CN106321756A

CN106321756A - 滚珠圆周运动传动机构及进给系统

Info

Publication number: CN106321756A
Application number: CN201610997979.3A
Authority: CN
Inventors: 刘冰虎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2016-11-11
Publication date: 2017-01-11

Abstract

一种滚珠圆周运动传动机构，包括：第一旋转轴、第二旋转轴、多个滚珠，所述第一旋转轴为外表面具有螺旋状的滚珠滚道的圆柱体，所述滚珠滚道的螺旋方向沿所述第一旋转轴的轴向，所述第二旋转轴为外表面开设多个半球形凹面的圆柱体，多个所述半球形凹面沿所述第二旋转轴的圆周面均匀分布，所述第一旋转轴的轴向与所述第二旋转轴的轴向垂直，所述滚珠可旋转地保持于所述半球形凹面上，并可于所述滚珠滚道上滚动；一种滚珠圆周运动进给系统，包括所述滚珠圆周运动传动机构、驱动电机与执行机构。本发明提供了一种传动精度高、结构简单可靠的滚珠圆周运动传动机构及进给系统。

Description

滚珠圆周运动传动机构及进给系统

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，具体地来说，是一种滚珠圆周运动传动机构及进给系统。

背景技术

机械传动在机械工程中应用非常广泛，主要是指利用机械方式传递动力和运动的传动。机械传动是机械设备中的关键部件，直接影响机械设备的精度与可靠性。

机械传动的实现方式主要分为两类：一是靠机件间的摩擦力传递动力与摩擦传动，二是靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合传递动力或运动的啮合传动。

传统的机械传动机构，由于其固有结构形式的限制，往往传动损耗严重，造成传动精度低、可靠性较差。而精度较高的结构形式，则往往存在结构复杂、成本高等缺点。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种滚珠圆周运动传动机构及进给系统，传动精度高、结构简单可靠。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种滚珠圆周运动传动机构，包括第一旋转轴、第二旋转轴、多个滚珠：

所述第一旋转轴为外表面具有螺旋状的滚珠滚道的圆柱体，所述滚珠滚道的螺旋方向沿所述第一旋转轴的轴向；

所述第二旋转轴为外表面开设多个半球形凹面的圆柱体，多个所述半球形凹面沿所述第二旋转轴的圆周面均匀分布；

所述第一旋转轴的轴向与所述第二旋转轴的轴向垂直；

所述滚珠可旋转地保持于所述半球形凹面上，并可于所述滚珠滚道上滚动。

作为上述技术方案的改进，所述滚珠位于所述滚珠滚道与所述半球形凹面包围而成的收容部内，所述滚珠与所述收容部之间的配合关系为过盈量不大于0.08mm的过盈配合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述滚珠位于所述滚珠滚道与所述半球形凹面包围而成的收容部内，所述滚珠表面包覆有一压力油膜，所述压力油膜充满所述滚珠与所述收容部之间的间隙。

作为上述技术方案的进一步改进，所述半球形凹面所在的所述第二旋转轴上设有进油通道，所述进油通道开口于所述半球形凹面上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二旋转轴包括第二轴体与滚珠保持架，所述第二轴体为外表面上设有一环形沟槽的圆柱体，所述滚珠保持架位于所述环形沟槽内，所述滚珠保持架上开设有多个所述半球形凹面。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二旋转轴上设有用于对外连接执行部件的连接部。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一旋转轴上设有中心油槽及分油孔。

一种滚珠圆周运动进给系统，包括驱动电机、滚珠圆周运动传动机构、执行机构：

所述滚珠圆周运动传动机构包括第一旋转轴、第二旋转轴、多个滚珠；

所述第二旋转轴为外表面开设多个半球形凹面的圆柱体，所述半球形凹面沿所述第二旋转轴的圆周面均匀分布，所述第一旋转轴的轴向与所述第二旋转轴的轴向垂直；

所述滚珠可旋转地保持于所述半球形凹面上，并可于所述滚珠滚道上滚动；

所述驱动电机用于驱动所述第一旋转轴旋转；

所述执行机构与所述第二旋转轴连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述滚珠位于所述滚珠滚道与所述半球形凹面包围而成的收容部内，所述滚珠表面包覆有一油膜，所述油膜为压力油膜并充满所述滚珠与所述收容部之间的间隙。

