CN1957195A

CN1957195A - 传送旋转运动的滚珠传动装置

Info

Publication number: CN1957195A
Application number: CNA2005800147062A
Authority: CN
Inventors: 斯坦诺夫斯科伊·维克多·弗拉基米罗维奇; 卡扎基亚维求斯·谢尔盖·马特维耶维奇; 列姆涅娃.塔季扬娜.安德列耶夫娜
Original assignee: TOM TANSMISSION SYSTEM
Current assignee: TOM TANSMISSION SYSTEM
Priority date: 2004-04-27
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2007-05-02
Anticipated expiration: 2025-04-25
Also published as: EP1757841B1; CN100443775C; EP1757841A1; WO2005103528A1; RU2004113046A; RU2272196C2; US20080039268A1; EP1757841A4

Abstract

本发明公开了一种传送旋转运动的滚珠传动装置，用于增加变速器的性能和可靠性。其中的扭矩是通过连接件环周凹槽的滚珠传送装置传送的。本发明至少包括在互为相对表面上开有环周槽件的3个部件和一系列同时与所述部件的环周槽件相啮合的滚珠，互动部件的环周槽件的整体动幅相等于或小于滚珠直径；其特点在于所述部件表面提供有环周槽件，互为相对且通过侧壁作用于滚珠，互相步阶式啮合；环周槽件刻置于互为步阶式表面并互为共扼使每个滚槽侧壁高在一定区域增大并超过滚珠半径，同时在相对于其它部件区域则相应减少环周槽件壁的高度。它能够改进滚珠和环槽壁间的相互作用力的分配并从凹槽侧壁把滚珠接触面转移到其底部。

Description

传送旋转运动的滚珠传动装置

技术领域

本发明涉及一种传送旋转运动的传动装置，尤其涉及传送旋转运动的滚珠传动装置。

背景技术

现有的滚珠传动装置可分为内含滚珠、与三个或更多的部件(US 5016487，US 4960003，RU2179272)中提供的环周槽件互动的传动装置；或与两个部件(US4829851，US 4643047，RU2179672)的环周槽件互动的传动装置。滚珠与两个部件的啮合用于其中之一部件做行星运动(US4829851，US 4643047)的传动装置中，或者有平等轴杆(RU2179672)的传动装置中。在滚珠啮合的传动装置中，在互动部件表面上的导向滚槽指相应横截面的环周滚槽和其不同的形式。在此类情形下，“导向槽”指其横截面与上述滚珠形状相配合的凹处，或者其宽度与滚珠直径相同的贯通槽。也就是说，一般情况下它或是等角间隔槽(RU2179272，SU 1260604)，贯通槽(SU1399548，SU1569470，US 5312306)，半球形(RU2179672)或环形圆纹曲面的(US4829851)浅窝，或者是闭合环周弯槽，能够产生余摆曲线，旋轮类曲线，正弦曲线或圆形线等。(M.F.PashkevichVestnik mashinostroyenija，№7，1985)。本环周导向槽(环周表面槽件)可视不同传动装置设计特点和目的以不同组合互相配合。

作为本项发明的原型我们选择正面安装的三正弦曲线形滚珠啮合传动装置(R.M.Ignatishchev，“Vestnik mashinostroyenija”№2，1987г.)。在此传动装置里，闭合环周弯槽开置于圆盘端部；中间部件为等角间隔槽。在此类装置里环槽深度不能超过滚珠直径的三分之一以使滚珠与所有滚槽相啮合。尽管滚珠传送有诸多优点，在力矩传送中上述条件本质上影响到力的分配从而使力分布不佳。图1说明这样的传动装置的力分布情况，其中F为驱动器作用于滚珠的力，N为被驱动部件的反作用力。力F和N作用于槽3和4的壁缘且每个力有两个构成部分：分别为F1、F2和N1、N2。力F1和N1为有用力，而力N2沿轴向把驱动部件1和2互相推开，从而导致槽沟与滚珠脱开。当然本构件N2增加磨擦并降低传动效率。进一步来说，滚珠接触槽壁3和4的边缘，从而增大其受损的可能性。

