CN2051697U - 凹轮传动 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于传递旋转运动或往复 运动的机械传动机构，基本结构是在两个传动主体的 工作表面上等距离设置若干球面凹窝或半圆凹窝，通 过啮合于对应凹窝之间的中间传动体(滚珠或滚子) 实现凹轮传动。本实用新型与现有的机械传动型式 比较，具有承载能力强、传动圆滑平稳、制造成本低、 使用寿命长等优点。

本实用新型为现有的机械传动技术增添了一种 新的传动型式，可广泛应用在变速等机械传动部件的 制造中。

Description

本实用新型涉及一种用于传送旋转运动或往复运动的机械传动机构，该机构利用滚动体作中间传动体。啮合于两个传动体工作表面相对应的凹窝之间进行动力传递。

众所周知，已有机械传动装置中力是通过各种型式的啮合或摩擦进行传递的，迄今为止几种机械传动如齿轮传动、带传动、链传动、蜗杆传动及摩擦传动，已广泛应用在许多技术领域，属于通用技术范畴。但由于各自的传动机理和结构的限制，上述传动型式在应用中均表现出一些不足，而影响了技术经济指标的提高，例如摩擦轮传动和带传动（齿形带除外）易于产生滑动，限制了承载能力；又如齿轮传动中，轮齿加工技术，设备及工艺有严格要求，齿轮制造成本高，加之受轮齿几何尺寸，形状等因素限制，齿面磨损及塑性变性无法克服，轮齿受过载冲击易于折断，导致轮齿失效，直接影响齿轮承载能力和使用寿命。上述内容在一般机械原理书籍中均有阐叙。本文不再赘述。有关机械传动型式的详细分析可参见化学机械工业出版社一九八八年十月出版的《机械设计手册》（中册）第八篇机械传动内容。

本实用新型的目的皆在于提供一种利滚动体作中间传动体，啮合于两个传动主体工作表面相对应的凹窝之间，用于传递旋转运动或往复运动的凹轮传动机构（装置），该机构具有结构简单，易于制造，承载能力大等特点，以克服上述传统机械传动型式在制造和使用中存在的不足，获得良好的技术进步效果。

为便于理解和叙述本实用新型内容及技术特征，先就凹轮传动的基本机构与已有技术的联系做一些说明。

顾明思义，“凹轮”系指轮盘圆周表面等距离设置有若干凹窝的传动主体；凹轮传动系指两个带凹窝的传动主体通过中间传动体作用实现的机械传动；凹轮传动的基本机构是指两个凹轮由某种滚动体做中间传动体啮合于两轮相对应的凹窝之间构成的啮合传动的基本形式。由以上定义不难看出，凹轮传动从形体布局来看与摩擦轮传动相似；从传动效果来看又与齿轮传动相似。三者之间的联系不妨这样描述：摩擦轮装上轮齿成为齿轮；齿轮去掉轮齿成为摩擦轮；摩擦轮设置凹窝或齿轮去掉轮齿设置凹窝均成为凹轮，由此可见三者之间在技术特征方面的区别和联系，应该看到，凹轮传动和齿轮传动联系更为密切，前者的组合形式可以有效地模拟各种齿轮副传动形式，这一点可以通过对本实用新型基本机构（见图1）的理解及对具体几种传动机构（见图6～10）的叙述得到解释和证实。相应地由上述传动机构组成的各种传动轮系或传动装置也不难得到证实和运用。并且可较大范围地替代齿轮传动的应用功能，另外还应该看到，凹轮传动和摩擦轮传动有着布局和功能方面的联系，后文中提到的凹轮凹孔带传动机构便是其中一明显例子。

下面结合附图对本实用新型的结构特征及几种实施例作详细描述。

图1是凹轮传动的基本机构（实施例）原理图。

图2是凹轮凹窝排列方式示意图。

图3是双列式凹轮啮合原理图。

图4是滚动体返回通道机构原理图。

图5是凹轮凹窝移出机构原理图。

图6是凹轮内凹轮副传动机构（实施例）原理图。

图7是凹轮凹条副传动机构（实施例）原理图。

图8是凹轮凹链副传动机构（实施例）原理图。

图9是凹轮凹孔带副传动机构（实施例）原理图。

图10是圆锥体凹轮副传动机构（实施例）原理图。

图1给出的是两个圆柱凹轮副传动机构，其中W₁、W₂为两个圆柱体轮盘即传动主体，这两个轮盘在轴线平行和外圆即分度圆相切条件下定位，构成与摩擦轮传动相似布局。由图中可见，轮盘1的分度圆周面上等距离设置有若干球面凹窝或半圆凹窝2，W₂轮的凹窝内按放了滚动体（滚珠或滚子）3，此时，W₂轮可称为带珠轮，W₁轮称作凹轮。在带珠轮W₂轮的轮缘上设滚动体保持圈4。其定位于带珠轮轮缘上，但自身不随动，作用是将非工作状态的滚动体约束在凹窝内，使其不致脱落。在凹轮凹窝底部盲孔内设顶簧5，目的是推移啮出后的滚动体，使其保持和带珠轮凹窝啮合（该机构适于在较大的凹轮传动中应用）。图1中A－A图分别示出了用滚珠作中间传动体（上半部分）和用滚子作中间传动体（下半部分）。这里所说的滚子包括长、短圆柱，球面球，圆锥柱等，其传动原理是相同的。顺便说一句，在上述基本机构中，滚动体3可按放在任意凹轮的凹窝2中，实际应用中可按放在凹窝少的凹轮上，以节省滚动体用量。