本发明的有益效果是：通过设置相互垂直布置的第一旋转轴与第二旋转轴，利用滚珠而实现第一旋转轴对第二旋转轴的圆周运动传动，进而在第一旋转轴轴端设置驱动电机，在第二旋转轴上连接执行机构，提供了一种传动精度高、结构简单可靠的滚珠圆周运动传动机构及进给系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1提供的滚珠圆周运动传动机构的整体透视图；

图2是本发明实施例1提供的滚珠圆周运动传动机构的分解透视图；

图3是本发明实施例1提供的滚珠圆周运动传动机构的俯视视图；

图4是本发明实施例1提供的滚珠圆周运动进给系统的整体透视图；

图5是本发明实施例2提供的滚珠圆周运动传动机构的俯视剖视图；

图6是图5中滚珠圆周运动传动机构的A处放大视图；

图7是图6中滚珠圆周运动传动机构的B处放大视图。

主要元件符号说明：

10000-滚珠圆周运动进给系统，1000-滚珠圆周运动传动机构，0100-第一旋转轴，0110-滚珠滚道，0120-中心油槽，0130-分油孔，0200-第二旋转轴，0210-半球形凹面，0220-第二轴体，0230-滚珠保持架，0240-连接部，0250-进油通道，0300-滚珠，0310-油膜，2000-驱动电机，3000-执行机构。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对滚珠圆周运动传动机构及进给系统进行更全面的描述。附图中给出了滚珠圆周运动传动机构及进给系统的优选实施例。但是，滚珠圆周运动传动机构及进给系统可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对滚珠圆周运动传动机构及进给系统的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在滚珠圆周运动传动机构及进给系统的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请结合参阅图1、图2及图3，滚珠圆周运动传动机构1000包括第一旋转轴0100、第二旋转轴0200、多个滚珠0300：

第一旋转轴0100为外表面具有螺旋状的滚珠滚道0110的圆柱体，滚珠滚道0110的螺旋方向沿第一旋转轴0100的轴向。

第二旋转轴0200为外表面开设多个半球形凹面0210的圆柱体，多个半球形凹面0210沿第二旋转轴0200的圆周面均匀分布。

第一旋转轴0100的轴向与第二旋转轴0200的轴向垂直。

滚珠0300可旋转地保持于半球形凹面0210上，并可于滚珠滚道0110上滚动。滚珠0300受第二旋转轴0200的约束，二者之间保持连接。同时，滚珠0300可于半球形凹面0210上绕滚珠0300的中心自由旋转，且其同时与半球形凹面0210、滚珠滚道0110保持接触作用。

换言之，滚珠0300可发生两种旋转运动，即其绕其自身中心的旋转运动与随第二旋转轴0200旋转的旋转运动。

具体而言，当第一旋转轴0100旋转时，滚珠滚道0110随之旋转。由于滚珠滚道0110具有螺旋形状，滚珠滚道0110对位于第一旋转轴0100与第二旋转轴0200结合部的滚珠0300施加作用力。

由此，滚珠0300发生滚动运动，随即对半球形凹面0210施加推动力。在该推动力的作用下，半球形凹面0210及其所在的第二旋转轴0200发生旋转运动。显然地，第二旋转轴0200的旋转方向与第一旋转轴0100的旋转方向相互垂直。

在此一过程中，随着第二旋转轴0200的旋转，位于不同半球形凹面0210上的滚珠0300依次与滚珠滚道0110接触，使第二旋转轴0200持续受到驱动而保持与第一旋转轴0100同步的旋转，从而实现第一旋转轴0100对第二旋转轴0200的运动传递。

