轮蜗杆的传动比由永磁蜗杆永磁体的螺旋升角和永磁蜗轮的永磁块数目确定。由于永磁蜗轮5与永磁蜗杆4及永磁蜗杆轴1不接触、不交错，即使过载也不会因圆弧磁铁5-b与螺旋磁铁4-b碰撞而损坏，所以本传动机构还具有过载保护功能。
附图说明
图1为本发明的轴侧图。
图2为本发明的主视图。
图3为本发明输出轴结构剖视图。
图4为本发明的永磁体蜗杆及其螺旋磁块排布示意图。
图5为本发明的轴架结构图。
图6为本发明的末端轴架结构图。
图7为本发明锥齿圈结构图。
图中：1永磁蜗杆轴；2输入轴轴承座；3支撑座；4永磁蜗杆；
4-a蜗杆基体；4-b螺旋磁铁；5永磁蜗轮；5-a轮毂；5-b圆弧磁铁；
6输出轴；7输出轴轴承座；8轴架；9锥齿圈；10蜗杆滚动轴承；
11输入轴滚动轴承；12输出轴滚动轴承；13轴承挡圈；14锁紧螺母；
15螺栓；16紧定螺钉；17末端轴架。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的说明:
如图1所示，本永磁蜗轮蜗杆传动机构由一个永磁蜗轮5与8个永磁蜗杆4及永磁蜗杆轴1啮合，8个串联的永磁蜗杆4与永磁蜗杆轴1首尾连接将永磁蜗轮5包围，两永磁蜗杆4之间夹角约为143度，如图2及图3所示，永磁体蜗杆4轴线与永磁蜗轮5外缘安装的强力圆弧磁铁5-b的外形弧线的中心重合，且永磁蜗轮5与永磁蜗杆4及永磁蜗杆轴1不接触。
永磁蜗轮5由软磁钢质轮毂5-a及强力圆弧磁铁5-b组成，轮毂5-a与输出轴6配合，用紧定螺钉16定位，轮毂5-a外缘加工出8度倾角的弧形槽，47对圆弧磁铁5-b径向充磁，按N-S极相间位置镶入其中，用粘接方式固定。输出轴6用两个输出轴滚动轴承12支撑在输出轴轴承座7内，用锁紧螺母14限位，输出轴轴承座7用螺栓15安装在支撑座3上。
如图4所示，永磁蜗杆4的软磁钢圆柱形蜗杆基体4-a上面加工出双线螺旋槽，螺旋升角为8度，在蜗杆基体4-a两端面有圆柱沉孔，用于安装蜗杆滚动轴承10。在双线螺旋槽中并行布置径向充磁、磁极相反的两条强力螺旋磁铁4-b，使之与永磁蜗轮5啮合时，N极螺旋磁铁4-b与永磁蜗轮5的S极圆弧磁铁5-b相互吸引；S极螺旋磁铁4-b与永磁蜗轮5的N极圆弧磁铁5-b相互吸引，考虑螺旋磁铁的加工及安装困难，在一条螺旋槽中用多个N极圆弧磁铁串联镶入，在另一条螺旋槽中用多个S极圆弧磁铁串联镶入，形成螺旋形磁场，各圆弧磁铁也用胶粘方式固定。永磁蜗杆轴1的双线螺旋槽中也并行布置径向磁极相反的螺旋形永磁体，其一端也有圆柱沉孔，用以安装蜗杆滚动轴承10，另一端为阶梯轴结构，作为传动输入端。输入轴滚动轴承11的外圈装在输入轴轴承座2内，用轴承挡圈13限位，输入轴轴承座2安装在支撑座3上，输入轴滚动轴承11的内圈装在永磁蜗杆轴1的阶梯轴上。
与蜗杆滚动轴承10内孔配合的是轴架8如图5，轴架8为单支撑板伸出双阶梯轴的一分二结构，如图3所示，双阶梯轴的夹角适应永磁蜗轮5及永磁蜗杆4的配合要求，也为143度。轴架8的带孔底板便于用螺栓固定在支撑座3上；末端轴架17如图6为单支撑板单轴结构，避免与永磁蜗杆轴1干涉。这样轴架8能支撑相邻两个永磁蜗杆4或永磁蜗杆轴1，保证安装在永磁蜗杆4的两端面锥齿圈9如图7之间正常啮合，结构紧凑。通过16个锥齿圈9的啮合实现8个永磁蜗杆4及一个永磁蜗杆轴1同步转动。
由于8个永磁蜗杆4及永磁蜗杆轴1同时与永磁蜗轮5啮合，使永磁蜗轮5几乎受到一周的磁力作用，从而实现大扭矩传动，永磁蜗轮蜗杆的传动比为47。由于永磁蜗轮5与永磁蜗杆4及永磁蜗杆轴1不接触、不交错，具有过载保护功能。
