专利名称：滚柱齿式棘轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械传动机构设计领域，特别是提供一种滚柱齿式棘轮。
背景技术：
目前公知的棘轮有齿式和摩擦式两种。齿式棘轮机构依靠棘爪与轮齿的啮合来传递运动和动力，虽然结构简单，工作可靠，但外形尺寸大，属于有级结合，且接合时冲击较大，运行回程时棘爪在棘轮齿上滑行，齿尖容易磨损，产生噪音及热量，同时由于空程(棘爪落入棘齿需要的行程)的存在而产生冲击，另外其离合最大空程值(棘爪从上一齿落到下一齿的最大距离)大、允许离合转速低。摩擦式棘轮虽无上述缺点，但是运动准确性差，承载能力及效率相对较低，抗击力也较弱。
发明内容
本发明的目的是提供一种滚柱齿式棘轮。它采用齿槽结构，使滚柱在内外环齿槽之间移动，实现齿式棘轮的平稳接合与超越。
滚柱齿式棘轮主要由内环2、外环1、滚柱3、顶销4及轴承5组成。内环外侧、外环内侧均匀分布有齿槽。每个外环齿槽形态一致，都由外环啮合弧面c、平移面b和齿峰面a组成；每个内环齿槽形态一致，都由内环啮合弧面e、齿底面f、平移面h和内环齿峰面d组成。每个内环齿槽底部都装有顶销4，顶销4采用液压推动、弹簧推动、磁力推动以及气动推动等推动方式，工作时顶销4将滚柱3向外顶推，从而使滚柱3能可靠的在内、外环的齿槽之间移动，实现齿式棘轮的平稳接合与超越。内外环之间装有轴承5，其作用是保证内、外环的同心能力。
内、外环半径大小可根据需要设计。内、外环齿槽数无特殊规定，可根据设备对棘轮的承载力及空程值的要求设计，如对空程值要求不高，且要求有较大承载力时，可设计成内、外环齿槽数相等；如对空程值要求较小，则设计为等差齿槽结构，本设计中所说的“等差齿槽结构”是指将内环外侧、外环内侧的圆周分成两个或两个以上的圆周长度相同的等分区，每个等分区均匀分布有相同数目的齿槽，但是在每个区中内环的齿数比外环少一个或一个以上。如对空程值要求较小，且承载要求不高的情况，也可以采用内环齿槽数比外环齿槽数少一个的结构。
采用等差齿槽结构设计时，由于内外环的齿槽圆周的每个等分区都具有相同齿距的整数齿，但每个区中内环的齿数比外环少一个或一个以上，因此滚柱从外环上一齿槽到下一齿槽的接合空程值被平均，从而降低了离合最大空程值。内外环的齿槽圆周分别由两个或两个以上的相同等分区组成，该结构使接合工作时有较多的滚柱同时参于啮合(有几个等分区域就有几个滚柱参于啮合)，并且各啮合滚柱属于等角分布，其作用是提高该棘轮的承载能力。如前所述，采用差齿槽结构设计具有降低离合最大空程值，同时又能满足棘轮的较大承载能力的要求。
顶销4采用液压推动、弹簧推动、磁力推动以及气动推动等推动方式。每根顶销4中间可以有一个小通孔，工作时润滑液通过小通孔喷向滚柱3，小通孔喷出的润滑液可辅助推动滚柱，并起润滑、冷却作用，润滑油膜还可具有减轻冲击力及降低噪音的作用。顶销4采用液压推动有推力稳定的优点。
外环齿槽的啮合弧面c、内环齿槽的啮合弧面e及滚柱3它们三者的半径大小近似，其优选为三者半径相同；外环齿槽啮合弧面的圆心和内环齿槽啮合弧面的圆心在以环心为圆心的圆周上附近，其优选为二者圆心刚好处于以环心为圆心的圆周上，其作用是保证该棘轮在接合工作时，外环齿槽的啮合弧面c、内环齿槽的啮合弧面e与滚柱3可靠啮合，使啮合面各点受力均匀，提高承载能力及抗冲击能力。外环齿槽的啮合弧面c与内环齿槽的啮合弧面e的结构特性的变化将引起接合时的工作受力的变化，直接影响着该棘轮的工作性能，特别是承载能力。
外环齿槽平移面b是连接该齿槽的啮合弧面c与齿峰面a的型面，它一般为平面或曲面。其作用是使滚柱3在超越状态时，在齿槽间移动顺利。该面结构特性的变化将影响着该棘轮的超越特性，使超越时滚柱3的移动阻力及滚柱3的滚动性能产生变化，工作效率、工作转速也随着受到了影响。
