傳送旋轉運動的滾珠傳動裝置的製作方法
2023-06-24 22:53:51 2
專利名稱：傳送旋轉運動的滾珠傳動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳送旋轉運動的傳動裝置，尤其涉及傳送旋轉運動的滾珠傳動裝置。
背景技術：
現有的滾珠傳動裝置可分為內含滾珠、與三個或更多的部件(US 5016487，US 4960003，RU2179272)中提供的環周槽件互動的傳動裝置；或與兩個部件(US4829851，US 4643047，RU2179672)的環周槽件互動的傳動裝置。滾珠與兩個部件的嚙合用於其中之一部件做行星運動(US4829851，US 4643047)的傳動裝置中，或者有平等軸杆(RU2179672)的傳動裝置中。在滾珠嚙合的傳動裝置中，在互動部件表面上的導向滾槽指相應橫截面的環周滾槽和其不同的形式。在此類情形下，「導向槽」指其橫截面與上述滾珠形狀相配合的凹處，或者其寬度與滾珠直徑相同的貫通槽。也就是說，一般情況下它或是等角間隔槽(RU2179272，SU 1260604)，貫通槽(SU1399548，SU1569470，US 5312306)，半球形(RU2179672)或環形圓紋曲面的(US4829851)淺窩，或者是閉合環周彎槽，能夠產生餘擺曲線，旋輪類曲線，正弦曲線或圓形線等。(M.F.PashkevichVestnik mashinostroyenija，№7，1985)。本環周導向槽(環周表面槽件)可視不同傳動裝置設計特點和目的以不同組合互相配合。
作為本項發明的原型我們選擇正面安裝的三正弦曲線形滾珠嚙合傳動裝置(R.M.Ignatishchev，「Vestnik mashinostroyenija」№2，1987г.)。在此傳動裝置裡，閉合環周彎槽開置於圓盤端部；中間部件為等角間隔槽。在此類裝置裡環槽深度不能超過滾珠直徑的三分之一以使滾珠與所有滾槽相嚙合。儘管滾珠傳送有諸多優點，在力矩傳送中上述條件本質上影響到力的分配從而使力分布不佳。圖1說明這樣的傳動裝置的力分布情況，其中F為驅動器作用於滾珠的力，N為被驅動部件的反作用力。力F和N作用於槽3和4的壁緣且每個力有兩個構成部分分別為F1、F2和N1、N2。力F1和N1為有用力，而力N2沿軸向把驅動部件1和2互相推開，從而導致槽溝與滾珠脫開。當然本構件N2增加磨擦並降低傳動效率。進一步來說，滾珠接觸槽壁3和4的邊緣，從而增大其受損的可能性。
發明內容
本發明的發明目的在於增加滾珠傳動裝置的效率和可靠性，尤其是當其傳送高力矩被時增加傳送效率和可靠性。
本發明的技術解決方案是這樣實現的一種傳送旋轉運動的滾珠傳動裝置，至少包括在互為相對表面上開有環周槽件的2個部件和一系列同時與所述部件的環周槽件相嚙合的滾珠，互動部件的環周槽件的整體動幅相等於或小於滾珠直徑；其特點在於所述部件表面提供有環周槽件，互為相對且通過側壁作用於滾珠，互相步階式嚙合；環周槽件刻置於互為步階式表面並互為共扼使每個滾槽側壁高在一定區域增大並超過滾珠半徑，同時在相對於其它部件區域則相應減少環周槽件壁的高度。本發明最終可改進滾珠和槽壁的相互作用力的分布，還能把滾珠嚙合面從壁緣轉移到其底部。
