CN100443775C - 传送旋转运动的滚珠传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传送旋转运动的滚珠传动装置，用于增加变速器的性能和可靠性。其中的扭矩是通过连接件环周凹槽的滚珠传送装置传送的。本发明至少包括在互为相对表面上开有环周槽件的3个部件和一系列同时与所述部件的环周槽件相啮合的滚珠，互动部件的环周槽件的整体动幅相等于或小于滚珠直径；其特点在于所述部件表面提供有环周槽件，互为相对且通过侧壁作用于滚珠，互相步阶式啮合；环周槽件刻置于互为步阶式表面并通过每个滚槽侧壁高在一定区域增大并超过滚珠半径，同时在相对于其它部件区域则相应减少环周槽件壁的高度而互为共扼。它能够改进滚珠和环槽壁间的相互作用力的分配并从凹槽侧壁把滚珠接触面转移到其底部。

Description

传送旋转运动的滚珠传动装置

技术领域

本发明涉及一种传送旋转运动的传动装置，尤其涉及传送旋转运动的滚珠传动装置。

背景技术

滚珠传动装置内含滚珠，与分置为三个或更多数目的环周部件相配合，在下述专利中有详细说明：包括俄罗斯专利RU 2162555、美国专利US 5016487、美国专利US 4960003和俄罗斯专利RU2179272。在此类传动装置中，互相配合部件的表面的环周部件指相应横断面的和各种形式的环周导向槽。在此情形下，“导向槽”指其横截面与上述滚珠形状相配合的凹处，或者其宽度与滚珠直径相同的凹槽。也就是说，一般情况下它或是等角间隔的凹槽(RU2179272)，环槽(US5312306)，半球形或环形(US4829851)浅窝，而且是闭合式环形凹槽，能够产生余摆曲线，旋轮类曲线，正弦曲线或圆形走向等。(M.F.Pashkevich《Vestnik mashinostroyenija，№7，1985)。该环周导向槽(环周表面部件)可视不同传动装置设计的需要以不同组合实现相互共轭。

作为本项发明的原型我们选择正面安装的三正弦曲线形滚珠啮合传动装置(R.M.Ignatishchev，“Vestnik mashinostroyenija”№2，1987Γ.)。在此传动装置里，闭合环槽开于圆盘端部；中间部件为等角间隔槽。在此类装置里环槽深度不能超过滚珠直径的三分之一以使滚珠与所有相对槽相啮合。尽管滚珠传送有诸多优点，在力矩传送中上述条件本质上影响到力的分配而使该力分布不佳。图1说明这样的传动装置的力分布情况，其中F为驱动器作用于滚珠的力，N为被驱动部件的反作用力。力F和N作用于槽3和4的壁缘且每个力有两个构成部分：分别为F1、F2和N1、N2。力F1和N1为有用力，而力N2沿轴向把驱动部件1和2互相推开，从而导致槽沟与滚珠脱开。当然该部分的N2增加磨擦并且降低传动效率。进一步来说，滚珠接触槽壁3和4的边缘，从而增大其变形和受损的可能性。

发明内容

本发明旨在公开一种滚珠传动装置，其结构设计能够防止滚槽的变形和受损，增加滚珠传动装置的效率和可靠性，尤其是当其传送高力矩被时增加传送效率和可靠性。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种传送旋转运动的滚珠传动装置，至少包括在互为相对的表面上开有环周滚槽的3个部件和一系列同时与所述部件的环周滚槽相啮合的滚珠，所述的环周滚槽之一由等角间隔槽组成，其它的两个环周滚槽为连续环周滚槽；相互作用的环周滚槽的整体摆幅等于或小于滚珠直径；其特征在于所述有槽的相对的表面为相互进阶啮合；所述环周滚槽开置于所述进阶啮合面上；且所述环周滚槽通过每个滚槽的一侧壁高增大超过滚珠半径，另一部分相对的滚槽侧壁高度则相应地减小而互为共扼；所述等角间隔槽的增高壁开置于相对面的环周滚槽表面。

本发明中的滚珠啮合以及原型含有以下构件：在上述构件的互为相对的表面上开有环槽的数个部件；同时与所有部件的滚槽相啮合的一系列滚珠，其中滚珠啮合装置的互动环槽动幅的总和不大于滚珠直径。与原型机不同的是，各构件的互为相对表面开有的滚槽通过其侧壁作用到滚珠，并为互相逐级匹配的，滚槽开在这些逐级匹配面内并互为共扼使各滚槽一侧侧壁高度增加到超过滚珠半径，而其它部分的另一侧侧壁则被减少；由于滚槽侧壁的增加高度，滚珠和侧壁间的啮合点发生移动使自此侧壁作用于滚珠的力位于同一直线上从而只有单个部件执行有效的工作。本发明可应用于任何滚珠传动装置和任何现有的共扼滚槽的传动装置。它可以是滚珠带三个或三个以上的传动装置。滚槽既可在圆盘(平式滚珠传动装置)平面内或圆柱面或球面内执行。滚槽可沿轴向或径向弯曲并相应地形成滚珠的环周运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是显而易见的：它最终改进了滚珠与槽壁的相互作用力的分布，还把滚珠啮合面从壁缘转移到其底部；有滚珠啮合的传动装置具有增强的承载力和可靠性的特点；与用于同等负载和传动比的轮齿传动装置相比更简单、紧凑。本发明当前正被积极开发用于通用性机械驱动上。