发明内容

本发明的发明目的在于增加滚珠传动装置的效率和可靠性，尤其是当其传送高力矩被时增加传送效率和可靠性。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种传送旋转运动的滚珠传动装置，至少包括在互为相对表面上开有环周槽件的2个部件和一系列同时与所述部件的环周槽件相啮合的滚珠，互动部件的环周槽件的整体动幅相等于或小于滚珠直径；其特点在于所述部件表面提供有环周槽件，互为相对且通过侧壁作用于滚珠，互相步阶式啮合；环周槽件刻置于互为步阶式表面并互为共扼使每个滚槽侧壁高在一定区域增大并超过滚珠半径，同时在相对于其它部件区域则相应减少环周槽件壁的高度。本发明最终可改进滚珠和槽壁的相互作用力的分布，还能把滚珠啮合面从壁缘转移到其底部。

本发明中的滚珠啮合以及原型含有以下构件：在上述构件的互为相对的表面上开有环槽的数个部件；同时与所有部件的滚槽相啮合的一系列滚珠，其中滚珠啮合装置的互动环槽动幅的总和不大于滚珠直径。与原型机不同的是，各构件的互为相对表面开有的滚槽通过其侧壁作用到滚珠，并为互相逐级匹配的，滚槽开在这些逐级匹配面内并互为共扼使各滚槽一侧侧壁高度增加到超过滚珠半径，而其它部分的另一侧侧壁则被减少；由于滚槽侧壁的增加高度，滚珠和侧壁间的啮合点发生移动使自此侧壁作用于滚珠的力位于同一直线上从而只有单个部件执行有效的工作。本发明可应用于任何滚珠传动装置和任何现有的共扼滚槽的传动装置。它可以是一个滚珠带两个构件或三个和以上的传动装置。滚槽既可在圆盘(平式滚珠传动装置)平面内或圆柱面或球面内执行。滚槽可沿轴向或径向弯曲并相应地形成滚珠的环周运动。

本发明当前正被积极开发用于通用性机械驱动上。有滚珠啮合的传动装置具有增强的承载力和可靠性的特点。与用于同等负载和传动比的轮齿传动装置相比更简单、紧凑。

附图说明

本发明附图18张，说明滚珠与不同类型的环槽在共扼传动装置中的相互作用；其中，

图1和图2为滚珠与两个圆盘件啮合的截面示意图；

图3和图4为图2中的所有部件中的环槽的示意图；

图5为部件之一中有环窝的两件式圆盘传动装置的截面图；

图6和图7中为图5中传动装置部件中的环周凹槽示意图；

图8为有共扼旋轮线槽和半球形窝的两件式圆盘传动机的截面图；

图9和10为图8中的传动装置件中的环周凹槽示意图；

图11说明三件式滚珠传动装置的另一方案；

图12说明图11中传动装置的间隔径向槽构件；

图13说明三件式传动装置的第二个方案；

图14为图13中滚珠传动装置的详细分解图；

图15为图13中滚珠传动装置的部分切开示意图；

图16和图17说明三件式滚珠传动装置的第三种方案，分别为截面图和详细分解图；

图18说明有滚珠轴向运动的圆柱形传动装置的一个方案截面图。

图中，1，2、传动圆盘 3，4、封闭环周弯曲槽道 5、滚珠 6，7，8，9、槽壁 10、凹窝 11，12、侧壁 13、圆盘2的相对区域 14、区域 15，16、圆盘1表面的步阶 17，18、圆盘2表面的步阶偏心轮 19、偏心轮20、输入轴 22、半环形凹窝 23、槽壁 24、块段 25、滚槽 26、圆盘27、滚槽 28、侧表面 29、侧壁 30、凸棱 31，32、步阶 35，36、滚槽37，38、壳体 39，40、圆柱 41、部件 42、滚槽 43、槽棱 44，45，47、侧壁 48，49、凸出 50环周滚槽 51、圆盘 52、环周滚槽 53、径向滚槽 54，55、壳体 56，57，58，59、步阶 60、外侧壁 61、槽棱 62、外侧表面 63，64，65、壳体 66、环周滚槽 67、轴向环周弯滚槽 68、相反区域滚槽 69，70，72，73、侧壁 71、其他区域 74、外表面。

