专利名称：一种舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种动力传动结构，舵形滚轴轮的传动啮合面等距安装可滚动滚 轴，弧面包络轮外形为凹圆弧绕轮轴线回转形成的回转面，回转面上有可啮合滚轴的螺旋 轨道槽，舵形滚轴轮和弧面包络轮同时通过多个滚轴啮合传动，弧面包络轮对舵形滚轴轮 形成包络。
背景技术：
常用的变速传动结构有齿轮组传动和蜗杆传动，齿轮组传动效率高，准确可靠，是 应用广泛的传动方式，但存在高速运转时平稳性差、噪声大、不能缓冲震动、大减速比时体 积庞大等缺点；蜗杆传动具有减速比大、结构紧凑、工作平稳、无噪声、能缓冲震动、可90度 变向等优点，也在各种各样的减速设备和机械传动中得到广泛的应用，但蜗杆传动是靠蜗 杆和蜗轮之间的齿牙面摩擦进行传动，因此其固有的缺点是磨损大、传动效率低、精密度 差，使用寿命短、能耗高；蜗杆传动结构的传动比一般在10以上，如果要求传动比小于10， 则设计制造非常困难。普通的圆柱蜗杆传动过程中，只有1-2个齿承载传动力，因此其承载 力较弱，不宜用于大型重型设备；后来出现的环面包络蜗杆技术，在传动过程中蜗杆和蜗轮 啮合的齿数增多，承载力变大，但其加工难度大，工艺复杂，效果不佳，而且仍然是靠蜗轮蜗 杆的齿面摩擦来传动，因而普通蜗杆传动的磨损大、传动效率低等问题依然存在。
发明内容本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的舵形滚轴轮弧面包 络轮啮合传动结构，这种结构运转平稳，结构紧凑，体积小，无噪声，而且磨损小，效率高，能 耗低，承载力大，可设计传动比值范围大，为了达到这种目标，本实用新型的技术方案是这 样实现的一种舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，由舵形滚轴轮和弧面包络轮组成，舵 形滚轴轮包括滚轴载体轮、滚轴、行星滚子和滚轴限位装置；在滚轴载体轮的传动啮合圆 周面上，有等距离分布的结构相同的滚轴安装孔，滚轴安装孔的中心线在滚轴载体轮的同 一横截面上，且穿过滚轴载体轮中心；滚轴载体轮的一个平面上开有与滚轴载体轮同心的 环形槽，环形槽深度使滚轴限位部分能够伸入其中；滚轴包括啮合部分、承载部分和限位部 分，这三部分是围绕同一中心轴形成的旋转体，啮合部分的横截面大于承载部分横截面，啮 合部分端部可为平头或圆头；滚轴在滚轴安装孔中安装好以后，其承载部分处于滚轴安装 孔中，限位部分伸入到环形槽之中，啮合部分高出滚轴载体轮外圆周面一定高度，以与弧面 包络轮上的螺旋轨道槽相啮合；滚轴的承载部分处于滚轴安装孔中，其四周安装有行星滚 子；滚轴安装孔、行星滚子和滚轴紧密配合，形成轴承结构，滚轴安装孔相当于轴承的外圈， 滚轴相当于轴承的内圈；滚轴的限位部分在环形槽中与滚轴限位装置相连接，使滚轴能够 在滚轴安装孔内各行星滚子的中心转动但不能脱离出滚轴安装孔；安装了滚轴的滚轴载体 轮，形状极象轮船的方向舵，称之为舵形滚轴轮；弧面包络轮的外形为凹圆弧围绕弧面包络 轮中心轴线回转形成的回转面，该回转面能够对舵形滚轴轮形成包络，称之为凹圆弧回转
4面包络轮，简称弧面包络轮；凹圆弧的直径等于滚轴载体轮直径；在弧面包络轮的回转面 上有螺旋轨道槽，螺旋轨道槽的螺距相等；螺旋轨道槽的法向截面与滚轴啮合部分的纵截 面形状规格一致，使螺旋轨道槽与滚轴啮合部分能够最佳啮合；舵形滚轴轮和弧面包络轮 中心轴成90度交错，弧面包络轮的中心轴线与舵形滚轴轮的各个滚轴中心轴线在同一平 面内，舵形滚轴轮与弧面包络轮的中心矩使滚轴啮合部分正好啮合入弧面包络轮的螺旋轨 道槽，弧面包络轮对舵形滚轴轮形成包络。所述的一种舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，滚轴的承载部分外圆面为圆锥 面时，称为锥形滚轴，滚轴载体轮外圆周面上的滚轴安装孔为锥形孔，锥形滚轴安装孔与环 形槽相通；相应的，行星滚子为锥形行星滚子，其外圆面也为圆锥面，滚轴的承载部分、锥形 滚轴安装孔、锥形行星滚子的外圆锥面虚拟顶点为滚子承载轮的中心。所述的一种舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，滚轴的承载部分外圆面为圆柱 面时，称为柱形滚轴，滚轴载体轮外圆周面上的滚轴安装孔为柱形孔，行星滚子为柱形行星 滚子，柱形滚轴安装孔的中心线穿过滚子承载轮中心；柱形滚轴安装孔由上下两部分组成， 上部为直径大的平底柱形孔，安装柱形滚轴和柱形行星滚子；下部为直径小的柱形透孔，位 于孔中心，与环形槽相通，只允许中心的柱形滚轴通过；柱形滚轴的限位部分尾端为球面。所述的一种舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，其滚轴安装孔内的行星滚子带 有保持架，保持架将行星滚子结合在一个固定的圆周上；行星滚子围绕滚轴滚动时，保持架 随之转动。所述的一种舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，其弧面包络轮上弧面包络部分 的长度，最多能够包络舵形滚轴轮的一半。所述的一种舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，舵形滚轴轮上的滚轴间距指两 滚轴中心线之间滚轴载体轮外圆周面上的弧长，弧面包络轮上的螺旋轨道槽螺距指相邻两 周螺旋轨道槽中心线之间包络轮弧面上的弧长；当弧面包络轮单丝道设计时，弧面包络轮 上螺旋轨道槽的螺距与舵形滚轴轮上滚轴的间距相等或为滚轴间距的1/η，η为正整数；当 弧面包络轮多丝道设计时，弧面包络轮上螺旋轨道槽的螺距是舵形滚轴轮上滚轴间距的整 数倍。所述的一种舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，滚轴限位部分有限位槽，滚轴 限位装置采用圆形限位卡环，限位卡环下部有多个开口卡槽，卡环直径使卡槽与滚轴安装 到位后的滚轴限位槽位置一致，每个卡槽对应一个滚轴，卡槽卡入到滚轴限位槽中。本实用新型的有益效果是舵形滚轴轮和弧面包络轮通过可转动的滚轴啮合，相 对于齿轮组传动系统具有传动比大，运转平稳，结构紧凑，体积小，无噪声的优点；相对于蜗 杆传动，则相当于把蜗杆蜗轮的齿牙滑动摩擦变成滚轴的滚动摩擦，因此传动过程中磨损 大大减小，传动效率得以很大提高，因此相同负载时所需要的输入动力设备功率减小，设备 工作过程中能耗降低。舵形滚轴轮和弧面包络轮之间啮合的滚轴数量多，承载力数倍的增 强，可用于重型机械设备；由于舵形滚轴轮和弧面包络轮同时有多个滚轴啮合，生产时采用 预压技术，能够消除往复转动时的背隙，故本实用新型可用于精密传动的自动化设备；本实 用新型传动比的范围最低可以达到1 1，而且能够逆向转动，因而比蜗杆蜗轮传动具有更 广泛的应用。此外，滚轴载体轮的制造不再采用滚齿、插齿等方式来加工齿牙，而是采用简 单的钻铣饺方式加工装配式的滚轴载体轮，制造难度小，制造成本低。
图1为本实用新型的总体原理结构图，也可作为摘要附图。图2为本实用新型凹圆弧回转面包络轮结构示意图，为弧面包络轮正剖视图。图3为本实用新型未安装滚轴时的滚轴载体轮结构示意图，其滚轴安装孔为圆锥 形孔。图4为本实用新型锥形滚轴的结构示意图。图5为本实用新型安装了锥形滚轴的舵形滚轴轮结构示意图。图6为本实用新型图5的侧视图。图7为本实用新型图6的A-A剖视图。图8为本实用新型行星滚子结构示意图。图9为本实用新型限位卡环结构示意图。图10为本实用新型未安装滚轴时的滚轴载体轮结构示意图，其滚轴安装孔为圆 柱形孔。图11为本实用新型柱形滚轴的结构示意图。图12为本实用新型安装了柱形滚轴的舵形滚轴轮结构示意图。图13为本实用新型图12的侧视图。图14为本实用新型图13的B-B剖视图。其中1、舵形滚轴轮1-1、滚轴载体轮1-2、环形槽1-3、轴孔1-4、锥形滚轴安装孔1-5、柱形滚轴安装孔2、弧面包络轮2-1、螺旋轨道槽3、滚轴3-1、锥形滚轴3-2、柱形滚轴3-3、啮合部分3-4、承载部分3-5、限位部分3-6、限位槽3-7、柱形滚轴球形尾端4、限位卡环4-1、卡槽5、行星滚子5-1、锥形行星滚子[0046]5-2、柱形行星滚子
具体实施方式
实施例1在具体实施时，滚轴载体轮和弧面包络轮都采用钢性材料制造并进行热处理以增 加表面硬度，滚轴和滚子采用轴承工艺和材料制造，滚轴的啮合部分可以制造成平头，也可 以制造成圆头。采用本实用新型的舵形滚轴轮和弧面包络轮时，首先确定传动的承载力要 求，根据承载力要求确定滚轴的规格尺寸；然后根据传动比设计舵形滚轴轮的滚轴数量、滚 轴载体轮的直径、弧面包络轮的直径、舵形滚轴轮和弧面包络轮的中心距、包络轮上弧面包 络部分的长度、螺旋轨道槽的螺距等参数。根据具体的使用情况的承载力要求、传动比要 求、精密度要求，舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构可系列化、标准化设计，以满足不同 领域、不同设备、不同应用的需求。本实施例以锥形滚轴为例，结合附图来说明本实用新型的实现方法。图2显示了凹圆弧回转面包络轮的结构。弧面包络轮2的制造，先加工轮子的凹 圆弧回转面，凹圆弧直径等于滚轴载体轮1的直径，然后用专用机床铣或车成螺旋轨道槽 2-1。如图3所示，在圆柱形滚轴载体轮1-1的上平面上车挖与滚轴载体轮同心的环形 槽1-2，在中心钻轴孔1-3并铣内孔键槽。锥形滚轴的结构如图4所示，根据锥形滚轴3-1 的承载部分和锥形行星滚子5-1的锥面角度和直径，确定滚轴载体轮1-1上锥形滚轴安装 孔1-4的规格，在滚轴载体轮1-1的外圆周面上等距钻取锥形透孔；将加工好的滚轴载体轮 进行热处理，使材料达到要求的硬度。然后对锥形透孔进行磨削精加工，以精确确定锥形滚 轴安装孔1-4规格，并改善孔内表面的表面粗糙度。图5、图6、图7显示了安装有锥形滚轴3-1的舵形滚轴轮总体结构，为使图纸清 晰，剖视图中未显示限位卡环。将带有滚子保持架的锥形行星滚子5-1安装在锥形滚轴安 装孔1-4中，然后在其中心装入锥形滚轴3-1 ；从图中可以看出，滚轴安装到位以后，锥形滚 轴3-1的承载部分3-4与锥形行星滚子5-1和锥形滚轴安装孔1-4紧密配合，构成轴承结 构，滚轴安装孔为轴承的外圈，滚轴为轴承的内圈；限位部分3-5正好到达环形槽1-2之中， 啮合部分3-3高出滚轴载体轮1-1的外圆周面。因为锥形滚轴3-1和锥形行星滚子5-1都 是上端粗下端细，因此在锥形滚轴安装孔1-4中，不会因为压力而从孔下端掉出。滚轴的啮 合部分3-3比承载部分3-4直径稍大，能够防止行星滚子运行中脱出滚轴安装孔；将限位卡 环4从环形槽1-2卡入，每个卡槽4-1刚好卡入滚轴限位槽3-6中，防止锥形滚轴3-1从滚 轴安装孔中脱落。安装了滚轴的滚轴载体轮形象的称为舵形滚轴轮。如图1所示，根据中心矩的设计要求，分别将舵形滚轴轮1和弧面包络轮2通过轴 承垂直90度安装在承载装置上，弧面包络轮2的中心线与舵形滚轴轮1的滚轴安装孔的中 心线在同一平面上，将锥形滚轴3-1的啮合部分3-3啮入弧面包络轮2的螺旋轨道槽2-1， 啮合好以后，弧面包络轮2对舵形滚轴轮1形成包络，同时有多个滚轴啮合。弧面包络轮2 转动时，螺旋槽轨道2-1推动与其轨道斜面接触的滚轴啮合部分3-3，推力作用的水平方向 分力推动啮合部分3-3带动滚轴载体轮1转动，垂直方向分力使锥形滚轴3-1沿螺旋轨道 槽表面滚动；锥形滚轴3-1在锥形行星滚子5-1中心转动，同时带动锥形行星滚子5-1在滚轴安装孔中滚动；同时啮合的多个滚轴，其受力的承载点都在滚轴中心线所在的平面内，多 个滚轴的啮合力形成一个方向上的合力，推动舵形滚轴轮1围绕其转轴转动。弧面包络轮2 和滚轴3之间，滚轴3和行星滚子5之间、行星滚子5和滚轴载体轮1-1之间，全部都是滚 动接触和滚动摩擦，相对于传统蜗轮蜗杆的滑动摩擦来说，其摩擦和磨损大大减小。实施例2本实施例中，滚轴为柱形滚轴3-2，其结构如图11所示，滚轴的承载部分3-4为圆 柱形，相应的，滚轴安装孔的规格根据柱形滚轴3-2的承载部分3-4数据确定；和锥形滚轴 安装孔1-4不同，柱形滚轴安装孔1-5不能全部是透孔，中心的柱形滚轴3-2需要透孔以 把其限位部分3-5伸入到环形槽1-2之中，而周围的柱形行星滚子5-2则需要有底部支撑 以保持其安装位置。所以采用柱形滚轴3-2时，滚轴载体轮1-1上的滚轴安装孔由两部分 组成，上部为平底柱孔，直径大，能够安装柱形滚轴3-2和柱形行星滚子5-2，孔的下部直径 小，允许柱形滚轴3-2刚好通过。具有柱形滚轴安装孔的滚轴载体轮如图10所示。安装了柱形滚轴的舵形滚轴轮如图12所示，图13是图12的侧视图，图14是图13 的B-B剖视图。将带有滚子保持架的柱形行星滚子5-2安装在柱形滚轴安装孔1-5中，然 后在其中心装入柱形滚轴3-2 ；滚轴安装到位以后，柱形滚轴3-2的承载部分3-4与柱形行 星滚子5-2和柱形滚轴安装孔1-5紧密配合，构成轴承结构，滚轴安装孔为轴承的外圈，滚 轴为轴承的内圈。从图中可以看出，柱形滚轴3-2在滚轴载体轮1-1的柱形滚轴安装孔1-5 中安装到位以后，柱形滚轴球形尾端3-7正好顶在环形槽1-2的内立面上。当柱形滚轴3-2 转动时，与滚轴载体轮之间为滚动摩擦。将限位卡环4卡入滚轴的柱形滚轴3-2的滚轴限 位槽3-6中，防止柱形滚轴3-2从滚轴安装孔中脱落。采用柱形滚轴时，舵形滚轴轮和弧面包络轮的其他设计方式、制造工艺、工作原理 完全相同，其实施方法与实施例1中的锥形滚轴情况也完全相同。
权利要求一种舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，其特征在于其由舵形滚轴轮和弧面包络轮组成，舵形滚轴轮包括滚轴载体轮、滚轴、行星滚子和滚轴限位装置；在滚轴载体轮的传动啮合圆周面上，有等距离分布的结构相同的滚轴安装孔，滚轴安装孔的中心线在滚轴载体轮的同一横截面上，且穿过滚轴载体轮中心；滚轴载体轮的一个平面上开有与滚轴载体轮同心的环形槽，环形槽深度使滚轴限位部分能够伸入其中；滚轴包括啮合部分、承载部分和限位部分，这三部分是围绕同一中心轴形成的旋转体，啮合部分的横截面大于承载部分横截面，啮合部分端部可为平头或圆头；滚轴在滚轴安装孔中安装好以后，其承载部分处于滚轴安装孔中，限位部分伸入到环形槽之中，啮合部分高出滚轴载体轮外圆周面一定高度，以与弧面包络轮上的螺旋轨道槽相啮合；滚轴的承载部分处于滚轴安装孔中，其四周安装有行星滚子；滚轴安装孔、行星滚子和滚轴紧密配合，形成轴承结构，滚轴安装孔相当于轴承的外圈，滚轴相当于轴承的内圈；滚轴的限位部分在环形槽中与滚轴限位装置相连接，使滚轴能够在滚轴安装孔内各行星滚子的中心转动但不能脱离出滚轴安装孔；安装了滚轴的滚轴载体轮，形状极象轮船的方向舵，称之为舵形滚轴轮；弧面包络轮的外形为凹圆弧围绕弧面包络轮中心轴线回转形成的回转面，该回转面能够对舵形滚轴轮形成包络，称之为凹圆弧回转面包络轮，简称弧面包络轮；凹圆弧的直径等于滚轴载体轮直径；在弧面包络轮的回转面上有螺旋轨道槽，螺旋轨道槽的螺距相等；螺旋轨道槽的法向截面与滚轴啮合部分的纵截面形状规格一致，使螺旋轨道槽与滚轴啮合部分能够最佳啮合；舵形滚轴轮和弧面包络轮中心轴成90度交错，弧面包络轮的中心轴线与舵形滚轴轮的各个滚轴中心轴线在同一平面内，舵形滚轴轮与弧面包络轮的中心矩使滚轴啮合部分正好啮合入弧面包络轮的螺旋轨道槽，弧面包络轮对舵形滚轴轮形成包络。
2.根据权利要求1所述的舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，其特征在于滚轴的 承载部分外圆面为圆锥面时，称为锥形滚轴，滚轴载体轮外圆周面上的滚轴安装孔为锥形 孔，锥形滚轴安装孔与环形槽相通；相应的，行星滚子为锥形行星滚子，其外圆面也为圆锥 面，滚轴的承载部分、锥形滚轴安装孔、锥形行星滚子的外圆锥面虚拟顶点为滚子承载轮的 中心。
3.根据权利要求1所述的舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，其特征在于滚轴的 承载部分外圆面为圆柱面时，称为柱形滚轴，滚轴载体轮外圆周面上的滚轴安装孔为柱形 孔，行星滚子为柱形行星滚子，柱形滚轴安装孔的中心线穿过滚子承载轮中心；柱形滚轴安 装孔由上下两部分组成，上部为直径大的平底柱形孔，安装柱形滚轴和柱形行星滚子；下部 为直径小的柱形透孔，位于孔中心，与环形槽相通，只允许中心的柱形滚轴通过；柱形滚轴 的限位部分尾端为球面。
4.根据权利要求1所述的舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，其特征在于滚轴安 装孔内的行星滚子带有保持架，保持架将行星滚子结合在一个固定的圆周上；行星滚子围 绕滚轴滚动时，保持架随之转动。
5.根据权利要求1所述的舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，其特征在于弧面包 络轮上弧面包络部分的长度，最多能够包络舵形滚轴轮的一半。
6.根据权利要求1所述的舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，其特征在于当弧面 包络轮单丝道设计时，弧面包络轮上螺旋轨道槽的螺距与舵形滚轴轮上滚轴的间距相等或 为滚轴间距的1/η，η为正整数；当弧面包络轮多丝道设计时，弧面包络轮上螺旋轨道槽的螺距是舵形滚轴轮上滚轴间距的整数倍。
7.根据权利要求1所述的舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，其特征在于滚轴限 位部分有限位槽，滚轴限位装置采用圆形限位卡环，限位卡环下部有多个开口卡槽，卡环直 径使卡槽与滚轴安装到位后的滚轴限位槽位置一致，每个卡槽对应一个滚轴，卡槽卡入到 滚轴限位槽中。
专利摘要一种舵形滚轴轮弧面包络轮啮合传动结构，舵形滚轴轮的传动啮合面等距安装可滚动滚轴，弧面包络轮外形为凹圆弧绕轮轴线回转形成的回转面，回转面上有可啮合滚轴的螺旋轨道槽，舵形滚轴轮和弧面包络轮同时通过多个滚轴啮合传动，弧面包络轮对舵形滚轴轮形成包络；本实用新型相对于齿轮组传动具有传动比大，运转平稳，结构紧凑，体积小，无噪声的优点；相对于蜗杆传动，则相当于把蜗杆蜗轮的齿牙滑动摩擦变成滚轴的滚动摩擦，因此具有磨损小、寿命长、效率高、能耗低、承载力大、可设计传动比值范围大的优势。舵形滚轴轮的制造不再采用滚齿、插齿等方式来加工齿牙，而是采用简单的钻铣饺方式加工装配式结构，制造成本降低。
文档编号F16H49/00GK201731040SQ20102026295
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月20日 优先权日2010年7月20日
发明者朱建彬 申请人:朱建彬