本發明中的滾珠嚙合以及原型含有以下構件在上述構件的互為相對的表面上開有環槽的數個部件；同時與所有部件的滾槽相嚙合的一系列滾珠，其中滾珠嚙合裝置的互動環槽動幅的總和不大於滾珠直徑。與原型機不同的是，各構件的互為相對表面開有的滾槽通過其側壁作用到滾珠，並為互相逐級匹配的，滾槽開在這些逐級匹配面內並互為共扼使各滾槽一側側壁高度增加到超過滾珠半徑，而其它部分的另一側側壁則被減少；由於滾槽側壁的增加高度，滾珠和側壁間的嚙合點發生移動使自此側壁作用於滾珠的力位於同一直線上從而只有單個部件執行有效的工作。本發明可應用於任何滾珠傳動裝置和任何現有的共扼滾槽的傳動裝置。它可以是一個滾珠帶兩個構件或三個和以上的傳動裝置。滾槽既可在圓盤(平式滾珠傳動裝置)平面內或圓柱面或球面內執行。滾槽可沿軸向或徑向彎曲並相應地形成滾珠的環周運動。
本發明當前正被積極開發用於通用性機械驅動上。有滾珠嚙合的傳動裝置具有增強的承載力和可靠性的特點。與用於同等負載和傳動比的輪齒傳動裝置相比更簡單、緊湊。
本發明附圖18張，說明滾珠與不同類型的環槽在共扼傳動裝置中的相互作用；其中，圖1和圖2為滾珠與兩個圓盤件嚙合的截面示意圖；圖3和圖4為圖2中的所有部件中的環槽的示意圖；圖5為部件之一中有環窩的兩件式圓盤傳動裝置的截面圖；圖6和圖7中為圖5中傳動裝置部件中的環周凹槽示意圖；圖8為有共扼旋輪線槽和半球形窩的兩件式圓盤傳動機的截面圖；圖9和10為圖8中的傳動裝置件中的環周凹槽示意圖；圖11說明三件式滾珠傳動裝置的另一方案；圖12說明圖11中傳動裝置的間隔徑向槽構件；圖13說明三件式傳動裝置的第二個方案；圖14為圖13中滾珠傳動裝置的詳細分解圖；圖15為圖13中滾珠傳動裝置的部分切開示意圖；圖16和圖17說明三件式滾珠傳動裝置的第三種方案，分別為截面圖和詳細分解圖；圖18說明有滾珠軸向運動的圓柱形傳動裝置的一個方案截面圖。
圖中，1，2、傳動圓盤 3，4、封閉環周彎曲槽道 5、滾珠 6，7，8，9、槽壁 10、凹窩 11，12、側壁 13、圓盤2的相對區域 14、區域 15，16、圓盤1表面的步階 17，18、圓盤2表面的步階 偏心輪 19、偏心輪20、輸入軸 22、半環形凹窩 23、槽壁 24、塊段 25、滾槽 26、圓盤27、滾槽 28、側表面 29、側壁 30、凸稜 31，32、步階 35，36、滾槽37，38、殼體 39，40、圓柱 41、部件 42、滾槽 43、槽稜 44，45，47、側壁 48，49、凸出 50環周滾槽 51、圓盤 52、環周滾槽 53、徑向滾槽 54，55、殼體 56，57，58，59、步階 60、外側壁 61、槽稜 62、外側表面 63，64，65、殼體 66、環周滾槽 67、軸向環周彎滾槽 68、相反區域滾槽 69，70，72，73、側壁 71、其他區域 74、外表面。
具體實施例方式
現在看一下圖2、圖3和圖4中的平式滾珠傳動裝置，傳動圓盤1和2的平面開有封閉環周彎曲槽道3和4的滾槽，具有不同的環周圈數和不同的動幅A。原則上槽道動幅大上上也可以不同，該條件並不限制本發明的應用區域。在滾槽3、4和兩滾槽壁的接觸交切處置有滾珠5。每個封閉滾槽都有兩個側壁，其壁緣呈彎曲狀，等距偏移開滾槽中線L的內外。滾槽3中為槽壁6和7，滾槽4中為槽壁8和9(見圖3和4)。應當注意的是對於多環周滾槽，其曲線的形狀互有區別且與中線的形狀也不同，這在圖3和4中已清楚示出。當滾珠尺寸很大，環周數很多或者動幅很少(這是高負載傳送條件)時，此差異就相當大了。滾動槽道的底切效果也會增加此差異。這種情況下，在高負載傳動下的滾珠傳動裝置中相對面的多環周滾槽壁都通常有不同的前置角。基本上是大前置角彎曲形槽壁傳送負載，相對面槽壁只固定每個滾珠的位置並在非工作的循環部分把其返回到要求的位置。在圓盤1加載的是槽壁7，而在圓盤2上的是槽壁8。相對面的槽壁6和9為非工作的壁，其高度可減小，況且由於底切效應這些槽壁不沿線6和9與滾珠接觸，而是在更深的路段。
