CN110242704B - 一种基于滚动摩擦的传动装置及其传动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于滚动摩擦的传动装置及其传动方法，所述传动装置至少包括沿轮体周向排布的与所述轮体可拆卸连接的若干可自转的蜗齿以及设置有与所述蜗齿接合的蜗道的蜗杆，在所述蜗杆以及所述轮体的轴线彼此异面且所述蜗杆绕自身轴线转动时，至少两个蜗齿与所述蜗道接合，并且接合于所述蜗杆轴向中间位置蜗道的蜗齿至少与所述蜗道的位于该蜗齿两侧的齿面存在接触线以使得该蜗齿一侧处于滚动摩擦，相对一侧处于滑动摩擦的方式带动所述轮体绕自身轴线转动。

Description

一种基于滚动摩擦的传动装置及其传动方法

技术领域

本发明涉及机械传动技术领域，涉及一种传动装置及方法，尤其涉及一种基于滚动摩擦的蜗轮蜗杆传动装置及其传动方法。

背景技术

精密齿轮传动在机械工程领域具有不可替代的重要作用。蜗杆传动作为一种重要的齿轮传动方式，在超精加工、微电子、光电子、生物医学、航空航天等先进制造领域得到了广泛的应用，直接影响着国家重大装备的性能、可靠性和安全性。

蜗杆传动用于两轴交错、传动比大、传递功率不太大或间歇工作的场合，由于具有传动平稳、噪音小、冲击载荷小，且具有自锁性等优点，作为机械传动中的一种重要传动方式在国防、冶金、造船、建筑、化工等行业得到广泛的应用。然而，普通蜗杆传动普遍具有以下显著缺点：

1、普通蜗杆传动在传动过程中容易发生磨损，其原因在于传动副在共轭齿面处相对运动速度总大于蜗杆圆周速度或蜗轮圆周速度，因此在任何位置接触点的相对速度都不会为零且始终处于滑动摩擦状态，即啮合齿轮间有较大的相对滑动速度，从而会导致齿面的磨损、发热和能量的消耗，这就使得普通蜗杆传动的摩擦损耗功率大，传动效率低，齿面磨损耗，精度寿命低；

2、为了减少齿面磨损，蜗轮蜗杆机构经常使用昂贵的材料和良好的润滑装置，显然这样大大增加了成本。

由此可见，以上的这些缺点使得普通蜗杆很难满足现代工业中高精度、高效率传动的要求，例如在工业机器人、数控机床、印刷设备、自动火炮和雷达等传动系统中，这些传动系统对蜗杆传动部分不仅要求高精度及精度寿命，还要求高效率，而普通蜗杆传动中的滑动摩擦必然会给这些系统带来冲击、振动、噪声、降低系统随动精度和稳定性等问题。

例如，公开号为CN106224447B的中国专利文献公开了一种蜗轮丝杠。其中，包括新型螺旋齿轴、新型蜗轮、套筒、端盖、蜗轮轴、轴承等，新型螺旋齿轴是有螺旋角为α的螺旋齿的长轴，有沿螺旋角90°-α且与螺旋齿旋向垂直的螺旋线切割的通槽、60°倒角的切口，新型蜗轮在蜗轮齿面中点加工有与前述切口相同截面尺寸的凸台，蜗轮齿面和螺旋齿齿面线接触，凸台与切口对齐、配合，蜗轮轴穿过套筒上的U形槽，通过滚动轴承安装在端盖上的盲孔上，在电机的驱动下，新型蜗轮在新型螺旋齿轴上沿螺旋线滚动，依靠机械咬合力实现螺旋传动。该专利公开的蜗轮丝杠，相比传统丝杠，滑动摩擦非常小且与驱动力、轴向负荷无关，运动的螺纹升角可较大幅度增大，传动效率更高，传动更加平稳、可靠。该专利提供的传动装置通过将齿轮丝杆上的原有的直齿齿轮改进为有凸台的新型蜗轮，并且把原有的螺旋齿轴改进为建工有螺旋角90°-α且与螺旋齿螺旋线旋向垂直的螺旋线方向切割的切口的新型螺旋齿轴，把齿面的接触改进为线接触，从而使传动更加可靠，传动效率更高，但是，该线接触与普通的蜗轮蜗杆的线接触相同，均是在相对滑动下的线接触，在啮合齿轮间有较大的相对滑动速度时，这种滑动的线接触会导致齿面的磨损、发热和能量的消耗，因此无法实现高精度、高效率、高寿命、高可靠性的传动。

例如，公开号为CN101710350A的中国专利文献公开了一种双导程直线接触偏置蜗杆传动的设计与制造方法，该发明的设计方法步骤为：1.依据所需传递的功率、传动比和转速，在确定基本参数；2.在初算蜗轮外径的基础上，以规定的分度圆为基准进行参数设计；3.按上述参数设计中所推导出的公式，计算各参数。该发明的加工方法包括：铣削加工方法、飞刀滚削加工方法和数控车削加工方法，该发明的设计方法简单而精确，可使蜗轮蜗杆的结构简化，同时使加工制造简单，除采用专用机床高效、高精度加工外，也可利用现有的机床和刀具精确切削加工齿面，而不必添加其它设备或使用专用机床和专用刀具。该专利提供的蜗杆传动设计是基于直线接触的空间相错轴螺旋齿圆柱齿轮传动的原理，其基本特征是蜗杆工作面是两个不同导程的渐开螺旋面，蜗轮齿面是与两个不同基圆柱相切的平面上的斜直发生线分别向两个方向展开形成的，相当于圆柱齿轮的内啮合面和外啮合面，蜗轮与蜗杆啮合传动的瞬时接触为直线接触，但是对其共轭齿面的内啮合齿面来说，如果内啮合不产生干涉，需要蜗轮的齿深能够容纳蜗杆的齿高，即需要增加蜗杆端面到蜗轮轴线的距离(中心距)或者增加安装高度以避免齿面干涉，这在一定程度上增加了安装加工的精度的要求，而增加中心距带来的误差对润滑角度影响较大，不利于动压油膜的形成，润滑效果差。

以上文献中公开的改进结构，并没有改变蜗轮齿与蜗杆齿面之间的相对滑动摩擦的本质，而采用滚动摩擦代替滑动摩擦的新型蜗杆传动结构形式，是提高蜗杆传动效率的一条有效途径，同时也能够有效解决滑动摩擦带来损耗功率大、传动效率低、齿面磨损快以及精度寿命低等问题。

例如，公开号为CN109538697A的中国专利文献公开了一种滚珠蜗轮蜗杆的传动装置，属一种机械传动结构，包括蜗轮与蜗杆，蜗轮上部设有多个沿蜗轮轴向的导流孔，且多个导流孔呈环向排列，蜗轮的外边沿上还设有多个第一半圆槽，多个第一半圆槽沿蜗轮的外边缘呈环向排列，且每个第一半圆槽分别与各自的导流孔相对应；蜗轮轴向的两端还固定有滚珠压盖，滚珠压盖内壁上设有多个第二半圆槽，且每个第二半圆槽与各自的第一半圆槽组合，再与各自的导流孔在蜗轮轴向的两端形成滚珠通道，每个滚珠通道中均设有多个滚珠；通过在蜗轮轴向的两端设置循环的滚珠通道，即通过将钢珠置入蜗轮及蜗杆之间以滚动摩擦取代滑动摩擦，将原来蜗轮蜗杆的滑动传动改为滚动传动，从而显著地提高了传动效率。

例如，公开号为CN105351446B的中国专利文献公开了一种蜗轮蜗杆。其在蜗杆的表面设置有螺旋形的滚珠滚道，滚珠滚道在螺旋的一端以圆滑的形状进入蜗杆的内部，又从蜗杆的内部以圆滑的形状出来到蜗杆的表面与螺旋的另一端连通，从而形成一个圆滑的循环的滚珠滚道；在滚珠滚道中设置有能够在滚珠滚道中循环滚动的一组滚珠；蜗轮的轮缘设置成与蜗杆的外圆形状相应的弧形，在蜗轮的弧形轮缘上设置有与蜗杆表面的螺旋形的滚珠滚道相应的滚珠滚槽。本发明蜗杆蜗轮之间通过滚珠与滚珠滚槽之间的嵌合，滚珠在滚珠滚道和滚珠滚槽形成的空间中的滚动实现蜗杆对蜗轮的传动，化滑动摩擦为滚动摩擦，显著提高了传动效率。

例如，天津大学李雪飞的硕士论文《滚珠蜗杆传动的研究》公开了用滚动摩擦代替滑动摩擦的新型蜗杆传动结构型式，对目前各种结构型式设计方案的滚珠蜗杆传动的结构特点进行了分类研究。再运用共轭曲面原理,建立了滚珠蜗杆传动的蜗杆、蜗轮的齿面方程。推导了一类、二类界限曲线,估算了滚珠蜗杆的传动效率,推导了设计滚珠蜗杆所必需的参数公式。最后,借鉴了滚珠丝杠及角接触球轴承承载能力的计算方法,采用Lundberg-Palmgren理论对滚珠蜗杆的承载能力计算进行了研究,得出了滚珠蜗杆传动承载能力的计算公式。基于遗传算法对滚珠蜗杆传动进行了参数优化设计,较为有效地提高了滚珠蜗杆传动的承载能力。

