CN218927074U - 一种双齿轮齿条消隙结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双齿轮齿条消隙结构。包括伺服电机、齿轮及齿轮轴、垫片斜齿轮组等构成的一级消隙部分；以及碟簧、齿轮轴、斜齿轮、输出齿轮轴、齿条等组成的二级消隙部分组成；伺服电机传动轴通过联轴器与齿轮轴Ⅰ相连，并通过齿轮轴Ⅱ与齿轮轴Ⅲ上的垫片斜齿轮组啮合，进行第一次齿轮消隙；在齿轮轴Ⅲ上设置有齿数、模数与齿轮轴Ⅲ齿轮相同旋向相反的斜齿轮；并分别与输出齿轮轴Ⅳ、Ⅳ＇上设置的两个大斜齿轮相啮合，在输出齿轮轴Ⅳ、Ⅳ＇上设置有与横梁上齿条啮合的输出齿轮。本实用新型所述消隙结构，采用两级消隙的结构，能有效消除齿轮与齿轮、齿轮与齿条的侧隙，保证机床有很好的定位精度和重复定位精度，能大幅度提升工件的加工精度。

Description

一种双齿轮齿条消隙结构

技术领域

本实用新型涉及到一种机床齿轮齿条的消隙装置，具体为一种双齿轮齿条消隙结构，特别是满足重型数控龙门镗铣床Y轴上的应用要求。

背景技术

传统机床横梁滑座或拖板移动方式大都采用丝杠螺母形式，随着大重型机床的出现，对丝杠长度和精度要求也相应提高。而大、超长型丝杠存在生产成本极高，精度等级难保证，制造周期长、安装难度高等因素。加工产品的大型化、重型化对重型数控龙门铣镗床的进给系统提出了越来越高的要求，要求对部件的位置和进给速度等同时实现自动控制，而且要求有较高的定位精度和动态响应特性。但重型数控龙门铣镗床进给系统由于经常执行自动变向动作，如果传动链中齿轮传动副存在间隙，反向时就会使进给运动滞后，影响传动链的系统精度，从而影响加工精度。因此，要想得到高的加工精度，就必须消除齿轮传动副中的间隙，以提高重型数控龙门铣镗床的定位精度。

在现有技术中，也有人在消隙方面作过一定的研究和工作。例如，我国公开的“同轴双齿轮消隙装置”的实用新型专利(授权公告号：CN203585289U，授权公告日：2014.05.07.)就提出了一种采用同轴结构的双齿轮进行消隙的装置，但是该结构的消隙装置是为满足数控重型卧式车床纵向传动的要求而设计的，并不一定能满足在其它工况或机床条件下的应用，因此其使用范围受到一定的限制，且由于采用的是同轴双齿轮的结构，因此在制造工艺要求上也比较苛刻。另外，还有一些专利，如实用新型专利“一种齿轮消隙补偿装置”(授权公告号：CN 209800681 U，授权公告日：2019.12.17.)，“立式铣车床住变速箱粗调及消隙结构”(授权公告号：CN201309102Y，授权公告日：2009.09.16.)等。它们或多或少地都存在上述共同的一些不足问题或存在特定场合使用局限性的问题。为此，需要针对现有技术中的不足设计适合应用的消隙结构或装置。

发明内容

针对现有技术中的不足，本实用新型着重针对重型数控龙门铣镗床的Y轴进给传动系统，设计了一种双齿轮齿条消隙结构来消除齿轮传动副中的间隙，使得齿轮、齿条在传动的过程中，可有效地解决因制造误差、安装误差等因素，齿轮和齿条在传动时存在的间隙问题，增加传动的平稳性，并能大大地提高机床Y轴进给的定位精度。