外环齿槽的齿峰面a是连接该齿槽平移面a与下一齿槽啮合弧面c的型面，它一般为小弧面。外环齿槽的齿峰面a结构特性的变化将影响着滚柱3与啮合弧面c的受力状态及滚柱3从齿峰面a到啮合弧面c的移动状态。齿峰面a的作用是使滚柱3顺利的从该面移动到下一齿槽，圆弧面可增强滚柱在该面移动时的滚动性能，减少外环齿尖(即外环齿峰面)磨损，该面与啮合弧面c的合理连接使滚柱3从齿峰到齿底的冲击力减少。滚柱3从外轮齿槽的齿峰面a移动到下一齿槽的啮合弧面c时，由于滚柱的圆柱特性在移动过程中是呈逐步嵌入式，该特性有效地减轻了径向冲击力；外环齿槽的齿峰面a的顶面到啮合弧面c的底面的距离大小将影响着该棘轮的径向冲击力和工作转速；内环齿槽的平移面h是连接上一齿槽齿峰面d与该齿槽齿底面f的型面，一般为曲面或弧面，它到该齿槽的啮合弧面e与齿底面f的交点的最短距离不得小于滚柱3的直径，否则将影响滚柱3在该齿槽间的移动。平移面h的作用是使滚柱3在齿槽间径向移动顺畅，该面的结构特性的变化将影响着该棘轮的离合空程值及超越特性，该面靠齿峰面d的一端越靠向啮合弧面e其离合空程值就越小，反之就大；该面的结构特性越接近于外环齿槽平移面b超越时相对滚柱3的推力方向，在超越工况时工作就越顺畅，工作效率越高。
内环齿槽的齿底面f是连接该齿槽的平移面h与啮合弧面e的型面，它一般为半径比滚柱3半径略大的弧面。其作用是提供滚柱3在超越时有足够的移动空间。该面的结构特性的变化将影响着该棘轮的承载能力及抗冲击能力；该面越靠向啮合弧面e，其离合空程值就越小，反之就大；当该面靠向啮合弧面e到一定距离时将影响着该棘轮的承载能力，其具体还根据外环齿槽的啮合弧面c的特征所引起的接合受力方向有关。
内环齿槽的齿峰面d是连接内环齿槽的啮合弧面e与平移面h的型面，它一般为半径略小于外环齿峰面a到环心的最短距离的弧面。其作用是与啮合弧面e、平移面h配合保证啮合弧面e、平移面h的性能，该面的结构特性的变化将影响着该棘轮的承载能力和内环齿槽的啮合弧面e、平移面h的工作性能。
该棘轮的工作原理是在传动工况时(图3中内环逆时针旋转)，内环2的齿槽圆周中每个等分区内总有一个滚柱3先顶住外环啮合弧面c，随着内环2、外环1的相对运动，外环啮合弧面c推动滚柱3向内环啮合弧面e前进，直至啮合，从而实现内外环(2、1)的接合传动。此时，其余滚柱3由于内外环等差齿槽的关系不会与内外环齿槽的啮合面(e、c)同时啮合，处于脱离状态，不起作用。
在分离工况时(图1中内环2顺时针旋转)，滚柱3先脱离内环啮合弧面e向内环平移面h前进，直到碰到内环平移面h，随着内外环的相对运动，内环平移面h推动滚柱3在外环齿槽中依次经过外环啮合弧面c、平移面b、齿峰面a，接着进入下一个外环齿槽。如此反复运行，实现内外环(2、1)超越传动的特性该滚柱齿式棘轮不仅能承载较大的功率大、效率高，而且抗冲击能力强；寿命、噪音、发热量、冲击力及离合最大空程值都比现有的齿式棘轮小，最高离合转速也比现有的齿式棘轮高。
图1是滚柱齿式棘轮的结合工况时的径向结构剖面图。
图2是滚柱齿式棘轮的结构示意图，其中1为外环，2为内环，3为滚柱，4为顶销，5为轴承，6为挡圈。
图3是内外轮的齿槽弧面示意图。其中a为外轮齿峰面，b为外轮平移面，c为外轮啮合弧面，d为内轮齿峰面，e为内轮啮合弧面，f为内轮齿底面，h为内轮平移面。
图4是该滚柱齿式棘轮的超越工况时的径向结构剖面图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。如图1和2所示，该滚柱齿式棘轮内外环齿槽圆周分为两个等分区域，所以每个等分区为180°圆周，每个等分区内外环有13个齿槽而内环为12个齿槽。图中I和K所示的即为等分滚柱。每个内环齿槽底部的两端各有一根头端直径为3mm，后端直径为4mm的圆柱台阶顶销4将齿槽内的滚柱3向外推顶，每根顶销的中间开有一直径为1mm的小通孔，以供润滑油喷向滚柱。在两顶销之间还装有一个挡圈6以防止无液压或压力低时，顶销跑出。内外环(2、1)之间装有一对轴承5，以保证内外环(2、1)的同心能力。