但是，上述专利公开的滚珠蜗轮蜗杆传动装置，与传统蜗杆相比，滚珠蜗杆的承载能力相对较小且存在滚珠不畅的问题。而且，结构复杂，摩擦损失较大，而且计算和加工比较困难。

例如，公开号为CN102954154A的中国专利文献公开了蜗轮蜗杆传动装置。其包括轮体、轮齿、杆体、旋转外齿、固定轴和油槽，轮体圆周上设有轮齿，杆体上设有旋转外齿，轮齿与旋转外齿连接，轮体与轮齿通过固定轴固定连接，旋转外齿内设有油槽，轮齿与旋转外齿线接触，油槽一端设有进油口，另一端设有出油口。该专利提供的这种蜗轮蜗杆传动装置通用性强，结构简单，使用方便，加工难度小，将滚动摩擦代替原有的滑动摩擦传动，从而避免了润滑发热情况，使得传动效率提高，同时，轮齿与蜗杆旋转齿之间的受力小，磨损低，提高了传动精度，延长了传动装置的使用寿命，易于推广应用。但是，该专利公开的转动装置，同时参加啮合的滚子数目少，每个蜗轮齿的受载大，且齿面实际接触面小，机构的传动功率受到较大限制；此外，蜗轮齿数常常随传动比的不同而在加大的范围内变动，稳定性差。

例如，公开号为CN109578521A的中国专利文献公开了一种新型滚动摩擦蜗轮蜗杆，包括蜗轮芯，端盖，蜗轮齿柱，向心推力轴承，蜗杆，螺栓，螺母；其形式为在对应于传统标准蜗轮的一个整体形状为圆柱环形的蜗轮芯上面安装环形阵列分布的蜗轮齿柱，以代替传统标准蜗轮；蜗轮齿柱和蜗杆齿面是线接触，环形阵列分布的所有的蜗轮齿柱的回转中心线通过对应传统标准蜗轮分度圆及其圆心并且和蜗杆的轴线共面；蜗杆转动通过滚动摩擦依次推动蜗轮齿柱，蜗轮芯、端盖转动，实现了一种加工制造相对简单容易的新型滚动摩擦的蜗轮蜗杆传动装置。但是，该专利提供的传动装置，没有考虑到采用以蜗轮齿柱的母面为原始母面一次包络形成的包络蜗杆，导致重合度低，承载能力弱，而且该专利提供的蜗轮齿柱与蜗杆无法保证在连续线接触的前提下，传动的过程均为滚动摩擦，尤其是在高速传动的过程中，蜗杆副齿面之间的已不再是完整的线接触，而是间断的点接触；考虑到实际工作中，高速传动以及齿间间隙带来的冲击，齿面发生弹性变形，蜗杆副齿面之间是间断的椭圆面接触，进一步影响其承载能力。因此，针对现有技术不足，需要对现有技术进行改进，提供一种齿面磨损缓慢，能够实现双向零间隙，并且啮合效率高、高精度、高寿命以及高承载能力的传动装置。

此外，一方面由于本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

本发明提供了一种基于滚动摩擦的传动装置及传动方法，针对现有蜗轮蜗杆传动装置的传动副由于在共轭齿面处的相对运动速度大于蜗杆圆周速度或蜗轮圆周速度而处于相对滑动摩擦状态的问题，提供一种能够滚动摩擦的蜗齿以及与所述蜗齿啮合的蜗杆，将相对滑动摩擦状态转换为一侧处于相对滚动摩擦状态，另一侧处于相对滑动状态，不仅能够显著的减少蜗齿与蜗杆蜗道间的磨损，提高传动效率和精度寿命，而且还能够实现双向零间隙传动，减少高速传动中齿间间隙带来的冲击。

一种基于滚动摩擦的传动装置，至少包括沿轮体周向排布的与所述轮体可拆卸连接的若干能够滚动摩擦的蜗齿以及设置有与所述蜗齿接合的蜗道的蜗杆。在所述蜗杆以及所述轮体的轴线彼此异面且所述蜗杆绕自身轴线转动时，至少两个蜗齿与所述蜗道接合。接合于所述蜗杆轴向中间位置蜗道的蜗齿至少与所述蜗道的位于该蜗齿两侧的齿面存在接触线以使得该蜗齿一侧处于滚动摩擦，相对一侧处于滑动摩擦的方式带动所述轮体绕自身轴线转动。

一种基于滚动摩擦的传动装置，至少包括沿轮体周向排布的与所述轮体可拆卸连接的若干能够滚动摩擦的蜗齿以及设置有与所述蜗齿接合的蜗道的蜗杆。在所述蜗杆以及所述轮体的轴线彼此异面且所述蜗杆绕自身轴线转动时，至少两个蜗齿与所述蜗道接合。接合于所述蜗杆轴向中间位置蜗道的蜗齿至少与所述蜗道的位于该蜗齿至少一侧的齿面存在接触线以使得该蜗齿一侧处于滚动摩擦而带动所述轮体绕自身轴线转动。

根据一种优选实施方式，若干所述蜗齿不可转动地或可转动地固定在所述轮体上。所述蜗齿配设有可转动的轴圈。所述轴圈与所述蜗齿的径向外周面之间形成用于保持辊子的笼腔。所述蜗齿的径向外周面设置有以不可丢失的方式保持有所述辊子的跑道。在所述蜗杆和/或所述轮体转动的情况下，在所述跑道上的所述辊子能够随所述轴圈沿所述蜗齿的径向外周面旋转而转动。

根据一种优选实施方式，在所述蜗杆绕自身轴线转动且至少两个所述蜗齿与所述蜗道接合的情况下，通过所述蜗齿与所述蜗道的齿面间的接触而向所述蜗齿施加径向力和切向力。所述切向力通过所述蜗齿与所述蜗道之间的滚动摩擦和/或滑动摩擦而带动所述蜗齿绕其自转轴线转动。所述径向力通过所述蜗齿传递至所述轮体，并带动所述轮体绕其轴线转动。

根据一种优选实施方式，在所述蜗道与至少两个所述蜗齿接合时，接合于所述蜗杆轴向中间位置蜗道的蜗齿承受的径向力大于接合于所述蜗杆轴向两端位置蜗道的蜗齿承受的径向力。接合于所述蜗杆轴向中间位置蜗道的蜗齿承受的切向力大于接合于所述蜗杆轴向两端位置蜗道的蜗齿承受的切向力。

根据一种优选实施方式，在所述蜗道与至少两个所述蜗齿接合时，接合于所述蜗杆轴向中间位置蜗道的蜗齿通过与所述蜗道位于该蜗齿两侧齿面的接触而在第一侧齿面承受第一切向力和第一径向力。在第二侧齿面承受第二切向力和第二径向力。所述蜗齿通过方向相反且大小不同的第一径向力和第二径向力带动所述轮体绕其轴线转动。所述蜗齿通过方向相同且大小不同的第一切向力和第二切向力在第一侧齿面发生相对滑动，并且在第二侧齿面绕其轴线转动而发生相对滚动。或者所述蜗齿通过方向相同且大小不同的第一切向力和第二切向力在第一侧齿面绕其轴线转动而发生相对滚动，并且在第二侧齿面发生相对滑动。

根据一种优选实施方式，在所述蜗杆通过绕其轴线转动对所述蜗齿施加径向力带动所述轮体绕其轴线转动的情况下，所述蜗齿的自转轴线沿所述轮体的径向与所述轮体的轴线垂直相交。所述蜗齿的自转轴线沿以所述轮体的轴心为圆心的虚拟圆轨迹运动。

一种传动装置，至少包括彼此轴线异面的蜗杆和蜗轮。所述蜗轮沿其周向以间隔排布的方式设置有可拆卸的且与蜗杆上的蜗道接合的蜗齿。在所述蜗杆绕自身轴线转动且至少两个蜗齿与所述蜗道接合的情况下，所述蜗杆轴向中间位置蜗道的齿面圆周上各点的线速度大于所述蜗杆轴向两端蜗道的齿面圆周上各点的线速度以使得接合于所述蜗杆轴向中间位置的蜗齿的自转的转速大于所述蜗道轴向两端蜗齿的自转的转速。

根据一种优选实施方式，所述蜗杆绕自身轴线转动且至少两个所述蜗齿与所述蜗道接合的情况下，通过所述蜗齿与所述蜗道的齿面间的接触而向所述蜗齿施加径向力和切向力。所述切向力通过所述蜗齿与所述蜗道之间的滚动摩擦和/或滑动摩擦而带动所述蜗齿绕其自转轴线转动。所述径向力通过所述蜗齿传递至所述轮体，并带动所述轮体绕其轴线转动。