具体实施方式

现在看一下图2、图3和图4中的平式滚珠传动装置，传动圆盘1和2的平面开有封闭环周弯曲槽道3和4的滚槽，具有不同的环周圈数和不同的动幅A。原则上槽道动幅大上上也可以不同，该条件并不限制本发明的应用区域。在滚槽3、4和两滚槽壁的接触交切处置有滚珠5。每个封闭滚槽都有两个侧壁，其壁缘呈弯曲状，等距偏移开滚槽中线L的内外。滚槽3中为槽壁6和7，滚槽4中为槽壁8和9(见图3和4)。应当注意的是对于多环周滚槽，其曲线的形状互有区别且与中线的形状也不同，这在图3和4中已清楚示出。当滚珠尺寸很大，环周数很多或者动幅很少(这是高负载传送条件)时，此差异就相当大了。滚动槽道的底切效果也会增加此差异。这种情况下，在高负载传动下的滚珠传动装置中相对面的多环周滚槽壁都通常有不同的前置角。基本上是大前置角弯曲形槽壁传送负载，相对面槽壁只固定每个滚珠的位置并在非工作的循环部分把其返回到要求的位置。在圆盘1加载的是槽壁7，而在圆盘2上的是槽壁8。相对面的槽壁6和9为非工作的壁，其高度可减小，况且由于底切效应这些槽壁不沿线6和9与滚珠接触，而是在更深的路段。

3部分式传动装置中通常滚珠相对于所有3个部件做摆荡运动。非工作槽壁6和9只固定每个滚珠的位置于传动装置内。本传动装置主要用于高速传送。在高速转动的情况下相当大的离心力作用于滚珠5而可能在其没有固定空间位置的情况下破坏滚珠的运动。因此在本传动装置中完全切掉非工作槽壁6和9是不行的，因为对它们来说把滚珠返回到传动循环的非工作部分的这一功能是非常重要的。

大前置角槽壁的位置视滚珠传动装置执行情况而定。对旋轮线滚槽来说下列规则较合适。如果滚槽环周数多于滚珠数，该滚槽的负载槽壁7的前置角则大于内槽壁6的前置角，且其载荷更大。此规则说明图3中滚槽3的滚珠28的数量有29道。为了改善传动装置中的力分布，外侧壁7的高度超过大小为值h的滚珠半径(参看图2)。为了使滚珠不至于脱开与两侧滚槽3和4的槽壁的接触，在滚槽4中槽壁9相对于第一滚槽3的增高壁7，其高度减小大小为h的值。相应地在有环道27个数的滚槽4中内侧槽壁为工作槽壁，它的高度也按与其相对的滚槽3的槽壁6的区域的减少值而增加。为了实现这个思想，传动机件的啮合面通过环槽开置区域中的分步啮合来实现，且滚槽在这些分步啮合面开置出。因为机件1和2应有可能相互转动，滚槽槽壁高度只能当其动幅总和不超过滚珠直径时才可改变。只有在这种情况下当机件相互转动时，高度增加的槽壁将相对于高度减少的槽壁并不会互相咬着。图2上说明作用于滚槽壁和滚珠的力分布，从那儿可以看到这些力F_BЩ和N_BM只有径向力构成，它们在大小上比原型中的相应的力构成大。缺少第二力构成导致啮合中的摩擦减少，免去了圆盘1和2间的相互额外顶压。此外，在这种方案中，滚珠与滚槽接触区域从滚槽缘移开而减少其损坏的可能性。