凹轮传动的运转过程是这样进行的，设W₂轮为主动轮，顺时针转动，此时W₂所带各滚动体3依次通过啮合区段用滚动体3一段曲线至部分球面（滚珠）或一段直线至部分柱面（滚子）去拨动W₁轮凹窝的相应部位，W₁轮随之作逆时针转动；同样，如设W₁轮为主动轮沿逆时针方向转动，此时W₂轮的各凹窝便依此通过啮合区段，用凹窝2的一段曲线至部分内面（球面凹）或一段直线至部分内面（半圆凹）去拨动滚动体不相应部位，W₂轮作顺时针转动。

为叙述简便起见，可将用凹窝2拨动滚动体3的传动简称为“以凹拨珠”；滚动体3拨动凹窝2的传动简称为“以珠拨凹”，两种啮合传动效果完全相同，不同之处只是两者的啮入和啮出动作存在时间上的差异。在“以珠拨凹”传动中，滚动体3为主动体，其工作部位（只能）是前面；在“以凹拨珠”传动中，凹窝2为主动体，它的工作部位则只能是后面。两者时间差异的数值由两轮分度圆的运行轨迹即其曲率大小比例所决定。

由以上叙述可以看出，凹轮传动的啮合性能和圆弧齿轮的啮合性能相似，两者同为节点后啮合，传动的连续性方面有一定问题。为提高凹轮传动的连续性，具体可采用如下技术方案：

技术方案一：将凹窝2的阵列由单列式排布变为交错的双列式排布（参见图2a、b）或三列式排布（参见图2、c、d）甚至多列式排布。这种凹轮传动结构；会有多个滚动体3同时处于啮合区段，不仅能改善传动的连续性、而且能成倍地提高其载荷能力。由图3中可以看出两列滚动体3出现在啮合区段中的状态，图中虚线部分为第二列滚动体。

技术方案二：设滚动体返回通道机构（参见图4）。该机构在滚珠螺旋传动中已有应用，属于现有技术范畴，图4给出了一种简单的环形返回通道6，该通道固定装于凹轮转动部件以外的固定部件上，如机座（图中未画出），并与W₁和W₂轮保持适当角度，一般情况下选择90度为宜，保证通道6开口两端分别对准啮合区段的啮入口和啮出口，使滚动体在通道内顺利地循环运动。设置返回通道6的作用是提前将滚动体推入啮入口W₁轮的凹窝内，扩大有效啮合区段，提高凹轮传动的连续性。上述返回通道6兼有滚动体保持圈4作用。上述机构适于在较大的凹轮传动中应用。

技术方案三：设凹窝移出机构。该机构如图5所示，在W₂轮凹窝底部加工径向盲孔，盲孔内装有弹簧8和外端设凹窝的导柱7，该导柱能够沿盲孔内外适当移动。图中可见，在啮入口处，导柱7超出分度圆提前与W₁轮上的滚动体3啮合。该方案扩大了有效啮合区段，提高了凹轮传动的连续性。凹窝移出机构尤其适合在较大的凹轮传动中应用。

上述三种技术方案可有效地改善凹轮传动的啮合性能，提高其传动的连续性。

以上叙述清楚表明，凹轮传动作为一种新的机械传动型式可以广泛应用于变速器等机械传动部件中，同时受各种齿轮副传动形式启示，由凹轮传动的基本机构可以派生出其它几种凹轮传动形式。

一、凹轮内凹轮副传动机构

图6是该机构原理图，W₁为带珠轮，与基本机构不同之处是W₂为内凹轮，该内凹轮轮盘作为传动主体相当于内齿轮轮盘峙痰哪谠裁嫔仙柚糜邪嘉?，其功能和内齿轮相同，可替代内齿轮在变速器中应用。

二、凹轮凹条副传动机构

该机构中，W₁为带珠轮，W₂c为长方形凹条。该凹条基体作为传动主体相当于齿条基体，其基体平面上加工有若干个凹窝2，W₁轮上的滚动体3与凹条的凹窝相对应（参见图7），该机构可替代齿轮齿条副在机床中应用。