一种基于滚动摩擦的传动方法，所述方法包括使用上述优选实施方式之一所述的传动装置进行传动。

本发明的有益技术效果包括以下一项或多项：

1、本发明提供的传动装置，在传动过程中，在蜗齿轻载的一侧发生相对滑动摩擦，在蜗齿重载一侧发生相对滚动摩擦，能够显著的减少发热、能量损耗以及齿面的磨损，不仅能够提高蜗杆的蜗齿的使用寿命和精度寿命，还能够实现双向零间隙传动，有效地减少了高速传动过程中，齿侧间隙带来的冲击。

2、本发明提供的传动装置，即使该蜗齿断裂，由于蜗道两侧齿面均与蜗齿接触，能够将断裂的蜗齿从蜗道中导出，避免出现卡死的现象。

3、本发明提供的传动装置，蜗齿可以一侧与齿面处于相对滚动摩擦来驱动轮体绕其轴线转动，相对驱动侧的一侧处于非接触状态，因此可以通过与驱动侧相对一侧的间隙来调节传动的精度。

4、相比现有技术的通过可自转的蜗齿与蜗杆啮合，将蜗杆传动副在共轭齿面处的相对滑动摩擦状态转换为相对滚动摩擦状态，本发明考虑到在高速传动过程中蜗齿与蜗道之间的无法保持完整连续线接触的问题，优化蜗齿的滚动面，并采用以蜗齿的滚动面为原始母面一次包络形成的蜗道，使得在传动的过程中，蜗齿始终与蜗道至少在局部保持连续的线接触，避免在传动的过程中，蜗齿与蜗道出现间断的点接触，从而不仅能够始终保持相对滚动摩擦状态，减少齿面损耗，提高传动效率和精度寿命，还能够通过至少在局部保持的连续的线接触状态，来提高传动装置的承载能力和稳定性；

5、本发明的轮体一体成型地设置有齿心轴，蜗齿套设在齿心轴外，通过该设置方式，可以在齿心轴与蜗齿之间设置滚珠轴承或者滚针轴承，从而使得蜗齿与蜗道之间的相对滑动基本上全部转换成相对滚动；而且，由于在传动的过程中，传动装置发生应变以及剪应力最大的部位位于蜗齿的根部，因此蜗齿套设在齿心轴外，可以将应力传递至齿心轴，避免蜗齿发生断裂，进一步增加蜗齿的承载能力，并提高传动装置的稳定性；

6、本发明的传动装置，在蜗杆绕其轴线转动时，蜗轮上至少有两个蜗齿与蜗道接合，并且位于蜗杆轴向中间位置的蜗道的蜗齿与蜗道两侧的齿面均存在局部线接触，使得该蜗齿承受的应力最大，并且蜗齿两侧承受方向相同且大小不同的切向力，以及方向相反且大小不同的径向力，在蜗齿承受径向力大的一侧发生滚动摩擦，而在蜗齿承受径向力小的一侧发生相对滑动摩擦，即在蜗齿重载的一侧发生滚动摩擦，显著减少发热和能量的损耗，在蜗齿轻载的一侧发生相对滑动摩擦，部分减少发热和能量损耗，从而能够在整体显著地减少蜗道齿面的损耗，提高蜗杆的蜗齿的使用寿命和精度寿命，而且在蜗齿根断的情况下，由于蜗道两侧齿面均与蜗齿接触，能够将断裂的蜗齿从蜗道中导出，避免出现卡死的现象。

附图说明

图1是本发明的一个优选实施方式的结构示意图；

图2是本发明的一个优选实施方式中蜗齿的位置结构示意图；

图3是本发明的一个优选实施方式中蜗齿与蜗道啮合的结构示意图；

图4是本发明的一个优选蜗齿的接触线示意图；

图5是本发明的另一个优选蜗齿的接触线示意图；

图6是本发明的另一个优选蜗齿的接触线示意图；

图7是本发明的一个优选环形蜗道的齿面结构示意图；

图8是本发明的一个优选蜗齿的结构示意图；和

图9是图8所示蜗齿的跑道的结构示意图。

附图标记列表

1：蜗杆 2：轮体

3：蜗齿 4：蜗道

5：接触线 6：齿心轴

1a：蜗杆轴线 2a：轮体轴线

3a：蜗齿轴线 F1：切向力

F2：径向力 4a：第一齿面

4b：第二齿面

具体实施方式

下面结合附图1和附图2进行详细说明。同时为了便于说明和理解本发明的技术方案，对下述实施例涉及的重要术语做简要解释。

滚动面：构成蜗齿3的空间几何体与蜗杆1的蜗道齿面滚动接触的空间曲面，例如，当蜗齿3为圆柱形时，其滚动面为蜗齿3的柱面，当蜗齿3为锥形时，其滚动面为蜗齿3的锥面。

原始母面：在加工蜗杆1时，其蜗道采用砂轮磨削制作，原始母面指的是磨削的砂轮的形状。

蜗道4：指的是利用与蜗齿3的滚动面完全一致的砂轮对蜗杆1进行磨削形成的齿面，如图3所示，环形蜗道4的两侧具有齿面，并且如图7所示，蜗杆1的环形蜗道4的齿面是由变径螺旋线族构成。

切向力F1：在蜗杆1转动时，通过环形蜗道4的齿面，在蜗齿3与蜗道4的齿面的切点的切线方向上产生的使得蜗齿3自转的作用力。

径向力F2：在蜗杆1转动时，通蜗道4对蜗齿3产生沿蜗杆1的轴向的作用力，如图3所示。

实施例1

本实施例还公开了一种传动装置，也可以是基于滚动摩擦的传动装置，也可以是一种基于滚动摩擦的传动副，该传动装置或传动副可以由本发明的装置和/或其他可替代的零部件实现。比如，通过使用本发明的传动装置中的各个零部件实现。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

一种基于滚动摩擦的传动装置，至少包括沿轮体2周向排布的与轮体2可拆卸连接的若干可自转的蜗齿3以及设置有与蜗齿3接合的蜗道4的蜗杆1。优选地，蜗杆1为圆柱形。蜗杆1上设置有蜗道4。如图1所示，蜗杆1在蜗道4的部分有向蜗杆轴线1a的凹陷。蜗道4可以是变径的螺旋蜗道，如图3所示。蜗道4两端的截面面积大于蜗道4中间的截面面积。优选地，蜗道4两端的截面面积相同。优选地，蜗杆1采用合金材料制作。

优选地，轮体2可以是蜗轮，呈圆柱体。轮体2的轴向设置有彼此间隔排列的若干蜗齿3。蜗齿3可以呈一排环绕轮体2的柱面的方式设置，也可以在轮体轴线2a方向上呈两排、三排甚至更多排的方式环绕轮体2的柱面。优选地，蜗齿3的形状可以是圆柱、圆锥或者球状。蜗齿3可以绕蜗齿轴线3a自转。蜗齿轴线3a是沿着轮体2的径向。蜗齿轴线3a的延伸线与轮体轴线2a垂直相交，如图1所示。优选地，在轮体2绕轮体轴线2a转动的情况下，轮体2的边缘能够形成以轮体2的轴心为圆心的虚拟圆形运动轨迹。蜗齿轴线3a能够沿以轮体2的轴心为圆心的虚拟圆轨迹运动。优选地，轮体2可以采用GCr15的合金钢，其弹性模量E＝206000MPa，泊松比μ＝0.3。

优选地，本实施例还公开一种可滚动摩擦的蜗齿3。蜗齿3不可转动地或可转动地固定在轮体2上。例如，蜗齿3至少包括齿心轴6，齿心轴6与轮体2上设置的沉孔连接。齿心轴6上设置有圆台，如图8所示。优选地，齿心轴可以固定不转动地与沉孔连接，也可以自转地与沉孔连接。蜗齿3还配设有可转动的轴圈31。轴圈31与所述蜗齿3的径向外周面之间形成用于保持辊子32的笼腔33，如图8所示。蜗齿3的径向外周面，即圆台设置有以不可丢失的方式保持有辊子32的跑道34，如图9所示。优选地，不可丢失的方式是指辊子32嵌入在跑道34内，并且辊子32可以在跑道34内滚动。优选地，在蜗杆1和/或所述轮体2转动的情况下，在跑道34上的辊子32能够随轴圈31沿蜗齿3的径向外周面旋转而转动。

优选地，蜗杆轴线1a以及轮体轴线2a为异面直线，即蜗杆轴线1a以及轮体轴线2a不在同一面上，两者即不相交又不平行。优选地，当蜗杆轴线1a以及轮体轴线2a彼此正交时，即杆轴线1a以及轮体轴线2a的交错角为90度时，蜗齿3与蜗道4之间的齿面损耗最小。优选地，在蜗杆1以及轮体2的轴线彼此异面且蜗杆1绕自身轴线转动时，至少两个蜗齿3与蜗道4接合。优选地，可以两个蜗齿3、三个蜗齿3以及更多个蜗齿3与蜗道4接合。蜗齿3与蜗道4接合的蜗齿3个数越多，整个传动装置的承载能力越强。优选地，四个蜗齿3与蜗道3接合，避免接合蜗齿3过多时增加蜗杆1长度，导致蜗杆1刚度降低。