图5中的传动方案中，滚珠传动装置由封闭环槽3和环窝10构成，环窝转动圆半径与滚珠半径相等。这种传动装置可用于有两还我河山圆盘构件1和2的传送装置，其在环槽上的外形见图6和7。封闭滚槽3的侧壁由数字11和12标示出。其中滚槽3的一侧侧壁11的高度以h值超过滚珠5的半径。相应地，凹窝10的壁高在圆盘2的相对区域13中降低同等值。相对于13区域的区域14上的凹窝10的槽壁也增加完全一样的高度。为了保证滚珠5与槽3和4的啮合，滚槽3的槽壁12的高度需降低。圆盘1的表面置有步阶15和16，在它们的交点处置有滚槽3。圆盘2表面也置有步阶17、18，只是这些步阶与圆盘1上的相比变换了位置，即圆盘1和2的表面分步阶地相互啮合。所有上述有关力分布和增加耐用性的推论对于此类传动装置是适用的。在传动过程中圆盘2可以依输入轴20的偏心轮19转动。圆盘1借助轴承相对于输入轴20的轴心集中。圆盘2相对于圆盘1作平面平行行星运动，且两个圆盘都可以围绕自轴线转动。如果其中一个圆盘，如圆盘1停止转动，则第二个圆盘将围绕自身动轴心以定的传动比转动。为了使转动转向固定传动轴心，则需要额外的装置，如平行曲轴装置(图5没有说明)。

图8中说明滚珠传动装置连接圆盘构件1和2的相互转动表面上的封闭环槽3和半环形凹窝22，而图9和10中说明有环槽的圆盘1和2木身。在此传动装置中环槽3的槽壁11的高度超过滚珠半径。凹窝22的槽壁23的部分的高度也超过滚珠半径。环槽3和22的一部分位于高度增加的槽壁的相对面，其槽壁则相应地降低同等大小的高度。在本传动装置中就是滚槽3的槽壁12和凹窝22的槽壁的块段24。圆盘1和2的相互转动的表面刻置有步阶，一个圆盘的步阶15和16与另一圆盘的步阶17和18相啮合。在传动过程上圆盘1置于可转动的输入轴20的偏心轮19上。

应当指出的是上述图中所展示的传动装置可用于两种传动设计中。第一种设计离心行星传动，其中一个圆盘置于输入轴(如图5和8中所示)的偏心轮上。第二种设计中圆盘1和2转动式地安装于互不对中的壳体上。构成的传动装置类似于有平行轴的普通齿轮传动装置，只是传动装置借助于滚珠进行。两种设计都有不同的传动比，但在两种传动装置中借助本发明力传动特性都将得到改善。

现在就三部件式装置进行说明，其中滚珠与三个部件的环周零件相互作用。在两部件式的传动装置中滚珠5的转动与其中一个圆盘一起相对于另一个圆盘完成。在三部件式传动装置中通常滚珠相对于两个部件完成转动。当滚珠相对于置有互相间隔滚槽的部件进行波式运动时，滚珠中心不得超出滚槽间间隔。图11和图12例示了此种传动装置。这里的圆盘件1和而圆盘件2有在它们相对表面上转动的环周滚槽。在圆盘1上就是封闭环周弯曲滚槽3，圆盘2上就是沿径向滚槽25的环周面上相互间隔开的系统。第3部分是圆盘26，它通过其侧表面28上的滚槽27作用于滚珠5。滚珠5在其底部区域内与滚槽27啮合。滚槽27可以是单环周的，多环周的或是环形的。在最后一种情况下，圆盘26应做行星运动。圆盘1内环周滚槽3只有一个侧壁7，其相对面的侧壁被切除以便驻留圆盘26。滚槽3的侧壁7的高度增加h而在相对面位置的滚槽25的侧壁29则被减少。这时，滚槽3和滚珠5(图11中由A字母标示)的啮合面位于与力F的作用方向相一致的直线上，进行有用的工作。相应地径向滚槽25的槽壁位于滚槽3的切除槽壁对面，其高度应增加以使正切力F3(如图12所示)通过滚珠中心并沿它们表面的正常方向作用于这些槽壁。滚槽25的侧壁增高形成凸棱30。于此，凸棱30就在滚珠中心区域内有这样一个厚度L以使滚珠中心5在滚珠沿径向滚槽25进行波式运动期间不超出凸棱30的范围。因此，朝向环周滚槽3的凸棱30的表面是凸出的，并被刻入滚槽3的表面。实际上，朝向圆盘2的圆盘1的表面含步阶31和步阶32(如图2所示)两步阶，且由它们的表面形成。同样不差地，圆盘2的表面由步阶33和步阶34构成并与圆盘1的步阶31和步阶32啮合。