3部分式傳動裝置中通常滾珠相對於所有3個部件做擺蕩運動。非工作槽壁6和9隻固定每個滾珠的位置於傳動裝置內。本傳動裝置主要用於高速傳送。在高速轉動的情況下相當大的離心力作用於滾珠5而可能在其沒有固定空間位置的情況下破壞滾珠的運動。因此在本傳動裝置中完全切掉非工作槽壁6和9是不行的，因為對它們來說把滾珠返回到傳動循環的非工作部分的這一功能是非常重要的。
大前置角槽壁的位置視滾珠傳動裝置執行情況而定。對旋輪線滾槽來說下列規則較合適。如果滾槽環周數多於滾珠數，該滾槽的負載槽壁7的前置角則大於內槽壁6的前置角，且其載荷更大。此規則說明圖3中滾槽3的滾珠28的數量有29道。為了改善傳動裝置中的力分布，外側壁7的高度超過大小為值h的滾珠半徑(參看圖2)。為了使滾珠不至於脫開與兩側滾槽3和4的槽壁的接觸，在滾槽4中槽壁9相對於第一滾槽3的增高壁7，其高度減小大小為h的值。相應地在有環道27個數的滾槽4中內側槽壁為工作槽壁，它的高度也按與其相對的滾槽3的槽壁6的區域的減少值而增加。為了實現這個思想，傳動機件的嚙合面通過環槽開置區域中的分步嚙合來實現，且滾槽在這些分步嚙合面開置出。因為機件1和2應有可能相互轉動，滾槽槽壁高度只能當其動幅總和不超過滾珠直徑時才可改變。只有在這種情況下當機件相互轉動時，高度增加的槽壁將相對於高度減少的槽壁並不會互相咬著。圖2上說明作用於滾槽壁和滾珠的力分布，從那兒可以看到這些力FBЩ和NBM只有徑向力構成，它們在大小上比原型中的相應的力構成大。缺少第二力構成導致嚙合中的摩擦減少，免去了圓盤1和2間的相互額外頂壓。此外，在這種方案中，滾珠與滾槽接觸區域從滾槽緣移開而減少其損壞的可能性。
圖5中的傳動方案中，滾珠傳動裝置由封閉環槽3和環窩10構成，環窩轉動圓半徑與滾珠半徑相等。這種傳動裝置可用於有兩還我河山圓盤構件1和2的傳送裝置，其在環槽上的外形見圖6和7。封閉滾槽3的側壁由數字11和12標示出。其中滾槽3的一側側壁11的高度以h值超過滾珠5的半徑。相應地，凹窩10的壁高在圓盤2的相對區域13中降低同等值。相對於13區域的區域14上的凹窩10的槽壁也增加完全一樣的高度。為了保證滾珠5與槽3和4的嚙合，滾槽3的槽壁12的高度需降低。圓盤1的表面置有步階15和16，在它們的交點處置有滾槽3。圓盤2表面也置有步階17、18，只是這些步階與圓盤1上的相比變換了位置，即圓盤1和2的表面分步階地相互嚙合。所有上述有關力分布和增加耐用性的推論對於此類傳動裝置是適用的。在傳動過程中圓盤2可以依輸入軸20的偏心輪19轉動。圓盤1藉助軸承相對於輸入軸20的軸心集中。圓盤2相對於圓盤1作平面平行行星運動，且兩個圓盤都可以圍繞自軸線轉動。如果其中一個圓盤，如圓盤1停止轉動，則第二個圓盤將圍繞自身動軸心以定的傳動比轉動。為了使轉動轉向固定傳動軸心，則需要額外的裝置，如平行曲軸裝置(圖5沒有說明)。
圖8中說明滾珠傳動裝置連接圓盤構件1和2的相互轉動表面上的封閉環槽3和半環形凹窩22，而圖9和10中說明有環槽的圓盤1和2木身。在此傳動裝置中環槽3的槽壁11的高度超過滾珠半徑。凹窩22的槽壁23的部分的高度也超過滾珠半徑。環槽3和22的一部分位於高度增加的槽壁的相對面，其槽壁則相應地降低同等大小的高度。在本傳動裝置中就是滾槽3的槽壁12和凹窩22的槽壁的塊段24。圓盤1和2的相互轉動的表面刻置有步階，一個圓盤的步階15和16與另一圓盤的步階17和18相嚙合。在傳動過程上圓盤1置於可轉動的輸入軸20的偏心輪19上。
