專利名稱：一種滾珠蝸輪蝸桿傳動副的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種蝸輪蝸桿傳動結構，蝸輪的傳動嚙合面上等距分布深溝滾珠 軌道，深溝滾珠軌道連接滾珠循環(huán)通道，滾珠能夠在深溝滾珠軌道和滾珠循環(huán)通道中循環(huán) 滾動；蝸桿外圓嚙合面上有螺旋滾珠軌道；蝸輪蝸桿通過滾珠嚙合傳動。
背景技術：
蝸桿和蝸輪的傳動稱為蝸桿傳動，蝸桿傳動是一種基本的機械結構，用于傳動兩 個空間交錯軸的運動和動力，因其減速比大、結構緊湊、工作平穩(wěn)、無噪聲、能緩沖震動、可 90度變向等優(yōu)點，在各種各樣的減速設備和機械傳動中得到廣泛的應用。蝸桿傳動是靠 蝸桿和蝸輪之間的齒牙面摩擦進行傳動，因此其固有的缺點是磨損大、傳動效率低、精密度 差，使用壽命短、能耗高。普通的圓柱蝸桿傳動過程中，只有1-2個齒承載傳動力，因此其承 載力較弱，不宜用于大型重型設備。為了克服這種不足，出現(xiàn)了環(huán)面包絡蝸桿技術，在傳動 過程中蝸桿和蝸輪嚙合的齒數(shù)增多，承載力變大，但蝸輪和環(huán)面蝸桿仍然是靠蝸輪蝸桿的 齒面摩擦來傳動，因而普通蝸桿傳動的磨損大、傳動效率低等問題依然存在。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種新型的滾珠蝸輪蝸桿傳動 副，這種結構除具有傳統(tǒng)蝸輪蝸桿的優(yōu)點外，還具有磨損小，效率高，能耗低的優(yōu)點，為了達 到這種目標，本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種滾珠蝸輪蝸桿傳動副，由滾珠蝸輪、滾珠和滾珠蝸桿組成，滾珠蝸輪包括滾珠 載體輪和兩側端蓋，滾珠蝸桿可采用弧面滾珠蝸桿或者圓柱滾珠蝸桿；在滾珠載體輪的傳 動嚙合外圓周面上，有等距離分布的深溝滾珠軌道，深溝滾珠軌道為圓底敞口溝槽，其深度 大于滾珠半徑，開口小于滾珠直徑，滾珠能夠在深溝滾珠軌道內順暢滾動，且不會從深溝滾 珠軌道開口掉出，深溝滾珠軌道的間距等于滾珠蝸桿上螺旋滾珠軌道的螺距，深溝滾珠軌 道的導程角根據(jù)采用的蝸桿類型來確定；滾珠蝸輪上有滾珠循環(huán)通道，每條滾珠循環(huán)通道 對應一條深溝滾珠軌道，滾珠采用單循環(huán)方式，即每行滾珠在自己的滾珠循環(huán)通道中單獨 循環(huán)；每條滾珠循環(huán)通道由軸向循環(huán)通道和兩側的徑向循環(huán)通道連接貫通而成，軸向循環(huán) 通道與滾珠載體輪軸線平行，兩端分別連接兩側的徑向循環(huán)通道，兩側的徑向循環(huán)通道連 接到深溝滾珠軌道，拐角和連接處進行圓角處理，使?jié)L珠滾動和循環(huán)轉向順暢；在滾珠蝸輪 的每條滾珠循環(huán)通道和深溝滾珠軌道中裝滿滾珠，滾珠能夠在深溝滾珠軌道和滾珠循環(huán)通 