CN105443661A - 滚珠丝杠蜗轮减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了滚珠丝杠蜗轮减速器，其包括滚珠丝杠驱动单元和蜗轮，所述滚珠丝杠驱动单元与蜗轮之间通过纯滚动的传动结构配合。该减速器为纯滚动传动结构的减速器，具有高速、高精度、高效率等特点，有效克服传统的蜗轮蜗杆减速器存在的输入轴低转速、传动件易磨损、输出定位精度差等缺陷，可满足当今电子数字自动化控制的机械领域的需求。

Description

滚珠丝杠蜗轮减速器

技术领域

本发明涉及一种传动设备，具体涉及一种减速器。

背景技术

减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。减速器的种类繁多，按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器；按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥－圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器。

目前市场上的蜗轮蜗杆减速器是机械行业在各种传动中得到普遍广泛使用；其优点是传动速比大、输出扭矩好、结构紧凑。但由于这种传统减速器中的蜗轮和蜗杆之间是滑动摩擦的传动模式，这就无法避免存在输入轴的转速低，传动件易磨损和发热，反向间隙大及输出精度差、传动效率低等缺陷，无法适应工业化时代发展的需求。

发明内容

针对现有普遍广泛使用的蜗轮蜗杆减速器采用滑动摩擦传动模式所存在的输入轴低转速、传动件易磨损、输出定位精度差等缺陷，本发明的目的在于提供一种纯滚动传动结构的减速器，以解决现有技术所存在的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

滚珠丝杠蜗轮减速器，所述减速器包括滚珠丝杠驱动单元和蜗轮，所述滚珠丝杠驱动单元与蜗轮之间通过纯滚动的传动结构配合。

优选的，所述滚珠丝杠驱动单元与蜗轮之间通过滚动球形成纯滚动的传动结构。

优选的，所述蜗轮上设有球形齿，所述滚珠丝杠驱动单元包括滚珠丝杠轴、至少一组钢球、导向套筒，所述的滚珠丝杠轴圆周表面设有螺旋型球沟槽，并可自动转动的安装在导向套筒内，所述至少一组钢球安置在滚珠丝杠轴上的螺旋型球沟槽中，并与导向套筒内径相配，且透过导向套筒与蜗轮上的球形齿滚动啮合。

优选的，所述钢球与滚珠丝杠轴和蜗轮为四点接触的滚动啮合。

优选的，所述滚珠丝杠轴上的螺旋型球沟槽为双R球沟形式。

优选的，所述滚珠丝杠轴上的螺旋型球沟槽为单头或多头形式。

优选的，所述蜗轮上的球形齿为双R球沟形式。

优选的，所述导向套筒为平行结构。

优选的，所述导向套筒上施加有预负荷。

优选的，所述减速器中还包括钢球循环装置，至少一组钢球通过钢球循环装置进行连续循环滚动。

优选的，所述钢球循环装置设置在滚珠丝杠轴上或导向套筒上，所述滚珠丝杠轴上设置有两条螺旋型球沟槽，内部设置有芯孔与钢球循环装置配合，形成连续的循环道，使得至少一组钢球进行连续循环滚动。

优选的，所述钢球循环装置包括循环孔、循环器、转向销以及过渡圈，循环孔分别设置在滚珠丝杠轴中间相邻的二条螺旋球沟槽上，且与滚珠丝杠轴的芯孔垂直相通；所述循环孔的二侧分别对称装有和丝杠轴紧固的循环器；所述转向销以及过渡圈设置在滚珠丝杠轴的芯孔内，并与循环器配合。

基于上述方案构成的滚珠丝杠蜗轮减速器，具有高速、高精度、高效率等优点，将满足当今电子数字自动化控制的机械领域，也适应中国M4.0和2025工业化时代的需求。

本滚珠丝杠蜗轮减速器相对于现有的蜗轮蜗杆减速器具有如下优点：

1.本滚珠丝杠蜗轮减速器是一种通过由一组或多组钢球和丝杠轴上的球沟槽及球形齿状的蜗轮齿为四点接触纯滚动不断循环啮合的传动机构，其颠覆了当前市场上现有蜗轮蜗杆滑动摩擦组合的传动模式结构。