應當指出的是上述圖中所展示的傳動裝置可用於兩種傳動設計中。第一種設計離心行星傳動，其中一個圓盤置於輸入軸(如圖5和8中所示)的偏心輪上。第二種設計中圓盤1和2轉動式地安裝於互不對中的殼體上。構成的傳動裝置類似於有平行軸的普通齒輪傳動裝置，只是傳動裝置藉助於滾珠進行。兩種設計都有不同的傳動比，但在兩種傳動裝置中藉助本發明力傳動特性都將得到改善。
現在就三部件式裝置進行說明，其中滾珠與三個部件的環周零件相互作用。在兩部件式的傳動裝置中滾珠5的轉動與其中一個圓盤一起相對於另一個圓盤完成。在三部件式傳動裝置中通常滾珠相對於兩個部件完成轉動。當滾珠相對於置有互相間隔滾槽的部件進行波式運動時，滾珠中心不得超出滾槽間間隔。圖11和圖12例示了此種傳動裝置。這裡的圓盤件1和而圓盤件2有在它們相對表面上轉動的環周滾槽。在圓盤1上就是封閉環周彎曲滾槽3，圓盤2上就是沿徑向滾槽25的環周面上相互間隔開的系統。第3部分是圓盤26，它通過其側表面28上的滾槽27作用於滾珠5。滾珠5在其底部區域內與滾槽27嚙合。滾槽27可以是單環周的，多環周的或是環形的。在最後一種情況下，圓盤26應做行星運動。圓盤1內環周滾槽3隻有一個側壁7，其相對面的側壁被切除以便駐留圓盤26。滾槽3的側壁7的高度增加h而在相對面位置的滾槽25的側壁29則被減少。這時，滾槽3和滾珠5(圖11中由A字母標示)的嚙合面位於與力F的作用方向相一致的直線上，進行有用的工作。相應地徑向滾槽25的槽壁位於滾槽3的切除槽壁對面，其高度應增加以使正切力F3(如圖12所示)通過滾珠中心並沿它們表面的正常方向作用於這些槽壁。滾槽25的側壁增高形成凸稜30。於此，凸稜30就在滾珠中心區域內有這樣一個厚度L以使滾珠中心5在滾珠沿徑向滾槽25進行波式運動期間不超出凸稜30的範圍。因此，朝向環周滾槽3的凸稜30的表面是凸出的，並被刻入滾槽3的表面。實際上，朝向圓盤2的圓盤1的表面含步階31和步階32(如圖2所示)兩步階，且由它們的表面形成。同樣不差地，圓盤2的表面由步階33和步階34構成並與圓盤1的步階31和步階32嚙合。
現就圖13、14和15的滾珠傳動裝置實施方案進行說明，其連續環周滾槽35和36於殼體37和38中刻出。互相間隔開的環周零件在殼體上刻槽為複雜的貫通滾槽形，由兩個不同直徑的圓柱39和40構成並由部件41連接，實際上其中有貫通滾槽42和槽稜43。滾槽35的側壁44的高度超過滾珠5的半徑，而滾槽42的側壁45的高度則在相反的區域降低。滾槽35的的第二個側壁則被切掉。滾槽36的側壁46的高度也超過滾珠半徑，而對面區域滾槽42的側壁47的高度相應減少。滾槽36的第2個側壁被切掉。滾槽42的槽壁製成步階形，厚度增加而相對面的滾槽35和36的槽壁則相應降低。在滾珠中心區域的側壁在其相反方有兩個凸出48和49，相應地被刻入滾槽35和36的表面。結果滾槽42的壁厚D在滾珠中心位置平面內增大，而滾珠5的中心(如圖13的A和B點所示)在其波式徑向運動時不超出滾槽壁範圍。這個條件的滿足保證滾珠的正切壓力沿朝向它們表面的正常方向作用於槽壁。
