专利名称：双包环面滚珠蜗杆传动的制作方法
双包环面滚珠蜗杆传动(简称SHG蜗杆传动，译为Double-envelopingring-surfaceballwormdrive)属于机械传动，IPC类别F16H1/16，WorldPatentsIndex类别Q64。
与本发明相关的技术主要是滚珠蜗条传动和双包环(弧)面蜗杆传动。前者(见[1]、[2]、[3])的蜗杆和蜗条的分度面均为圆柱面，滚珠在闭合回路中循环，回珠器在蜗杆内，齿面与滚珠间为滚动摩擦，实现转动和移动的变换;后者(见[4]、[5]、[6])蜗杆与蜗轮直接接触，两者分度面均为环面，齿面间为滑动摩擦，实现交叉轴间转动的变换。滚珠螺旋传动(见[7]、[8]、[9])和圆弧齿圆柱蜗杆传动(见[10])也可供参考。
与本发明目的相近的新型传动有蠕动传动和1986年的苏联专利-有滚珠的蜗轮传动。前者1984年出现于美国，用多个可在轮体内转动的弹头形转子代替蜗轮轮齿，弹头形转子在弹力作用下与环面蜗杆啮合，承载力低，见[11];后者以圆轴直槽中的滚珠代替圆柱蜗杆的齿，滚珠与槽壁和蜗轮齿之间主要是滑动摩擦，不能算滚动蜗轮副，见[12]。
本发明的目的是通过以滚代滑，克服滑动蜗轮副因相对滑动速度大而摩擦磨损严重的缺点，在承载能力足够的前提下提高传动性能和传动精度，节约能量和有色金属。
SHG蜗杆传动是实现交叉轴间转动变换的滚动蜗轮副，其工作原理如
图1所示。图中弧面蜗杆1和蜗轮2的齿面与固定的哈夫罩壳3的内壁形成螺旋通道，内装适量滚珠4作为中间传动体，主动件转动时其齿面推动滚珠在螺旋通道内滚动，从而推动从动件转动。滚珠返回通道设在蜗杆内部，图中返回通道在镶嵌式回珠器5上，构成滚珠可其中循环的闭合回路，滚珠返回时越过蜗轮齿顶。每一回路称为一列，图中3列，每列一圈，各列回珠器沿圆周错开一定角度。为提高承载能力，列数可适当增加。一般采用单线蜗杆，齿的圈数n＞4，蜗轮齿数约为10n。
SHG蜗杆传动的蜗杆和配偶蜗轮的材料均为钢，分度面均为环面，其法向齿廓如图2所示，可为直线(图a)、单圆弧(图b)、双圆弧(图c)或其它曲线，其接触角一般可取α＝45deg。直线齿廓工艺性好，曲线齿廓承载能力强。次要传动可用软齿面，精密、高速、重载时用硬齿面。切齿可在专门机床或经改装的齿轮机床上进行，例如蜗杆可按图3所示方案在滚齿机上切齿图中蜗杆毛胚1装在原滚刀位置上，刀具2装在原轮胚位置上，与法向齿廓形状相同的切削刃边置于齿的法面内，λ为蜗杆喉部升角，i＝ω1/ω2＝Z2/Z1。图a为车削直线齿廓，图b为磨削双圆弧齿廓。为防止过切，砂轮环面曲率半径应小于齿面的曲率半径。铣削齿面时以铣刀代替砂轮。蜗轮切齿与加工蜗杆相似，可用飞刀或适当形状(与蜗杆外形不同)的滚刀，磨齿时砂轮环面母线相当于飞刀刀刃。Bostock-Renk和SG-71等蜗杆的加工技术可作参考。
镶嵌式回珠器(包括用塑料制造的浮动镶嵌式)结构简单，径向尺寸和摩擦损失小，但回珠槽设计计算和加工较困难。图4所示的插管式回珠器工艺性好，但摩擦损失较大。图中钢管1压入蜗杆2内的通孔，斜截的两端管口伸出杆外连接相邻的螺旋通道并挡住滚珠，形成闭合回路，蜗轮和罩壳未画出。为使滚珠充满螺旋通道，可用单列多圈的键式回珠器如图5所示。图中回珠槽开在联接蜗杆3和传动轴2的键1上，蜗杆螺旋通道两端各有一径向孔与回珠槽相连，两端径向孔口各装一挡珠器4，形成闭合回路。这种回珠器的缺点是结构复杂和摩擦损失大。各回珠器材料均为钢，结构可参考滚珠蜗条传动。
为消除传动中的齿侧间隙，可采用原理如图6所示的双蜗杆消隙结构。改变图中调整环3的厚度并轴向并紧套在轴5上的两段蜗杆2和4，即可消除侧隙。用单圈2k列滚珠时，每段蜗杆各装k列;用单列多圈的键式回珠器时，每段蜗杆各装1列。
