传动机构和传动装置的制作方法

本发明涉及转化运动形式的传动机构技术领域，更具体地说，涉及一种传动机构，实现旋转运动和直线运动的转化；另外，还涉及一种传动装置。

背景技术

行星滚柱丝杠是将旋转运动转化为直线运动的常用机构，目前，行星滚柱丝杠主要包括：螺母和丝杠，以及设置在螺母和丝杠之间的行星滚柱。其中，丝杠与行星滚柱螺纹配合，行星滚柱与螺母螺纹配合，行星滚柱至少为两个且沿所述丝杠的周向分布。

上述行星滚柱丝杠中，行星滚柱和丝杠及螺母之间为线接触，载荷较大，抗冲击较强。

但是，由于行星螺纹至少为两个，为了保证行星滚柱在不同位置与螺母内螺纹的角度匹配还需要在螺母和行星滚柱间增加行星齿结构，导致制造和装配都较为复杂，难以小型化。

另外，上述行星滚柱丝杠中，要求每个行星滚柱的导程角和螺母的导程角一致才能实现行星滚柱和螺母之间不发生相对轴向位移，行星滚柱受限于其直径较小，即使是单头螺纹，导程角也较大，因此螺母与丝杆的直径较大，需要用多头螺纹与之匹配，导致螺纹导程较大，不利于高速马达进行直接驱动。

综上所述，如何实现旋转运动和直线运动的转化，以简化了制造和装配工艺，利于小型化设计，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种传动机构，以简化了制造和装配工艺，利于小型化设计。本发明的另一目的是提供一种具有上述传动机构的传动装置。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种传动机构，包括：

传动杆，所述传动杆的周向侧壁设置有第一环形齿，所述第一环形齿与所述传动杆共轴线；

外套于所述传动杆的螺母，所述螺母设置有内螺纹；

设置在所述传动杆和所述螺母之间的行星滚柱，所述行星滚柱的周向侧壁设置有第二环形齿和环形槽，所述第二环形齿和所述环形槽均与所述行星滚柱共轴线；

其中，所述行星滚柱为n个，且沿所述传动杆的周向分布；沿所述传动杆的转动方向，第m个所述行星滚柱中第n个所述第二环形齿的齿高和第一个所述行星滚柱中第n个所述环形齿的齿高的差值为(a/360)*p，n≥2，m≤n，n≥1，第n个所述第二环形齿的齿高为第n个所述第二环形齿和标记环形槽的距离，所述标记环形槽为所述行星滚柱上在预设位置的一个所述环形槽，a为第m个所述行星滚柱和第一个所述行星滚柱在所述传动杆转动方向上的角度差，p为所述内螺纹的螺距；

