CN214999142U - 一种球滚子包络环面齿合蜗杆蜗轮传动装置 - Google Patents

Abstract

一种球滚子包络环面齿合蜗杆蜗轮传动装置，其至少包含：蜗轮，其用于按照自身受力旋转的方式进行旋转传动，蜗杆，其用于受电机驱动而沿自身杆轴旋转的方式进行旋转传动，蜗轮沿其周向表面环形路径间隔设置有数个滚槽，在每个滚槽中对应设置有一个滚子，其中，滚槽形状被设置为半包裹滚子的其中一个部分，使得滚子以至少一部分裸露在滚槽外的方式设置在滚槽内，并且滚子与滚槽之间形成间隙配合，使得滚子能够在滚槽中自由滚动。

Description

一种球滚子包络环面齿合蜗杆蜗轮传动装置

技术领域

本实用新型涉及机械传动领域，尤其涉及一种球滚子包络环面齿合蜗杆蜗轮传动装置。

背景技术

机械领域常用的传动装置或者减速器装置较为常见的形式是蜗轮蜗杆传动装置，其现已广泛应用在矿机、采油、化工厂、基建、重轻工业、军工、仿生机器人、航天等领域当中。现有的蜗轮蜗杆传动机构具有较大的单级传动比，相较于普通的齿轮形传动装置具有较大的传动性能，并且具有自锁、传动平稳等优点。现有的蜗轮与蜗杆之间由于通常采用滑动摩擦传导受力的方式，使得蜗轮与蜗杆之间具有较大的磨损，不利于长时间工作的大型设备的寿命管理需求。因此，存在一些考虑利用滚子结构来将滑动摩擦变更为滚动摩擦来减小设备磨损的研究。

CN205244327U公开了一种滚子蜗杆蜗轮传动箱，包括传动箱本体内设有相互啮合的蜗轮和滚道蜗杆，滚道蜗杆上的螺旋槽内设有传动滚子，滚道蜗杆的螺旋槽两端设有滚子换向套，滚道蜗杆外设有传动滚子的保护套，保护套固定在蜗杆定位盖上，滚道蜗杆通过两端的轴承设置在蜗杆定位盖与传动箱本体内。该实用新型由于采用了推动滚子式的蜗杆蜗轮传动结构，使滚道蜗杆、蜗轮的齿槽在传动过程中均只与传动滚子接触，并基本呈滚动摩擦形式，这样与传统的蜗杆蜗轮传动比较，将较大的提高传动效率，同时当滚道蜗杆、蜗轮的齿槽表面经提高硬度处理后，能有效的提高使用寿命。

CN212080052U公开了一种滚珠蜗轮蜗杆传动机构，涉及蜗杆传动技术领域，为解决现有的蜗轮与蜗杆之间摩擦力较大，从而降低了蜗杆的传动效率的问题。所述蜗轮主体的下端安装有蜗杆主体，所述蜗轮主体的外部设置有若干轮齿，所述轮齿包括固定轴和滚子，且滚子位于固定轴的外部，且固定轴与滚子通过第一轴承连接，且固定轴与蜗轮主体焊接连接，所述蜗杆主体的外部设置有啮合块，且啮合块与蜗杆主体设置为一体成型结构，所述啮合块的内部安装有保持架，所述保持架的内部设置有固定槽，所述固定槽的内部安装有滚珠。

CN106239258B公开了一种蜗杆凸轮分度机构，包括蜗杆凸轮和滚子盘，蜗杆凸轮包括蜗杆和固设在蜗杆上的凸轮，该凸轮的外侧开设有槽道，该槽道呈螺旋状；该滚子盘上设有多个滚子，该多个滚子沿滚子盘的周向间隔分布，该滚子用于在槽道内运动，该槽道从一端至另一端依次设有啮入段、第一停歇段、正弦加速运动段、等速运动段、正弦减速运动段、第二停歇段和啮出段。该发明可以提升机构的整体运动性能，而且避免滚子在啮入啮出槽道时产生干涉。

