專利名稱:活齒蝸桿滾珠傳動裝置的制作方法
本發(fā)明是屬機(jī)械工程根據(jù)清華大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)教研組和中央廣播電視大學(xué)機(jī)械組合編的《機(jī)械原理》一書所述，現(xiàn)有技術(shù)中，蝸桿是與蝸輪直接嚙合完成機(jī)械傳動的。在蝸桿蝸輪傳動裝置中，蝸桿是直徑小，軸向長，齒數(shù)少，螺旋升角小且固定不變的螺旋齒輪。蝸輪是直徑大，軸向短，齒數(shù)多，螺旋升角大且固定不變的螺旋齒輪。
蝸桿蝸輪傳動裝置的缺點(diǎn)是不能作無級變速傳動，要改變角速比時必須同時更換互相匹配的蝸桿和蝸輪，傳動效率低，不能用于大功率傳動，增速傳動和高速傳動。
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造蝸桿傳動裝置的無級變速傳動和無級變力距傳動的功能，提高傳動效率，使蝸桿傳動裝置能在大功率，高速和增速領(lǐng)域工作。
活齒蝸桿滾珠傳動裝置是由活齒蝸桿、蝸桿、滾珠、滾珠導(dǎo)軌和滾珠回路所組成。
活齒蝸桿滾珠傳動裝置中，活齒蝸桿是由可以改變螺旋齒節(jié)距的蝸桿所組成。所述活齒蝸桿的活齒是由彈性的可以改變螺旋升角的螺旋齒所組成。
活齒蝸桿滾珠傳動裝置中，活齒蝸桿與蝸桿，或活齒蝸桿與活齒蝸桿之間不直接嚙合，而是通過與滾珠的嚙合實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動的。所以，活齒蝸桿與蝸桿的螺旋齒槽是與滾珠相嚙合的園弧形。
活齒蝸桿滾珠傳動裝置中，滾珠是園形的剛性球體。拋光的鋼球特別適用于活齒蝸桿滾珠傳動裝置中。在活齒蝸桿滾珠傳動裝置中的滾珠直接與主動蝸桿、從動蝸桿及導(dǎo)軌三者相嚙合，它既是兩蝸桿機(jī)械力傳遞的橋梁，又是裝置賴以運(yùn)轉(zhuǎn)的樞紐。
活齒蝸桿滾珠傳動裝置中，滾珠導(dǎo)軌是由剛性軌道所組成。所述滾珠導(dǎo)軌的剛性軌道的軌面是與滾珠相嚙合的園弧形。滾珠導(dǎo)軌一般是與殼體一起鑄造加工而成，然后在軌面上鍍上減摩擦耐磨材料，或是將減摩擦耐磨材料制成的導(dǎo)軌固定在殼體上或?qū)Ｓ玫闹Ъ苌?。滾珠導(dǎo)軌在傳動裝置中的作用是保持滾珠與兩蝸桿的正常嚙合，以及引導(dǎo)滾珠的正常運(yùn)行。
活齒蝸桿滾珠傳動裝置中，滾珠回路是與導(dǎo)軌兩端相含接的供滾珠循環(huán)運(yùn)動的孔道所組成。在傳動裝置中，滾珠回路一般是和殼體一起鑄造加工成，或是將制成的滾珠回路固定在殼體或?qū)Ｓ玫闹Ъ苌?。滾珠回路中必須光滑，能使?jié)L珠在其中順利地來回運(yùn)動為好。
活齒蝸桿滾珠傳動裝置是在蝸桿滾珠傳動裝置和籠式蝸桿滾珠傳動裝置的基礎(chǔ)上發(fā)明的，所以活齒蝸桿滾珠傳動裝置分為軸心距不為零和軸心距為零兩種結(jié)構(gòu)。
在活齒蝸桿滾珠傳動裝置中，活齒蝸桿與蝸桿之間的相對旋轉(zhuǎn)方向是由兩蝸桿的螺旋線方向決定的，兩蝸桿的螺旋線方向相同則兩蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向相同，兩蝸桿的螺旋線方向相反則兩蝸桿的旋轉(zhuǎn)方向相反。這是蝸桿滾珠傳動的旋轉(zhuǎn)方向特性。