2.本滚珠丝杠蜗轮减速器的刚度和强度非常的高，是传统蜗轮减速器无法比拟。

3.本滚珠丝杠蜗轮减速器可根据不同使用环境和负载要求，通过以一组或多组钢球接触传动摸式来满足更高的更广泛的市场需要。

4.本滚珠丝杠蜗轮减速器可方便地通过预加负荷方式，完全消除传动系统中的反向间隙.以高灵敏的响应频率及高精度的输出定位性能，更适应高速、高精度、高效率的电子数字自动化控制和机器人制造领域的需求。

5.本滚珠丝杠蜗轮减速器中的纯滚动的传动模式结构的输出效率和传统的滑动摩擦传动模式结构相比：可由原来的65％‐70％提高到95％以上。

6.本滚珠丝杠蜗轮减速器由于传动精度维持时间久和使用寿命长及输入功率小等优势，大幅度降低了使用成本。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为图2所示滚珠丝杠蜗轮减速器在A-A向的剖视图；

图2为图1所示滚珠丝杠蜗轮减速器在B-B向的剖视图；

图3为本发明实例中滚珠丝杠轴的示意图；

图4为图3所示滚珠丝杠轴在C-C向的剖视图；

图5为图2所示滚珠丝杠蜗轮减速器在D-D向展开且去钢球的示意图；

图6为本发明实例滚珠丝杠蜗轮减速器中球沟直角剖面图；

图7为本发明实例滚珠丝杠蜗轮减速器中多组钢球传动示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本实例中提供的滚珠丝杠蜗轮减速器，其通过纯滚动的方式进行传动，从而有效避免现有蜗轮蜗杆减速器采用滑动摩擦传动模式所存在的问题。

基于上述原理，本实例中提供一种具体的实现方案。

本滚珠丝杠蜗轮减速器主要包括滚珠丝杠驱动单元和蜗轮，且滚珠丝杠驱动单元与蜗轮之间通过纯滚动的传动结构配合构成减速器。

参见图1和图2，本方案中的滚珠丝杠蜗轮减速器主要包括滚珠丝杠轴5、导向套筒4、钢球18以及蜗轮11。

其中，滚珠丝杠轴5的圆周表面上设有螺旋型球沟槽，该滚珠丝杠轴5可自由转动的安装在导向套筒4内，滚珠丝杠轴5的二端由精密角接触球轴承3和6的支承。在螺母1和垫圈2及方盖7的固定下，保证滚珠丝杠轴5没有任何的轴向和径向跳动并可轻便灵活地转动。

参见图2，蜗轮11的圆周表面设有球形齿，该蜗轮11整体安装在减速器的壳体12内，二端由精密圆锥轴承10的支承。同时在左端套8和右端套13及垫圈9的调整固定下，使蜗轮11处在滚珠丝杠轴5的中心位置上，并保证其没有任何的轴向和径向跳动并可轻便灵活地转动。

同时，在滚珠丝杠轴5的螺旋球型槽中装有一组或多组数量众多的钢球18，并与导向套筒内径相配,且保证丝杠轴可轻便灵活转动，同时该钢球18还与蜗轮11圆周上球形齿相啮合。由此设置的钢球18在滚珠丝杠轴5旋转时，以滚动形式实现与蜗轮11的滚动啮合，继而推动球形齿状的蜗轮转动相应的角度，实现传动。

由此构成的滚珠丝杠蜗轮减速器，当外力通过丝杠轴5顺时针旋转时；钢球18在丝杠轴5圆周上的螺旋球形槽的推作用下和导向套筒4的内径制约下使一组钢球18产生围绕丝杠轴5外经纯滚动的自转和公转并推动蜗轮11转动相应的角度。即丝杠轴5旋转一圈，那么一组钢球18在轴向方向移动了一个螺距，而被带动的蜗轮11就转动了一个齿的角度，由此根据蜗轮11设计的齿数也就形成所需的速比i，故本减速器的输入输出速比i，可采用改变丝杆轴的螺距和蝸轮的齿数来实现。