优选地，在蜗杆1绕自身轴线转动且至少两个蜗齿3与蜗道4接合的情况下，通过蜗齿3与蜗道4的齿面间的接触而向蜗齿3施加径向力F2和切向力F1。切向力F1通过蜗齿3与蜗道4之间的滚动摩擦和/或滑动摩擦而带动蜗齿3绕其自转轴线转动。径向力F2通过蜗齿3传递至轮体2，并带动轮体2绕其轴线转动。优选地，在蜗道4与至少两个蜗齿3接合时，接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3承受的径向力F2大于接合于蜗杆1轴向两端位置蜗道4的蜗齿3承受的径向力F2。接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3承受的切向力F1大于接合于蜗杆1轴向两端位置蜗道4的蜗齿3承受的切向力F1。通过该设置方式，使得接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3向轮体2传递作用力，即使该轮齿3断裂，由于蜗道两侧齿面均与蜗齿3接触，能够将断裂的蜗齿3从蜗道4中导出，避免出现卡死的现象。

优选地，在蜗杆1以及轮体2的轴线彼此异面且蜗杆1绕自身轴线转动时，接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3至少与蜗道4的位于该蜗齿3两侧的齿面存在接触线以使得该蜗齿3一侧处于滚动摩擦，相对一侧处于滑动摩擦的方式带动轮体2绕自身轴线转动。优选地，在蜗道4与至少两个蜗齿3接合时，接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3通过与蜗道4位于该蜗齿3两侧齿面的接触而在第一侧齿面4a承受第一切向力和第一径向力。在第二侧4b齿面承受第二切向力和第二径向力。优选地，在蜗杆1转动时，带动蜗道4转动。如图3所示，由于蜗道4为螺纹状，并且其旋方向蜗杆1的轴向方向。例如，在蜗杆1瞬时针转动时，蜗杆1的蜗道4沿蜗杆轴线1a的向螺纹旋入的方向，即第一齿面4a向第二齿面4b运动的方向。优选地，蜗齿3在第一齿面4a受到的第一径向力是沿螺纹旋入的方向。蜗齿3在第二齿面4b受到的第二径向力与第一径向力的方向相反。优选地，第一径向力的数值大小大于第二径向力的数值大小。蜗齿3在第一齿面4a为重载，即承受较大的载荷。蜗齿3在第二齿面4b为轻载，即承受的载荷较小。优选地，由于第一齿面4a和第二齿面4b的转动方向相同，因此蜗齿3的在第一齿面4a的第一切向力与蜗齿3在第二齿面4b的第二切向力相同，并且第一切向力大于第二切向力，使得蜗齿3在第一齿面4a滚动摩擦，在第二齿面4b滑动摩擦。优选地，在蜗杆1逆时针转动的情况下，蜗杆1的蜗道4沿蜗杆轴线1a的向螺纹旋出的方向，即第二齿面4b向第一齿面4a运动的方向。优选地，蜗齿3在第二齿面4b受到的第二径向力是沿螺纹旋出的方向。蜗齿3在第一齿面4a受到的第一径向力与第二径向力的方向相反。优选地，第二径向力的数值大小大于第一径向力的数值大小。蜗齿3在第二齿面4b为重载，即承受较大的载荷。蜗齿3在第一齿面4a为轻载，即承受的载荷较小。优选地，由于第一齿面4a和第二齿面4b的转动方向相同，因此蜗齿3的在第一齿面4a的第一切向力与蜗齿3在第二齿面4b的第二切向力相同，并且第一切向力小于第二切向力，使得蜗齿3在第二齿面4b滚动摩擦，在第一齿面4a滑动摩擦。通过该设置方式，使得蜗齿3重载的一侧发生滚动摩擦，显著减少发热和能量的损耗，在蜗齿3轻载的一侧发生相对滑动摩擦，部分减少发热和能量损耗，从而能够在整体显著地减少蜗道4齿面的损耗，而且由于蜗齿3与蜗道的两侧齿面均有接触，从而能够实现双向的零间隙传动，能够在高速传动中，有效地减少了高速传动过程中，齿侧间隙带来的冲击。提高蜗杆的蜗齿的使用寿命和精度寿命。

实施例2

一种基于滚动摩擦的传动装置，至少包括沿轮体2周向排布的与轮体2可拆卸连接的若干可自转的蜗齿3以及设置有与蜗齿3接合的蜗道4的蜗杆1。优选地，蜗杆1为圆柱形。蜗杆1上设置有蜗道4。如图1所示，蜗杆1在蜗道4的部分有向蜗杆轴线1a的凹陷。蜗道4可以是变径的螺旋蜗道，如图3所示。蜗道4两端的截面面积大于蜗道4中间的截面面积。优选地，蜗道4两端的截面面积相同。优选地，蜗杆1采用合金材料制作。

优选地，轮体2可以是蜗轮，呈圆柱体。轮体2的轴向设置有彼此间隔排列的若干蜗齿3。蜗齿3可以呈一排环绕轮体2的柱面的方式设置，也可以在轮体轴线2a方向上呈两排、三排甚至更多排的方式环绕轮体2的柱面。优选地，蜗齿3的形状可以是圆柱、圆锥或者球状。蜗齿3可以绕蜗齿轴线3a自转。蜗齿轴线3a是沿着轮体2的径向。蜗齿轴线3a的延伸线与轮体轴线2a垂直相交，如图1所示。优选地，在轮体2绕轮体轴线2a转动的情况下，轮体2的边缘能够形成以轮体2的轴心为圆心的虚拟圆形运动轨迹。蜗齿轴线3a能够沿以轮体2的轴心为圆心的虚拟圆轨迹运动。优选地，轮体2可以采用GCr15的合金钢，其弹性模量E＝206000MPa，泊松比μ＝0.3。

优选地，本实施例还公开一种可滚动摩擦的蜗齿3。蜗齿3不可转动地或可转动地固定在轮体2上。例如，蜗齿3至少包括齿心轴6，齿心轴6与轮体2上设置的沉孔连接。齿心轴6上设置有圆台，如图8所示。优选地，齿心轴可以固定不转动地与沉孔连接，也可以自转地与沉孔连接。蜗齿3还配设有可转动的轴圈31。轴圈31与所述蜗齿3的径向外周面之间形成用于保持辊子32的笼腔33，如图8所示。蜗齿3的径向外周面，即圆台设置有以不可丢失的方式保持有辊子32的跑道34，如图9所示。优选地，不可丢失的方式是指辊子32嵌入在跑道34内，并且辊子32可以在跑道34内滚动。优选地，在蜗杆1和/或所述轮体2转动的情况下，在跑道34上的辊子32能够随轴圈31沿蜗齿3的径向外周面旋转而转动。

优选地，蜗杆轴线1a以及轮体轴线2a为异面直线，即蜗杆轴线1a以及轮体轴线2a不在同一面上，两者即不相交又不平行。优选地，当蜗杆轴线1a以及轮体轴线2a彼此正交时，即杆轴线1a以及轮体轴线2a的交错角为90度时，蜗齿3与蜗道4之间的齿面损耗最小。优选地，在蜗杆1以及轮体2的轴线彼此异面且蜗杆1绕自身轴线转动时，至少两个蜗齿3与蜗道4接合。优选地，可以两个蜗齿3、三个蜗齿3以及更多个蜗齿3与蜗道4接合。蜗齿3与蜗道4接合的蜗齿3个数越多，整个传动装置的承载能力越强。优选地，四个蜗齿3与蜗道3接合，避免接合蜗齿3过多时增加蜗杆1长度，导致蜗杆1刚度降低。

优选地，在蜗杆1绕自身轴线转动且至少两个蜗齿3与蜗道4接合的情况下，通过蜗齿3与蜗道4的齿面间的接触而向蜗齿3施加径向力F2和切向力F1。切向力F1通过蜗齿3与蜗道4之间的滚动摩擦和/或滑动摩擦而带动蜗齿3绕其自转轴线转动。径向力F2通过蜗齿3传递至轮体2，并带动轮体2绕其轴线转动。优选地，在蜗道4与至少两个蜗齿3接合时，接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3承受的径向力F2大于接合于蜗杆1轴向两端位置蜗道4的蜗齿3承受的径向力F2。接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3承受的切向力F1大于接合于蜗杆1轴向两端位置蜗道4的蜗齿3承受的切向力F1。通过该设置方式，使得接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3向轮体2传递作用力，并使得处于该位置的蜗齿3作为传动的驱动齿，来控制传动的效率以及精度。

优选地，在蜗杆1以及轮体2的轴线彼此异面且蜗杆1绕自身轴线转动时，接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3至少与蜗道4的位于该蜗齿3一侧的齿面存在接触线以使得该蜗齿3一侧处于滚动摩擦。蜗齿3与蜗道4齿面接触的一侧作为驱动侧。蜗齿3相对驱侧的另一侧与蜗道4的相应的齿面存在间隙。通过该设置方式，可以通过调整该间隙的大小来调节传动的精度，例如在蜗齿3两侧均与蜗道4两侧齿面接触的情况下，间隙为0，会因为摩擦导致原有蜗齿3和蜗道4的尺寸、形状和表面质量发生变化，通过调整该间隙，才能保证蜗齿3与蜗道4之间相对运动的准确性，从而提高传动的精度。