在活齒蝸桿滾珠傳動裝置中，當(dāng)兩蝸桿的軸心距為零時，兩蝸桿的角速比是兩蝸桿蝸旋升角正切之反比。當(dāng)兩蝸桿的軸心距不為零，而是等于兩蝸桿半徑之和時，兩蝸桿的角速比是蝸桿直徑與螺旋升角正切值乘積之反比。在實(shí)用的蝸桿滾珠傳動裝置中，蝸桿的直徑是定值，決定兩蝸桿角速比的是螺旋升角的正切值。顯然，任意改變一蝸桿的螺旋升角，兩蝸桿的角速比就必然要相應(yīng)地變化。這是蝸桿滾珠傳動的角速比特性。
活齒蝸桿滾珠傳動裝置充分發(fā)揮蝸桿滾珠傳動的角速比特性，用活齒蝸桿能自動或可控連續(xù)改變螺旋升角的性能，實(shí)現(xiàn)自動無級變速傳動和可控?zé)o級變速傳動。
圖1是活齒蝸桿滾珠自動無級變速傳動裝置，它是軸心距為零的結(jié)構(gòu)。自動無級變速是通過活齒蝸桿自動地隨外加力距的變化而改變螺旋升角的值實(shí)現(xiàn)的。
主動蝸桿1旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時，蝸桿螺旋齒產(chǎn)生的軸向力推動滾珠3沿著導(dǎo)軸4作直線運(yùn)動，滾珠3的直線運(yùn)動作用于與之嚙合的活齒蝸桿的螺旋齒上，螺旋齒產(chǎn)生的徑向力推動活齒蝸桿2旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。當(dāng)外加力距大于活齒蝸桿2的最小額定扭距時，活齒蝸桿2的螺旋齒被反螺旋方向扭曲，活齒蝸桿2的螺旋升角增大，螺旋升角的增大勢必引起角速比增大，使輸出轉(zhuǎn)速下降，輸出力距增大。當(dāng)輸出力距與外加力距平衡時，傳動裝置在一定的角速比下運(yùn)行，當(dāng)外加力距變化時，自動無級變速傳動裝置相應(yīng)地改變活齒蝸桿的螺旋升角，調(diào)整出相應(yīng)的變速比，以平衡變化的外加力距。
當(dāng)滾珠3運(yùn)動到導(dǎo)軌4的終端時，被主動蝸桿1漸漸變淺的螺旋線推出嚙合中心線，接著蝸桿2漸漸變淺的螺旋線將滾珠3推進(jìn)滾珠回路5中。此時滾珠回路中儲滿了滾珠，進(jìn)入滾珠回路中的這一顆滾珠將滾珠回路另一端的一顆滾珠推入導(dǎo)軌中，使之與兩蝸桿進(jìn)行嚙合。這是活齒蝸桿滾珠自動無級變速傳動裝置的換珠過程?；铨X蝸桿滾珠自動無級變速傳動裝置在換珠過程中，最少要有一顆滾珠與蝸桿嚙合。
圖2是活齒蝸桿滾珠可控?zé)o級變速傳動裝置，它是軸心距不為零的結(jié)構(gòu)。
圖中的活齒蝸桿2是可人為控制螺旋升角大、小的。蝸桿2的螺旋升角大小的變化是由籠口端齒環(huán)6的螺旋進(jìn)退而改變的。當(dāng)控制桿7作用于籠口的端齒環(huán)6時，端齒環(huán)的內(nèi)齒沿著與之嚙合的調(diào)速螺旋齒8旋轉(zhuǎn)一角度，此時活齒蝸桿2的螺旋升角也相應(yīng)地變化一角度。蝸桿螺旋升角的變化必然引起角速比的變化，從而實(shí)現(xiàn)可控?zé)o級變速傳動。活齒蝸桿滾珠可控?zé)o級變速傳動裝置的控制方法可采用手動、液動、電動及電腦等方法控制。
當(dāng)主動蝸桿1旋轉(zhuǎn)時，推動與之嚙合的滾珠3沿著導(dǎo)軌4直線運(yùn)動，滾珠3的直線運(yùn)動推動與之嚙合的活齒蝸桿2旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。此時通過控制桿7使活齒蝸桿2的端環(huán)6旋進(jìn)或旋出時，活齒蝸桿的螺旋升角就變小或變大，于是活齒蝸桿的轉(zhuǎn)速就相應(yīng)地變快或變慢，從而實(shí)現(xiàn)可控?zé)o級變速。
