CN105757216B - 螺旋环状蜗轨纯滚动减速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种螺旋环状蜗轨纯滚动减速器，所述减速器包括基座、输入轴、动力输出蜗壳及动力输出轴；其中，所述基座上设有输入轴轴孔和蜗壳轴；所述输入轴上紧固装配有转子，通过轴承安装在基座上；所述转子包括滚子架及均匀分布在滚子架周围的滚子；所述动力输出蜗壳包括上半蜗壳和下半蜗壳，所述上半蜗壳与下半蜗壳壳心设有轴心孔，壳内设有多条滚道，上半蜗壳与下半蜗壳滚道对应后形成多头螺旋滚道，并通过螺杆相互紧固，蜗壳通过轴心孔装配在蜗壳轴上，将转子夹在中间，使滚子吻合在滚道内；所述动力输出轴固定在上半蜗壳上。该减速机重合度高，无回差，精度高，体积很小，适合中高速旋转，可在高精度机床及机器人关节减速机等方面应用。

Description

螺旋环状蜗轨纯滚动减速器
技术领域
本发明属于减速机领域，具体涉及一种螺旋环状蜗轨纯滚动减速器。
背景技术
目前，常见的蜗轮蜗杆减速机广泛应用于工业领域，主要特点是具有反向自锁功能，可以有较大的减速比，输入轴和输出轴不在同一轴线上，也不在同一平面上。但是一般体积较大，传动效率不高，啮合度低，精度不高。行星减速机其优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大，但价格较贵。齿轮减速机在模块组合体系基础上设计制造，有极多的电机组合、安装形式和结构方案，传动比分级细密，满足不同的使用工况，实现机电一体化。齿轮减速机传动效率高，耗能低，使用寿命长。但相比其他减速机，齿轮减速机要大很多，空间较小，抗震性能不好，齿根易断裂。而且，上述减速机存在共同的缺点是摩擦传动，发热量大,导致蜗轮蜗杆减速机单根蜗杆布置时，蜗杆受侧向力大，容易变形，高精度蜗轮蜗杆减速机造价极高，亦或普通蜗轮蜗杆减速机精度保持差，有回差，限制其在高精度机床及机器人关节减速机等方面的应用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种螺旋环状蜗轨纯滚动减速器，所述减速器包括基座、输入轴、动力输出蜗壳及动力输出轴；其中，所述基座上设有输入轴轴孔和蜗壳轴；所述输入轴上紧固装配有转子，并通过轴承安装在基座上；所述转子包括滚子架及均匀分布在滚子架周围的滚子；所述动力输出蜗壳包括上半蜗壳和下半蜗壳，所述上半蜗壳与下半蜗壳壳心设有等径轴心孔，壳内设有多条滚道，每条滚道的截面形状为圆弧，上半蜗壳与下半蜗壳滚道对应后形成多头螺旋滚道，上半蜗壳与下半蜗壳通过螺杆相互紧固，蜗壳通过轴心孔装配在基座上的蜗壳轴上，并将转子夹在中间，使转子上的滚子吻合在滚道内；所述动力输出轴固定安装在上半蜗壳外表面轴旋转中心上。
为保证转子在动力输出蜗壳内沿螺旋滚道作纯滚动，滚子在滚子架上不发生窜动，本发明所述滚子由穿孔滚珠、法兰轴承、销轴组成；其中，所述穿孔滚珠为圆球状，中心开有圆通孔，孔两侧对称镶嵌有法兰轴承；所述法兰轴承外圈与穿孔滚珠固连，法兰轴承内圈与销轴固连；所述滚子架周围均匀分布有斜槽和盲孔，滚子设置在滚子架相应的盲孔中，通过安装在滚子法兰轴承两侧的垫圈，将其固定在盲孔内，销轴设置在斜槽内，与斜槽固连，从而使穿孔滚珠可以围绕销轴灵活自转，不能沿销轴轴线方向窜动，整个滚子不会沿滚子架轴线方向窜动。
本发明所述销轴与斜槽固连可以靠夹持滚子架斜槽两侧的板状结构，将其向销轴中心弯曲夹紧进行固定。
为保证每个滚子均能沿各自的螺旋滚道滚动，所述上半蜗壳和下半蜗壳螺旋滚道头数与滚子数相同，螺旋滚道的螺纹升角为滚子销轴轴线与滚子架轴线在转子中心的公转平面上的投影角。
本发明为防止垫圈在滚子滚动时产生摩擦力，所述垫圈外径小于法兰轴承外圈内径。