附图说明

本发明附图9张，说明滚珠与不同类型的环槽在共扼传动装置中的相互作用；其中，

图1为滚珠与两个圆盘件啮合的截面示意图；

图2说明三件式滚珠传动装置的一个方案；

图3说明图2中传动装置的间隔径向槽构件；

图4说明三件式传动装置的第二个方案；

图5为图4中滚珠传动装置的详细分解图；

图6为图4中滚珠传动装置的部分切开示意图；

图7为三件式滚珠传动装置的第三个方案的截面图；

图8是图7的详细分解图；

图9说明有滚珠轴向运动的圆柱形传动装置的一个方案截面图。

并将图8作为摘要附图。

图中，1，2、传动圆盘3，4、封闭环周弯曲槽道5、滚珠6，7，8，9、槽壁10、凹窝11，12、侧壁13、圆盘2的相对区域14、区域15，16、圆盘1表面的步阶17，18、圆盘2表面的步阶偏心轮19、偏心轮20、输入轴22、半环形凹窝23、槽壁24、块段25、滚槽26、圆盘27、滚槽28、侧表面29、侧壁30、凸棱31，32、步阶35，36、滚槽37，38、壳体39，40、圆柱41、部件42、滚槽43、槽棱44，45，47、侧壁48，49、凸出50环周滚槽51、圆盘52、环周滚槽53、径向滚槽54，55、壳体56，57，58，59、步阶60、外侧壁61、槽棱62、外侧表面63，64，65、壳体66、环周滚槽67、轴向环周弯滚槽68、相反区域滚槽69，70，72，73、侧壁71、其他区域74、外表面。

具体实施方式

三部分式传动装置中通常滚珠相对于所有三个部件做摆荡运动。

当滚珠相对于置有互相间隔滚槽的部件进行波式运动时，滚珠中心不得超出滚槽间间隔。图2和图3例示了此种传动装置的一个方案。这里的传动圆盘1和传动圆盘2有在它们相对表面上转动的环周滚槽。在圆盘1上就是封闭环周弯曲滚槽3，圆盘2上就是沿径向滚槽25的环周面上相互间隔开的***。传动装置的第3部分是圆盘26，它通过其侧表面28上的滚槽27作用于滚珠5。滚珠5在其底部区域内与滚槽27啮合。滚槽27可以是单环周的，多环周的或是环形的。在最后一种情况下，圆盘26应做行星运动。圆盘1内环周滚槽3只有一个侧壁7，其相对面的侧壁被切除以便驻留圆盘26。滚槽3的侧壁7的高度增加h而在相对面位置的滚槽25的侧壁29则被减少。这时，滚槽3和滚珠5(图2中由A字母标示)的啮合面位于与力F的作用方向相一致的直线上，进行有用的工作。相应地径向滚槽25的槽壁位于滚槽3的切除槽壁对面，其高度应增加以使正切力F3(如图3所示)通过滚珠中心并沿它们表面的正常方向作用于这些槽壁。滚槽25的侧壁增高形成凸棱30。于此，凸棱30就在滚珠中心区域内有这样一个厚度L以使滚珠中心5在滚珠沿径向滚槽25进行波式运动期间不超出凸棱30的范围。因此，朝向环周滚槽3的凸棱30的表面是凸出的，并被刻入滚槽3的表面。实际上，朝向圆盘2的圆盘1的表面含步阶31和步阶32(如图2所示)两步阶，且由它们的表面形成。同样的，圆盘2的表面由步阶33和步阶34构成并与圆盘1的步阶31和步阶32相互啮合。

现就图4、图5和图6，来说明滚珠传动装置的另一实施方案，该传动装置的连续环周滚槽35和36于壳体37和38中切出。互相间隔开的环周零件在壳体上刻槽为复杂的贯通滚槽形，由两个不同直径的圆柱缸体39和40构成并由部件41连接，实际上其中有贯通滚槽42和槽棱43。滚槽35的侧壁44的高度超过滚珠5的半径，而滚槽42的侧壁45的高度则在侧壁44相反的区域降低。滚槽35的的第二个侧壁则被切掉。滚槽36的侧壁46的高度也超过滚珠半径，而对面区域滚槽42的侧壁47的高度相应减少。滚槽36的第2个侧壁被切掉。滚槽42的槽壁制成步阶形，厚度增加而相对面的滚槽35和36的槽壁则相应降低。在滚珠中心区域的侧壁在其相反方有两个凸出48和49，相应地被刻入滚槽35和36的表面。结果滚槽42的壁厚D在滚珠中心位置平面内增大，而滚珠5的中心(如图4的A和B点所示)在其波式径向运动时不超出滚槽壁范围。这个条件的满足保证滚珠的正切压力沿朝向它们表面的正常方向作用于槽壁，即滚珠把正切力传递到槽壁42，该力的方向与上述壁面垂直。