上述现有技术中将滚子作为中间传动机构纳入蜗轮蜗杆整体的传动流程当中，使得从摩擦方面来讲，将滑动摩擦变更为滚子转动的滚动摩擦，减小了设备之间的摩擦磨损，另外由于滚子的周向形状均极度相近或完全一致，滚子在蜗杆与蜗轮之间贴合将会更加紧实。

但上述现有技术将滚子设置在蜗杆上，由于蜗杆通常呈现螺旋状凸起的复杂构型，因此将滚子按照螺旋线的排布方式设置在蜗杆螺旋状凸起的凹槽内无疑加大了蜗杆的制造难度。另外上述现有技术未考虑到如何利用滚子自转的特性向滚子上涂覆用于补齐接触缝隙和进行润滑的液压油的问题。

此外，一方面由于对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实用新型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，然而这绝非本实用新型不具备这些现有技术的特征，相反本实用新型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。

实用新型内容

为解决上述现有技术中至少一部分不足之处，本实用新型提供了一种球滚子包络环面齿合蜗杆蜗轮传动装置，其至少包含：蜗轮，其用于按照自身受力旋转的方式进行旋转传动，蜗杆，其用于受电机驱动而沿自身杆轴旋转的方式进行旋转传动，蜗轮沿其周向表面环形路径间隔设置有数个滚槽，在每个滚槽中对应设置有一个滚子，其中，滚槽形状被设置为半包裹滚子的其中一个部分，使得滚子以至少一部分裸露在滚槽外的方式设置在滚槽内，并且滚子与滚槽之间形成间隙配合，使得滚子能够在滚槽中自由滚动。

优选地，在滚槽内凹表面上设置有至少一个导油孔，导油孔轴线指向滚子的形状中心设置使得由导油孔导出的液压油能够接触至滚子部分表面并且借助滚子的自由滚动覆盖滚子的所有表面。

优选地，蜗轮沿其周向穿过所有滚槽的环线为基础拆开，形成第一半蜗轮与第二半蜗轮，滚槽相应地被拆分为第一半蜗轮上的第一半滚槽和第二半蜗轮上的第二半滚槽。

优选地，滚槽在蜗轮周向表面的开口半径小于滚子的最大直径，使得滚子随蜗轮滚动时滚槽开口部分向滚子提供支撑力以抵消重力和/或离心力导致的滚子离开滚槽的趋势。

优选地，蜗杆沿其周向环形围绕设置有啮合部，啮合部按照配合滚子露出部分的外形的方式而构成两端凸出的凹槽构型，使得当蜗杆按其自身轴线滚动时，接触至滚子的啮合部能够带动滚子进行自转和/或经过滚子传导后带动蜗轮按其轴线滚动。

优选地，沿蜗杆环绕有啮合部的直线路径上观察，啮合部弯曲弧度配合与其接触的滚子所在的蜗轮的弧度设置。

优选地，啮合部凸出部位彼此间隔与滚子露出部分的最大直径长度之间呈间隙配合。

优选地，蜗轮旋转轴线与蜗轮旋转轴线在空间上呈垂直且非共面状态。

优选地，导油孔联通有导油通道，其中，连接至所有沿蜗轮环形分布的滚槽内部的导油通道均以蜗轮圆形中心为圆心向蜗轮表面方向为路径指向，并且数个导油通道之间呈圆形发散排布。

优选地，在蜗轮内设置有环形空腔，所有导油通道除导油孔的另一端均联通至环形空腔，使得储存在环形空腔内的液压油能够被重力和/或离心力驱动流动至滚子表面。

本实用新型至少具有以下优点：

1、滚子与滚槽之间形成间隙配合，使得滚子可以在滚槽之间自由转动。

2、滚槽内部设置有导油孔，使得液压油可以接触至滚子表面，并且随着滚子的自转覆盖至滚子全部表面以及蜗杆表面，使得缝隙被自动填充同时减小摩擦损耗。

3、导油孔以及导油通道均呈圆形发散分布使得仅需在蜗轮之中设置一个环形空腔即可储存滚子所需的所有液压油，并且该指向设计使得液压油可以利用重力或旋转离心力自动流向滚子而无需额外驱动力。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的爆炸结构图；