实施例3

本实施例还公开了一种传动装置，该传动装置或传动副可以由本发明的装置和/或其他可替代的零部件实现。比如，通过使用本发明的传动装置中的各个零部件实现。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

一种传动装置，至少包括彼此轴线异面的蜗杆1和蜗轮2。优选地，蜗杆轴线1a以及轮体轴线2a为异面直线，即蜗杆轴线1a以及轮体轴线2a不在同一面上，两者即不相交又不平行。优选地，当蜗杆轴线1a以及轮体轴线2a彼此正交时，即杆轴线1a以及轮体轴线2a的交错角为90度时，蜗齿3与蜗道4之间的齿面损耗最小。优选地，蜗杆1为圆柱形。蜗杆1上设置有蜗道4。如图1所示，蜗杆1在蜗道4的部分有向蜗杆轴线1a的凹陷。蜗道4可以是变径的螺旋蜗道，如图3所示。蜗道4两端的截面面积大于蜗道4中间的截面面积。优选地，蜗道4两端的截面面积相同。优选地，蜗杆1采用合金材料制作。

优选地，轮体2可以是蜗轮，呈圆柱体。轮体2的轴向设置有彼此间隔排列的若干蜗齿3。蜗齿3可以呈一排环绕轮体2的柱面的方式设置，也可以在轮体轴线2a方向上呈两排、三排甚至更多排的方式环绕轮体2的柱面。优选地，蜗齿3的形状可以是圆柱、圆锥或者球状。蜗齿3可以绕蜗齿轴线3a自转。蜗齿轴线3a是沿着轮体2的径向。蜗齿轴线3a的延伸线与轮体轴线2a垂直相交，如图1所示。优选地，在轮体2绕轮体轴线2a转动的情况下，轮体2的边缘能够形成以轮体2的轴心为圆心的虚拟圆形运动轨迹。蜗齿轴线3a能够沿以轮体2的轴心为圆心的虚拟圆轨迹运动。优选地，轮体2可以采用GCr15的合金钢，其弹性模量E＝206000MPa，泊松比μ＝0.3。

优选地，在蜗杆1以及轮体2的轴线彼此异面且蜗杆1绕自身轴线转动时，至少两个蜗齿3与蜗道4接合。优选地，可以两个蜗齿3、三个蜗齿3以及更多个蜗齿3与蜗道4接合。蜗齿3与蜗道4接合的蜗齿3个数越多，整个传动装置的承载能力越强。优选地，四个蜗齿3与蜗道3接合，避免接合蜗齿3过多时增加蜗杆1长度，导致蜗杆1刚度降低。

优选地，在蜗杆1绕自身轴线转动且至少两个蜗齿3与蜗道4接合的情况下，通过蜗齿3与蜗道4的齿面间的接触而向蜗齿3施加径向力F2和切向力F1。切向力F1通过蜗齿3与蜗道4之间的滚动摩擦和/或滑动摩擦而带动蜗齿3绕其自转轴线转动。径向力F2通过蜗齿3传递至轮体2，并带动轮体2绕其轴线转动。优选地，在蜗道4与至少两个蜗齿3接合时，接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3承受的径向力F2大于接合于蜗杆1轴向两端位置蜗道4的蜗齿3承受的径向力F2。接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3承受的切向力F1大于接合于蜗杆1轴向两端位置蜗道4的蜗齿3承受的切向力F1。通过该设置方式，使得接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3向轮体2传递作用力，即使该轮齿3断裂，由于蜗道两侧齿面均与蜗齿3接触，能够将断裂的蜗齿3从蜗道4中导出，避免出现卡死的现象。

优选地，在蜗杆1绕自身轴线转动且至少两个蜗齿3与蜗道4接合的情况下，蜗杆1轴向中间位置蜗道4的齿面圆周上各点的线速度大于蜗杆1轴向两端蜗道4的齿面圆周上各点的线速度。优选地，接合于蜗杆1轴向中间位置的蜗齿3的自转的转速大于蜗道4轴向两端蜗齿3的自转的转速。通过该设置方式，能够在一定程度上减小接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3承受的径向力F2，从而能够克服蜗杆1轴向中间位置蜗道4的齿面圆的直径长度的不足，使得蜗杆1传动轮体2的过程更加平稳；其次，螺纹升角中间至两侧连续变小，使得中间线速度更大，但因为升角连续变化，变化的接合蜗齿3仍然能够带来连续的传动效果；最后，在启动蜗杆1或者轮体2传动的情况下，由于蜗杆1或者轮体2的转动，蜗齿3与蜗道4之间的作用力是连续变化的，蜗杆1和轮体2的传动副承受的是柔性载荷，而不是瞬间的冲击，能够有效地减少顺金冲击对蜗齿3和蜗道4的损伤，增加蜗齿3和蜗道4的精度寿命。

优选地，在蜗杆1绕自身轴线转动且蜗道4与至少两个蜗齿3接合时，接合于蜗杆1轴向中间位置蜗道4的蜗齿3通过与蜗道4位于该蜗齿3两侧齿面的接触而在第一侧齿面4a承受第一切向力和第一径向力。在第二侧4b齿面承受第二切向力和第二径向力。优选地，在蜗杆1转动时，带动蜗道4转动。如图3所示，由于蜗道4为螺纹状，并且其旋方向蜗杆1的轴向方向。例如，在蜗杆1瞬时针转动时，蜗杆1的蜗道4沿蜗杆轴线1a的向螺纹旋入的方向，即第一齿面4a向第二齿面4b运动的方向。优选地，蜗齿3在第一齿面4a受到的第一径向力是沿螺纹旋入的方向。蜗齿3在第二齿面4b受到的第二径向力与第一径向力的方向相反。优选地，第一径向力的数值大小大于第二径向力的数值大小。蜗齿3在第一齿面4a为重载，即承受较大的载荷。蜗齿3在第二齿面4b为轻载，即承受的载荷较小。优选地，由于第一齿面4a和第二齿面4b的转动方向相同，因此蜗齿3的在第一齿面4a的第一切向力与蜗齿3在第二齿面4b的第二切向力相同，并且第一切向力大于第二切向力，使得蜗齿3在第一齿面4a滚动摩擦，在第二齿面4b滑动摩擦。优选地，在蜗杆1逆时针转动的情况下，蜗杆1的蜗道4沿蜗杆轴线1a的向螺纹旋出的方向，即第二齿面4b向第一齿面4a运动的方向。优选地，蜗齿3在第二齿面4b受到的第二径向力是沿螺纹旋出的方向。蜗齿3在第一齿面4a受到的第一径向力与第二径向力的方向相反。优选地，第二径向力的数值大小大于第一径向力的数值大小。蜗齿3在第二齿面4b为重载，即承受较大的载荷。蜗齿3在第一齿面4a为轻载，即承受的载荷较小。优选地，由于第一齿面4a和第二齿面4b的转动方向相同，因此蜗齿3的在第一齿面4a的第一切向力与蜗齿3在第二齿面4b的第二切向力相同，并且第一切向力小于第二切向力，使得蜗齿3在第二齿面4b滚动摩擦，在第一齿面4a滑动摩擦。通过该设置方式，使得蜗齿3重载的一侧发生滚动摩擦，显著减少发热和能量的损耗，在蜗齿3轻载的一侧发生相对滑动摩擦，部分减少发热和能量损耗，从而能够在整体显著地减少蜗道4齿面的损耗，提高蜗杆的蜗齿的使用寿命和精度寿命。

实施例4

本实施例还公开了一种基于滚动摩擦的传动装置，该传动装置或传动副可以由本发明的装置和/或其他可替代的零部件实现。比如，通过使用本发明的传动装置中的各个零部件实现。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

一种基于滚动摩擦的传动装置，至少包括蜗杆1和轮体2。优选地，蜗杆1可以是蜗杆。蜗杆1为圆柱形。蜗杆1上设置有蜗道4。如图1所示，蜗杆1在蜗道4的部分有向蜗杆轴线1a的凹陷。蜗道4可以是变径的螺旋蜗道，如图3所示。蜗道4两端的截面面积大于蜗道4中间的截面面积。优选地，蜗道4两端的截面面积相同。优选地，蜗杆1一般采用合金材料制作，例如40Cr合金钢，其弹性模量E＝206000MPa，泊松比μ＝0.3。

