CN1101109A - 用于驱动机器或设备部件转动的蜗轮蜗杆传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于驱动机器的蜗轮蜗杆传动 机构，壳体是由一个底部和一个以平面方式固定在该 底部上的盖部构成的，至少在端面之一处或在蜗轮无 螺齿的部分上设置有一个连接轴座，该轴座穿过底部 和盖部，用于连接转动部件，滚子轴承的两个外圈贴 合并/或固定在壳体的底部和盖部的侧壁处，而两个 相应的内圈则贴合并/或固定在蜗轮的侧壁上。

Description

本发明涉及一种用于驱动机器或设备部件、如驱动一个位于底盘或基座上的起重机转动的蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动装置的壳体固定在底盘或基座上，蜗杆可在手动或驱动马达的驱动下转动，蜗轮则可转动地支撑在壳体上，在蜗轮上与蜗杆上的齿啮合区的两侧端面处分别设置有滚子轴承。

已知的用于自动起重机的驱动装置通过诸如两个液压缸产生摆动，该液压缸为齿条结构并在其左右各布置有一个支撑其轴颈的轴承。转动力通过该齿条传到一个直径较大的齿轮上。由于采用了这种液压缸驱动装置，使得所采用的驱动装置可获得较大的跨距，从而可以承受较大的倾翻力矩。

在已知的一种传动装置（见DE-OS 34 46 438）中，蜗轮是通过一个十字滚子轴承支撑的。由于采用单列轴承，使传动装置（蜗轮、蜗杆）可产生倾翻力矩。这是人们所不希望的，因为这样会使单列轴承丧失承重能力，从而不能承受特别大的负荷。此外，单列轴承会使蜗杆产生倾斜，这对于蜗轮蜗杆的啮合关系将产生极为不利的影响。该单列轴承通过外环上的螺纹连接件与壳体连接，并通过内环上的螺纹连接与蜗轮连接。这样也导致制造和安装费用增加。

此外，在本文开始就提及的那种蜗轮蜗杆传动装置上，还有一些已知的结构，其中，蜗轮是通过双重、特别是双轴承方式支撑在传动装置壳体内的。双轴承对于蜗轮而言，是指在同一轴线上布置有两个相互分开的轴承、例如滚子轴承。在所述的机构中，蜗轮蜗杆传动装置均用作阀门操纵、多级传动系、特别是带有直流电机的传动系或螺旋式升降机传动系中的一个传动链。这些实施方案的共同特点是，其中没有配备专为克服施加给蜗轮的轮或轴上的格外大的倾翻力矩的装置。显然，这类传动装置的壳体总是制成一体的，这种结构无助于保持或提高用作被动件的蜗轮的齿轮部分或轴部分的稳定性。

因此，本发明的任务在于提供一种用于传动转动的蜗轮蜗杆传动装置的机构，这种机构一方面结构紧凑、节省空间;另一方面，可以承受并传递来自外界的特别大的外力（如轴向力和径向力）及力矩、特别是倾翻力矩。为了解决上述任务，采用如下方案，壳体是由一个底部和一个以平面方式固定在该底部上的盖部构成的，至少在端面之一处或在蜗轮上的无螺齿的部分设置有一个连接轴座，该轴座穿过底部和盖部，用于连接转动部件，滚子轴承的两个外圈贴合并/或固定在壳体的底部和盖部的侧壁处，而两个相应的内圈则贴合并/或固定在蜗轮的侧壁上。

传动装置的壳体分为上、下两体，两体之一上制有蜗轮的连接座，转动着的机器或设备部件可插入该连接座。这样，两个滚子轴承的外圈固定在壳体的上体或下体上，而其内圈则固定在蜗轮上，然后，通过螺栓将上、下体相互固定成一体，从而得到一个结构紧凑、节省空间并且结构坚固的整体，使得传动部件与轴承在结构上形成一体结构。通过这种方式，使滚子轴承能够得到预紧力并增加了其稳定性。这样，就可以在蜗轮上安装重量很大的转动部件，从而不仅能够承受轴向力和径向力，而且可以承受较大的倾翻力矩。

