[发明专利]滚珠蜗杆副

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的机械传动机构，用于传递空间交错的两轴间的运动和转矩。运动可以是减速或者增速，最常见的是轴交角∑=90度的减速运动，本发明也将为增速运动增加一种新的高效的传动装置。 

背景技术

目前，公众所知的蜗杆传动在机械传动中应用很广泛，其主要特点是传动平稳、振动、冲击、噪音很小，结构紧凑，传动速比大，一级减速传动速比一般为5～70，最大可达数百，蜗杆传动的主要缺点是蜗杆螺牙与蜗轮齿面摩擦损耗大，造成效率低、易发热、温升过高、能耗浪费严重。多年来由于业内许多科技专家的努力，对齿形、材料、工艺方法、润滑等诸多方面进行了大量研究改进，取得了不少技术进步，传动效率、传动质量有所提高，但仍旧没有改变滑动摩擦传动的实质，不能大幅摆脱效率低、能耗大、发热高等缺点。滚珠丝杠副的出现和应用给人以启迪，滚珠丝杠的效率在90％以上，比滑动丝杠大约高一倍，滚珠丝杆副与蜗杆副差别很大，但也有可借鉴之处，因此，如果将滚珠传动技术应用到蜗杆副中也一定能取得很好效果。 

发明内容

为了克服现有蜗杆传动中效率低、能耗大、发热高的缺点，本发明提供一种滚珠蜗杆副，用蜗杆蜗轮外缘上螺旋槽内钢球的滚动代替蜗杆螺牙与蜗轮齿面的啮合摩擦运动推动蜗轮旋转，从而使传动效率及各项技术性能指标得到大幅提高。 

要解决的技术问题 

要将公知现行蜗杆副改为滚珠蜗杆副，必须解决如下技术难题：如何实现蜗杆、钢球、蜗轮之间的相互啮合，实现运动和动力的连续传递钢球如何循环回流而不致中途丢失滚珠丝杠副在力的传递中径向力与轴向力几乎相等，但丝杠副是圆周方向均匀受力，径向力处于相互抵消而平衡。若蜗杆副也出现径向力偏大又无法平衡的情况，将对蜗杆的刚度造成很不利的影响，需有采取技术措施予以解决。 

技术方案 

要点1：蜗杆蜗轮外缘上加工出特定形状的螺旋槽，两螺旋槽相对应，槽中间放置钢球，蜗杆蜗轮间通过钢球相啮合(图1)。钢球的一半在蜗杆螺旋槽内，另一半在蜗轮的螺旋槽内，蜗杆旋转时，槽内的钢球顺槽做螺旋运动，既包含有绕蜗杆的圆周运动，又有顺蜗杆的轴向运动，蜗杆的轴向便是蜗轮的切向，钢球的一半在蜗杆槽内的轴向滚动，另一半必然推动蜗轮做切向运动，蜗杆不断旋转，钢球不断的往槽内补充循环，蜗轮便只能做连续不断的旋转运动，如果蜗轮切向有负载，蜗杆便通过钢球推动蜗轮克服负载旋转，实现扭矩传递，图2简要显示了滚珠蜗杆副中力的传递关系，蜗杆的圆周力F_t1使蜗杆螺旋槽的侧面对钢球产生法向压力F_n1，此力使钢球在蜗轮螺旋槽的侧面产生力F_t2，这就是蜗轮的圆周力，图中符号α、γ与现行公知蜗杆副符号的含义相同，必须控制压力角α的大小，α太大会造成径向力过大，对蜗杆刚度不利，而且会降低蜗轮的园周力，一般应为α=20～25度。 

本技术方案要点中所述特定形状的螺旋槽，其特征是槽的法向剖面或者蜗杆的轴向剖面，槽的截面形状有双圆弧形(图3.a)、单圆弧形(图3.b)。直廓槽形(图3.c)圆弧半径略大于钢球半径，直廓槽的夹角为2α，即两倍压力角。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案要点2：蜗杆蜗轮包络形式有两种，其一，蜗杆蜗轮双包络；即蜗杆包络蜗轮，蜗轮也包络蜗杆(图4)；其二，单包络；仅蜗轮包络蜗杆，蜗杆为圆柱形(图5)，两种包络形式的蜗杆蜗轮上螺旋槽的形状，均可根据需要设为单圆弧、双圆弧、直廓槽三种中的某一种。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案要点3：设计四种钢球循环方式：蜗杆内循环(图7、图8)二种，蜗轮内循环两种(图4)、(图6)。为防止钢球从蜗杆和蜗轮上的螺旋槽内掉出，设计了蜗杆钢球外防护罩(图9a、b)，和蜗轮钢球外防护罩(图10)，钢球可在螺旋槽、导向片等零件组成的反向器或导流管、内滚道、防护罩内循环滚动而不掉出。 

有益结果 

由于蜗杆蜗轮啮合运动由滑动摩擦变成钢球在两者之间的滚动摩擦运动而大大降低摩擦损耗，使能耗降低，效率得到大幅提高； 

蜗轮不再需要采用昂贵的摩擦系数低耐磨性好的铜合金制造，只需采用价格便宜数倍、强度高数倍的钢材即可，不仅可以降低制造成本，还可以大幅提高蜗轮的承载 

能力，延长使用寿命。即传输同样大小的动力，滚珠蜗杆副的体积、重量会更小；在使用维护方面与滚动轴承、滚珠丝杠、滚动花键一样，滚珠蜗杆副润滑维护保养同样简单，消耗的润滑油非常少，与现有蜗轮箱1年换半箱蜗轮专用油相比，有天壤之别。总之，本发明与公众所知现行传动相比是非常明显的节能降耗低碳环保产品。