优选地，轮体2可以是蜗轮，呈圆柱体。轮体2的轴向设置有彼此间隔排列的若干蜗齿3。蜗齿3可以呈一排环绕轮体2的柱面的方式设置，也可以在轮体轴线2a方向上呈两排、三排甚至更多排的方式环绕轮体2的柱面。优选地，蜗齿3的形状可以是圆柱、圆锥或者球状。蜗齿3可以绕蜗齿轴线3a自转。蜗齿轴线3a是沿着轮体2的径向。蜗齿轴线3a的延伸线与轮体轴线2a垂直相交，如图1所示。优选地，在轮体2绕轮体轴线2a转动的情况下，轮体2的边缘能够形成以轮体2的轴心为圆心的虚拟圆形运动轨迹。蜗齿3能够沿以轮体2的轴心为圆心的虚拟圆轨迹运动。优选地，轮体2可以采用GCr15的合金钢，其弹性模量E＝206000MPa，泊松比μ＝0.3。

优选地，蜗杆轴线1a与轮体轴线2a彼此交错设置，如图1所示。彼此交错设置指的是蜗杆轴线1a与轮体轴线2a彼此不平行。优选地，蜗齿3与蜗道4啮合。在蜗杆1绕蜗杆轴线1a转动时，由于蜗道4与蜗齿3啮合，并且由于蜗齿3可自转，因此蜗齿3与蜗道4发生相对滑动摩擦和相对滚动摩擦，从而对蜗齿3施加径向力F2和切向力F1。由于蜗道4是螺旋线型的，因此在蜗杆1转动时，在蜗杆轴线1a方向，通过蜗道4对蜗齿3产生径向力F2，从而推动轮体2绕轮体2轴线2a转动。同时，在蜗杆1转动时，蜗齿3与蜗道4的齿面的接触点的切线方向产生作用力，从而使得蜗齿3绕蜗齿轴线3a转动。通过以上设置方式，在蜗杆1转动时，能够带动轮体2转动，从而完成蜗杆1对轮体的传动。在传动的过程中，由于蜗齿3与蜗道4至少部分是相对滚动摩擦，因此不仅能够提高传动效率，还能够部分减少摩擦损耗，减少磨损、发热和能量的消耗，提高传动装置的精度寿命。

优选地，在传动的过程中，轮体2上至少有两个蜗齿3与蜗道4啮合。优选地，在至少两个蜗齿3同时承受各自的径向力F2的情况下，靠近蜗道4轴向中间位置的蜗齿3所承受的径向力F2大于靠近蜗道4两端位置的蜗齿3所承受的径向力F2。优选地，在至少两个蜗齿3同时承受各自的径向力F2的情况下，靠近蜗道4轴向中间位置的蜗齿3所承受的切向力F1小于靠近蜗道4轴向两端位置的蜗齿3所承受的切向力F1。优选地，通过该设置方式，在传动的过程中，能够有多个蜗齿3与蜗道4啮合，增加了承载能力和传动效率，并且由于位于蜗道4的轴向中间位置的蜗齿3的所承受的径向力F2大于蜗道4两端位置的蜗齿3所承受的径向力F2，在一定程度上降低了蜗杆1的轴向作用力，使得传动更加平稳。而且，位于蜗道4的轴向中间位置的蜗齿3的所承受的切向力F1小于两端位置的蜗齿3所承受的切向力F1，在稳定蜗杆1提供的轴向力的基础上，进一步减少了相对滚动摩擦，提高传动的稳定性，并且避免了蜗齿3随传动比不同而在较大的范围内变动。

优选地，在蜗齿3的顶部和根部同时承受径向力和切向力的情况下，蜗齿3的根部承受的径向力和切向力的合力大于蜗齿3的顶部承受的径向力和切向力的合力。

优选地，蜗齿3的底端设置有齿心轴6。蜗齿3与齿心轴6可以一体成型的方式设置，即齿心轴6随蜗齿3一起转动。优选地，轮体2可以在蜗齿3相应的位置上设置对应的沉孔，齿心轴6插入对应的沉孔内。在齿心轴6与沉孔内臂之间可以设置滚珠轴承等，减少齿心轴6转动时的摩擦阻力，从而进一步地减少蜗齿3转动时的摩擦阻力。通过该设置方式，虽然能够进一步的减少蜗齿3自转时的摩擦阻力，但是齿心轴6与轮体2是分体设置，可能会存在一定的间隙，在传动的过程中，蜗齿3承受了较大的应力以及间隙带来的冲击力，不仅减少了精度寿命，而且蜗齿3容易发生断裂。优选地，本发明采用轮体2与齿心轴3一体成型的设置方式，蜗齿3套设在齿心轴6上。在齿心轴6和蜗齿3之间设置滚珠轴承或者滚针轴承。优选地，所设计的齿心轴6可以采用GCr15的合金钢制作，其最大接触应力和齿根弯曲应力均小于材料的许用接触应力和许用弯曲应力。在传动的过程中，能够将蜗齿3与蜗道4之间相对滑动基本上全部转换为相对滚动，减少了蜗齿3与蜗道4之间的摩擦，从而减少蜗齿3与蜗道4之间的磨损、发热和能量的消耗，提高了传动效率和寿命精度。而且，由于传动装置发生应变以及剪应力最大的部位位于蜗齿3的根部，因此蜗齿3套设在齿心轴外，可以将应力传递至齿心轴6，避免蜗齿3因承受较大的应力发生断裂，进一步增加蜗齿的承载能力，并提高传动装置的稳定性。此外，由于齿心轴6与轮体2一体成型，因此在齿心轴6承受较大的应力的同时，也增加了传动效率，即在蜗齿3承受蜗杆1转动提供的沿蜗杆轴线1a方向的径向力F1能够以较大效率的转换成推动轮体2绕其轴线转动的推力。

优选地，在传动的过程中，与蜗道4啮合的蜗齿3以至少局部存在线接触的方式与蜗道4接触。优选地，至少局部存在线接触的方式是指：在蜗齿3与蜗道4彼此接触的瞬间，蜗齿3与蜗道4的接触关系的至少一部分是由若干彼此邻接的连续接触点构成的空间曲线。优选地，接触关系的至少一部分是指接触关系中的60％-100％。优选地，若干彼此邻接的连续接触点构成的空间曲线是指蜗齿3的滚动面与蜗道4的齿面交线，即接触线5。如图4所示，当蜗齿3为圆柱形时，其与蜗道4的齿面接触线5是平行于蜗齿轴线3a的位于蜗齿3的滚动面的直线。如图5所示，当蜗齿3为锥形时，其与蜗道4的齿面的接触线5是位于蜗齿3的滚动面上的直线。优选地，如图6所示，当蜗齿3为圆形时，其接触线5是一条从圆顶点到圆形边缘的空间曲线。

优选地，蜗道4是指：在若干蜗齿3绕其自转轴线转动的情况下，由若干蜗齿3的滚动面在不同时刻、不同位置构成的曲线族形成的包络面。优选地，在加工蜗杆1的蜗道4时，采用与蜗齿3的滚动面完全一致的砂轮对蜗杆1进行磨削形成的齿面，如图3所示，环形蜗道4的两侧具有齿面，并且如图7所示，蜗杆1的环形蜗道4的齿面是由变径螺旋线族构成。变径的螺旋线族是由与蜗齿3的滚动面完全一致的砂轮对蜗杆1进行磨削形成。通过该设置方式，在高速传动中，在蜗齿3转动的每个瞬间，蜗道4与蜗齿3的之间都有空间曲线的存在，即在蜗齿3自转的过程中，蜗齿3与蜗道4之间都有接触线5的存在，从而能够避免在高速传动过程中，蜗齿3与蜗道4无法保证完整连续地线接触，进一步提高承载能力，提高相对滑动摩擦转换为相对滚动摩擦的效率。

优选地，在传动的过程中，蜗齿3与蜗道4连续滚动摩擦。连续滚动摩擦是指：在蜗杆1以及轮体2彼此绕各自轴向相对转动时，蜗齿3基于至少局部存在的线接触产生的摩擦作用力以绕蜗齿轴线3a转动的方式相对蜗道4接触。通过该设置方式，蜗齿3在蜗道4生成由若干彼此邻接的所述空间曲线构成的接触轨迹，从而能够保证在传动的过程中，蜗齿3通过滚动的方式相对蜗道4运动，不会发生相对滑动，从而进一步地将相对滑动摩擦转换为相对滚动摩擦。

通过蜗道4以及连续滚动摩擦，本发明的有益效果是：目前的现有技术，在高速传动过程中，蜗齿3与蜗道之间无法保持完整连续线接触，而是间断的点接触，承载能力弱，无法连续保持相对滚动摩擦的状态，本法明通过优化蜗齿3的滚动面，并采用以蜗齿3的滚动面为原始母面一次包络形成的蜗道4，使得在传动的过程中，蜗齿3始终与蜗道4至少在局部保持连续的线接触，避免在传动的过程中，蜗齿3与蜗道4出现间断的点接触，从而不仅能够始终保持相对滚动摩擦状态，减少齿面损耗，提高传动效率和精度寿命，还能够通过至少在局部保持的连续的线接触状态，来提高传动装置的承载能力和稳定性。