现就图13、14和15的滚珠传动装置实施方案进行说明，其连续环周滚槽35和36于壳体37和38中刻出。互相间隔开的环周零件在壳体上刻槽为复杂的贯通滚槽形，由两个不同直径的圆柱39和40构成并由部件41连接，实际上其中有贯通滚槽42和槽棱43。滚槽35的侧壁44的高度超过滚珠5的半径，而滚槽42的侧壁45的高度则在相反的区域降低。滚槽35的的第二个侧壁则被切掉。滚槽36的侧壁46的高度也超过滚珠半径，而对面区域滚槽42的侧壁47的高度相应减少。滚槽36的第2个侧壁被切掉。滚槽42的槽壁制成步阶形，厚度增加而相对面的滚槽35和36的槽壁则相应降低。在滚珠中心区域的侧壁在其相反方有两个凸出48和49，相应地被刻入滚槽35和36的表面。结果滚槽42的壁厚D在滚珠中心位置平面内增大，而滚珠5的中心(如图13的A和B点所示)在其波式径向运动时不超出滚槽壁范围。这个条件的满足保证滚珠的正切压力沿朝向它们表面的正常方向作用于槽壁。

图16和17说明的是滚珠传动装置与三个部件啮合的另一个方案。此处一个连续的环周滚槽50位于圆盘51的平面内且为偏心环周形。另一连续环周滚槽52和互相间隔开的径向滚槽53都刻置于壳体54和55的平面交切处。滚槽50的内侧壁高度增加，外侧壁的高度则减少，圆盘51表面上则形成步阶56和57。壳体55的相反表面也是步阶形的，步阶58和59位于反方向。因此，(位于步阶58处的)滚槽53的部分壁高增加，(步阶59处的)部分壁高减少。相应地滚槽52在壳体54上外侧壁60相对于圆盘51上的高底降低的侧壁，其高度增加很大，而内侧壁切掉。为避免在滚珠5径向移动时其中心不超过壳体55的径向滚槽53间的槽棱61的范围，槽棱61的外侧表面62是凸出形的，刻在壳体54内滚槽52表面上。

以上就本发明用于平式滚珠传动装置的情况进行了说明。上述推理和要求也适用于圆柱形或球形传动装置，在这类装置中滚槽通过其侧壁边缘作用于滚珠。在此圆柱传动装置指其滚槽被开槽于壳体形部件侧圆柱面上。其实例如图18所示。传动装置由壳体63和包含它的壳体64和65构成。环周滚槽66开槽于壳体63的外圆柱面上。这时它是一个倾斜槽。在壳体64和65上环周零件实现于其内圆柱面上的壳体相交处。轴向环周弯滚槽67位于壳体64内，轴向等角间隔开的滚槽68位于壳体65内。滚槽66的侧壁69的高度增加并超过滚珠半径，在相反区域滚槽68的侧壁70的高度则相应降低。相应地，在该滚槽68的其他区域71内壁高也增加。滚槽67的侧壁72的高度增加，而相对面的倾斜槽66的侧壁73的高度则相应减少。为防止滚珠5的波式运动超出轴向槽68间的槽棱范围，它们的外表面74是凸出的，并刻置于环槽67的表面。

应该指出的是申报的滚珠传动装置的应用范围不受如图所示的设计限制。凡是用到滚珠且有滚槽通过其侧壁缘作用于滚珠的传动装置都可应用它。

封闭旋轮线槽形的两个环周零件的滚珠传动装置示例说明了装置的工作原理，见图2、3和4。设圆盘1为导盘，相对于不动圆盘2进行离心率为ε的平面平行行星运动。滚槽3的环周数比滚珠多出1个，滚槽4上的则少1个。工作槽壁3为外壁7，有大前置角。槽壁7的压力通过滚珠5传动到滚槽4槽壁8上。滚珠5，槽壁7、8和滚槽3、4的相互作用导致圆盘1围绕自身动轴以随圆盘1和2上滚槽3和4的环周数而定的角度转动。为使圆盘1转向圆盘2的不动轴需要在平行轴间置有额外的旋转传动装置。此类装置广为人知且与本发明内容没有关系。因为反作用槽壁7和8的高度增加并超过滚珠半径值h，滚珠施加的力将不会落在这些槽壁缘上，而是偏移开边缘的一定区域。槽壁和滚珠的压力将朝向一条直线，而不会有轴向构成，圆盘1和2互相推离并增加摩擦力。