道中循環(huán)滾動；在滾珠蝸桿的外圓周面上有螺旋滾珠軌道，螺旋滾珠軌道的螺距相等；螺 旋滾珠軌道為圓底開口溝槽，滾珠能夠與螺旋滾珠軌道吻合并在其中輕松順暢滾動；合理 設計滾珠蝸輪中心軸與滾珠蝸桿中心軸的距離，使?jié)L珠蝸輪上的滾珠從深溝滾珠軌道里露 出的部分能夠與蝸桿的螺旋滾珠軌道正好嚙合；滾珠蝸桿轉動時，螺旋滾珠軌道推動嚙合 的滾珠滾動，滾珠自身滾動的同時推動滾珠蝸輪轉動。所述的一種滾珠蝸輪蝸桿傳動副，滾珠蝸輪的徑向循環(huán)通道一半在滾珠載體輪的表面，一半在端蓋的表面，端蓋和滾珠載體輪位置對應結合在一起時，兩部分徑向循環(huán)通道 正好合并形成一條完整的徑向循環(huán)通道，滾珠能夠在其中順暢滾動。所述的一種滾珠蝸輪蝸桿傳動副，當滾珠載體輪直徑較大時，相鄰軸向循環(huán)通道 的橫截面圓心能夠在以載體輪軸線為圓心的同一個圓上，或者不同的圓上；當滾珠載體輪 直徑較小時，相鄰滾珠軸向循環(huán)通道的橫截面圓心不能在以載體輪軸線為圓心的同一個圓 上，以避免相鄰軸向循環(huán)通道距離太近，降低滾珠載體輪的強度。所述的一種滾珠蝸輪蝸桿傳動副，滾珠蝸桿采用弧面蝸桿時，弧面滾珠蝸桿的外 形為凹圓弧圍繞蝸桿軸線回轉形成的回轉面，凹圓弧的直徑等于滾珠載體輪直徑；滾珠蝸 輪的深溝滾珠軌道的導程角等于蝸桿以最細處計算得到的螺旋滾珠軌道導程角；弧面滾珠 蝸桿上的螺旋滾珠軌道通過修形技術加工處理，能夠同時嚙合多行滾珠；弧面滾珠蝸桿對 滾珠蝸輪形成包絡。所述的一種滾珠蝸輪蝸桿傳動副，滾珠蝸桿采用圓柱蝸桿時，滾珠蝸輪的深溝軌 道的導程角等于圓柱滾珠蝸桿上的螺旋滾珠軌道的導程角。所述的一種滾珠蝸輪蝸桿傳動副，滾珠蝸輪上的深溝滾珠軌道間距指兩深溝滾珠 軌道中心線之間滾珠蝸輪外圓周面上的弧長，圓柱滾珠蝸桿上的螺旋滾珠軌道螺距指相鄰 兩周螺旋滾珠軌道中心線之間滾珠蝸桿軸線上的長度，弧面滾珠蝸桿上的螺旋滾珠軌道螺 距指相鄰兩周螺旋滾珠軌道中心線之間滾珠蝸桿弧面上的弧長。所述的一種滾珠蝸輪蝸桿傳動副，當滾珠蝸桿單絲道設計時，滾珠蝸桿上螺旋滾 珠軌道的螺距與滾珠蝸輪上深溝滾珠軌道的間距相等；當滾珠蝸桿多絲道設計時，滾珠蝸 桿上螺旋滾珠軌道的螺距是滾珠蝸輪上深溝滾珠軌道間距的整數(shù)倍。本實用新型的有益效果是滾珠蝸輪和滾珠蝸桿通過可滾動的滾珠嚙合，和傳統(tǒng) 的蝸輪蝸桿傳動相比較，蝸輪蝸桿之間的摩擦由齒牙滑動摩擦變成滾珠的滾動摩擦，而且 滾珠蝸桿轉動時，滾珠蝸輪上只有嚙合部分的滾珠參與位置循環(huán)，因此傳動過程中磨損大 大減小，傳動效率得以很大提高，因此相同負載時所需要的輸入動力設備功率減小，設備工 作過程中的能耗降低。滾珠蝸輪和弧面滾珠蝸桿之間嚙合的滾珠數(shù)量多，承載力數(shù)倍的增 強，可用于重型機械設備。由于滾珠蝸輪和弧面滾珠蝸桿同時有多行滾珠嚙合，生產(chǎn)時采用 預壓技術，能夠消除往復轉動時的背隙，故本實用新型可用于精密傳動的自動化設備。