图2是本实用新型一种实施例滚槽部分放大图；

图3是本实用新型一种实施例的正视图；

图4是本实用新型一种实施例沿图3中沿A方向观察的剖视图；

图5是本实用新型一种实施例的俯视图；

图中：100、蜗轮；110、第一半蜗轮；120、第二半蜗轮；130、滚槽；131、第一半滚槽；132、第二半滚槽；140、导油孔；150、导油通道；160、环形空腔；200、滚子；300、蜗杆；310、啮合部。

具体实施方式

下面结合附图进行详细说明。

本实用新型提供一种球滚子包络环面齿合蜗杆蜗轮传动装置，其至少包括蜗杆300、蜗轮100和滚子200。沿蜗轮100周向表面环形路径上间隔设置有数个滚子200，该滚子200至少一部分裸露在蜗轮100本体外部，并且裸露部分接触至蜗杆300上设置的啮合部310。蜗杆300自转轴线与蜗轮100自转轴线垂直且不共面，因此在外部电机驱动下蜗杆300沿其轴线自转，进而设置在其上的啮合部310以滑动摩擦的方式带动滚子200进行自转以及按照啮合部310所形成的螺旋路径运动方向进行移动，并且以此带动蜗轮100沿上述方向为切线方向进行顺时针或逆时针转动。

用于受外部驱动使得自身按照其中心轴线进行自转并且通过该自转向与其连接的外部部件进行受力传导的蜗轮100可以被设置为圆形或圆盘形状。并且优选地，为实现减轻其本身重量以及中间可以额外设置加强主轴之目的，蜗轮100可以设置为圆环构型。使得在需要的时候，用户通过向圆环中心中空部位穿过用于补强作用的加强主轴，使得当蜗轮100连接至较重的部件或者用于较大载荷的传动方式时可以接受上述加强主轴的额外支撑力，防止蜗轮100由于载荷较大或者重力较大的因素而导致的使用寿命降低和/或金属疲劳损伤等问题。

在三维空间方面观察，蜗轮100周向具有一定的宽度，使得蜗轮100在空间中整体构成圆柱体或者圆环柱体的构型。其中，沿蜗轮100周向外表面上按照一定的间距排布规则连续设置有数个具有由外表面向内表面凹陷的构型的滚槽130。该滚槽130用于安装并包裹滚子200的至少一个部分，并且由于滚子200需接触至蜗杆300并形成紧密接触的形式。故优选地，上述数个滚槽130在蜗轮100周向外表面上形成的开口之间被设置为保持一个较为接近的距离，使得当滚子200被装入滚槽130后，其相互之间也被引导为一个较为接近的距离，此种设计可以防止滚子200距离较远，在接触蜗杆300时存在一部分蜗杆300没有接触至滚子200而导致出现预期外的滑动摩擦的情况。

上述用于形成蜗杆300与蜗轮100之间的中间传导机构的滚子200，由于其利用自身较为圆滑的外形而将蜗轮100与蜗杆300间的滑动摩擦变更为滚动摩擦的功能，滚子200可以设置为圆球形状态。并且相应地，上述滚槽130按照配合滚子200形状的方式也被设置为按照球形的形状向内凹陷，以形成承托滚子200的凹槽。优选地，为实现滚子200的至少一个部分接触至蜗杆300的目的，该滚槽130被设置为半包裹滚子200的构型，即滚槽130按照球形滚子200的下半球形状为基础向内凹陷以形成一种类似于杯子形状的承托构型，使得当滚子200被安装在滚槽130中，其至少上半部分是裸露在滚槽130之外的。

