CN86108414A

CN86108414A - 滚珠蜗杆付

Info

Publication number: CN86108414A
Application number: CN 86108414
Authority: CN
Inventors: 郑家骏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-11-28
Filing date: 1986-11-28
Publication date: 1988-06-08

Abstract

本发明是传动机械中的一种带滚珠的蜗杆蜗轮装置。它有两种型式：P型与Q型，前者用于传递运动；后者用于传递动力。它们的特点是：效率高、速比大、重量轻、寿命长、灵敏度好、承载能力大、零件少、结构紧凑。根据我们已经设计出来的样机和专用机床来观察，它还具有制造方便和成本低廉的优点。

Description

一、滚珠蜗杆的改进

从检索看，滚珠蜗杆付在历史上早就有了。1969年9月在美国申请专利的《再循环式滚珠蜗杆装置》是一种螺旋沟槽式的球面蜗杆，它阻力大、效率低、传动精度差;1970年2月在美国申请专利的《消隙式减速装置》，它不过是上述装置的一种改进，它消除齿隙后，虽说提高了精度，却大大地降低了承载能力;1970年7月在美国申请专利的《动力传输器》采用了四头蜗杆及四个平行的直线内滚道，由于内外滚道衔接处有急弯，效率提高甚少，而速比却大大降低了！其它缺点依旧存在着。

本发明对上述缺点在结构上作了不少改进。既考虑到效率和精度，也考虑到寿命和承载能力，同时还解决了加工制造问题。改进后的滚珠蜗杆，其优点如下：

（1）内外滚道均采用螺旋式，内外滚道用腊铸镶块衔接没有急弯。内滚道中的滚珠用游筒带动，而不是一个顶着一个向前滑动，就大大降低了阻力。我们说，增高游筒是一项历史创举。

（2）工作滚珠全部装在蜗杆内，不能脱出，使滚珠与蜗杆保持为一个整体，拆卸方便。

（3）压力角减小，效率提高。

（4）大胆地采用单向传动，避免了游隙的影响：因为据统计，在整个传动机械中，单向传动的占85%以上（注意：象车床上加上换向齿轮，原动机仍旧没有转变方向，仍可视为单方传动）。

（5）Q型蜗杆付，加入速控器后，消除了因离心加速度而产生的冲击力。

二、一项发明两种类型

（1）P型滚珠蜗杆-系由普通圆柱蜗杆改造而成。主要是用来传递运动而不是传递动力的。如果用这类蜗杆代替滚珠螺旋，那么除了保持原有精密度之外，还可增大调节范围。图1是专为精密仪器设计的调节装置，其所有零件均包含于机壳中，与蜗轮1相啮合的蜗杆2，仅右端装有圆锥滚子轴承;左端则通过由调心轴承制成的滚轮4，轴定于游筒5上，并可由手柄6来带动它。当蜗杆旋转时，通过这些滚轮，就可使游筒反转。这样就形成了除蜗轮啮合齿外滚珠前进的另一推动力。如果滚轮直径D与接触处蜗杆内壁半径R的比值按下式取定（式中符号参看图1）那么内外推动滚珠前进的速度，就可协调一致。

(D)/(R) ＝ (2(r₁-2r₂)+(2+cos β))/(2(r₁-r₂)+(1+cosβ))

（2）Q型滚珠蜗杆-系由球面蜗杆改造而成，主要是传递动力的。其内部除游筒10之外，还装有速控器。

观察图2及其中的部分放大图可知：速控器是由主轮11及两个介轮12夹固在两块组合板9之间的。主轮的空心轴内，插入了托簧19，以便使主轮与过往滚珠紧贴，并用调节螺20调节其紧贴的程度。

进出口两端的镶块8，系用溶模铸造法制成，其内有予制的滚珠通道。对照图2的几个视图可知：当进口端滚珠被蜗轮啮合齿压入蜗杆内部，途经速控器近旁时，主轮11首先被带动，然后经介轮12把运动传给游筒10，再由游筒带动滚珠前进。当滚珠到达内滚道终点时，在高速旋转的条件下，离心力场中的位能就要逐渐化为动能，使滚珠速度增加，但因出口端速控器的遏制，滚珠不能加速，只好在通过出口端主轮时，把多余的能量还给游筒系统。这样一方面消除了滚珠在出口端因速度过高而产生的冲击，另一方面也减少了进口端压入滚珠所消耗的能量。