在此基础上，为保证一组钢球18能在滚珠丝杠轴5的螺旋球形槽中和蜗轮11圆周上球型齿内连续自转和公转地循环滚动，进一步增设一钢球循环装置。

该钢球循环装置可设置在滚珠丝杠轴5或者导向套筒4上，以实现一组或多组钢球的连续循环运动。

为了配合该钢球循环装置，在滚珠丝杠轴5上中间部位设置二条螺旋球沟槽，同时在其内部设置有芯孔，由此与钢球循环装置配合，形成连续的循环道，使得至少一组钢球进行连续循环滚动。

该钢球循环装置主要由两循环孔E、F、循环器17、转向销14、15以及过渡圈15相互配合构成(参见图3-图5)。

本方案中采用在滚珠丝杠轴5上设置钢球循环装置的方案。具体参见图3-图4：在滚珠丝杠轴5中间相邻的二条螺旋球沟槽上设计有E和F二个循环孔，此循环孔与丝杠轴5的芯孔垂直相通。在循环孔的二侧都分别装有对称和丝杠轴5紧固的循环器17，该循环器17采用R开口，以保证钢球18运动到循环孔边缘时迫使钢球顺利进入和滚出循环孔。

参见图5，本方案还在丝杠轴5的芯孔内还装有右转向销14和过渡圈15及左转向销16等三个零件，也分别和丝杠轴5紧固，用于对钢球18进行转向导向。其中右转向销14和左转向销16上分别设置有相应的R槽，以驱动钢球18进行转向。

基于上述方案构成的钢球循环装置，本滚珠丝杠轴5可有效实现一组或多组钢球的连续循环运动，过程如下：

当丝杠轴5正方向转动时，当脱离了滚珠丝杠轴5和蜗轮11接触区域后的钢球18继续沿着丝杠轴5的球槽沟运动到循环孔边缘时，在导向套筒4内径的制约下和循环器17的R开口的导向下迫使钢球18依次排队顺畅地进入E循环孔。

接着，当进入循环孔的钢球18在后面钢球的推动下经右转向销14的R槽作用下迫使钢球18转向90°后沿着轴向经过渡圈15的内径。同样，在左转向销16的R槽作用下再次转向90°通过F循环孔，并在另外一个循环器18的R开口导向下返回丝杠轴5上相邻的球沟槽。就这样实现了每粒钢球18依次地进行周而复始的循环滚动。

同理；当丝杠轴5反方向转动时，一组钢球18就按相反方向循环滚动。

在此基础上，本方案还可有效实现多组钢球的传动，如图7所示，具体的传动原理和过程如上，此处不加以赘述。

针对上述的方案，本实例还进行了如下的具有优化：

本方案中的蜗轮11上的球形齿和滚珠丝杠轴5上的螺旋型球沟槽的形状都设计成相同的双R球沟形式(如图6所示)，保证一组或多组钢球和滚珠丝杠轴5及蜗轮11为四点接触的滚动啮合，这样更好地保证钢球和丝杠轴及蝸轮的接触精度并建立良好的润滑空间。从而进一步提高传动系统的刚度。

为了有效提高和增强本滚珠丝杠蜗轮减速器的承载能力,可选用适宜的钢球尺寸，同时还可采用多组钢球同时滚动啮合模式进行传动。

再者，本方案中的导向套筒设计成平行的，通过以G为基准配磨导向套H高度(如图1所示)就会微量改变丝杠轴和蝸轮传动的L中心距，通过改变L中心距的方法就可方便地消除丝杆轴，钢球，蝸轮等传动件的间隙以及得到所希望的预紧负荷。