由于本实用新型所述的一种双齿轮齿条消隙结构着重是为重型数控龙门铣镗床的Y轴进给传动系统所设计的，依照此类机床的特点，一是Y轴行程长，一般在5～10米以上；二是Y轴负载较大，需要带动滑座、主变速箱、滑枕、镗铣头、防护罩等约15顿的部件移动；三是由于负载大等因素的影响，滑座移动时会有爬行现象出现。为了解决上述问题并克服现有技术中的不足，本实用新型采用两级消隙的方式，按照以下的结构实现的：包括伺服电机、齿轮及齿轮轴、垫片斜齿轮组等构成的一级消隙部分；以及由碟簧、齿轮轴、斜齿轮、输出齿轮轴、输出齿轮、齿条等部件组成的二级消隙部分组成；所述的一级消隙部分和二级消隙部分，即从伺服电机给出动力之后，先经过一级消隙部分进行初始消隙；然后再经过二级消隙结构部分进行再次消隙。所述的一级消隙部分，伺服电机传动轴通过联轴器与轴Ⅰ相连，并通过齿轮轴Ⅱ上的齿轮与齿轮轴Ⅲ上的垫片斜齿轮组啮合，进行第一次齿轮消隙。所述的垫片斜齿轮组是安置在齿轮轴Ⅲ上并与齿轮轴Ⅱ上的斜齿轮啮合的垫片斜齿轮组，它是由在大斜齿轮A和安置在大斜齿轮A上的另一个具有相同模数、齿数和螺旋角的斜齿轮A，以及安置在两个斜齿轮A中的垫片及紧固构件合成组成，这两个斜齿轮A的螺旋角产生微量错位，斜齿轮A的左齿面、大斜齿轮A的右齿面分别与齿轮轴Ⅱ上的斜齿轮的齿面贴紧，消除齿侧间隙之后将两斜齿轮A锁紧。所述的二级消隙部分，是在齿轮轴Ⅲ上设置有齿数、模数与齿轮轴Ⅲ齿轮相同且旋向相反的斜齿轮B，在输出齿轮轴Ⅳ和输出齿轮轴Ⅳ＇上各设置有一个大斜齿轮B齿数、模数相同而斜齿旋向相反，并分别与齿轮轴Ⅲ上的两个斜齿轮B相啮合，在输出齿轮轴Ⅳ和输出齿轮轴Ⅳ＇上还分别配置有一个齿数、模数相同的输出齿轮，输出齿轮轴Ⅳ和输出齿轮轴Ⅳ＇是两个悬伸的齿轮轴，输出齿轮与固定在横梁上的齿条啮合，伺服电机的动力就可以通过输出齿轮轴Ⅳ、Ⅳ＇上的输出齿轮与齿条啮合，带动滑座在横梁上做水平移动。

进一步的，以上所述的各个轴上的齿轮均紧密地固定在各个轴上。

本实用新型所述的一种双齿轮齿条消隙结构，其工作原理和结构清晰；虽然采取双齿轮齿条结构的传动系统结构相对复杂了一些，但由于采用了两级消隙的结构，故特别能克服超长行程大负载情况下采用丝杠的缺陷，能有效地消除齿轮与齿轮、齿轮与齿条的侧隙，保证机床有很好的定位精度和重复定位精度，也能大幅度提升工件的制造加工精度；克服传动链中齿轮传动副存在间隙问题，和滑座移动时的爬行现象；在实践中取得了满意的效果，且制造成本相对较低，应用面广泛，不仅能在重型数控龙门镗铣床Y轴上的应用，也能应用在其它所需要的场合。

附图说明

图1为(第二级)双齿轮齿条消隙结构原理示意图；

图2为双齿轮齿条传动系统结构原理示意图；

图3为图2中二级消隙结构(放大图)示意图。

图中：1为齿条，2为输出齿轮，3为齿轮轴Ⅱ，4、5、6为垫片斜齿轮组(安置在齿轮轴Ⅲ上，其中：4为斜齿轮A、5为垫片、6为大斜齿轮A)，7、7＇为斜齿轮B(安置在齿轮轴Ⅲ上)，8为调节螺母，9为蝶形弹簧，10为推力轴承，11、11＇为大斜齿轮B(分别安置在输出齿轮轴Ⅳ和输出齿轮轴Ⅳ＇上)，12为伺服电机。