本发明的要点是：Q型滚珠蜗杆与P型不同，在外滚道上的滚珠不是一颗挨一颗的。当滚珠脱离出口端速控器之后，由于离心加速，相邻滚珠的间隔就要拉开，如果速控器的位置安排适当，那么滚珠到达外滚道起点时，就可保持在该点理论上的速度与间距，过了起点滚珠速度与间距离螺旋半径减少而减少，当到达到蜗杆喉部时有极小值，过喉部后速度与间距又随滚道螺旋半径的增大而逐渐增大。直到在最后一个蜗杆轮齿的作用下，滚珠被压入蜗杆体内为止。

本发明的润滑系统也是值得一提的：当用油枪将润滑油压入注油器盖15后，由于止回珠16的作用，润滑油保存在游筒10内腔不致溢出，工作中游筒高速旋转，因离心力作用，润滑油经小孔h抛入蜗杆7的内壁，再由滚珠带出，使蜗杆外滚道和蜗轮齿面都得到适当的润滑。

三、从样机设计看产品效果

用滚珠蜗杆付作成的减速器，具有效率高、速比大、重量轻、寿命长、零件少、承载能力大的各种优点，这可从样机设计中观察出来。如图2是我们设计的20瓩滚珠蜗杆减速器样机，总零件数为35，除了外购件，自制零件仅17件，其它数据如下表：

表1

蜗轮蜗杆中心距	275mm	传递动力	20瓩
				蜗轮包角	120°	速比	27：1
蜗杆转角	±15°	啮合效率	97%
				工作液珠直径	19.844mm	减速器总效率	93%
减速器总重量	195公斤	寿命	22500小时

四、Q型滚珠蜗杆付专用机床

这里我们为Q型滚珠蜗杆付设计的专用机床是多功能的。它装上不同的刀盘，可以分别完成蜗杆蜗轮制造中不同的工序。下边谈到的只限于带二号刀盘的机床、三号刀盘及蜗轮范成装置。

（1）专用机床-如图4，带二号刀盘的专用机床，使用了两个电动机：主电动机40通过传动轮41、42、43、44、45，带动主蜗杆46。主蜗杆一方面通过主蜗轮60带动刀盘61;另一方面通过变速齿轮47、48、49，带动工件64。变速齿轮有两个速比：由47带动49速比为30（用于车制蜗杆）由48带动49速比为27（用于范成蜗杆）;辅助电动机50，通过皮带轮51，伸缩轴52、53，角齿轮55等带动滚刀57、58或磨轮59。

操纵机床的有三个手柄：纵调手柄25、横调手柄30及升降手柄35。利用它们可使刀盘与工件在三维空间内作出我们所要求的、任意的相对运动。当调整刀盘高低位置时，首先旋紧控制螺62并嵌入离合器39，使刀盘61、升降螺圈38、主蜗轮60三件结为一体。这样当旋动手柄35时，刀盘即作直线的升降运动。

当刀盘高低位置校准后，放松控制螺62，则刀盘61仅随主蜗轮60旋转，这时在两个电动机的作用下，可利用纵调手柄25进刀。而当刀盘带动滚刀脱开工件64时，在机床预置换向开关的作用下（图中未表示）主电动机反转，滚齿工作便可反复继续进行，直至蜗杆外形最后完成为止。

（2）三号刀盘-如图5，三号刀盘65上装有66、67…71各组不同形状的车刀（同一组车刀间距或位置是不相同的）及一个由辅助电动机带动的小磨轮76，大约在15分钟内，当刀盘转动一周时，蜗杆上的外滚道即最后形成。

（3）蜗轮范成装置-如图6，在专用机床上原置工件处换上载刀蜗杆80，并把蜗轮毛胚82固定在原来装刀盘的地方，仅开动主电机40就可范成蜗轮齿面。载刀蜗杆上的瓢形刀81，是用溶模铸造法制成的，其外沿接触部份尺寸同滚珠相似，载刀数也同蜗杆外滚道中的滚珠数目一样，所以范成的蜗轮齿面能与蜗杆中的滚珠保持良好的接触。

五、附图及零件的统一编号

（1）图1、P型滚珠蜗杆付，图1a是图1中的AA断面图，图中零件的统一编号为：

1.蜗轮，2.蜗杆，3.滚珠，

4.滚轮，5.游筒，6.手柄

（2）图2、Q型滚珠蜗杆付，图3是Q型滚珠蜗杆齿面啮合图，图3（a）表示蜗轮齿在同一时间与蜗杆齿上不同部位滚珠的接触情况，图3（b）表示同一蜗轮齿在不同时间、不同色角ψ与滚珠接触情况（图中所示为色角ψ＝0的情况）图中另件编号为：