滚珠0300为表面光滑的球形零件，其与滚珠滚道0110之间为点接触。因此，滚珠0300与滚珠滚道0110之间接触面积很小，二者之间的摩擦力很小，极大地降低了二者之间的传动损耗，传动效率极高。

同理，滚珠0300与半球形凹面0210之间亦为点接触，二者之间的摩擦力很小，传动损耗小而传动效率高。

进一步地，滚珠0300位于滚珠滚道0110与半球形凹面0210包围而成的收容部内，滚珠0300与收容部之间的配合关系为过盈量不大于0.08mm的过盈配合。

在此一结构下，滚珠0300与滚珠滚道0110及半球形凹面0210之间的作用下十分理想。滚珠滚道0110、半球形凹面0210与滚珠0300由于相互压迫而发生一定程度的变形，三者之间近似于刚性连接，有效地消除其配合间隙，避免存在配合间隙而引起传动过程的抖动干扰，使滚珠圆周运动传动机构1000具有极高的传动精度与稳定性。

当第一旋转轴0100突然改变旋转方向时，由于滚珠0300与滚珠滚道0110、半球形凹面0210之间不存在配合间隙，三者之间始终保持接触而不会发生瞬间空载，避免了瞬间空载引起的传递扭矩丢失以及控制精度降低等不利影响。

此外，在该过盈量条件下，滚珠0300与滚珠滚道0110、半球形凹面0210之间的磨损较为理想，避免磨损过大而影响滚珠圆周运动传动机构1000的使用寿命。

进一步地，第二旋转轴0200包括第二轴体0220与滚珠保持架0230。第二轴体0220为外表面上设有一环形沟槽的圆柱体，滚珠保持架0230位于环形沟槽内，滚珠保持架0230上开设有多个半球形凹面0210。

具体而言，第二轴体0220与滚珠保持架0230固定连接。具有环形结构的滚珠保持架0230套接于所述第二轴体0220的环形沟槽内，多个半球形凹面0210沿第二轴体0220的圆周轮廓均匀分布，半球形凹面0210均设有滚珠0300。

由此，第一旋转轴0100通过滚珠0300驱动滚珠保持架0230及其所处的第二轴体0220旋转，实现圆周运动的传递。

进一步地，第二旋转轴0200上设有用于对外连接执行部件的连接部0240，满足对各种执行部件的运动输出。

请参阅图4，滚珠圆周运动进给系统10000，包括滚珠圆周运动传动机构1000、驱动电机2000、执行机构3000：

驱动电机2000用于驱动第一旋转轴0100旋转。具体而言，驱动电机2000的输出端与第一旋转轴0100的轴端连接，提供第一旋转轴0100的旋转运动源动力。

执行机构3000与第二旋转轴0200连接。具体而言，执行机构3000与第二旋转轴0200的输出端连接，受其驱动而实现旋转动作。

在一个较佳的实施例中，滚珠圆周运动进给系统10000应用于车削加工中。执行机构3000为设有工装夹具的转台。需要被加工的工件被夹装于执行机构3000上，随执行机构3000旋转而在加工刀具的切削下被加工成所需的形状。

实施例2

第一旋转轴0100的轴向与第二旋转轴0200的轴向垂直。

滚珠0300为球形零件，表面光滑，其与滚珠滚道0110之间为点接触。因此，滚珠0300与滚珠滚道0110之间接触面积很小，二者之间的摩擦力很小，极大地降低了二者之间的传动损耗，传动效率极高。

进一步地，第二旋转轴0200包括第二轴体0220与滚珠保持架0230，第二轴体0220为外表面上设有一环形沟槽的圆柱体，滚珠保持架0230位于环形沟槽内，滚珠保持架0230上开设多个半球形凹面0210。

请结合参阅图5、图6及图7，进一步地，滚珠0300位于滚珠滚道0110与半球形凹面0210包围而成的收容部内，滚珠0300表面包覆有一油膜0310，油膜0310为压力油膜并充满滚珠0300与收容部之间的间隙。