内外环(2、1)齿槽的结构如图3所示。外环啮合弧面c、内环啮合弧面e与滚柱3的半径相同，都为2.5mm。外环啮合弧面c的圆心与内环啮合弧面e的圆心都在以环心为圆心、直径为80mm的圆的圆周上。外环1外径为100mm。内环齿峰面d是以环心为圆心、直径为80.4mm的圆弧面，外环齿峰面a距外环圆心的最小距离为40.25mm。内环齿底面f为一直径为5.1mm的半圆弧面，其圆心位于以环心为圆心、半径为37.7mm的圆周上。内环齿槽齿底面f的一端与啮合弧面e相交，该交点位于内环啮合弧面e圆心与环心连线与啮合弧面e相交处相对该齿槽平移面h相反方向的弦长为0.5mm的啮合弧面e上。内环平移面h为一圆弧面，其圆心在该齿槽啮合弧面e与齿底面f的交点上，起点与齿底面f一端相连，终点与齿峰面d相连。外环齿槽的啮合弧面c与平移面b相切，平移面b与下一齿的啮合弧面间有一段半径为0.3mm的小圆弧面，即齿峰面a。
顶销4轴心线经过内环齿槽的齿底面f与内环啮合弧面e的圆心连线中点，其直径略大于两弧面的中心距。这样可以保证无论在何种工况时滚柱3都在顶销4的推力面上，从而保证滚柱3在顶销4的推力面上移动顺畅。顶销4与内环啮合弧面e的圆心到环心的连线夹角为30度，该结构使顶销4推移顺畅，提高该棘轮超越时的工作效率。
滚柱齿式棘轮在内外环(2、1)无等差齿槽结构时的最大离合空程值，为相邻两个外环齿槽啮合弧面c的圆心相对于环心的圆周距离，与滚柱3在内环啮合弧面e圆心相对于环心为圆心的圆周上从齿槽平移面f移到啮合弧面e所经历的距离之和。在本实施例中，滚柱3在外环齿槽间的最大离合空程值为0.8mm。滚柱(3)在内环齿槽中的最大离合空程值为1.28mm，因此该滚柱齿式棘轮的最大离合空程值为2.08mm。
滚柱齿式棘轮的承载能力主要取决于接合时滚柱参于啮合的数量，以及内环齿槽的齿型结构。在本实施例中，滚柱接合时与内外环的啮合弧面始终属于面接触，因而其承载效果相当于两根直径为5mm的圆柱键传动。内环齿槽的齿型结构，它们由各弧面组成，受力分散性好，承载高，该结构的承载效果相当于两倍齿厚为3.2mm的直齿圆柱齿轮。
权利要求
1.滚柱齿式棘轮，主要由内环(2)、外环(1)、滚柱(3)、顶销(4)及轴承(5)组成；内环外侧、外环内侧均匀分布有齿槽；每个外环齿槽形态都是一致的，都由外环啮合弧面(c)、平移面(b)和齿峰面(a)组成；每个内环齿槽形态也都是一致的，都由内环啮合弧面(e)、齿底面(f)、平移面(h)和内环齿峰面(d)组成；每个内环齿槽底部都装有顶销(4)，顶销(4)采用液压推动、弹簧推动、磁力推动或气动推动，工作时顶销(4)将滚柱(3)向外顶推，从而使滚柱(3)能可靠的在内、外环的齿槽之间移动，实现齿式棘轮的平稳接合与超越；内外环之间装有轴承(5)。
2.如权利要求1所述的滚柱齿式棘轮，其特征在于所述的内环齿槽与外环齿槽的齿槽数相等。
3.如权利要求1所述的滚柱齿式棘轮，其特征在于所述的内环齿槽的数目比外环齿槽的数目少一个。
4.如权利要求1所述的滚柱齿式棘轮，其特征在于所述的内、外环齿槽采用等差齿槽结构，即将内环外侧、外环内侧的圆周分成两个或两个以上的圆周长度相同的等分区，每个区中内环的齿数比外环少一个或一个以上。
5.如权利要求1所述的滚柱齿式棘轮，其特征在于所述的顶销(4)中间有一个小通孔。
全文摘要
滚柱齿式棘轮涉及一种机械传动机构设计领域，特别是提供一种滚柱齿式棘轮。它主要由内环(2)、外环(1)、滚柱(3)、顶销(4)及轴承(5)组成。内环外侧、外环内侧均匀分布有齿槽。每个外环齿槽形态一致，都由外环啮合弧面(c)、平移面(b)和齿峰面(a)组成；每个内环齿槽形态一致，都由内环啮合弧面(e)、齿底面(f)、平移面(h)和内环齿峰面(d)组成。每个内环齿槽底部都装有顶销(4)，工作时将滚柱(3)向外顶推，从而使滚柱(3)能可靠的在内、外环的齿槽之间移动，实现齿式棘轮的平稳接合与超越。内外环之间装有轴承(5)。该滚柱齿式棘轮不仅能承载较大的功率大、效率高，而且抗冲击能力强；寿命、噪音、发热量、冲击力及离合最大空程值都比现有的齿式棘轮小，最高离合转速也比现有的齿式棘轮高。
文档编号F16D41/00GK1573156SQ03148849
公开日2005年2月2日 申请日期2003年6月13日 优先权日2002年9月29日
发明者林志贺 申请人:林志贺