具体实施方式

虽然本实用新型所述的一种双齿轮齿条消隙结构着重是针对重型数控龙门铣镗床的Y轴进给传动系统所设计的，但是这并不意味着本实用新型所述的消隙结构只能应用于此类机床上，在其它适合场合中依然适合应用。因此，本实用新型所述的技术，并不排除将本技术方案应用在其它场合的保护。

本实用新型所述的一种双齿轮齿条消隙结构，包括伺服电机12、齿轮及齿轮轴Ⅱ、垫片斜齿轮组4、5、6等构成的一级消隙部分；以及由碟簧9、齿轮轴Ⅲ、输出齿轮轴Ⅳ、Ⅳ＇、斜齿轮B 7、7＇大斜齿轮B11、11＇以及输出齿轮2、2＇和齿条1等组成的二级消隙部分组成；所述的一级消隙部分和二级消隙部分，即从伺服电机12给出动力之后，先经过一级消隙部分进行初步的消隙；然后再经过二级消隙结构部分，进行再次消隙。所述的一级消隙部分，伺服电机12传动轴通过联轴器与齿轮轴Ⅰ相连，并通过齿轮轴Ⅱ与齿轮轴Ⅲ上的垫片斜齿轮组4、5、6啮合，进行第一次齿轮消隙。所述的垫片斜齿轮组4、5、6是安置在齿轮轴Ⅲ上并与齿轮轴Ⅱ上的斜齿轮3啮合的垫片斜齿轮组，它是由在大斜齿轮A6和安置在大斜齿轮A6上的另一具有相同模数、齿数和螺旋角的斜齿轮A4，以及两个斜齿轮A之间的垫片5合成组成，这两个斜齿轮A4、6的螺旋角产生微量错位，斜齿轮A4的左齿面、大斜齿轮A6的右齿面(或斜齿轮A4的右齿面、大斜齿轮A6的左齿面)分别与轴Ⅱ上的斜齿轮3的齿面贴紧，消除齿侧间隙之后将两斜齿轮A4、6用锁紧机构锁紧；所述的锁紧机构可以采用螺钉也可以采用销钉或采用弹簧等方式进行锁紧。

所述的二级消隙部分(如图1所示)，在齿轮轴Ⅲ上设置有齿数、模数与齿轮轴Ⅲ齿轮相同旋向相反的斜齿轮B 7和7＇；在输出齿轮轴Ⅳ和输出齿轮轴Ⅳ＇上设置有两个大斜齿轮B11、11＇齿数、模数相同而斜齿旋向相反，并分别与齿轮轴Ⅲ上的两个斜齿轮B 7、7＇相啮合，在输出齿轮轴Ⅳ和输出齿轮轴Ⅳ＇上还分别有其齿数、模数相同的输出齿轮2、2＇，输出齿轮轴Ⅳ和输出齿轮轴Ⅳ＇，是两个悬伸的齿轮轴，输出齿轮2、2＇与固定在横梁上的齿条1啮合，伺服电机12的动力就可以通过输出轴Ⅳ、Ⅳ＇输出齿轮2、2＇与齿条1的啮合，带动滑座在横梁上做水平移动。

进一步的，本实用新型中，以上所述的各个轴上的齿轮(或斜齿轮)均紧密地固定在各个轴上，也可以是通过平键或胀紧套紧密地固定在各个轴上。

本实用新型所述双齿轮齿条消隙结构的原理如下：首先由伺服电机提供动力，经与之相连的轴和齿轮传递动力到齿轮轴Ⅲ上的垫片斜齿轮组，并完成第一次消隙；然后齿轮轴Ⅲ通过两对斜齿轮B分别传给输出齿轮轴Ⅳ和输出齿轮轴Ⅳ＇，最后由输出齿轮轴Ⅳ、Ⅳ＇上的输出齿轮2和2＇传动齿条1，带动运动部件移动。如果在齿轮轴Ⅲ上施加轴向力F，其上的两个斜齿轮B 7和7＇产生微量轴向移动，这时输出齿轮轴Ⅳ和输出齿轮轴Ⅳ＇便以相反的方向转过微小的角度，使输出齿轮2和2＇分别与齿条1的两相反齿面贴紧消除间隙。由于输出齿轮2、2＇分别与齿条1的两相反齿而贴紧，当需要齿条反向运动时，输出齿轮2或2＇能马上驱动齿条换向，从而实现反向传动时无间隙的效果。