本发明的传动机构特别适于用作机器和设备部件的直接传动机构。它以较低的造价和较高的可靠性取代了已知的带有中间传动机构的传动连接件和小齿轮。由于本发明在蜗轮上采用了双轴承以及采用了通过螺纹连接连成一体的壳体部件，使得位于传动装置壳体中的蜗轮在结构简单，造价低廉的条件下，能够获得很大的承受倾翻力矩的强度。

由于壳体是封闭的，因而可以保护本发明的传动装置不受外界的影响，从而降低了对养护的依赖性。对于这种带连接座的连接结构，结构精度方面要求不高，因为本发明的传动机构本身就具备相当高的精度。从本发明的方案中，还可以获得如下效果，一方面由蜗轮、另一方面由传动装置的壳体的上、下体（底部或盖部）作为经过双轴承上的经过硬化处理的滚道（内、外圈）的承力部件。为此，壳体的两部分相互牢固地连接或固定在一起。蜗轮的轴承也可以由四点支撑（滚珠轴承），或采用滚子轴承。轴承上的力可通过在壳体的外法兰上的其他固定螺纹件或类似部件传到外围结构上。采用本发明的措施，可使壳体及蜗杆能够承受在用于较重的机器和设备部件的情形下，通过轴承传递的较高的负荷。例如壳体的上体或盖部可以起到分担来自外界拉力的作用。另外，壳体可以在无间隙的状况下、即预紧的状况下支撑轴承。

根据一个特殊的实施例，壳体的两分体是借助于密封件相互接合的，从而可以实现与外界的隔绝。

本发明的基本构思是，在所述的使用状况下，承受高负荷的蜗轮的支撑部分能够在三维方向上承受负荷。根据该构思，本发明的改进在于，蜗轮通过两个相互分开的向心推力滚子轴承可转动地支撑;其中，滚道、特别是内圈和外圈在周向上的60°至120°范围内、最好是在90°范围内包围滚动体。这样就可以不采用那种本身已知的方式（如前面所述），即用一个单一的十字滚子轴承作为蜗轮的轴承的方式。通过采用两个向心推力滚子轴承，可以很好地承受径向力、轴向力及倾翻力矩。

为简化传动装置与转动部件的连接结构，本发明提出了另一种方案，即至少在蜗轮的一个端面上或在其不带齿的侧面上制造出专为连接转动部件而设置的结构，或通过法兰上的孔进行螺纹连接，或通过诸如爪形联结结构或咬合装置连接转动部件。所有将蜗轮与转动部件连成一体的方案均在本发明的构思之内。

采用本发明的另一方案还可以降低制造成本，其中，在滚子的滚道上、特别是在内圈和外圈上制有径向贯通的开槽。这样，不仅在制造时可用一条钢带制造滚道从而降低制造成本，同时由于缩短了装配、安装时间也使费用得到进一步降低。

在采用滚子轴承时，可根据需要将外圈固定在传动装置壳体的内壁上、内圈固定在传动着的蜗轮上。两个滚子轴承通过传动装置的盖板连成一体。

由于这种方案允许传递较高的传动扭矩，因而在本发明的另一方案中，设置了两个或更多蜗杆与一个（共有的）蜗轮相互作用。

在负荷极大的情形下，本发明可根据需要设置带有多个滚动体的滚子轴承，各滚动体列分别在相互成一定角度的滚道上滚动。例如，一列滚动体仅用于传递径向力而另外两列滚动体则分别承受轴向力和两个方向上的扭矩。第一列滚动体在柱形滚道上滚动，而另外两列滚动体则在与之垂直的平面上滚动。已知这种轴承本身被归类为双列向推力轴承。

在已知的蜗轮蜗杆传动装置中、特别是在其不作为纯变速传动装置而用作如本发明所限定的那种用于直接驱动机器和设备部件的装置（与DE-OS 34 46 438对比）的情况下，容易产生如下问题：即处于传动过程中的蜗轮无论在何时都必须能够在较短的时间内被制动。因为在所述的使用情况下，转动着的蜗轮通常带着很大的质量转动，因而转化的动能范围较小。所以，在快速制动的情况下，可能会折断蜗轮上的齿，或折断与蜗轮啮合的蜗杆螺纹。

因此，本发明又提出了一个新的问题，即如何克服和补偿在起动和制动与机器部件连接的蜗轮的过程中，所产生的动载荷，以防破坏蜗轮与蜗杆之间的传动啮合。为解决这个问题，本发明提出，在具有本文开始就已提及特征的那种蜗轮蜗杆传动机构中，不仅为蜗杆提供可转动的支撑，而且在蜗杆的轴向上还提供一个可克服弹簧力（线性力）移动的支撑。换句话说，就是设置一个或多个弹性元件，用于限制蜗杆在传动装置壳体内的直线移动。根据需要，可以通过如下方式满足上述要求，弹性元件的一端抵住壳体的侧壁，另一端则支撑住或抵住蜗杆。通过这样的措施，可以补偿转动着的部件的惯性力，同时又不会因过载而损坏轮齿。这样也可避免冲击性的制动。

一种较好的方案是，弹性装置由位于蜗杆螺纹段的一端或两端的后方的一个碟形弹簧或多个通过螺栓连接或只是相互叠靠在一起的碟形弹簧组构成的，它们嵌在螺纹端与蜗杆轴端之间并抵住壳体侧壁。

本发明的这种弹性装置允许蜗杆在壳体或框架产生少许的升降，从而可平衡或补偿在制动和减速产生的附加载荷。

蜗杆最好由位于其两端的向心推力轴承来支撑，因为这样可缓冲来自外加负载的惯性力或冲击力，同时还可以将预紧的碟形弹簧布置在推力轴承与蜗杆之间。

为了加强度受倾翻力矩的强度，本发明提出了另一种方案，其中，壳体的盖部和底部沿着蜗轮轴线方向或平行于蜗轮轴线方向装配在一起。由于壳体两部分的支撑面相互靠合，从而提高了稳定性，避免了二者相互倾斜，为双蜗轮轴承的外圈提供了牢固的支撑。壳体部件的支撑面的尺寸最好这样选择，即支撑表面可以穿过固定件，特别是螺纹件。如果固定件或螺纹件的轴线平行于蜗轮的轴线方向，则可进一步提高结构的抗倾翻能力，因为在这种情况下壳体部件的支撑面可以以最大的力相互压在一起，由此提高了轴承的稳定性。

根据本发明，蜗轮的连接轴座将沿着轴向或与轴平行的方向穿透壳体部件之一，或其盖部或其底部。因而，该连接轴座便于容纳并支撑转动着的机器或设备部件。

本发明的蜗轮蜗杆传动装置-转动驱动装置特别适合于在汽车上、建筑工地上、港口或工厂里使用的起重机、挖掘机、升降吊盘、深沟挖掘机、混凝土搅拌机、叉车-装载机、焊接转动台及混凝土泵，以构成现场需要的转动连接件。本发明的传动装置还可以用于吊斗上的摆动机构、夹轨钳、工作负荷回转机、悬挂操纵装置、可摆动的装载机悬挂机构、车库设备、可摆动的升降台、汽车卷扬机、巷道卷扬机、重载汽车的操纵台、卡车的转向-驱动单元、用于包装、填充、贴标签、分类的机器、混合-搅拌器、用于废水、泥浆处理的浓缩、过滤设备、建筑机械、回转仓库，挖掘装载机、万向挖掘机、机器手、供料机械、以及圆周进给的回转式扳手。

本发明的其他细节、特征及优点可由从属权利要求及以下借助于附图对本发明最佳实施例的描述中得出。附图为：

图1为带有蜗轮蜗杆传动装置的驱动机构的轴测图;

图2为沿图1中Ⅱ-Ⅱ线截取的主视图;

图3为沿图2中Ⅲ-Ⅲ线截取的剖视图;

图4为图3中Ⅳ部分的局部放大图;

图5为用于图1-4所示机构的滚子轴承的横向视图。

如图1所示，用于本发明的转动传动装置的蜗轮蜗杆传动装置1中包括一个带有一个底部2a的传动装置壳体2（见图3），蜗杆3与蜗轮4均可转动地支撑在该壳体中。底部2a上有一个支撑面20，该支撑面上穿有一组与蜗轮4轴线平行的内螺纹孔21。拱形底部2a的平直的端面处向外延伸出一个固定法兰22，底部通过该法兰上的固定连接孔23固定到基座或底盘（图中未示）上。蜗杆3上的螺旋状的螺纹5与蜗轮的齿6啮合。转动驱动马达（图中未示）与蜗杆相连。