圖11為本實用新型弧面滾珠蝸桿結構示意圖。圖12為本實用新型圓柱滾珠蝸桿結構示意圖。圖13為本實用新型采用圓柱滾珠蝸桿時的結構示意圖。圖14為本實用新型采用圓柱滾珠蝸桿時的俯視圖。圖15為本實用新型圖14的左側視圖。其中1、滾珠蝸輪1-1、滾珠載體輪1-2、上側端蓋1-3、下側端蓋1-4、深溝滾珠軌道1-5、徑向循環(huán)通道1-6、軸向循環(huán)通道2、弧面滾珠蝸桿2-1、弧面蝸桿螺旋滾珠軌道3、圓柱滾珠蝸桿3-1、圓柱蝸桿螺旋滾珠軌道4、滾珠5、蝸輪軸6、蝸桿軸
具體實施方式
實施例1本實施例以滾珠蝸桿采用弧面滾珠蝸桿為例，結合附圖來說明本實用新型的實現(xiàn) 方法。由圖11可以看出弧面滾珠蝸桿2的結構，先用車床加工弧面滾珠蝸桿2的凹圓弧 回轉面，凹圓弧直徑等于滾珠載體輪1-1的直徑，然后用專用數(shù)控機床配置圓弧刀具加工 圓底敞口的弧面蝸桿螺旋滾珠軌道2-1。因為弧面滾珠蝸桿2兩端粗中間細，因此在螺距相 等時，理論上螺旋軌道的導程角是不相等的，但通過數(shù)控機床的修形加工技術，將螺旋滾珠 軌道在弧面上的位置按照可變參數(shù)移動，能夠加工出導程角相等、螺距相等、法向截面為圓 周一部分的弧面蝸桿螺旋滾珠軌道2-1。圖4顯示了滾珠蝸輪的整體結構，滾珠蝸輪1由滾珠載體輪1-1、上側端蓋1-2、下 側端蓋1-3組成，圖5顯示了滾珠蝸輪去除上側端蓋1-2和下側端蓋1-3后的結構組成，滾 珠載體輪1-1的滾珠循環(huán)通道和深溝滾珠軌道中都裝滿了滾珠4。圖6、圖7、圖8、圖9顯示了單獨的滾珠載體輪1_1的結構。滾珠載體輪1_1的深溝 滾珠軌道1-4采用滾齒的方式進行加工，分為兩道工序第一步先加工深度略大于滾珠半 徑的滾珠軌道，此時滾齒刀具的刃截面為半圓弧，圓弧直徑略大于滾珠直徑，直徑略大是為 了讓滾珠能在滾珠軌道中順暢滾動；第二步加工深溝軌道，此時滾齒刀具的刃截面為稍大 于半圓的弧，圓弧直徑等于第一步工序的圓弧直徑，在滾珠載體輪已經(jīng)形成的半圓滾珠軌道上進行一次成形切削，形成深溝滾珠軌道1-4。深溝滾珠軌道1-4的深度大于滾珠半徑， 開口小于滾珠直徑，因此滾珠裝入其中時，不會直接從軌道面散落，且能在其中順暢滾動。用數(shù)控鉆床鉆取滾珠的軸向循環(huán)通道1-6，軸向循環(huán)通道1-6為平行于滾珠載體 輪1-1軸線的透孔。為了不降低滾珠載體輪1-1的強度，相鄰的軸向循環(huán)通道1-6最好分 布在不同的圓上。用數(shù)控銑床加工滾珠載體輪1-1表面的徑向循環(huán)通道1-5，徑向循環(huán)通道1-5 — 頭連接軸向循環(huán)通道1-6，一頭連接深溝滾珠軌道1-4 ；徑向循環(huán)通道1-5為圓底敞口溝槽， 深度比滾珠半徑稍大，寬度比滾珠直徑稍大，使?jié)L珠能夠輕松滾動通過；徑向循環(huán)通道1-5 與深溝滾珠軌道1-4、軸向循環(huán)通道1-6連接處處理成圓角，以使?jié)L珠循環(huán)轉向順暢。