具体而言，滚珠0300通过油膜0310而与滚珠滚道0110、半球形凹面0210发生接触作用。油膜0310为压力油膜，可承受一定的外载荷。由此，滚珠滚道0110通过油膜0310而驱动滚珠0300滚动。进而，半球形凹面0210受压，迫使第二旋转轴0200旋转。

在该结构下，油膜0310与滚珠滚道0110、半球形凹面0210同时接触，且不存在配合间隙。由此，配合间隙而引起传动过程的抖动干扰得以避免，使滚珠圆周运动传动机构1000具有极高的传动精度与稳定性。

同时，油膜0310具有一定的润滑作用，降低滚珠滚道0110、半球形凹面0210、滚珠0300之间的磨损，提高滚珠圆周运动传动机构1000的使用寿命。

进一步地，第二旋转轴0200上设有进油通道0250，进油通道0250开口于半球形凹面0210上，其数量与半球形凹面相等。进油通道0250用于保持油膜0310的压力，保证油路畅通。

进一步地，第一旋转轴0100上设有中心油槽0120及分油孔0130。中心油槽0120与分油孔0130相互连通，分油孔0130分别开口于滚珠滚道0110的螺旋面上，对应于与滚珠滚道0110结合的半球形凹面0210的位置与数量。由此，滚珠滚道0110得以润滑，油膜0310的压力及形状得以保证。

执行机构3000与第二旋转轴0200连接。具体而言，执行机构3000与第二旋转轴0200的连接部连接，受其驱动而实现旋转动作。

在一个较佳的实施例中，滚珠圆周运动进给系统10000应用于铣削加工中。执行机构3000上设有加工刀具，加工刀具随执行机构3000旋转而旋转，进而对被加工工件进行铣削加工。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种滚珠圆周运动传动机构，其特征在于，包括第一旋转轴、第二旋转轴、多个滚珠：

所述第一旋转轴的轴向与所述第二旋转轴的轴向垂直；

2.根据权利要求1所述的滚珠圆周运动传动机构，其特征在于，所述滚珠位于所述滚珠滚道与所述半球形凹面包围而成的收容部内，所述滚珠与所述收容部之间的配合关系为过盈量不大于0.08mm的过盈配合。

3.根据权利要求1所述的滚珠圆周运动传动机构，其特征在于，所述滚珠位于所述滚珠滚道与所述半球形凹面包围而成的收容部内，所述滚珠表面包覆有一压力油膜，所述压力油膜充满所述滚珠与所述收容部之间的间隙。

4.根据权利要求3所述的滚珠圆周运动传动机构，其特征在于，所述半球形凹面所在的所述第二旋转轴上设有进油通道，所述进油通道开口于所述半球形凹面上。

5.根据权利要求1所述的滚珠圆周运动传动机构，其特征在于，所述第二旋转轴包括第二轴体与滚珠保持架，所述第二轴体为外表面上设有一环形沟槽的圆柱体，所述滚珠保持架位于所述环形沟槽内，所述滚珠保持架上开设有多个所述半球形凹面。

6.根据权利要求1所述的滚珠圆周运动传动机构，其特征在于，所述第二旋转轴上设有用于对外连接执行部件的连接部。

7.根据权利要求1所述的滚珠圆周运动传动机构，其特征在于，所述第一旋转轴上设有中心油槽及分油孔。

8.一种滚珠圆周运动进给系统，其特征在于，包括驱动电机、滚珠圆周运动传动机构、执行机构：

所述驱动电机用于驱动所述第一旋转轴旋转；

所述执行机构与所述第二旋转轴连接。

9.根据权利要求8所述的滚珠圆周运动进给系统，其特征在于，所述滚珠位于所述滚珠滚道与所述半球形凹面包围而成的收容部内，所述滚珠与所述收容部之间的配合关系为过盈量不大于0.08mm的过盈配合。

10.根据权利要求8所述的滚珠圆周运动进给系统，其特征在于，所述滚珠位于所述滚珠滚道与所述半球形凹面包围而成的收容部内，所述滚珠表面包覆有一油膜，所述油膜为压力油膜并充满所述滚珠与所述收容部之间的间隙。