为实现滚子200在滚槽130之中可以自由转动之目的，当滚子200被放置进滚槽130之后，其与滚槽130之间形成间隙配合。该种配合是指滚槽130的开口尺寸大于滚子200的尺寸，具体到本实施例中呈球形的滚子200和呈杯装的滚槽130上时，则该间隙配合可以指滚槽130的杯装凹陷直径大于球形滚子200的最大直径，这种配合使得滚子200与滚槽130之间形成一定长度的间隙，进而使得滚子200在滚槽130中可以自由地转动。优选地，为防止滚子200与滚槽130之间出现较大的撞击摩擦，该间隙长度被设置为一个较小的数值，例如当滚子200与滚槽130结构被设置为一个较小体积时，该间隙长度可以设置为百分之一毫米级，使得在整体保持较高的机械配合精度的同时，滚子200获得较好的自由转动的空间。

沿蜗轮100转动的路径观察，可知若该蜗轮100以垂直与地面设置时，当某一滚子200跟随蜗轮100一起转动至朝向地面的一面时，由于重力作用，滚子200极易从滚槽130中脱出，造成本滚子200包覆蜗轮100零件缺失。另一方面，若该蜗轮100进行转动时，滚子200由于离心力的作用也极易滚槽130中脱出。故优选地，将滚槽130在蜗轮100周向表面的开口直径设置为小于滚子200的最大直径，这种设计将在以下两个方面具有优势。一方面，在某一滚子200随蜗轮100旋转至接触蜗杆300时，该滚子200结构上剖面直径小于上述滚槽130开口直径的部分仍会裸露在滚槽130之外并可以自由地接触至蜗杆300，并且由于间隙配合的设置，其仍可以自由滚动。另一方面，在某一滚子200随蜗轮100旋转至朝向地面的一侧或者当滚子200受到由离心力带来的影响时，被包裹在滚槽130内部的滚子200部分由于其剖面直径大于滚槽130开口直径而不能从滚槽130中脱出，使得滚子200整体被固定在滚槽130当中。

由于滚槽130开口直径被设置为小于滚子200的最大直径，因此在向滚槽130中安装滚子200时不能直接由滚槽130的开口处直接插入滚子200的方式进行。故本实施例中将蜗轮100以一个穿过所有滚槽130内部的周向环线为基础拆分为第一半蜗轮110和第二半蜗轮120。相应地，滚槽130也沿上述周向环线被剖分为存在于第一半蜗轮110上的第一半滚槽131和存在于第二半蜗轮120上的第二半滚槽132。优选地，为保证上述两个半蜗轮100以及两个半滚槽130的对等设计，该周向环线被设置为能够将滚槽130完全对半剖分的位置。在本实施例中，用户或制造商先将滚子200放入其中一个半滚槽130上，然后将另一半蜗轮100连接至该半滚槽130所在的半蜗轮100上，以实现将滚子200的安装工作。上述第一半蜗轮110与第二半蜗轮120的连接方式可以时螺纹连接、扣接或者其它工业常用的连接方式。将蜗轮100以及滚槽130设置为可拆分的设计在保证滚子200可以正常装入的情况下，还使得用户或制造商可以对磨损严重的滚子200或滚槽130进行拆卸更换或维修内部表面

在另一些实施例中，为实现蜗轮100以及滚槽130部分较好的机械强度，滚槽130可以与蜗轮100一体式制成，滚子200在上述两者形成之前就预先安装在滚槽130之中，该实施例可以获得较好的机械强度，防止连接部位磨损失效，但无法在不损伤蜗轮100的情况下将滚子200拔出。

上述蜗轮100和滚子200可以由工业上常用的硬质材料制成以获得较高的机械强度，该硬质材料例如可以是铁和以铁为基础的合金(例如钢材、铸铁或其它铁合金)、有色金属及其合金(例如铜材、铝材或其合金材料)。