本发明上半蜗壳和下半蜗壳固连时，需将其内部滚道对正，形成完整的螺旋滚道，才能保证转子在蜗壳内部进行滚动。为方便上半蜗壳和下半蜗壳固连，保证螺旋滚道对应准确，本发明上半蜗壳、下半蜗壳均设有定位孔，通过定位销实现相互定位。
本发明输入轴与基座通过轴承安装时，在输入轴两端安装上轴承，将轴承内圈与输入轴固连，将轴承外圈与基座固连即可。本发明将输入轴安装在基座上时，还可以通过挡圈或其他能够保证输入轴相对基座转动，且不发生轴向窜动的连接方式进行安装。
本发明所述基座上设有蜗壳轴，通过蜗壳轴将上半蜗壳与下半蜗壳安装在基座上，构成滑动副和转动副，即上半蜗壳和下半蜗壳可绕蜗壳轴转动，也可沿蜗壳轴线滑动。输入轴通过轴承安装在基座上，只能绕输入轴的轴线自传，无其他自由度。当上半蜗壳和下半蜗壳通过螺杆紧固后，输入轴和转子限制了上半蜗壳和下半蜗壳的所有自由度，满足完全约束的条件。实际使用过程中，输入轴连接高速旋转的动力设备，通过输入轴带动转子在动力输出蜗壳内部沿螺旋滚道做纯滚动，最终形成沿输入轴线方向的作用力，然后将作用力传给动力输出蜗壳，最终由动力输出蜗壳上的动力输出轴输出动力。
本发明的优点和积极效果：
1、本发明所述减速器利用转子上的滚子在蜗壳内螺旋滚道上滚动产生作用力，然后将作用力通过动力输出蜗壳传给动力输出轴，达到减速的目的，改变了现有减速器摩擦传动，发热量高的缺点；而且使用寿命较长，传动效率较高。
2、本发明所述减速器可以通过控制每头螺旋滚道的线圈数来改变传动比。
3、本发明所述减速器在运转时，滚子与螺旋滚道重合度高，无回差，精度高；减速器体积很小，适合中高速旋转，可在高精度机床及机器人关节减速机等方面应用。
附图说明
图1为本发明减速器整体结构示意图。
图2为本发明减速器俯视图。
图3为本发明减速器A-A阶梯剖面图。
图4为本发明减速器B-B旋转剖面图。
图5为本发明转子结构三维放大图。
图6为本发明滚子架结构三维放大图。
图7为本发明滚子剖面图。
图8为本发明下半蜗壳结构示意图。
图9为本发明原理结构示意图。
具体实施方式
参阅图1至图4，本发明所述的减速器包括基座1、输入轴2、动力输出蜗壳3及动力输出轴4；其中，所述基座1上设有输入轴轴孔和蜗壳轴；所述输入轴2上紧固装配有转子5，并通过轴承安装在基座1上；所述动力输出蜗壳3包括上半蜗壳31和下半蜗壳32，所述上半蜗壳31与下半蜗壳32壳心设有等径轴心孔，壳内设有多条滚道33，每条滚道的截面形状为圆弧，上半蜗壳31与下半蜗壳32滚道对应后形成多头螺旋滚道，上半蜗壳31与下半蜗壳32通过螺杆相互紧固，动力输出蜗壳3通过轴心孔装配在基座上的蜗壳轴上，并将转子5夹在中间；所述动力输出轴4通过螺钉安装在上半蜗壳31外表面轴旋转中心上。
参阅图4、图5，本发明所述转子5包括滚子架51及均匀分布在滚子架周围的滚子52；所述转子5被夹在动力输出蜗壳3中间，每个滚子52与动力输出蜗壳3内部各自螺旋滚道吻合，使滚子52沿各自螺旋滚道做纯滚道。
参阅图5至图7，本发明所述滚子架51周围均匀分布有斜槽511和盲孔512，所述滚子52设置在滚子架51相应的盲孔512中；所述滚子52由穿孔滚珠521、法兰轴承522、销轴523组成，其中，所述穿孔滚珠521为圆球状，中心开有圆通孔，孔两侧对称镶嵌有法兰轴承522；所述法兰轴承522外圈与穿孔滚珠521固连，法兰轴承522内圈与销轴523固连；在法兰轴承522两侧安装有垫圈524，所述垫圈524外径小于法兰轴承522外圈内径，通过垫圈524将滚子52固定在盲孔512内；销轴523设置在斜槽511内，与斜槽511固连，使穿孔滚珠521可以围绕销轴523灵活自转，不能沿销轴523轴线方向窜动，整个滚子52不会沿滚子架51轴线方向窜动。