蜗轮4在其端部有一个与其轴线平行的、最好是呈柱形向外突出的连接轴座7，在轴座的端面8上制有多个沿周向依次排列成环形的螺纹孔9。该孔用于固定转动着的机器或设备部件（图中未示）。由图1中可见，在蜗轮齿6的端面上放置有一个直径较小的向心推力滚子轴承内圈10（参照图4）。在该内圈10中上嵌入多个滚子11并安装上一个直径较大的外圈12即构成了一个完整的向心推力滚子轴承10、11、12。

由图1、特别是图2中可以看出，在蜗杆轴上两端、距蜗杆上螺纹段端部有一定距离处，各设置有一个呈环形外突的限位轴肩13。在各轴肩13与可转动地支撑在壳体6的侧壁处的蜗杆端头14之间设置有一个或多个金属碟形弹簧16构成的弹簧组15，特别应指出的是，这些弹簧在张紧状态下安装的。

碟形弹簧16、特别是弹簧组15是通过其上的内槽插在蜗杆上的蜗杆螺纹5的两侧处直至到达限位轴肩13处。

碟形弹簧16是由环形板制成的，由图2中的部分剖视图中可见，碟形弹簧的中间部分是一个平面，由此向外扩展的部分与该平面成一定角度形成一斜面，从而该碟形弹簧成为二维的板。在一个弹簧组15中至少有两个这样的碟形弹簧16，二者轴对称地叠合在一起，只有二者的边缘处相互接触，该接触部分与所述的平面部分偏离度最大。在受到轴向力作用、例如在蜗轮4短时减速或加速时，这种偏离会因为抵抗弹簧的作用而被减小。固此，蜗杆3可在传动装置壳体2内作直线往复运动17。在蜗轮2大幅度加速或减速时、例如在制动或起动时，蜗杆3上的这种往复运动将使得由此产生的动载荷被两侧的弹簧组15所吸收，因而负载的突然制动不会破坏齿6和/或螺纹5。

由图3可见，在下壳体2a的支撑面20（参见图1）上平面地放置一个壳体（上）盖部2b，由此构成一个整壳体2。连接螺栓24旋入下壳体2a上的内螺纹孔21中并插入在上壳体2b的孔中，由此使上下壳体牢固地固定在一起。蜗轮4通过两个滚子总成10、11、12可转动地支撑在传动装置壳体2上，各轴承分别支撑在蜗轮齿6的两端面6a、6b处。直径较小的内圈10分别固定在蜗轮齿6的端面6a或6b处，而直径较大的外圈11则固定在壳体2的内侧壁处。由于蜗轮4上的支撑由分布在蜗轮齿端面6a、6b处的滚子轴承10、11、12上分担，因而可以承受很大的径向力Frad’、轴向力Fax和倾翻力矩Mk，这样，使得蜗轮4上为传动转动部件所必须的转动力矩Md不会对中轴18产生不利的影响。

若双轴承采用图4中所示的向心推力滚子轴承，则效果会更好。滚道、或内外圈10、12只是在90°范围内围住滚子11。如果图3所示的轴承布置在与中间轴线18同轴或平行于该轴线的位置，则通过分别布置在蜗轮端面6a、6b处的两个共同作用的轴承10、11、12，可以更加可靠地承受倾翻力矩Mk。

图5中表示了整个向心滚子轴承10、11。2的主视图。其中可以看到沿轴向制成的槽19，这些槽均贯穿滚道、或直径较小的和直径较大的圈10、12。

Claims (18)