SHG蜗杆传动的承载能力主要取决于接触强度，主要失效形式是点蚀和表面塑性变形。增加承载滚珠数和滚珠直径、采用凹硬齿面等可提高承载能力。本传动应做成闭式以利防尘和润滑，必要时需要防逆转装置或措施。SHG蜗杆传动几何尺寸的确定、强度和效率的计算、材料和热处理以及公差和工艺要求等，均可参照文末有关资料。
由上述可见，本发明同时具有下列特征(a)蜗杆和蜗轮的齿面间有滚珠作为中间传动体;(b)滚珠在闭合回路中循环;(c)回珠器在蜗杆内;(d)齿面与滚珠间为滚动摩擦;(e)蜗杆和蜗轮的分度面均为环面;(f)完成交叉轴间转动的变换。
与现有蜗杆传动相比，SHG蜗杆传动的优点是(1)传动效率高。有滚珠时当量摩擦角约为8′-12′，无预紧的效率η可高达95%以上。例如蜗杆平均分度圆直径为50mm、滚珠直径为3/16in时，η＝0.956。
(2)可用于增速。因蜗轮主动时的效率与蜗杆主动时相近。
(3)传动精度高。预紧消除了传动中的齿侧间隙，双包环面使制造的分度和齿形误差平均化，可实现精密分度。
(4)同步性能好。无传动间隙，摩擦死区和起步转矩小，可消除颤动与爬行。
(5)工作寿命长。总接触面积虽小于滑动蜗轮副，但钢-钢的抗接触能力高于钢-青铜材料配偶、同时啮合的齿较多且无滑动。其承载能力远大于蠕动传动。
(6)发热不严重。冷却散热装置可以简化。
(7)结构较紧凑。蜗杆单线时一般速比i＞40，蜗轮尺寸小。
(8)不耗有色金属。可节约青铜。
SHG蜗杆传动的主要缺点是齿面和回珠器的加工较困难。但齿面不需修形、升角λ小、α＝45deg又使齿间开敞，降低了工艺难度;回珠器则有现成工艺可资借鉴。
实现本发明的最佳方案为先制造无预紧直线齿廓软齿面的SHG蜗杆传动，采用插管式或镶嵌式回珠器;再制造曲线齿廓硬齿面和有预紧的SHG蜗杆传动。与此同时，开展啮合过程和有关理论的研究，以指导和优化设计和工艺方案，逐步实现系列化、标准化和通用化。
SHG蜗杆传动可制成各种单独的增-减速器，也可作为传动或分度装置用于各种产品。
一般机械制造厂基本具备生产SHG蜗杆传动的能力，生产蜗杆减速器或滚珠丝杠的专业厂家生产SHG蜗杆传动尤为适合。
参考文献[1]机床设计手册编写组《机床设计手册》，卷3，机械工业出版社，1986，p.789-793。B.ф.СпоматиниИ.Н.Чурин“Конструкцияпередачачервяк-рейка”，《Станкииннстр-умент》，1976，No.9。北京机床厂等“日本NSK滚珠蜗条”，《机床》，1977，No.7。齐麟等《蜗杆传动设计》，下册，机械工业出版社，1987，p.3-417。杜厚金等《平面二次包络环面蜗杆传动制造工艺》，四川科学技术出版社，1988。机械工程手册、电机工程手册编委会《机械工程手册》，卷6，机械工业出版社，1982，p.32.253-32.262。程光仁等《滚珠螺旋设计基础》，机械工业出版社，1987。同[1]，卷2，机械工业出版社，1980，p.457-514。同[6]，p.33.108-33.118。杨兰春《圆弧齿圆柱蜗杆传动》，山西人民出版社，1984，p.134-280。E.F.LindsleyImpossiblesquirmdrive，PopularScience，Nov.，1984，p.76-78。V.YA.Tupikovwormgeartransmissionunitwithballinwormshaftgrooves，SovietInventionsIllustracted，week8622，july，1986.