优选地，为实现对滚子200以及与滚子200接触的蜗杆300的润滑效果，在滚槽130内部至少一个部位设置有导油孔140，该导油孔140开口指向滚子200的形状中心，使得从该导油孔140中导出的液压油能够充入滚子200与滚槽130之间的间隙中形成润滑和填充间歇效果。另外一方面，由于滚子200在装入滚槽130后由于一定的间隙或者导油孔形成的近似负压的原因，滚子200底部将会贴近滚槽130底部而造成滚子200露出部分不能很好地接触至蜗杆300，因此从导油孔140中流出的液压油同时具有将滚子200从滚槽130底部向外顶出的作用，使得滚子200更加接近蜗杆120以形成更好的滑动摩擦效果。另外，由于滚子200接触至滚槽130开口部位时被限位卡住，由此在滚槽130开口部位形成类似球阀类型的锁紧结构，使得液压油不能从滚槽130的开口出漏出，进一步使得滚槽130的内部形成有液压油充满的腔室。由于滚子200与滚槽130之间的间隙配合，使得滚子200可以在滚槽130中自由滚动，故当蜗杆300自转带动滚子200进行转动时，露出滚槽130的未接触液压油的部分由于滚子200的自转而转动至滚槽130内并与存在于滚槽130内的液压油接触以形成润滑油膜，且在滚子200持续转动的过程中，该滚子200的全部表面将会涂覆上液压油膜。另外一方面，由于滚子200接触至蜗杆300，滚子200上的液压油也将随之涂覆至蜗杆300表面。由于液压油具有较为粘稠的流动性特性，其可以使得滚子200与滚槽130之间以及滚子200与蜗杆300之间的缝隙被自动填充或补偿误差，同时液压油将显著降低滚子200与滚槽130之间以及滚子200与蜗杆300之间摩擦损耗。

优选地，为统一管理液压油存储与添加，与设置在滚槽130内部的导油孔140相通连导油通道150被设置为指向蜗轮100圆形中心，并且所有沿蜗轮100环形分布的滚槽130底部的导油通道150均以蜗轮100圆形中心为圆心呈圆形发散排布，故在蜗轮100内部设置有一个与蜗轮100同心的环形空腔160，所有导油通道150的出导油孔140的另一端均联通至该环形空腔160。该空腔用于储存足量的液压油，使得在重力或者离心力的作用下，液压油可以由空腔经由导油通道150从导油孔140中流出并接触至滚子200表面。为方便用户向环形空腔160中添加或补充液压油，将蜗轮100设置为圆环柱形，并且在其内环处设置一个加油开口，该加油开口联通至上述环形空腔160，使得用户可以由该加油开口向环形空腔160中添加液压油。优选地，对于上述一些实施例中的可剖分的蜗轮100，可在环形开口、导油通道150以及滚槽130相应接缝处设置防漏机构，该防漏机构可以是贴附在接缝处的橡胶条或防液薄膜等结构。

接触至滚子200的蜗杆300上为形成对滚子200的定向驱动力，沿其周向环形围绕设置有啮合部310。并且为接触滚子200之目的，啮合部310配合裸露在滚槽130外的滚子200部分的构型形成两端凸出中间凹陷的凹槽构型，并且该凹槽的导向路径环绕蜗杆300以螺旋等构型进行延伸。优选地，为缩小啮合部310与滚子200接触时的间隙同时保证滚子200或蜗杆300之间可以自由的滚动或自转，啮合部310相邻两端凸起之间的间距与滚子200裸露在滚槽130外的部分的最大直径之间呈间隙配合关系。

在一些实施例中，沿所述蜗杆300环绕有所述啮合部310的直线路径上观察，所述啮合部310弯曲弧度配合其接触至所述滚子200所在的蜗轮100的弧度设置。此种设置可以使得啮合部310在接触至由于蜗轮100的影响而具有一定弧形排布的数个滚子200时，啮合部310依靠其配合蜗轮100弧度的弯曲形状而保证其表面上的尽可能多的接触上述数个滚子200以向滚子200提供受力传导，提升本传导装置的传导效率和承载强度。