图5-10上说明的是一个部件上由连续环周滚槽和不同形状的凹窝构成的滚珠传动装置的工作情况，它与上述传动装置只有传动比的区别。有偏心轮19的输入轴20的转动导致有连续环周滚槽3的圆盘1的平面平行行星运动。圆盘2为固定反作用部件。滚珠5与滚槽3的槽壁11、凹窝10的槽壁14相互作用导致圆盘1相对于固定圆盘2的转动。因为圆盘1除了完成围绕自身轴转动外还进行行星运动，所以如前例需要额外的装置使圆盘1转向传动轴(图中没有说明)。由于滚槽3的槽壁11超过滚珠5的半径，凹窝10的槽壁14区域超过滚珠半径，环周零件壁和滚珠间的作用力的分布得到改善，消除了推开圆盘的力，使滚珠传动装置的有效工作率得到增加。滚槽壁与滚珠相互作用区域从槽壁边缘的移动减少与滚珠相互作用的环周零件的壁磨损并增加使用寿命。

图8、9、10说明滚珠5位于半球凹窝22中并与连续环周滚槽3相啮合的装置工作情况，类似于上述传动装置的工作情况，但其滚珠仅在啮合传动过程中在半球凹窝中转动。所有上述其它推理都适用于本装置。

为了说明滚珠传动装置的工作情况，其中连续滚槽和径向等角间隔槽形式的环周零件刻置于三个互相作用部件上，如图11和12所示，浮环26驱动滚珠5沿其滚槽27的底部运行。圆盘1为反作用固定件，含滚槽3。滚珠5沿径向槽25的运动和由其与固定环周滚槽3的侧壁7的相互作用而导致的轨道运动引致径向槽25的圆盘2相对于圆盘1的转动。于此径向槽25内的任何滚珠在点A和点B标示的范围内运行且在此范围内壁30的高度超过滚珠半径。因此，从浮环26处作用于滚珠的力F和从滚槽3的侧壁7处作用于滚珠的力N都不施加到槽壁的边缘。在这两个力的作用下，滚珠沿着连续滚槽3的壁发生方位角方向移动，同时力F3(图3)压向径向槽壁，从而驱动圆盘2相对于圆盘1运动。图12中可看到滚珠作用于槽25间槽棱的凸起30，本凸起30的高度超过滚珠半径。因此，滚珠与所有三个滚槽的相互作用发生于离其边缘的一定深度处而不是直接作用于其边缘，从而降低磨损坏滚槽的可能性。所有相互作用的力都做有用功且它们没有增加摩擦力的或者让圆盘1和2互相排斥的构件。

有滚珠啮合(图13-17)的3部件式装置的其它实施方案的工作原理与上述类似。在所有这些装置中，滚槽壁的工作区域的高度有增加而其它部件的相反向的非操作壁区域高度则相应降低。

图18所示的圆柱形三部件式传动装置的工作原理也与上述的类似。带有弯槽66的壳体63的转动使滚珠5轴向运动。在这种运动中滚珠同时与壳体64的连续环周滚槽67和壳体65的轴向槽68相互作用。如果上述壳体64和65之一是固定的，其它壳体的转动角度由滚槽3的环周数决定。实际上滚珠运行总是受限于壁的增高；滚珠与滚槽壁的相互作用力只有轴向和正切构件(对轴向槽来说)，这些力做有用功。于此，滚珠传动装置的效率和其可靠性也在上述实施方案中得到增加。

Claims

1、一种传送旋转运动的滚珠传动装置，至少包括在互为相对表面上开有环周槽件的2个部件和一系列同时与所述部件的环周槽件相啮合的滚珠，互动部件的环周槽件的整体动幅相等于或小于滚珠直径；其特征在于所述部件表面提供有环周槽件，互为相对且通过侧壁作用于滚珠，互相步阶式啮合；环周槽件刻置于互为步阶式表面并互为共扼使每个滚槽侧壁高在一定区域增大并超过滚珠半径，同时在相对于其它部件区域则相应减少环周槽件壁的高度。