在实际应用过程中，销轴523与斜槽511固连可以靠夹持滚子架斜槽511两侧的板状结构，将其向销轴523中心弯曲发生塑性变形并夹紧进行固定。
参阅图4、图8，本发明所述下半蜗壳32壳心设有轴心孔321，壳内设有多条滚道33，在轴心孔321周围分布有螺孔322及定位销323，通过定位销323将下半蜗壳与上半蜗壳滚道对正，形成多头环状螺旋滚道；通过轴心孔321将上半蜗壳、下半蜗壳装配在基座1上的蜗壳轴上，构成滑动副和转动副。
本发明减速器在应用过程中，电机连接输入轴2，带动转子5自转，转子5上均布的穿孔滚珠521与动力输出蜗壳3内部螺旋滚道面接触，并沿滚道做纯滚动，螺旋滚道与穿孔滚珠521间的互相作用最终形成沿转子5轴线方向的作用力，在保证转子5沿轴线方向不窜动时，此作用力就通过动力输出蜗壳传给动力输出轴4，最终由动力输出轴4输出动力。
本发明减速器运动原理,参阅图9，B中OZ、OY、OO1为正交轴系。P点在ZOO1平面内，以O1为圆心，以固定半径做圆周自转运动。在ZOO1平面内P点围绕O1运动的角速度为定数nω。同时，ZOO1平面内的P点围绕OZ轴以匀角速度ω（常数）公转。P点相对于OZ轴公转一周的同时也围绕O1点在ZOO1平面内自转了n周。P点所形成的轨迹即为环状螺旋线。图9中A所示为n=6的情形。如果在ZOO1平面内，有P1~P6，共6个点，它们围绕O1点，等半径均匀分布。P1~P6的运动规律与上述P点相同。P1~P6所形成的轨迹即为多头环状螺旋线，如图9中A所示。
本发明所述减速器传动比=1:n。
本发明每个穿孔滚珠球心的轨迹即环状螺旋线，具体参数方程如下：
α =360×t（t初始值为0，在0-1之间遍历）
n=1~∞，（n为自然数，是每头螺旋线旋转的圈数）
r=PO1（滚子自转半径）
rh=OO1（滚子几何中心的公转半径）
θ=n×α
Xt=(r×cosθ+ rh) ×cosα
Yt=(r×cosθ+ rh) ×sinα
Zt=r×sinθ。

Claims (5)

1.一种螺旋环状蜗轨纯滚动减速器，其特征在于：所述减速器包括基座、输入轴、动力输出蜗壳及动力输出轴；其中，所述基座上设有输入轴轴孔和蜗壳轴；所述输入轴上紧固装配有转子，并通过轴承安装在基座上；所述转子包括滚子架及均匀分布在滚子架周围的滚子；所述动力输出蜗壳包括上半蜗壳和下半蜗壳，所述上半蜗壳与下半蜗壳壳心设有等径轴心孔，壳内设有多条滚道，每条滚道的截面形状为圆弧，上半蜗壳与下半蜗壳滚道对应后形成多头螺旋滚道，上半蜗壳与下半蜗壳通过螺杆相互紧固，动力输出蜗壳通过轴心孔装配在基座上的蜗壳轴上，并将转子夹在中间，使转子上的滚子吻合在滚道内；所述动力输出轴固定安装在上半蜗壳外表面轴旋转中心上。
2.根据权利要求1所述的一种螺旋环状蜗轨纯滚动减速器，其特征在于：所述滚子由穿孔滚珠、法兰轴承、销轴组成；其中，所述穿孔滚珠为圆球状，中心开有圆通孔，孔两侧对称镶嵌有法兰轴承；所述法兰轴承外圈与穿孔滚珠固连，法兰轴承内圈与销轴固连；所述滚子架周围均匀分布有斜槽和盲孔，滚子设置在滚子架相应的盲孔中，通过安装在滚子法兰轴承两侧的垫圈，将其固定在盲孔内，销轴设置在斜槽内，与斜槽固连。
3.根据权利要求1所述的一种螺旋环状蜗轨纯滚动减速器，其特征在于：所述上半蜗壳、下半蜗壳设有定位孔，通过定位销实现相互定位。
4.根据权利要求2所述的一种螺旋环状蜗轨纯滚动减速器，其特征在于：所述上半蜗壳和下半蜗壳螺旋滚道头数与滚子数相同，螺旋滚道的螺纹升角为滚子销轴轴线与滚子架轴线在转子中心的公转平面上的投影角。
5.根据权利要求2所述的一种螺旋环状蜗轨纯滚动减速器，其特征在于：所述垫圈外径小于法兰轴承外圈内径。
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