從圖 7為滾珠載體輪的俯視圖，從圖中可以看出，上側的徑向循環(huán)通道1-5以滾珠載體輪1-1軸 線為圓心成輻射狀分布；圖8為滾珠載體輪的上視圖，因為深溝滾珠軌道1-4有一定的傾斜 度，因此從圖中可以看出，下側的徑向循環(huán)通道1-5的走向與半徑成一定的角度。上側端蓋1-2和下側端蓋1-3的表面徑向循環(huán)通道也采用數(shù)控銑床進行加工。圖 9為上側端蓋1-2的上視圖，即上側端蓋1-2與滾珠載體輪1-1結合面的徑向循環(huán)通道示意 圖。由圖可以看出，上側端蓋1-2的徑向循環(huán)通道1-5的結構位置與滾珠載體輪1-1上側 的徑向循環(huán)通道1-5完全相同，以保證能夠一一對應完好合并。圖10為下側端蓋1-3的俯 視圖，下側端蓋1-3的徑向循環(huán)通道1-5的結構位置與滾珠載體輪1-1下側的徑向循環(huán)通 道1-5完全相同。裝配滾珠蝸輪的步驟是這樣的先將下側端蓋1-3與滾珠載體輪1-1同軸結合，并 把徑向循環(huán)通道1-5對齊后進行固定，然后逐個滾珠循環(huán)通道和深溝滾珠軌道裝入滾珠4， 直到全部裝滿。合理設計軸向循環(huán)通道1-6的位置，能夠使?jié)L珠循環(huán)通道和深溝滾珠軌道 中正好容納完整的滾珠4，相互緊靠而不擠壓。然后將上側端蓋1-2與滾珠載體輪1-1同軸 結合，并對齊徑向循環(huán)通道1-5后進行固定，就形成一個完整的帶有滾珠的滾珠蝸輪1。如圖1、圖2、圖3所示，根據(jù)蝸輪蝸桿中心矩的設計要求，分別將帶有滾珠的滾珠 蝸輪1和弧面滾珠蝸桿2通過軸承垂直90度安裝在承載裝置上，弧面滾珠蝸桿2的軸線與 滾珠蝸輪1中心橫截面在同一平面上，將弧面蝸桿螺旋滾珠軌道2-1嚙合入滾珠蝸輪1的 多行滾珠，嚙合好以后，弧面滾珠蝸桿2對滾珠蝸輪1形成包絡，同時有多行多個滾珠4嚙 合?；∶鏉L珠蝸桿2轉動時，其螺旋滾珠軌道2-1推動多行嚙合的多個滾珠4，嚙合的多個 滾珠4在自身滾動的同時推動滾珠蝸輪1圍繞蝸輪軸5轉動?；∶鏉L珠蝸桿2和滾珠4之 間，滾珠4和滾珠蝸輪1之間，全部都是滾動接觸和滾動摩擦，而且滾珠蝸桿轉動時，滾珠蝸 輪上只有嚙合部分的滾珠及其所在循環(huán)通道中的滾珠參與循環(huán)，相對于傳統(tǒng)蝸輪蝸桿的滑 動摩擦來說，其摩擦和磨損大大減小?；∶鏉L珠蝸桿同時有多行多個滾珠嚙合，因此承載力 大，適合于重型設備。另外，因為同時有多行滾珠嚙合，能夠采用預壓技術，消除往返運動時 的背隙，因此可用于精密傳動的自動化設備。實施例2本實施例中，滾珠蝸桿采用圓柱滾珠蝸桿。由圖12可以看到圓柱滾珠蝸桿的結構相對簡單，因此圓柱滾珠蝸桿3的加工制造 也相對簡單，采用普通數(shù)控車床即可完成，加工圓柱蝸桿螺旋滾珠軌道3-1時，需要使用刃 截面為圓頭的刀具，以設定的導程角將圓柱坯料外圓車成相應的螺旋滾珠軌道。