7.蜗杆，8.镶块，9.速控器组合板，

10.游筒，11.速控器主轮，12.速控器介轮，

13.蜗轮轴，14.端盖，15.注油器盖，

16.止回珠，17.止回珠顶簧，18.花键尾轴，

19.速控器托簧，20.速控器调节螺，

21.蜗轮，22.工作滚珠，23.蜗杆齿，

24.蜗轮齿

（3）图4、Q型滚珠蜗杆付专用机床;

图5、专用机床上的三号刀盘;

图6、专用机床上的蜗轮范成装置。

（3）图4、图5及图6中的编号25～83

25.纵调手柄，26.纵调蜗杆，27.纵调蜗轮，

28.纵调人字齿轮，29.同步传动杆，30.横调手柄，

31.机尾顶螺，32.工件顶簧，33.机头花键轴，

34.机头轴承箱，35.高低手柄，36.升降小角齿轮，

37.升降大角齿轮，38.升降螺杆及套，39.离合器，

40.主电动机，41.大皮带轮，42～45.传动齿轮，

46.传动主蜗杆，47.大速比传动齿轮，48.小速比传动齿轮，

49.变换齿轮，50.辅助电动机，51.小皮带轮，

52.伸缩轴，53.伸缩轴套，54.定位轴，

55.传动小角齿，56.滚刀小带轮，57.小滚刀，

58.大滚刀，59.磨轮，60.导进主蜗轮，

61.二号刀盘，62.控制螺，63.变换螺套，

64.工件蜗杆，65.三号刀盘，66～71.各型车刀，

72.紧带轮，73.圆带轮，74～75.传动小齿轮，

76.微型磨轮，77.磨轮座，78.圆带，

79.滑键筒，80.载刀蜗杆，81.瓢形刮刀，

82.蜗轮毛胚，83.毛胚定位轴

Claims

1、P型滚珠蜗杆付(见图1)，主要用于精密调节装置，是由蜗轮1和普通蜗杆2组成，其特征在于蜗杆内装有滚珠3、滚轮4和游筒5。游筒与蜗杆内螺纹形成的内滚道与蜗杆齿面的外滚道相联通，组成闭合通道。外滚道有螺旋形缺口，滚珠的一部份可突出缺口与蜗轮齿相接触，但不能从缺口中脱出。当采用这种蜗杆付作调节装置时，可用手柄6操纵之。

2、Q型滚珠蜗杆付（见图2），主要用作动力传动装置，为球面蜗杆7与蜗轮21组成，其结构与P型类似，但内外滚道是由镶块8来联接的。镶块为溶模铸造，其内铸有一条弯曲、平滑、断面为圆形的通道。镶块与蜗杆衔接处装有速控器，以为限制滚珠速度、防止冲击之用。此外蜗杆中心W与蜗轮中心O不一致，车制蜗杆的速比也不同于范成蜗轮的速比。

3、滚珠蜗杆付专用机床（见图4）是由两个电动机带动，专门用来制造Q型滚珠蜗杆付的机器。利用25、30、35三个手柄，可在三维空间内完成制造Q型滚珠蜗杆所须的各种相对运动。用手柄25作纵向调节时，虽说有待于高低手柄35的补偿，但整个机床速比可变而结构简单是其特点。

这部机器是多功能的，它带有三个刀盘及一套范成装置。装上一号刀盘（图略）可铣制蜗杆上嵌镶块的两个缺口;装上二号刀盘61可完成球面蜗杆的外形;装上三号刀盘65，（见图5）可一次刻成蜗杆的外滚道。此外适当换装，还可以范成蜗轮齿面。（参看图6）

4、根据权利要求二及三，其特征在于增加了溶模铸造的镶块，使滚道更加平滑光顺;增加了带动滚珠前进的游筒，滚珠不会一个顶着一个向前滑动，这就大大降低了运动阻力。此外滚珠与蜗杆保持为一个整体，也是特征之一。

5、按照权利要求二，（参看图3）由于蜗杆、蜗轮的中心不一致，运动中就使滚珠与蜗轮齿的接触点，逐渐离蜗轮中心外移，致使接触线成为单值函数。接触点的单值变化，就保证了滚珠与蜗轮齿在不同时间内的良好接触。

6、权利要求三，包括大量生产时，把各号刀盘及换装改变成为几部单功能的机器。