三、凹轮凹链副传动机构

该机构的传动效果相当于现有的链传动效果，图8中W₁为带珠轮，W₂d为凹链链条，由图8右图的两节凹链可见，链节为整体块状结构。链节9的中心是凹窝2，两端加工有连接用的凸台和凹槽，用销轴首尾依次连接若干链节9即构成凹链。本机构中凹轮同凹链的啮合部位是链节中心凹窝2，传动过程中，链节起着张力元件作用。凹链的铰链副为滑动副（属于高副），凹链与齿链传动比较承载能力大，因此可用作动力链（如链条减速器）或输送链。

四、凹轮凹孔带传动机构

本机构受带传动机构启发，其传动轮采用带珠轮W₁、输送带采用凹孔带W₂c，W₂c上等距离设置的凹孔与带珠轮的滚动体啮合。这里所说的凹孔可理解成一种变形凹窝。图9是凹孔带W₂c一侧与带珠轮W₁啮合传动状态，实际应用可在输送带二侧临边位置等距离设置凹孔，本机构可有效防止输送带打滑，提高输送带承载能力。提示一点，由于压紧机构作用（图中未画出），凹孔与滚动体以外接触部位仍可以保持摩擦传动效果。另外，现有的带式输送机的载体多采用橡胶带、成本高，利用本机构可将载体中间一部分用价格较低的其它材料如帆布、塑织物等替代，二边采用便于设置凹孔且强度高的橡胶带，这种组合带即可成为一种成本低且效率高的组合式输送带。

五、圆锥体凹轮副传动机构

图10中，W₁a和W₂a两轮轴相交，两轮载锥体工作面对应等距离设置有凹窝、滚动体3啮合于中间，即构成凹锥凹轮副基本机构，该机构可较大范围地摸拟各种圆锥齿轮副并替代其应用功能。

本实用新型与现有机械传动技术比较，特别是与齿轮传动相关技术比较，其突出的优点表现在：

其一、承载能力强

因采用滚珠或滚子作中间传动体，具有优良的机械性能，不易损坏；又因各传动主体的凹窝位于刚体包围子中、几何应力是多向的，亦不易损坏，故提高了承载能力。

其二、传动圆滑平稳

因为凹窝内可贮存润滑油，当滚动体啮入凹窝时，润滑油将被挤压溢出，在接触面之间形成一层运动的并略具弹性的油膜，油膜的柔性粘附作用可以缓冲和吸振，同时，本实用新型具有良好的自位性能，传动时无滑移现象。

其三、易于制造

本实用新型中，凹轮凹窝的加工明显比加工齿轮简单，且制造成本低。

其四、使有寿命长

使用寿命长表现在三个方面：第一是承载能力强，过载时不易遭受破坏，即使滚动体损坏也便于更换；第二是机械磨损小；第三是经长期使用若出现超值磨损，可以再次加工扩充凹窝，换新滚动体，具备使用的多次性和互换性。

本实用新型实施过程中，首先要确定凹轮的尺寸数据，然后根据强度计算确定凹窝的尺寸，间距，进而等距离布置凹窝，利用现有设备、技术和工艺进行机加工。必要时可将加工刀具改磨使用。本实用新型的传动比可以是两凹轮直径之比，亦可以是凹窝数之比。

对本实用新型原材料选用作如下几点提示：一、滚动体可以直接采用滚动轴承中所用的滚珠或滚子；二、在承载力不大、转速不高前提下，一些部件如凹轮轮盘，滚动体保持圈可采用工程塑料，一次注塑成型，这点已被试验结果所证实。

本实用新型提供的各种传动机构，可根据具体需要加以确定和选用，传动主体也不紧限于两个，可以是两个以上。本文对此不再作更详细说明。

Claims (5)

1、一种由传动主体组成的凹轮传动机构，其特征在于：

a.所说的传动主体W₁(或W₁a)、W₂(或W₂a、W₂b、W₂c、W₂d、W₂e)的工作面上等距离设置有若干球形或半圆形凹窝(2)，

b.所说的凹窝(2)呈单列式、或交错的双列式、三列式至多列式排布在传动主体工作面上，

c.滚动体(3)啮合于上述传动主体相对应的凹窝(2)之间，其中带珠轮W₂(或W₁)的轮缘上设置有滚动体保持圈(4)，

d.上述滚动体(3)采用滚珠或滚子。

2、根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于所说的传动主体W₁、W₂是圆柱体轮盘、W₂b是内轮轮盘、W₂c是长方形凹条基体、W₂d是凹链链节块体、W₂e是凹孔带基体，W₁a和W₂a是圆锥体轮盘。

3、根据权利要求1或所述的传动机构，其特征在于所说传动主体W₁、W₂构成的基体机构中按适当角度（一般为90°）设置有固定于转动凹轮之外固定部件上的滚动体返回通道（6）、该通道的两端口位于凹轮啮合区段两侧。

4、根据权利要求1或2所述的传动机构，其特征在于所说的传动主体W₂沿的圆周等距离设置的径向盲孔内设有弹簧（8）和外端是凹窝的导柱（7）组成凹窝移出机构。

5、根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于所说的滚子包括长、短圆柱、球面柱、圆锥柱。

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