圖16和17說明的是滾珠傳動裝置與三個部件嚙合的另一個方案。此處一個連續的環周滾槽50位於圓盤51的平面內且為偏心環周形。另一連續環周滾槽52和互相間隔開的徑向滾槽53都刻置於殼體54和55的平面交切處。滾槽50的內側壁高度增加，外側壁的高度則減少，圓盤51表面上則形成步階56和57。殼體55的相反表面也是步階形的，步階58和59位於反方向。因此，(位於步階58處的)滾槽53的部分壁高增加，(步階59處的)部分壁高減少。相應地滾槽52在殼體54上外側壁60相對於圓盤51上的高底降低的側壁，其高度增加很大，而內側壁切掉。為避免在滾珠5徑向移動時其中心不超過殼體55的徑向滾槽53間的槽稜61的範圍，槽稜61的外側表面62是凸出形的，刻在殼體54內滾槽52表面上。
以上就本發明用於平式滾珠傳動裝置的情況進行了說明。上述推理和要求也適用於圓柱形或球形傳動裝置，在這類裝置中滾槽通過其側壁邊緣作用於滾珠。在此圓柱傳動裝置指其滾槽被開槽於殼體形部件側圓柱面上。其實例如圖18所示。傳動裝置由殼體63和包含它的殼體64和65構成。環周滾槽66開槽於殼體63的外圓柱面上。這時它是一個傾斜槽。在殼體64和65上環周零件實現於其內圓柱面上的殼體相交處。軸向環周彎滾槽67位於殼體64內，軸向等角間隔開的滾槽68位於殼體65內。滾槽66的側壁69的高度增加並超過滾珠半徑，在相反區域滾槽68的側壁70的高度則相應降低。相應地，在該滾槽68的其他區域71內壁高也增加。滾槽67的側壁72的高度增加，而相對面的傾斜槽66的側壁73的高度則相應減少。為防止滾珠5的波式運動超出軸向槽68間的槽稜範圍，它們的外表面74是凸出的，並刻置於環槽67的表面。
應該指出的是申報的滾珠傳動裝置的應用範圍不受如圖所示的設計限制。凡是用到滾珠且有滾槽通過其側壁緣作用於滾珠的傳動裝置都可應用它。
封閉旋輪線槽形的兩個環周零件的滾珠傳動裝置示例說明了裝置的工作原理，見圖2、3和4。設圓盤1為導盤，相對於不動圓盤2進行離心率為ε的平面平行行星運動。滾槽3的環周數比滾珠多出1個，滾槽4上的則少1個。工作槽壁3為外壁7，有大前置角。槽壁7的壓力通過滾珠5傳動到滾槽4槽壁8上。滾珠5，槽壁7、8和滾槽3、4的相互作用導致圓盤1圍繞自身動軸以隨圓盤1和2上滾槽3和4的環周數而定的角度轉動。為使圓盤1轉向圓盤2的不動軸需要在平行軸間置有額外的旋轉傳動裝置。此類裝置廣為人知且與本發明內容沒有關係。因為反作用槽壁7和8的高度增加並超過滾珠半徑值h，滾珠施加的力將不會落在這些槽壁緣上，而是偏移開邊緣的一定區域。槽壁和滾珠的壓力將朝向一條直線，而不會有軸向構成，圓盤1和2互相推離並增加摩擦力。
圖5-10上說明的是一個部件上由連續環周滾槽和不同形狀的凹窩構成的滾珠傳動裝置的工作情況，它與上述傳動裝置只有傳動比的區別。有偏心輪19的輸入軸20的轉動導致有連續環周滾槽3的圓盤1的平面平行行星運動。圓盤2為固定反作用部件。滾珠5與滾槽3的槽壁11、凹窩10的槽壁14相互作用導致圓盤1相對於固定圓盤2的轉動。因為圓盤1除了完成圍繞自身軸轉動外還進行行星運動，所以如前例需要額外的裝置使圓盤1轉向傳動軸(圖中沒有說明)。由於滾槽3的槽壁11超過滾珠5的半徑，凹窩10的槽壁14區域超過滾珠半徑，環周零件壁和滾珠間的作用力的分布得到改善，消除了推開圓盤的力，使滾珠傳動裝置的有效工作率得到增加。滾槽壁與滾珠相互作用區域從槽壁邊緣的移動減少與滾珠相互作用的環周零件的壁磨損並增加使用壽命。