基于上述的改进方案；就可通过施加适当的预负荷来完全消除传动系统中的反向间隙，以提高灵敏的响应频率及高精度的输出定位性能，更适应高速、高精度、高效率的电子数字自动化控制和机器人制造领域的需求。

该施加适当的预负荷也可通过设计偏心的导向套筒结构来实现。

另外，根据需要滚珠丝杠轴5上的螺旋槽可设计单头或多头形式来满足负荷承载能力和理想速比的最佳组合效果。

对于本滚珠丝杠蜗轮减速器中的承受负载的传动件：丝杠轴、钢球、导向套筒、蜗轮等零件，本方案都选用优质合金钢通过热处理淬火，接触表面硬度HRC56‐62.并经过磨削工艺加工成型，由此来大大提高本滚珠丝杠蜗轮减速器的整体刚度和强度。

通过实验对比可知，本实例方案提供的滚珠丝杠蜗轮减速器，其基于独特的纯滚动的传动模式结构，在输出效率上和传统的滑动摩擦传动模式结构相比；可由原来的65％‐70％提高到95％以上，达到了意想不到的效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (12)

1.滚珠丝杠蜗轮减速器，其特征在于，所述减速器包括滚珠丝杠驱动单元和蜗轮，所述滚珠丝杠驱动单元与蜗轮之间通过纯滚动的传动结构配合。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠蜗轮减速器，其特征在于，所述滚珠丝杠驱动单元与蜗轮之间通过滚动球形成纯滚动的传动结构。

3.根据权利要求2所述的滚珠丝杠蜗轮减速器，其特征在于，所述蜗轮上设有球形齿，所述滚珠丝杠驱动单元包括滚珠丝杠轴、至少一组钢球、导向套筒，所述的滚珠丝杠轴圆周表面设有螺旋型球沟槽，并可自动转动的安装在导向套筒内，所述至少一组钢球安置在滚珠丝杠轴上的螺旋型球沟槽中，并与导向套筒内径相配，且透过导向套筒与蜗轮上的球形齿滚动啮合。

4.根据权利要求3所述的滚珠丝杠蜗轮减速器，其特征在于，所述钢球与滚珠丝杠轴和蜗轮为四点接触的滚动啮合。

5.根据权利要求3所述的滚珠丝杠蜗轮减速器，其特征在于，所述滚珠丝杠轴上的螺旋型球沟槽为双R球沟形式。

6.根据权利要求3所述的滚珠丝杠蜗轮减速器，其特征在于，所述滚珠丝杠轴上的螺旋型球沟槽为单头或多头形式。

7.根据权利要求3所述的滚珠丝杠蜗轮减速器，其特征在于，所述蜗轮上的球形齿为双R球沟形式。

8.根据权利要求3所述的滚珠丝杠蜗轮减速器，其特征在于，所述导向套筒为平行结构。

9.根据权利要求8所述的滚珠丝杠蜗轮减速器，其特征在于，所述导向套筒上施加有预负荷。

10.根据权利要求3所述的滚珠丝杠蜗轮减速器，其特征在于，所述减速器中还包括钢球循环装置，至少一组钢球通过钢球循环装置进行连续循环滚动。

11.根据权利要求10所述的滚珠丝杠蜗轮减速器，其特征在于，所述钢球循环装置设置在滚珠丝杠轴上或导向套筒上，所述滚珠丝杠轴上设置有两条螺旋型球沟槽，内部设置有芯孔与钢球循环装置配合，形成连续的循环道，使得至少一组钢球进行连续循环滚动。

12.根据权利要求10或11所述的滚珠丝杠蜗轮减速器，其特征在于，所述钢球循环装置包括循环孔、循环器、转向销以及过渡圈，循环孔分别设置在滚珠丝杠轴中间相邻的二条螺旋球沟槽上，且与滚珠丝杠轴的芯孔垂直相通；所述循环孔的二侧分别对称装有和丝杠轴紧固的循环器；所述转向销以及过渡圈设置在滚珠丝杠轴的芯孔内，并与循环器配合。