主動蝸桿1的不斷旋轉(zhuǎn)，使?jié)L珠3沿著導(dǎo)軌4不停地運(yùn)動。當(dāng)滾珠3運(yùn)動到導(dǎo)軌的終端時，被弧線形導(dǎo)軌推出嚙合中心線，接著旋轉(zhuǎn)著的蝸桿將滾珠推進(jìn)滾珠回路5中，此時滾珠回路中已儲滿了滾珠，進(jìn)入回路中的這一顆滾珠將滾珠回路另一端的一顆滾珠推進(jìn)導(dǎo)軌，使之與兩蝸桿進(jìn)行嚙合。這是活齒蝸桿滾珠可控?zé)o級變速傳動裝置的換珠過程，在換珠過程中，最少要有一顆滾珠與蝸桿保持嚙合。
活齒蝸桿滾珠傳動裝置的積極效果在于實(shí)現(xiàn)自動無級變速傳動和可控?zé)o級變速傳動，傳動功率大、效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)速度高，無噪聲，體積小重量輕，制造成本低，可廣泛用于汽車、工程機(jī)械、機(jī)械手、機(jī)器人及需無級變速的機(jī)械設(shè)備中。
實(shí)施例汽車自動無級變速箱汽車自動無級變速箱是利用活齒蝸桿滾珠傳動裝置的無級變速特性制成的。自動無級變速箱在汽車行駛時隨外加扭距的變化自動改變活齒蝸桿的螺旋線升角，從而自動地?zé)o級變換角速比，相應(yīng)地改變輸出扭距，以平衡外加扭距的變化，使汽車平穩(wěn)地運(yùn)行在最佳狀態(tài)。
汽車自動無級變速箱是由自動無級變速傳動和變向傳動兩部分組成，如圖3所示。自動無級變速傳動部分是由軸心距為零結(jié)構(gòu)的活齒蝸桿滾珠自動無級變速傳動裝置所組成。變向傳動部分是由籠式蝸桿滾珠變向傳動裝置所組成。變向裝置由手動操縱，有前進(jìn)檔，空檔和倒檔三個檔位，可隨意操縱汽車的進(jìn)退和在任一速度中更換反向排檔。
自動無級變速箱在工作時，汽車發(fā)動機(jī)的動力經(jīng)離合器輸入活齒蝸桿滾珠傳動裝置中。裝置的主動蝸桿開始旋轉(zhuǎn)。主動蝸桿的旋轉(zhuǎn)推動滾珠沿著導(dǎo)軌作直線運(yùn)動，滾珠的運(yùn)動推動活齒蝸桿旋轉(zhuǎn)，活齒蝸桿的旋轉(zhuǎn)使與之聯(lián)成一體的變向傳動裝置的主動蝸桿一起旋轉(zhuǎn)。當(dāng)操縱桿處在空檔位置時，變向傳動裝置中的爪輪與前后嚙合爪分離，變向傳動裝置主動蝸桿的旋轉(zhuǎn)，推動與之嚙合的滾珠沿旋轉(zhuǎn)殼體上的螺旋導(dǎo)軌運(yùn)動，滾珠的螺旋運(yùn)動推動變向傳動裝置的籠式蝸桿空轉(zhuǎn)。變速箱無動力輸出。當(dāng)操縱桿處在前進(jìn)檔位置時，變向傳動裝置中的爪輪與旋轉(zhuǎn)殼體上的嚙合爪嚙合，變向傳動裝置的籠式蝸桿和旋轉(zhuǎn)殼體聯(lián)成一體，滾珠被卡住不能順蝸旋導(dǎo)軌運(yùn)動，主動蝸桿的旋轉(zhuǎn)就帶動籠式蝸桿和旋轉(zhuǎn)殼體一起同步運(yùn)轉(zhuǎn)。變速箱輸出前進(jìn)的動力。此時外加扭距變化時，活齒蝸桿自動調(diào)整活齒的螺旋升角，變更角速比，輸出相應(yīng)的扭距平衡外加扭距的變化。當(dāng)操縱桿處在倒位置時，爪輪的嚙合爪與箱體上的嚙合爪相嚙合，變向傳動裝置的籠式蝸桿被卡住不能轉(zhuǎn)動，主動蝸桿的旋轉(zhuǎn)推動與之嚙合的滾珠沿著籠式蝸桿的直線齒槽運(yùn)動，滾珠的直線運(yùn)動作用于旋轉(zhuǎn)殼體上的螺旋導(dǎo)軌上，螺旋導(dǎo)軌產(chǎn)生的作用力使旋轉(zhuǎn)殼體反向旋轉(zhuǎn)，變速箱輸出倒退的動力。此時外加扭距變化時，活齒蝸桿自動調(diào)整活齒的螺旋升角，變更角速比，輸出相應(yīng)的扭距平衡外加力距的變化。