[0055]滾珠蝸輪1的制造加工方法與實施例1中完全相同，滾珠載體輪1-1上的滾珠深 溝軌道1-4和滾珠循環(huán)通道的加工方法也完全相同。如圖13、圖14、圖15所示，根據(jù)蝸輪蝸桿中心矩的設計要求，分別將帶有滾珠的滾 珠蝸輪1和圓柱滾珠蝸桿3通過軸承垂直90度安裝在承載裝置上，圓柱滾珠蝸桿3的軸線 與滾珠蝸輪1中心橫截面在同一平面上，將圓柱蝸桿螺旋滾珠軌道3-1嚙合入滾珠蝸輪1 的滾珠，在不同的位置，蝸輪蝸桿同時有1-2行滾珠嚙合。圓柱滾珠蝸桿3轉動時，圓柱蝸 桿螺旋滾珠軌道3-1推動所嚙合的多個滾珠4，嚙合的多個滾珠4在自身滾動的同時推動滾 珠蝸輪1圍繞蝸輪軸5轉動。圓柱滾珠蝸桿3和滾珠4之間，滾珠4和滾珠蝸輪1之間，全 部都是滾動接觸和滾動摩擦，而且滾珠蝸桿轉動時，滾珠蝸輪上只有嚙合部分的滾珠及其 所在循環(huán)通道中的滾珠參與循環(huán)，相對于傳統(tǒng)蝸輪蝸桿的滑動摩擦來說，其摩擦和磨損大 大減小。采用圓柱滾珠蝸桿時，相對于弧面滾珠蝸桿來說，嚙合的滾珠行數(shù)少，因此其承載 力相對較小，只能用于小型設備。根據(jù)具體的使用情況的承載力要求、傳動比要求、精密度要求，滾珠蝸輪蝸桿傳動 副可系列化、標準化設計，以滿足不同領域、不同設備、不同應用的需求。
權利要求一種滾珠蝸輪蝸桿傳動副，其特征在于其由滾珠蝸輪、滾珠和滾珠蝸桿組成，滾珠蝸輪包括滾珠載體輪和兩側端蓋，滾珠蝸桿可采用弧面滾珠蝸桿或者圓柱滾珠蝸桿；在滾珠載體輪的傳動嚙合外圓周面上，有等距離分布的深溝滾珠軌道，深溝滾珠軌道為圓底敞口溝槽，其深度大于滾珠半徑，開口小于滾珠直徑，滾珠能夠在深溝滾珠軌道內順暢滾動，且不會從深溝滾珠軌道開口掉出，深溝滾珠軌道的間距等于滾珠蝸桿上螺旋滾珠軌道的螺距，深溝滾珠軌道的導程角根據(jù)采用的蝸桿類型來確定；滾珠蝸輪上有滾珠循環(huán)通道，每條滾珠循環(huán)通道對應一條深溝滾珠軌道，滾珠采用單循環(huán)方式，即每行滾珠在自己的滾珠循環(huán)通道中單獨循環(huán)；每條滾珠循環(huán)通道由軸向循環(huán)通道和兩側的徑向循環(huán)通道連接貫通而成，軸向循環(huán)通道與滾珠載體輪軸線平行，兩端分別連接兩側的徑向循環(huán)通道，兩側的徑向循環(huán)通道連接到深溝滾珠軌道，拐角和連接處進行圓角處理，使?jié)L珠滾動和循環(huán)轉向順暢；在滾珠蝸輪的每條滾珠循環(huán)通道和深溝滾珠軌道中裝滿滾珠，滾珠能夠在深溝滾珠軌道和滾珠循環(huán)通道中循環(huán)滾動；在滾珠蝸桿的外圓周面上有螺旋滾珠軌道，螺旋滾珠軌道的螺距相等；螺旋滾珠軌道為圓底開口溝槽，滾珠能夠與螺旋滾珠軌道吻合并在其中輕松順暢滾動；合理設計滾珠蝸輪中心軸與滾珠蝸桿中心軸的距離，使?jié)L珠蝸輪上的滾珠從深溝滾珠軌道里露出的部分能夠與蝸桿的螺旋滾珠軌道正好嚙合；滾珠蝸桿轉動時，螺旋滾珠軌道推動嚙合的滾珠滾動，滾珠自身滾動的同時推動滾珠蝸輪轉動。