说明书附图的说明图1键式回珠器的双包环面滚珠蜗杆传动。图中1-蜗杆，2-蜗轮，3-哈夫罩壳，4-钢珠，5-键式回珠器。
图2滚道法向截形。图a为直线齿廓，图b为单圆弧齿廓，图c为双圆弧齿廓。
图3蜗杆在滚齿机上切齿的方案。图a为车直线齿，图b为磨圆弧齿;图中1为蜗杆，2为刀具。
图4插管式回珠器。图中1为钢管，2为蜗杆。
图5键式回珠器。图中1为键，2为传动轴，3为蜗杆，4为挡珠器。
图6双蜗杆消隙结构。图中1为圆螺母，2和4为蜗杆，3为调整环，5为轴。
权利要求
1.本发明双包环面滚珠蜗杆传动(简称SHG蜗杆传动)属于机械传动。
2.与本发明密切相关的已有技术是a)滚珠蜗条传动。蜗杆和蜗条的分度面均为圆柱面，实现移动和转动的变换。b)双包环(弧)面蜗杆传动。蜗杆和蜗轮的齿面直接接触且其间为滑动摩擦。c)蠕动传动。用多个可在轮体内转动的弹头形转子代替蜗轮轮齿。
3.本发明同时具备下列6项特征a)蜗杆和蜗轮的齿面间有滚珠作为中间传动体。b)滚珠在闭合回路中循环。c)回珠器在蜗杆内。d)齿面与滚珠间为滚动摩擦。e)蜗杆和蜗轮的分度面均为环面。f)实现交叉轴间转动的变换。本发明以特征e和f区别于滚珠蜗条传动，以特征a-d区别于双包环(弧)面蜗杆传动，以特征a-c区别于蠕动传动。
4.对下列产品提出独立
权利要求
a)符合本发明特征的减-增速器。b)符合本发明特征的分度装置。c)符合本发明特征的传动散件。d)传动或分度系统中包括符合本发明特征的传动件的产品。
5.提出下列从属
权利要求
a)独立权利要求a-d中，使用镶嵌式、插管式或键式回珠器。b)独立权利要求a-d中，蜗杆蜗轮的法向齿廓为直线、圆弧或曲线。c)独立权利要求a中，减-增速指单独用于减速或增速，或两者并用。d)独立权利要求c中，散件指单件的蜗杆、蜗轮、回珠器、罩壳或其组件。
全文摘要
本蜗杆传动，属机械传动。图中环面蜗杆1和蜗轮2的齿面与固定罩壳3形成螺旋通道，钢珠4在其中滚动并借助蜗杆内的镶嵌式回珠器5构成闭合回路，实现交叉轴间的传动和精密分度。蜗杆蜗轮均为钢质，法向齿廓为直线或曲线，非对偶切齿。回珠器也可用工艺性好的插管式或滚珠充满通道的键式。消隙可用双蜗杆预紧结构。本传动用作减-增速器和分度器，或用于机电设备、仪器仪表等。
文档编号F16H1/16GK1039090SQ8910542
公开日1990年1月24日 申请日期1989年4月14日 优先权日1989年4月14日
发明者潘旦君 申请人:潘旦君