图7和8说明的是滚珠传动装置与三个部件啮合的第三个实施方案。此处一个连续的环周滚槽50位于圆盘51的平面内且为偏心环周形。另一连续环周滚槽52和互相间隔开的径向滚槽53都刻置于壳体54和55的平面交切处。滚槽50的内侧壁高度增加，外侧壁的高度则减少，圆盘51表面上则形成步阶56和57。壳体55的相反表面也是步阶形的，步阶58和59位于反方向。因此，位于步阶58处的滚槽53的部分壁高增加，步阶59处的部分壁高减少。相应地滚槽52在壳体54上外侧壁60相对于圆盘51上的高底降低的侧壁，其高度增加很大，而内侧壁切掉。为避免在滚珠5径向移动时其中心不超过壳体55的径向滚槽53间的槽棱61的范围，槽棱61的外侧表面62是凸出形的，刻在壳体54内滚槽52表面上。

以上就本发明用于平式滚珠传动装置的情况进行了说明。上述推理和要求也适用于圆柱形或球形传动装置，在这类装置中滚槽通过其侧壁边缘作用于滚珠。在此圆柱传动装置指其滚槽被开槽于壳体形部件侧圆柱面上。其实例如图9所示。传动装置由壳体63和包含它的壳体64和65构成。环周滚槽66开槽于壳体63的外圆柱面上。这时它是一个倾斜槽。在壳体64和65上环周零件实现于其内圆柱面上的壳体相交处。轴向环周弯滚槽67位于壳体64内，轴向等角间隔开的滚槽68位于壳体65内。滚槽66的侧壁69的高度增加并超过滚珠半径，在相反区域滚槽68的侧壁70的高度则相应降低。相应地，在该滚槽68的其他区域71内壁高也增加。滚槽67的侧壁72的高度增加，而相对面的倾斜槽66的侧壁73的高度则相应减少。为防止滚珠5的波式运动超出轴向槽68间的槽棱范围，它们的外表面74是凸出的，并刻置于环槽67的表面。

应该指出的是申报的滚珠传动装置的应用范围不受如图所示的设计限制。凡是用到滚珠且有滚槽通过其侧壁缘作用于滚珠的传动装置都可应用它。为了说明滚珠传动装置的工作情况，其中连续滚槽和径向等角间隔槽形式的环周零件刻置于三个互相作用部件上，如图2和图3所示，圆盘26驱动滚珠5沿其滚槽27的底部运行。圆盘1为反作用固定件，含滚槽3。滚珠5沿径向槽25的运动和由其与固定环周滚槽3的侧壁7的相互作用而导致的轨道运动引致径向槽25的圆盘2相对于圆盘1的转动。于此径向槽25内的任何滚珠在点A和点B标示的范围内运行且在此范围内壁30的高度超过滚珠半径。因此，从圆盘26处作用于滚珠的力F和从滚槽3的侧壁7处作用于滚珠的力N都不施加到槽壁的边缘。在这两个力的作用下，滚珠沿着连续滚槽3的壁发生方位角方向移动，同时力F3(图3)压向径向槽壁，从而驱动圆盘2相对于圆盘1运动。图2中可看到滚珠作用于槽25间槽棱的凸起30，本凸起30的高度超过滚珠半径。因此，滚珠与所有三个滚槽的相互作用发生于离其边缘的一定深度处而不是直接作用于其边缘，从而降低磨损坏滚槽的可能性。所有相互作用的力都做有用功且它们没有增加摩擦力的或者让圆盘1和2互相排斥的构件。

有滚珠啮合(图4～图8)的3部件式装置的其它实施方案的工作原理与上述类似。在所有这些装置中，滚槽壁的工作区域的高度有增加而其它部件的相反向的非操作壁区域高度则相应降低。

图9所示的圆柱形三部件式传动装置的工作原理也与上述的类似。带有弯槽66的壳体63的转动使滚珠5轴向运动。在这种运动中滚珠同时与壳体64的连续环周滚槽67和壳体65的轴向槽68相互作用。如果上述壳体64和65之一是固定的，其它壳体的转动角度由滚槽3的环周数决定。实际上滚珠运行总是受限于壁的增高；滚珠与滚槽壁的相互作用力只有轴向和正切构件(对轴向槽来说)，这些力做有用功。于此，滚珠传动装置的效率和其可靠性也在上述实施方案中得到增加。

Claims (1)

1、一种传送旋转运动的滚珠传动装置，至少包括在互为相对的表面上开有环周滚槽的3个部件和一系列同时与所述部件的环周滚槽相啮合的滚珠，所述的环周滚槽之一由等角间隔槽组成，其它的两个环周滚槽为连续环周滚槽；相互作用的环周滚槽的整体摆幅等于或小于滚珠直径；其特征在于所述有槽的相对的表面为相互进阶啮合；所述环周滚槽开置于所述进阶啮合面上；且所述环周滚槽通过每个滚槽的一侧壁高增大超过滚珠半径，另一部分相对的滚槽侧壁高度则相应地减小而互为共扼；所述等角间隔槽的增高壁开置于相对面的环周滚槽表面。

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