2.根據(jù)權利要求1所述的滾珠蝸輪蝸桿傳動副，其特征在于滾珠蝸輪的徑向循環(huán)通 道一半在滾珠載體輪的表面，一半在端蓋的表面，端蓋和滾珠載體輪位置對應結合在一起 時，兩部分徑向循環(huán)通道正好合并形成一條完整的徑向循環(huán)通道，滾珠能夠在其中順暢滾 動。
3.根據(jù)權利要求1所述的滾珠蝸輪蝸桿傳動副，其特征在于當滾珠載體輪直徑較大 時，相鄰軸向循環(huán)通道的橫截面圓心能夠在以載體輪軸線為圓心的同一個圓上，或者不同 的圓上；當滾珠載體輪直徑較小時，相鄰滾珠軸向循環(huán)通道的橫截面圓心不能在以載體輪 軸線為圓心的同一個圓上，以避免相鄰軸向循環(huán)通道距離太近，降低滾珠載體輪的強度。
4.根據(jù)權利要求1所述的滾珠蝸輪蝸桿傳動副，其特征在于滾珠蝸桿采用弧面蝸桿 時，弧面滾珠蝸桿的外形為凹圓弧圍繞蝸桿軸線回轉形成的回轉面，凹圓弧的直徑等于滾 珠載體輪直徑；滾珠蝸輪的深溝滾珠軌道的導程角等于蝸桿以最細處計算得到的螺旋滾珠 軌道導程角；弧面滾珠蝸桿上的螺旋滾珠軌道通過修形技術加工處理，能夠同時嚙合多行 滾珠；弧面滾珠蝸桿對滾珠蝸輪形成包絡。
5.根據(jù)權利要求1所述的滾珠蝸輪蝸桿傳動副，其特征在于滾珠蝸桿采用圓柱蝸桿 時，滾珠蝸輪的深溝軌道的導程角等于圓柱滾珠蝸桿上的螺旋滾珠軌道的導程角。
6.根據(jù)權利要求1所述的滾珠蝸輪蝸桿傳動副，其特征在于當滾珠蝸桿單絲道設計 時，滾珠蝸桿上螺旋滾珠軌道的螺距與滾珠蝸輪上深溝滾珠軌道的間距相等；當滾珠蝸桿 多絲道設計時，滾珠蝸桿上螺旋滾珠軌道的螺距是滾珠蝸輪上深溝滾珠軌道間距的整數(shù) 倍。
專利摘要一種滾珠蝸輪蝸桿傳動副，蝸輪的傳動嚙合面上等距分布深溝滾珠軌道，深溝滾珠軌道連接滾珠循環(huán)通道，滾珠能夠在深溝滾珠軌道和滾珠循環(huán)通道中循環(huán)滾動；蝸桿外圓嚙合面上有螺旋滾珠軌道，蝸輪蝸桿通過滾珠嚙合傳動。本實用新型將傳統(tǒng)蝸輪蝸桿之間的齒牙滑動摩擦變成滾珠的滾動摩擦，滾珠蝸桿轉動時，滾珠蝸輪上只有嚙合部分的滾珠及其所在循環(huán)通道中的滾珠參與循環(huán)，因此傳動過程中磨損大大減小，傳動效率得以很大提高。本實用新型除了具備傳統(tǒng)蝸輪蝸桿優(yōu)點之外，還具有磨損小、壽命長、效率高、能耗低的優(yōu)勢。采用弧面滾珠蝸桿時，有多行滾珠同時嚙合，可用于承載力大的重型設備，且能夠采用預壓技術消除反向轉動時的背隙，可用于精密自動化設備。
文檔編號F16H1/16GK201731022SQ20102027224
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月27日 優(yōu)先權日2010年7月27日
發(fā)明者朱建彬 申請人:朱建彬