实施例5

本实施例是与实施例1、2和3对应的基于滚动摩擦的传动方法，重复的内容不再赘述。

本实施例还公开了一种传动方法，也可以是一种基于滚动摩擦的传动方法，该方法可以由本发明的传动装置和/或其他可替代的零部件实现。比如，通过使用本发明的传动装置中的各个零部件实现本发明的方法。本实施例可以是对实施例1的进一步改进和/或补充，重复的内容不再赘述。在不造成冲突或者矛盾的情况下，其他实施例的优选实施方式的整体和/或部分内容可以作为本实施例的补充。

一种基于滚动摩擦的传动方法，方法包括使用蜗杆1和轮体2进行传动。优选地，蜗杆1可以是蜗杆。蜗杆1为圆柱形。蜗杆1上设置有蜗道4。如图1所示，蜗杆1在蜗道4的部分有向蜗杆轴线1a的凹陷。蜗道4可以是变径的螺旋蜗道，如图3所示。蜗道4两端的截面面积大于蜗道4中间的截面面积。优选地，蜗道4两端的截面面积相同。优选地，蜗杆1一般采用合金材料制作，例如40Cr合金钢，其弹性模量E＝206000MPa，泊松比μ＝0.3。

优选地，轮体2可以是蜗轮，呈圆柱体。轮体2的轴向设置有彼此间隔排列的若干蜗齿3。蜗齿3可以呈一排环绕轮体2的柱面的方式设置，也可以在轮体轴线2a方向上呈两排、三排甚至更多排的方式环绕轮体2的柱面。优选地，蜗齿3的形状可以是圆柱、圆锥或者球状。蜗齿3可以绕蜗齿轴线3a自转。蜗齿轴线3a是沿着轮体2的径向。蜗齿轴线3a的延伸线与轮体轴线2a垂直相交，如图1所示。优选地，在轮体2绕轮体轴线2a转动的情况下，轮体2的边缘能够形成以轮体2的轴心为圆心的虚拟圆形运动轨迹。蜗齿3能够沿以轮体2的轴心为圆心的虚拟圆轨迹运动。优选地，轮体2可以采用GCr15的合金钢，其弹性模量E＝206000MPa，泊松比μ＝0.3。

优选地，蜗杆轴线1a与轮体轴线2a彼此交错设置，如图1所示。彼此交错设置指的是蜗杆轴线1a与轮体轴线2a彼此不平行。优选地，蜗齿3与蜗道4啮合。在蜗杆1绕蜗杆轴线1a转动时，由于蜗道4与蜗齿3啮合，并且由于蜗齿3可自转，因此蜗齿3与蜗道4发生相对滑动摩擦和相对滚动摩擦，从而对蜗齿3施加径向力F2和切向力F1。由于蜗道4是螺旋线型的，因此在蜗杆1转动时，在蜗杆轴线1a方向，通过蜗道4对蜗齿3产生径向力F2，从而推动轮体2绕轮体2轴线2a转动。同时，在蜗杆1转动时，蜗齿3与蜗道4的齿面的接触点的切线方向产生作用力，从而使得蜗齿3绕蜗齿轴线3a转动。通过以上设置方式，在蜗杆1转动时，能够带动轮体2转动，从而完成蜗杆1对轮体的传动。在传动的过程中，由于蜗齿3与蜗道4至少部分是相对滚动摩擦，因此不仅能够提高传动效率，还能够部分减少摩擦损耗，减少磨损、发热和能量的消耗，提高传动装置的精度寿命。

优选地，在传动的过程中，轮体2上至少有两个蜗齿3与蜗道4啮合。优选地，在至少两个蜗齿3同时承受各自的径向力F2的情况下，靠近蜗道4轴向中间位置的蜗齿3所承受的径向力F2大于靠近蜗道4两端位置的蜗齿3所承受的径向力F2。优选地，在至少两个蜗齿3同时承受各自的径向力F2的情况下，靠近蜗道4轴向中间位置的蜗齿3所承受的切向力F1小于靠近蜗道4轴向两端位置的蜗齿3所承受的切向力F1。优选地，通过该设置方式，在传动的过程中，能够有多个蜗齿3与蜗道4啮合，增加了承载能力和传动效率，并且由于位于蜗道4的轴向中间位置的蜗齿3的所承受的径向力F2大于蜗道4两端位置的蜗齿3所承受的径向力F2，在一定程度上降低了蜗杆1的轴向作用力，使得传动更加平稳。而且，位于蜗道4的轴向中间位置的蜗齿3的所承受的切向力F1小于两端位置的蜗齿3所承受的切向力F1，在稳定蜗杆1提供的轴向力的基础上，进一步减少了相对滚动摩擦，提高传动的稳定性，并且避免了蜗齿3随传动比不同而在较大的范围内变动。

优选地，在蜗齿3的顶部和根部同时承受径向力和切向力的情况下，蜗齿3的根部承受的径向力和切向力的合力大于蜗齿3的顶部承受的径向力和切向力的合力。

优选地，蜗齿3的底端设置有齿心轴6。蜗齿3与齿心轴6可以一体成型的方式设置，即齿心轴6随蜗齿3一起转动。优选地，轮体2可以在蜗齿3相应的位置上设置对应的沉孔，齿心轴6插入对应的沉孔内。在齿心轴6与沉孔内臂之间可以设置滚珠轴承等，减少齿心轴6转动时的摩擦阻力，从而进一步地减少蜗齿3转动时的摩擦阻力。通过该设置方式，虽然能够进一步的减少蜗齿3自转时的摩擦阻力，但是齿心轴6与轮体2是分体设置，可能会存在一定的间隙，在传动的过程中，蜗齿3承受了较大的应力以及间隙带来的冲击力，不仅减少了精度寿命，而且蜗齿3容易发生断裂。优选地，本发明采用轮体2与齿心轴3一体成型的设置方式，蜗齿3套设在齿心轴6上。在齿心轴6和蜗齿3之间设置滚珠轴承或者滚针轴承。优选地，所设计的齿心轴6可以采用GCr15的合金钢制作，其最大接触应力和齿根弯曲应力均小于材料的许用接触应力和许用弯曲应力。在传动的过程中，能够将蜗齿3与蜗道4之间相对滑动基本上全部转换为相对滚动，减少了蜗齿3与蜗道4之间的摩擦，从而减少蜗齿3与蜗道4之间的磨损、发热和能量的消耗，提高了传动效率和寿命精度。而且，由于传动装置发生应变以及剪应力最大的部位位于蜗齿3的根部，因此蜗齿3套设在齿心轴外，可以将应力传递至齿心轴6，避免蜗齿3因承受较大的应力发生断裂，进一步增加蜗齿的承载能力，并提高传动装置的稳定性。此外，由于齿心轴6与轮体2一体成型，因此在齿心轴6承受较大的应力的同时，也增加了传动效率，即在蜗齿3承受蜗杆1转动提供的沿蜗杆轴线1a方向的径向力F1能够以较大效率的转换成推动轮体2绕其轴线转动的推力。

优选地，在传动的过程中，与蜗道4啮合的蜗齿3以至少局部存在线接触的方式与蜗道4接触。优选地，至少局部存在线接触的方式是指：在蜗齿3与蜗道4彼此接触的瞬间，蜗齿3与蜗道4的接触关系的至少一部分是由若干彼此邻接的连续接触点构成的空间曲线。优选地，接触关系的至少一部分是指接触关系中的60％-100％。优选地，若干彼此邻接的连续接触点构成的空间曲线是指蜗齿3的滚动面于蜗道4的齿面交线，即接触线5。如图4所示，当蜗齿3为圆柱形时，其与蜗道4的齿面接触线5是平行于蜗齿轴线3a的位于蜗齿3的滚动面的直线。如图5所示，当蜗齿3为锥形时，其与蜗道4的齿面的接触线5是位于蜗齿3的滚动面上的直线。优选地，如图6所示，当蜗齿3为圆形时，其接触线5是一条从圆顶点到圆形边缘的空间曲线。

优选地，蜗道4是指：在若干蜗齿3绕其自转轴线转动的情况下，由若干蜗齿3的滚动面在不同时刻、不同位置构成的曲线族形成的包络面。优选地，在加工蜗杆1的蜗道4时，采用与蜗齿3的滚动面完全一致的砂轮对蜗杆1进行磨削形成的齿面，如图3所示，环形蜗道4的两侧具有齿面，并且如图7所示，蜗杆1的环形蜗道4的齿面是由变径螺旋线族构成。变径的螺旋线族是由与蜗齿3的滚动面完全一种的砂轮对蜗杆1进行磨削形成。通过该设置方式，在高速传动中，在蜗齿3转动的每个瞬间，蜗道4与蜗齿3的之间都有空间曲线的存在，即在蜗齿3自转的过程中，蜗齿3与蜗道4之间都有接触线5的存在，从而能够避免在高速传动过程中，蜗齿3与蜗道4无法保证完整连续地线接触，进一步提高承载能力，提高相对滑动摩擦转换为相对滚动摩擦的效率。

优选地，在传动的过程中，蜗齿3与蜗道4连续滚动摩擦。连续滚动摩擦是指：在蜗杆1以及轮体2彼此绕各自轴向相对转动时，蜗齿3基于至少局部存在的线接触产生的摩擦作用力以绕蜗齿轴线3a转动的方式相对蜗道4接触。通过该设置方式，蜗齿3在蜗道4生成由若干彼此邻接的所述空间曲线构成的接触轨迹，从而能够保证在传动的过程中，蜗齿3通过滚动的方式相对蜗道4运动，不会发生相对滑动，从而进一步地将相对滑动摩擦转换为相对滚动摩擦。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种基于滚动摩擦的传动装置，至少包括沿轮体（2）周向排布的与所述轮体（2）可拆卸连接的若干能够滚动摩擦的蜗齿（3）以及设置有与所述蜗齿（3）接合的蜗道（4）的蜗杆（1），其特征在于，在所述蜗杆（1）以及所述轮体（2）的轴线彼此异面且所述蜗杆（1）绕自身轴线转动时，

至少两个蜗齿（3）与所述蜗道（4）接合，并且接合于所述蜗杆（1）轴向中间位置蜗道（4）的蜗齿（3）至少与所述蜗道（4）的位于该蜗齿（3）两侧的齿面存在接触线以使得该蜗齿（3）一侧处于滚动摩擦，相对一侧处于滑动摩擦的方式带动所述轮体（2）绕自身轴线转动，其中，

所述蜗道（4）是变径的螺旋蜗道，并且蜗道（4）两端的截面面积大于蜗道（4）中间的截面面积，

在传动的过程中，与所述蜗道（4）啮合的所述蜗齿（3）以至少局部存在线接触的方式与所述蜗道（4）接触，

其中，至少局部存在线接触的方式是指：在所述蜗齿（3）与所述蜗道（4）彼此接触的瞬间，所述蜗齿（3）与所述蜗道（4）的接触关系的至少一部分是由若干彼此邻接的连续接触点构成的空间曲线。

2.一种基于滚动摩擦的传动装置，至少包括沿轮体（2）周向排布的与所述轮体（2）可拆卸连接的若干能够滚动摩擦的蜗齿（3）以及设置有与所述蜗齿（3）接合的蜗道（4）的蜗杆（1），其特征在于，在所述蜗杆（1）以及所述轮体（2）的轴线彼此异面且所述蜗杆（1）绕自身轴线转动时，

至少两个蜗齿（3）与所述蜗道（4）接合，并且接合于所述蜗杆（1）轴向中间位置蜗道（4）的蜗齿（3）至少与所述蜗道（4）的位于该蜗齿（3）至少一侧的齿面存在接触线以使得该蜗齿（3）一侧处于滚动摩擦而带动所述轮体（2）绕自身轴线转动，其中，

蜗道（4）是变径的螺旋蜗道，并且蜗道（4）两端的截面面积大于蜗道（4）中间的截面面积，其中，

若干所述蜗齿（3）不可转动地或可转动地固定在所述轮体（2）上，所述蜗齿（3）配设有可转动的轴圈（31），所述轴圈（31）与所述蜗齿（3）的径向外周面之间形成用于保持辊子（32）的笼腔（33），其中，

所述蜗齿（3）的径向外周面设置有以不可丢失的方式保持有所述辊子（32）的跑道（34），在所述蜗杆（1）和/或所述轮体（2）转动的情况下，在所述跑道（34）上的所述辊子（32）能够随所述轴圈（31）沿所述蜗齿（3）的径向外周面旋转而转动，

在传动的过程中，与所述蜗道（4）啮合的所述蜗齿（3）以至少局部存在线接触的方式与所述蜗道（4）接触，

其中，至少局部存在线接触的方式是指：在所述蜗齿（3）与所述蜗道（4）彼此接触的瞬间，所述蜗齿（3）与所述蜗道（4）的接触关系的至少一部分是由若干彼此邻接的连续接触点构成的空间曲线。

3.根据权利要求1或2任一所述的传动装置，其特征在于，在所述蜗杆（1）绕自身轴线转动且至少两个所述蜗齿（3）与所述蜗道（4）接合的情况下，通过所述蜗齿（3）与所述蜗道（4）的齿面间的接触而向所述蜗齿（3）施加径向力和切向力，其中，

所述切向力通过所述蜗齿（3）与所述蜗道（4）之间的滚动摩擦和/或滑动摩擦而带动所述蜗齿（3）绕其自转轴线转动；

所述径向力通过所述蜗齿（3）传递至所述轮体（2），并带动所述轮体（2）绕其轴线转动。

4.根据权利要求1或2任一所述的传动装置，其特征在于，在所述蜗道（4）与至少两个所述蜗齿（3）接合时，接合于所述蜗杆（1）轴向中间位置蜗道（4）的蜗齿（3）承受的径向力大于接合于所述蜗杆（1）轴向两端位置蜗道（4）的蜗齿（3）承受的径向力；

接合于所述蜗杆（1）轴向中间位置蜗道（4）的蜗齿（3）承受的切向力大于接合于所述蜗杆（1）轴向两端位置蜗道（4）的蜗齿（3）承受的切向力。

5.根据权利要求4所述的传动装置，其特征在于，在所述蜗道（4）与至少两个所述蜗齿（3）接合时，接合于所述蜗杆（1）轴向中间位置蜗道（4）的蜗齿（3）通过与所述蜗道（4）位于该蜗齿（3）两侧齿面的接触而在第一侧齿面承受第一切向力和第一径向力，在第二侧齿面承受第二切向力和第二径向力，其中，

所述蜗齿（3）通过方向相反且大小不同的第一径向力和第二径向力带动所述轮体（2）绕其轴线转动；

所述蜗齿（3）通过方向相同且大小不同的第一切向力和第二切向力在第一侧齿面发生相对滑动，并且在第二侧齿面绕其轴线转动而发生相对滚动，或者

所述蜗齿（3）通过方向相同且大小不同的第一切向力和第二切向力在第一侧齿面绕其轴线转动而发生相对滚动，并且在第二侧齿面发生相对滑动。

6.根据权利要求3所述的传动装置，其特征在于，在所述蜗杆（1）通过绕其轴线转动对所述蜗齿（3）施加径向力带动所述轮体（2）绕其轴线转动的情况下，所述蜗齿（3）的自转轴线沿所述轮体（2）的径向与所述轮体（2）的轴线垂直相交，并且沿以所述轮体（2）的轴心为圆心的虚拟圆轨迹运动。

7.一种传动装置，至少包括彼此轴线异面的蜗杆（1）和蜗轮，并且所述蜗轮沿其周向以间隔排布的方式设置有可拆卸的且与蜗杆（1）上的蜗道（4）接合的蜗齿（3），其特征在于，

在所述蜗杆（1）绕自身轴线转动且至少两个蜗齿（3）与所述蜗道（4）接合的情况下，所述蜗杆（1）轴向中间位置蜗道（4）的齿面圆周上各点的线速度大于所述蜗杆（1）轴向两端蜗道（4）的齿面圆周上各点的线速度以使得接合于所述蜗杆（1）轴向中间位置的蜗齿（3）的自转的转速大于所述蜗道（4）轴向两端蜗齿（3）的自转的转速，其中，

蜗道（4）是变径的螺旋蜗道，并且蜗道（4）两端的截面面积大于蜗道（4）中间的截面面积，其中，

若干所述蜗齿（3）不可转动地或可转动地固定在轮体（2）上，所述蜗齿（3）配设有可转动的轴圈（31），所述轴圈（31）与所述蜗齿（3）的径向外周面之间形成用于保持辊子（32）的笼腔（33），其中，

所述蜗齿（3）的径向外周面设置有以不可丢失的方式保持有所述辊子（32）的跑道（34），在所述蜗杆（1）和/或所述轮体（2）转动的情况下，在所述跑道（34）上的所述辊子（32）能够随所述轴圈（31）沿所述蜗齿（3）的径向外周面旋转而转动，

在传动的过程中，与所述蜗道（4）啮合的所述蜗齿（3）以至少局部存在线接触的方式与所述蜗道（4）接触，

其中，至少局部存在线接触的方式是指：在所述蜗齿（3）与所述蜗道（4）彼此接触的瞬间，所述蜗齿（3）与所述蜗道（4）的接触关系的至少一部分是由若干彼此邻接的连续接触点构成的空间曲线。

8.根据权利要求7所述的传动装置，其特征在于，所述蜗杆（1）绕自身轴线转动且至少两个所述蜗齿（3）与所述蜗道（4）接合的情况下，通过所述蜗齿（3）与所述蜗道（4）的齿面间的接触而向所述蜗齿（3）施加径向力和切向力，其中，

所述切向力通过所述蜗齿（3）与所述蜗道（4）之间的滚动摩擦和/或滑动摩擦而带动所述蜗齿（3）绕其自转轴线转动；

所述径向力通过所述蜗齿（3）传递至所述轮体（2），并带动所述轮体（2）绕其轴线转动。

9.一种基于滚动摩擦的传动方法，其特征在于，所述方法包括使用权利要求1至8任一所述的传动装置进行传动。

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