圖8、9、10說明滾珠5位於半球凹窩22中並與連續環周滾槽3相嚙合的裝置工作情況，類似於上述傳動裝置的工作情況，但其滾珠僅在嚙合傳動過程中在半球凹窩中轉動。所有上述其它推理都適用於本裝置。
為了說明滾珠傳動裝置的工作情況，其中連續滾槽和徑向等角間隔槽形式的環周零件刻置於三個互相作用部件上，如圖11和12所示，浮環26驅動滾珠5沿其滾槽27的底部運行。圓盤1為反作用固定件，含滾槽3。滾珠5沿徑向槽25的運動和由其與固定環周滾槽3的側壁7的相互作用而導致的軌道運動引致徑向槽25的圓盤2相對於圓盤1的轉動。於此徑向槽25內的任何滾珠在點A和點B標示的範圍內運行且在此範圍內壁30的高度超過滾珠半徑。因此，從浮環26處作用於滾珠的力F和從滾槽3的側壁7處作用於滾珠的力N都不施加到槽壁的邊緣。在這兩個力的作用下，滾珠沿著連續滾槽3的壁發生方位角方向移動，同時力F3(圖3)壓向徑向槽壁，從而驅動圓盤2相對於圓盤1運動。圖12中可看到滾珠作用於槽25間槽稜的凸起30，本凸起30的高度超過滾珠半徑。因此，滾珠與所有三個滾槽的相互作用發生於離其邊緣的一定深度處而不是直接作用於其邊緣，從而降低磨損壞滾槽的可能性。所有相互作用的力都做有用功且它們沒有增加摩擦力的或者讓圓盤1和2互相排斥的構件。
有滾珠嚙合(圖13-17)的3部件式裝置的其它實施方案的工作原理與上述類似。在所有這些裝置中，滾槽壁的工作區域的高度有增加而其它部件的相反向的非操作壁區域高度則相應降低。
圖18所示的圓柱形三部件式傳動裝置的工作原理也與上述的類似。帶有彎槽66的殼體63的轉動使滾珠5軸向運動。在這種運動中滾珠同時與殼體64的連續環周滾槽67和殼體65的軸向槽68相互作用。如果上述殼體64和65之一是固定的，其它殼體的轉動角度由滾槽3的環周數決定。實際上滾珠運行總是受限於壁的增高；滾珠與滾槽壁的相互作用力只有軸向和正切構件(對軸向槽來說)，這些力做有用功。於此，滾珠傳動裝置的效率和其可靠性也在上述實施方案中得到增加。
權利要求
1.一種傳送旋轉運動的滾珠傳動裝置，至少包括在互為相對表面上開有環周槽件的2個部件和一系列同時與所述部件的環周槽件相嚙合的滾珠，互動部件的環周槽件的整體動幅相等於或小於滾珠直徑；其特徵在於所述部件表面提供有環周槽件，互為相對且通過側壁作用於滾珠，互相步階式嚙合；環周槽件刻置於互為步階式表面並互為共扼使每個滾槽側壁高在一定區域增大並超過滾珠半徑，同時在相對於其它部件區域則相應減少環周槽件壁的高度。
全文摘要
本發明公開了一種傳送旋轉運動的滾珠傳動裝置，用於增加變速器的性能和可靠性。其中的扭矩是通過連接件環周凹槽的滾珠傳送裝置傳送的。本發明至少包括在互為相對表面上開有環周槽件的3個部件和一系列同時與所述部件的環周槽件相嚙合的滾珠，互動部件的環周槽件的整體動幅相等於或小於滾珠直徑；其特點在於所述部件表面提供有環周槽件，互為相對且通過側壁作用於滾珠，互相步階式嚙合；環周槽件刻置於互為步階式表面並互為共扼使每個滾槽側壁高在一定區域增大並超過滾珠半徑，同時在相對於其它部件區域則相應減少環周槽件壁的高度。它能夠改進滾珠和環槽壁間的相互作用力的分配並從凹槽側壁把滾珠接觸面轉移到其底部。
文檔編號F16H25/06GK1957195SQ200580014706
公開日2007年5月2日 申請日期2005年4月25日 優先權日2004年4月27日
發明者斯坦諾夫斯科伊·維克多·弗拉基米羅維奇, 卡扎基亞維求斯·謝爾蓋·馬特維耶維奇, 列姆涅娃.塔季揚娜.安德列耶夫娜 申請人:託姆斯克傳動裝置股份有限公司