Claims (2)
1.一种大转矩永磁蜗轮蜗杆传动机构，其特征在于，该大转矩永磁蜗轮蜗杆传动机构由永磁蜗轮(5)与多个永磁蜗杆(4)啮合而成；永磁蜗杆(4)的轴线及永磁蜗杆轴(1)的轴线与永磁蜗轮(5)轴线垂直，多个串联的永磁蜗杆(4)与永磁蜗杆轴(1)首尾连接分布在永磁蜗轮(5)的外缘，将永磁蜗轮(5)包围，永磁蜗杆(4)轴线与永磁蜗轮(5)外缘安装的圆弧磁铁(5-b)的外形弧线的中心重合，且永磁蜗轮(5)与永磁蜗杆(4)和永磁蜗杆轴(1)之间均不接触；
永磁蜗轮(5)是由软磁钢质轮毂(5-a)和强力圆弧磁铁(5-b)组成，轮毂(5-a)中孔与输出轴(6)配合，通过紧定螺钉(16)定位，轮毂(5-a)外缘设置有一定倾角的弧形槽，圆弧磁铁(5-b)径向充磁，按N-S极相间位置镶入；永磁蜗轮(5)安装在输出轴(6)上，输出轴(6)通过输出轴滚动轴承(12)、锁紧螺母(14)、输出轴轴承座(7)和螺栓(15)安装在支撑座(3)上；
永磁蜗杆(4)的蜗杆基体(4-a)由软磁钢制成，蜗杆基体(4-a)上设有双线螺旋槽，双线螺旋槽的螺距等于永磁蜗轮(5)上弧形槽的节距，在蜗杆基体(4-a)两端面设有圆柱沉孔，用于安装蜗杆滚动轴承(10)；在双线螺旋槽中并行布置径向磁极相反的两条强力螺旋磁铁(4-b)，使之与永磁蜗轮(5)啮合时，N极螺旋磁铁(4-b)与永磁蜗轮(5)的S极圆弧磁铁(5-b)相互吸引；S极螺旋磁铁(4-b)与永磁蜗轮(5)的N极圆弧磁铁(5-b)相互吸引；
永磁蜗杆轴(1)的结构中，在双线螺旋槽中并行布置径向磁极相反的螺旋形永磁体，其一端设有装蜗杆滚动轴承(10)的圆柱沉孔，另一端为阶梯轴结构作为传动输入端，输入轴滚动轴承(11)的内圈套安装于永磁蜗杆轴(1)的阶梯轴上，输入轴滚动轴承(11)的外圈固定于输入轴轴承座(2)内，用轴承挡圈(13)限位，输入轴轴承座(2)安装在支撑座(3)上；
永磁蜗杆(4)内置滚动轴承，以减少轴架(8)占用的啮合包角；永磁蜗杆(4)和永磁蜗杆轴(1)的同步传动通过连接端面安装相同的锥齿圈(9)实现，通过锥齿圈(9)的啮合实现各永磁蜗杆(4)及永磁蜗杆轴(1)同步转动；锥齿圈(9)根据传递转矩采用小模数锥齿，以使其轴向厚度小，锥齿的锥角根据永磁蜗杆(4)与永磁蜗轮(5)的布置要求确定，锥齿圈(9)用螺钉固定在永磁蜗杆(4)的两端面；
轴架(8)位于永磁蜗杆(4)的两端和永磁蜗杆轴(1)的一端用于支撑定位，轴架(8)为单支撑板双轴结构，使永磁蜗杆(4)之间的紧凑连接，保证锥齿圈(9)正常啮合，同时支撑相邻两个永磁蜗杆(4)，轴架(8)的双阶梯轴的夹角满足永磁蜗轮(5)与永磁蜗杆(4)的啮合方位；轴架(8)的带孔底板便于用螺栓固定在支撑座(3)上；末端的永磁蜗杆(4)配备末端轴架(17)，末端轴架(17)为单支撑板单轴结构，避免与永磁蜗杆轴(1)干涉；蜗杆滚动轴承(10)的外圈与蜗杆基体(4-a)两端面的圆柱沉孔配合，蜗杆滚动轴承(10)的内圈与轴架(8)的阶梯轴配合。
2.根据权利要求1所述的大转矩永磁蜗轮蜗杆传动机构，其特征在于，在双线螺旋槽中并行布置径向磁极相反的两条强力螺旋磁铁(4-b)，一条螺旋槽中用多个N极圆弧磁铁串联镶入，另一条螺旋槽中用多个S极圆弧磁铁串联镶入，形成螺旋形磁场，各圆弧磁铁用胶粘方式固定。
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