變速箱中的蝸桿可采用鋼材制造，活齒蝸桿可采用彈簧鋼制造，滾珠采用拋光的鋼球，其余部件采用現(xiàn)有技術(shù)制造。
圖3的標(biāo)記說明1.主動蝸桿、2.活齒蝸桿、3.滾珠、4.導(dǎo)軌、5.滾珠回路、6.變速傳動裝置殼體、7.11.軸向推力球軸承、8.滾珠軸承、9.軸向推力滾柱軸承、10.端蓋、12.轉(zhuǎn)向傳動裝置殼體、13.爪輪、14.15.嚙合爪、16.操縱桿、22.籠式蝸桿、23.滾珠、24.螺旋導(dǎo)軌、25.滾珠回路、26.旋轉(zhuǎn)殼體。
權(quán)利要求
1.一種蝸桿傳動裝置，其特征是由活齒蝸桿、蝸桿、滾珠、滾珠導(dǎo)軌和滾珠回路所組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于所述的活齒蝸桿是由螺旋齒節(jié)距可以變化的蝸桿所組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的活齒蝸桿，其特征在于所述的活齒是由彈性的螺旋升角可以改變的螺旋齒所組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于所述的活齒蝸桿和蝸桿的齒槽是與滾珠相嚙合的園弧形。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于所述的滾珠是剛性的球體。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于所述的導(dǎo)軌是由剛性軌道所組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述的導(dǎo)軌，其特征在于所述的剛性軌道的軌面是與滾珠相嚙合的園弧形。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的裝置，其特征在于所述的滾珠回路是與導(dǎo)軌兩端相含接的供滾珠循環(huán)運(yùn)動的孔道所組成。
9.一種蝸桿傳動裝置，其特征是在主動蝸桿轉(zhuǎn)速不變的情況下，從動活齒蝸桿能隨著外加力距的變化相應(yīng)地自動調(diào)節(jié)螺旋升角的大小改變輸出力距以適應(yīng)外加力距的變化或通過控制裝置，改變活齒蝸桿的螺旋升角的大小，改變兩蝸桿的角速比以滿足轉(zhuǎn)速和力距的要求。
專利摘要
活齒蝸桿滾珠傳動裝置，本發(fā)明是屬機(jī)械工程。本發(fā)明是創(chuàng)造蝸桿傳動裝置的無級變速功能和提高傳動效率。活齒蝸桿滾珠傳動裝置是由活齒蝸桿、蝸桿、滾珠、滾珠導(dǎo)軌和滾珠回路所組成?；铨X蝸桿滾珠傳動裝置有兩種結(jié)構(gòu)形式，它可實(shí)現(xiàn)自動無級變速傳動和可控?zé)o級變速傳動，傳動功率大，效率高，可廣泛用于汽車、工程機(jī)械、機(jī)器人、機(jī)械手及需無級變速的機(jī)械設(shè)備中。
文檔編號F16H1/00GK87102733SQ87102733
公開日1988年11月2日 申請日期1987年4月15日
發(fā)明者歐子文 申請人:歐子文導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan