能效转换率高的齿条副的制作方法

本实用新型涉及一种运动副，特别涉及一种应用于自动化医疗仪器中的齿条副。

背景技术：

在自动化，医疗等行业所用的执行器中，经常需要将电机的旋转运动转换成直线运动，而且要求直线运动的导向性比较精密。比较常见的机构如：齿轮+齿条副，皮带结构，连杆(凸轮)机构等。在空间布局上，上述机构中，最为小巧紧凑的就是齿条+齿轮副。

现有技术中，采用齿条+齿轮副传递直线运动的结构，多半采用滑动摩擦方式，但该方式无法精准高效地传递运动，实效性较差。另外，齿条+齿轮副结构中实现齿条定位的方式，基本都是轴、套滑动摩擦，在运动过程中，如果配合过松，则出现很大间隙，无法确保精度；如果配合太紧，则容易出现卡滞不顺畅的问题，而且从寿命上，滑动摩擦副极易出现磨损失效，影响整个机构的寿命。

在一些对空间无严格限制的场合可以采用齿轮+齿条+直线导轨+滑块的结构，将齿条固定在其中一个运动副上，但该方式结构臃肿、体积巨大、不紧凑、价格昂贵，而且很难实现圆管状导轴的定位。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种滑动与滚动相结合且使用寿命长、占用空间小的能效转换率高的齿条副。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型的能效转换率高的齿条副，包括设置于花键母壳体内的滑道中且端部可穿过该壳体上下端面呈圆管状的导轴和固定在该导轴的外壁上且沿该导轴的轴线延伸的齿条以及将旋转运动传递给所述齿条的齿轮传动机构，在所述的导轴上与所述齿条相对称的另一侧外壁上开设有沿该导轴的轴线延伸的导槽，在与该导槽相对的所述滑道内壁上的部分段开设有滚珠窗孔，在与该滚珠窗孔相对的花键母壳体内，设有至少一个与所述齿条处于同一平面且内装有若干个钢珠的循环滚道，所述钢珠上小于半球的球冠部分可穿过所述滚珠窗孔置于所述导槽中。

所述循环滚道为两个，其间以上下排列、相互独立方式设置。

所述循环滚道内钢珠滚动的轨迹形状为椭圆形。

所述循环滚道为由高强度的轴承钢加工而成的镶芯，该镶芯固定在由前壳与后壳组装而成的所述花键母壳体内。

所述齿轮传动机构为可将齿轮压紧在所述齿条上的具有弹性结构的齿轮压紧组件。

与现有技术相比，本实用新型在花键母壳体内设置可将导轴由现有技术中的滑动直线运动改进为滚动直线运动的内装有若干个钢珠的循环滚道，并且将该循环滚道和通过齿条为所述导轴提供动能的齿轮传动机构设置在同一个平面内。该结构能缩小花键母壳体的厚度，使其在较小空间下使用得以实现，有利于整机产品的小型化。导轴在滑道中采用滚动直线运动可大大降低导轴的磨损，提高其使用寿命。另外，在导轴上设置可使所述钢珠部分嵌入的导槽，又使得圆管状的导轴在直线运动中不会出现旋转现象。本实用新型可使采用该齿条副的整机产品动力传递机构运行顺滑、精准、高效和耐久。

附图说明

图1为本实用新型侧视图。

图2为图1中拆除花键母前壳后的示意图。

图3为图2中A－A剖视图。

图4为图1的左视图。

图5为多个本实用新型并列使用时的示意图。

附图标记如下：

花键母壳体1、前壳11、后壳12、齿轮轴孔13、滑道14、滚珠窗孔15、导轴2、导槽21、齿条3、齿轮压紧组件4、齿轮41、压缩弹簧42、循环滚道5、钢珠51、芯体52。

具体实施方式

本实用新型的能效转换率高的齿条副，是将旋转运动转换为直线运动，其采用的是经典的齿轮－齿条运动副机构。其结合了滑动摩擦的空间小和滚动摩擦的高效率、高使用寿命的优点，在增加精度及使用寿命的基础上，实现了体积最小化。

如图1、2、3、4所示，其由铜质的花键母壳体1、圆管状的导轴2、固定在导轴2的外壁上且沿该导轴2的轴线延伸的齿条3、将旋转运动传递给所述齿条3的齿轮41传动机构和使导轴2在滑道14中以滚动直线运动上下移动的滚珠传动机构组成。

所述花键母壳体1由前壳11和后壳12以拆装式结构组装而成，在前壳11与后壳12的内侧设有由上至下贯穿的槽孔，将前壳11与后壳12装配好后，所述的槽孔合并构成容置所述导轴2的滑道14。在其前壳11与后壳12上还设有由前至后方向延伸的齿轮轴孔13，该齿轮轴孔13可以为贯通前壳11与后壳12的通孔。

所述齿轮41传动机构为可将齿轮41压紧在所述齿条3上的具有弹性结构的齿轮压紧组件4。该压紧组件由安装在花键母壳体1内的且位于齿条3一侧的活动支架、安装在该活动支架上的齿轮41和可使该活动支架在垂直于齿条3的方向上产生位移并使其上的齿轮41与齿条3适配啮合的压缩弹簧42。所述齿轮41的轮轴位置与设置于所述壳体1上的齿轮轴孔13相对应。

所述滚珠传动机构由上下排列相互独立设置的两个循环滚道5、填充在每个循环滚道5内的若干个钢珠51、开设于所述滑道14上的滚珠窗孔15和设置于导轴2外壁上的导槽21构成。

所述循环滚道5是由高强度的轴承钢加工制作的一个芯体52(又称镶芯)，该芯体52采用螺钉、胶粘或镶嵌方式固定在所述花键母壳体1内。所述循环滚道5与所述齿条3以导轴2为轴相对设置，循环滚道5内的钢珠51滚动一圈形成的轨迹形状为椭圆形。

所述滚珠窗孔15为开设于滑道14壁上的呈长条形的通孔，该滚珠窗孔15与所述的循环滚道5相邻，其宽度小于钢珠51的直径，所述导槽21与该滚珠窗孔15相对，导槽21的宽度优选略小于滚珠窗孔15的宽度(即所述钢珠51上小于半球的球冠部分可穿过所述滚珠窗孔15嵌入所述导槽21中)，该导槽21沿导轴2的外壁贯穿其上下。

本实用新型中所述的齿轮41传动机构可保证齿轮41、齿条3、导轴2和钢珠51之间在整个结构运行过程紧凑无间隙，在齿轮压紧组件4的作用下，齿轮41通过齿条3将导轴2紧压在循环滚道5内的钢珠51上，即循环滚道5内位于滚珠窗孔15段的钢珠51上的球冠部分穿过所述的滚珠窗孔15适配嵌入导轴2上的导槽21中，这样，既可使导轴2以滚动方式沿滑道14作直线运动，又可使其在垂直于轴线方向和其圆周方向上同时受到约束。

工作时，两个循环滚道5内的钢球沿所述滚道做循环滚动，该结构为整个运动副提供了一个滚动摩擦的环境。

如图5所示，将多个本实用新型并排组合后，再应用于多种医疗仪器中，其相邻齿条3副之间无逢衔接、组合结构体积小、运行稳定可靠、噪音小和使用寿命长的优势即可显现，通常组合使用多用于医疗仪器的取样臂中。

以下对本实用新型的有益效果作进一步说明：

1、为直线运动提供一个相对顺畅精确的滑道14，其采用滚动摩擦的方式，定位直线运动副。

2、为限制轴状直线运动件在直线运动时进行旋转。其采用钢珠51+导槽21的方式，限制了导轴2的旋转自由度。

3、由于空间限制，尤其是在垂直于齿条3和导轴2所在平面的方向，在很多场合有严格的要求，即要求花键母壳体1的厚度要非常薄，为实现如此薄的空间内加入循环滚珠，其将循环滚道5设置在与齿条3位于同一平面内，从而实现了薄型花键母滚动摩擦的目的。

4、由于花键母本体材料为铜，如果作为滚道的受力端，硬度不足以克服扭矩，为提高寿命，本实用新型将花键母壳体1从中间分开，内部嵌入一高硬度轴承钢的镶芯，作为工作端的滚动滑道14。

5、为使齿轮41齿条3有预压效果，保证导槽21与钢珠51紧密接触，在齿轮41后面设有弹簧，使齿轮41齿条3一直处于顶紧状态。

6、为保证钢珠51不脱出滚道，其在花键母壳体1内的滑道14壁上开设滚珠窗孔15，使钢球上小于半球的部分球冠穿过该滚珠窗孔15紧密嵌入所述的导槽21中。

本实用新型可解决以下问题：

1、实现旋转动力到直线运动的转换。

2、使得运动机构顺畅、精确、高使用寿命。

3、限制轴状直线运动件的旋转自由度。

4、在狭小运动空间中实现滚动摩擦。

5、为钢珠51提供一套顺滑的循环滚道5。

6、使齿轮41与齿条3有良好接触，产生预压。

7、保证钢珠51不脱出。