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实用新型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实用新型的公开范围并落入本实用新型的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本实用新型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。本实用新型的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种球滚子包络环面齿合蜗杆蜗轮传动装置，其至少包含：

蜗轮(100)，其用于按照自身受力旋转的方式进行旋转传动，

蜗杆(300)，其用于受电机驱动而沿自身杆轴旋转的方式进行旋转传动，

其特征在于，

所述蜗轮(100)沿其周向表面环形路径间隔设置有数个滚槽(130)，在每个所述滚槽(130)中对应设置有一个滚子(200)，其中，所述滚槽(130)形状被设置为半包裹所述滚子(200)的其中一个部分，使得所述滚子(200)以至少一部分裸露在所述滚槽(130)外的方式设置在所述滚槽(130)内，并且所述滚子(200)与所述滚槽(130)之间形成间隙配合，使得所述滚子(200)能够在所述滚槽(130)中自由滚动。

2.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，在所述滚槽(130)内凹表面上设置有至少一个导油孔(140)，所述导油孔(140)轴线指向所述滚子(200)的形状中心设置使得由所述导油孔(140)导出的液压油能够接触至所述滚子(200)部分表面并且借助所述滚子(200)的自由滚动覆盖滚子(200)的所有表面。

3.根据权利要求1或2所述的传动装置，其特征在于，所述蜗轮(100)沿其周向穿过所有所述滚槽(130)的环线为基础拆开，形成第一半蜗轮(110)与第二半蜗轮(120)，所述滚槽(130)相应地被拆分为所述第一半蜗轮(110)上的第一半滚槽(131)和所述第二半蜗轮(120)上的第二半滚槽(132)。

4.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述滚槽(130)在所述蜗轮(100)周向表面的开口半径小于所述滚子(200)的最大直径，使得所述滚子(200)随所述蜗轮(100)滚动时所述滚槽(130)开口部分向所述滚子(200)提供支撑力以抵消重力和/或离心力导致的所述滚子(200)离开所述滚槽(130)的趋势。

5.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述蜗杆(300)沿其周向环形围绕设置有啮合部(310)，所述啮合部(310)按照配合所述滚子(200)露出部分的外形的方式而构成两端凸出的凹槽构型，使得当所述蜗杆(300)按其自身轴线滚动时，所述接触至所述滚子(200)的啮合部(310)能够带动所述滚子(200)进行自转和/或经过所述滚子(200)传导后带动所述蜗轮(100)按其轴线滚动。

6.根据权利要求5所述的传动装置，其特征在于，沿所述蜗杆(300)环绕有所述啮合部(310)的直线路径上观察，所述啮合部(310)弯曲弧度配合与其接触的所述滚子(200)所在的所述蜗轮(100)的弧度设置。

7.根据权利要求5所述的传动装置，其特征在于，所述啮合部(310)凸出部位彼此间隔与所述滚子(200)露出部分的最大直径长度之间呈间隙配合。

8.根据权利要求1所述的传动装置，其特征在于，所述蜗轮(100)旋转轴线与所述蜗杆(300)旋转轴线在空间上呈垂直且非共面状态。

9.根据权利要求2所述的传动装置，其特征在于，所述导油孔(140)联通有导油通道(150)，其中，连接至所有沿所述蜗轮(100)环形分布的所述滚槽(130)内部的所述导油通道(150)均以所述蜗轮(100)圆形中心为圆心向所述蜗轮(100)表面方向为路径指向，并且数个所述导油通道(150)之间呈圆形发散排布。

10.根据权利要求9所述的传动装置，其特征在于，在所述蜗轮(100)内设置有环形空腔(160)，所有所述导油通道(150)除所述导油孔(140)的另一端均联通至所述环形空腔(160)，使得储存在所述环形空腔(160)内的液压油能够被重力和/或离心力驱动流动至所述滚子(200)表面。

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