图2所示的是一个针对重型数控龙门铣镗床的Y轴进给双齿轮齿条传动系统结构的示意图。其中，在齿轮轴Ⅲ上设置有蝶形弹簧9等构成的二级消隙结构。所述二级消隙结构为，在齿轮轴Ⅲ上还设置有碟簧9、调节螺母8、推力轴承10等；消隙时将齿轮轴Ⅲ上的调节螺母向下拧紧，则调节螺母8通过垫片压紧蝶形弹簧9，蝶形弹簧9又通过推力轴承10压在齿轮轴Ⅲ上，最终齿轮轴Ⅲ向下移动(齿轮轴Ⅲ两端的轴承是无内圈单列圆柱滚子轴承)，因为齿轮轴Ⅲ上的两个斜齿轮B 7、7＇为旋向相反的斜齿轮，与之相啮合的齿轮为两个大的斜齿轮B11、11＇向下移动后，斜齿轮B 7、7＇齿面将使与之相啮合的两个输出齿轮轴Ⅳ、Ⅳ＇上的大斜齿轮B11、11＇做微量旋向相反的旋转运动，带动与齿条1啮合的两个输出齿轮轴Ⅳ、Ⅳ＇上输出齿轮2、2＇做相反的运动，使得两个输出齿轮2、2＇的齿面分别压紧在齿条1上两处相反的齿面上，从而实现齿侧间隙的消除。

Claims (6)

1.一种双齿轮齿条消隙结构，包括伺服电机、齿轮及齿轮轴、垫片斜齿轮组；还包括碟簧、齿轮轴、斜齿轮、输出齿轮轴、齿条组成；其特征在于，伺服电机传动轴通过联轴器与齿轮轴Ⅰ相连，并通过齿轮轴Ⅱ上的斜齿轮与齿轮轴Ⅲ上的垫片斜齿轮组相啮合；在齿轮轴Ⅲ上还设置有齿数、模数与齿轮轴Ⅲ齿轮相同且旋向相反的斜齿轮B；在输出齿轮轴Ⅳ和输出齿轮轴Ⅳ＇上各设置有一个大斜齿轮B齿数、模数相同而斜齿旋向相反，并分别与齿轮轴Ⅲ上的两个斜齿轮B相啮合，在输出齿轮轴Ⅳ和输出齿轮轴Ⅳ＇上还分别配置有一个齿数、模数相同的输出齿轮，输出齿轮轴Ⅳ和输出齿轮轴Ⅳ＇是两个悬伸的齿轮轴，输出齿轮与固定在横梁上的齿条啮合。

2.按照权利要求1所述的一种双齿轮齿条消隙结构，其特征在于，所述的垫片斜齿轮组，是由在大斜齿轮A和安置在大斜齿轮A上的另一个具有相同模数、齿数和螺旋角的斜齿轮A，以及安置在两个斜齿轮A中的垫片及紧固构件合成组成。

3.按照权利要求2所述的双齿轮齿条消隙结构，其特征在于，所述的垫片斜齿轮组，其中两个斜齿轮A的螺旋角微量错位，分别与齿轮轴Ⅱ上的斜齿轮的齿面贴紧，消除齿侧间隙之后将两齿轮锁紧。

4.按照权利要求1所述的双齿轮齿条消隙结构，其特征在于，在齿轮轴Ⅲ上设置有碟簧、调节螺母、推力轴承、无内圈单列圆柱滚子轴承，碟簧在齿轮轴Ⅲ上施加轴向力F。

5.按照权利要求1所述的双齿轮齿条消隙结构，其特征在于，所述的各个轴上的齿轮均紧密地固定在各个轴上。

6.按照权利要求1或5所述的双齿轮齿条消隙结构，其特征在于，所述的各个轴上的齿轮是通过平键或胀紧套紧密地固定在各个轴上。

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