1、一种用于驱动机器或设备部件、如驱动一个位于底盘、或基座上的起重机转动的蜗轮蜗杆传动机构，所述蜗轮蜗杆传动装置(1)的壳体(2)固定在底盘或基座上，蜗杆(3)可通过手动或驱动马达被驱动转动，蜗轮(4)则可转动地支撑在壳体(2)上，在蜗轮(4)上与蜗杆(3)上的齿(6)啮合区的两侧端面(6a、6b)处分别设置有滚子轴承(10、11、12)，其特征在于，壳体(2)是由一个底部(2a)和一个以平面方式固定在该底部上的盖部(2b)构成的，至少在端面(6a、6b)之一处或在蜗轮(4)无螺齿的部分上设置有一个连接轴座(7)，该轴座穿过底部和盖部，用于连接转动部件，滚子轴承的两个外圈(12)贴合并/或固定在壳体(2)的底部和盖部的侧壁(2a、2b)处，而两个相应的内圈(10)则贴合并/或固定在蜗轮(4)的侧壁上。

2、如权利要求1所述的机构，其特征在于，蜗轮（4）通过两个向心推力滚子轴承来支撑，其中，滚动体（11）被滚道、即被内圈和外圈（10、12）在周向60°至120°的范围内、最好是在90°的范围内所包围。

3、如上述权利要求之一所述的机构，其特征在于，为了支撑蜗轮（4），设置了两个滚子轴承（10、11、12），轴承的滚道、即内圈和外圈（10、12）上制有槽（19）。

4、如上述权利要求之一所述的机构，其特征在于，为了支撑蜗轮（4），设置了两个滚子轴承（10、11、12），其内圈（10）不同于外圈（12），特别是其直径小于外圈（12）。

5、如上述权利要求之一所述的机构，其特征在于，传动装置壳体（2）的底部和/或盖部与/或蜗轮（4）上均制有一个凹槽，用于嵌入外圈（12）。

6、如上述权利要求之一所述的机构，其特征在于，两个或两个以上可驱动的蜗杆与一个共同的蜗轮啮合。

7、如上述权利要求之一所述的机构，其特征在于，滚子轴承上具有多个滚动体列，它们最好分别在相互成一定角度的滚道上滚动。

8、如权利要求7所述的机构，其特征在于，带有多滚动体列的滚子轴承被制成已知的双向心推力轴承的结构。

9、如上述权利要求之一所述的机构，一个长蜗杆（3）与一个与之啮合的蜗轮（4）各自可转动地支撑在同一个传动装置壳体（2）或框架内，其特征在于，蜗杆（3）在其纵向上可克服弹力而纵向移动（见箭头17）。

10、如权利要求9所述的机构，其特征在于，蜗杆是通过克服一个或多个弹性元件（15、16）的弹力而进行移动（17）的，该弹性元件由壳体侧壁（2）支撑并与蜗杆（3）（在13）处接合。

11、如权利要求9或10所述的机构，其特征在于，蜗杆是通过克服一个或多个弹性元件（15、16）的弹力而进行移动的，弹性元件的一端支撑在位于蜗杆（3）上螺纹段（5）的端部与可转动地支撑着的端头（14）之间的轴肩（13）上，另一端支撑在壳体（1）的侧壁（2）上。

12、如权利要求10、11所述的机构，其特征在于，所述的一个或多个弹性元件（15、16）是由套装在蜗杆上的螺旋弹簧或碟形弹簧（16）构成，根据情况，这些弹簧可以组合成一个可伸张的弹簧组。

13、如权利要求所述的机构，其特征在于，壳体（2）的盖部和底部（2a、2b）在蜗轮轴线（18）的方向上或在平行与蜗轮轴线（18）的方向上相互装配并/或通过螺纹件连接。

14、如上述权利要求之一所述的机构，其特征在于，固定件、特别是螺纹件穿过壳体（2）的底部和盖部（2a、2b）的共同支撑面。

15、如权利要求14所述的机构，其特征在于，固定件或螺纹件（21、24）的轴线平行于蜗轮轴线（18）。

16、如上述权利要求之一所述的机构，其特征在于，连接轴座（7）沿着盖部和底部（2a2b）的轴线方向或平行于该轴线方向穿过盖部和底部。

17、如上述权利要求之一所述的机构，其特征在于，在蜗杆（3）的两端处各设置有一个向心推力轴承。

18、如上述权利要求之一所述的机构，其特征在于，连接轴座（7）用于安装和支撑机-器或设备部件。

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