所述传动杆和所述行星滚柱通过所述环形槽与所述第一环形齿咬合实现传动相连，所述螺母和所述行星滚柱通过所述内螺纹和所述第二环形齿的咬合实现传动相连。

优选地，所述行星滚柱至少为两组，且沿所述螺母的轴向分布；其中，每组中，所述行星滚柱至少为两个且沿所述传动杆的周向分布。

优选地，沿所述螺母的轴向，相邻的两组所述行星滚柱通过弹性件相连。

优选地，所述弹性件为弹簧。

优选地，所述传动杆设置有第一齿轮，所述行星滚柱设置有与所述第一齿轮啮合的第二齿轮。

优选地，所述传动机构还包括用于安装所述行星滚柱且保持任意两个所述行星滚柱相对位置的保持架。

优选地，所述保持架为两个，且均位于所述螺母内；沿所述螺母的轴向，所述螺母的端面和与其靠近的一个所述保持架之间具有高度差。

优选地，所述行星滚柱沿所述传动杆的周向均匀分布。

优选地，所述环形槽与所述第一环形齿的咬合为平面与弧面的咬合、或弧面与弧面的咬合；所述第二环形齿和所述内螺纹的咬合为平面与弧面的咬合、或弧面与弧面的咬合。

基于上述提供的传动机构，本发明还提供了一种传动装置，该传动装置包括传动机构和驱动部件，其中，所述螺母和所述传动杆中的一者由所述驱动部件驱动。

本发明提供的传动机构的传动原理为：

固定螺母，当传动杆转动时，由于传动杆的第一环形齿与行星滚柱的环形槽咬合，则传动杆能够带动行星滚柱绕自身轴线转动，即行星滚柱自转；又由于行星滚柱的第二环形齿和螺母的内螺纹咬合，行星滚柱至少为两个并沿传动杆的周向分布，沿传动杆的转动方向第m个行星滚柱中第n个第二环形齿的齿高和第一个行星滚柱中第n个第二环形齿的齿高的差值为(a/360)*p，n≥2，m≤n，n≥1，第n个第二环形齿的齿高为第n个第二环形齿和标记环形槽的距离，该标记环形槽为行星滚柱上在预设位置的一个环形槽，a为第m个行星滚柱和第一个行星滚柱在传动杆转动方向上的角度差，p为内螺纹的螺距，则所有的行星滚柱能够整体相对螺母公转(螺母通常没有自转，除非传动杆不转动，螺母转动)，由于行星滚柱与传动杆沿传动杆的轴向相对固定，则行星滚柱在相对螺母公转的同时沿螺母的轴向移动，此时，传动杆也相对螺母产生轴向移动，实现了将旋转运动转化为直线运动。同理，固定传动杆，当螺母转动时，亦可实现螺母相对传动杆产生轴向移动，即将旋转运动转化为直线运动。

本发明提供的传动机构中，仅在螺母上设置内螺纹，只需在传动杆上设置第一环形齿、在行星滚柱上设置环形槽和第二环形齿即可，且环形槽与第一环形齿之间咬合，第二环形齿之间与内螺纹咬合，无需在传动杆和行星滚柱上设置螺纹，较现有技术相比，无需再增设行星齿结构，简化了制造和装配工艺，利于小型化。

同时，本发明提供的传动机构中，由于传动杆和行星滚柱都采用了形环齿的结构，不论传动杆和行星滚柱之间如何旋转，只要确保行星滚柱之间的角度关系就可与螺母和传动杆正确咬合。即使行星滚柱和螺母及传动杆发生滑动转动也不会影响其咬合位置关系，减少了发生卡滞的几率，有效提高了可靠性。需要说明的是，正常状态下，行星滚柱和螺母及传动杆之间发生滚动转动；理论上只要布局满足要求的情况下可任意增加行星滚柱的数量以提高载荷，行星滚柱也不需要在周向上均匀布置，较现有技术相比，设计更为灵活。

同时，本发明提供的传动机构中，只需在传动杆上设置第一环形齿、在行星滚柱上设置环形槽和第二环形齿即可，没有导程角限制，螺母可以使用单头螺纹；因此，螺母可使用较小的导程角，即在较小的扭矩下提供较大推力。

同时，本发明提供的传动机构中，仅在螺母上设置内螺纹，只需在传动杆上设置第一环形齿、在行星滚柱上设置环形槽和第二环形齿即可，根据传动原理可知，较仅在传动杆上设置螺纹相比，在螺母上设置内螺纹可获得较大的减速比。上述传动机构适合马达直接驱动，省去了减速机构，提升了传动效率和传动精度。

同时，本发明提供的传动机构中，由于传动杆与行星滚柱在传动杆轴向上无相对运动，因此传动杆的长度不受限制，即可以做的很短，因此螺母内部空间也可利用，用以布置轴承，减速器，马达等驱动侧装置，使整个系统更为紧凑。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的传动机构的结构示意图；

图2为图1中传动机构的主视图；

图3为本发明实施例提供的传动机构的俯视图；

图4为图3的b-b向剖视图；

图5为本发明实施例提供的传动机构的另一结构示意图；

图6为本发明实施例提供的传动机构中各个行星滚柱中第二环形齿的齿高示意图；

图7为本发明实施例提供的传动机构的另一结构示意图；

图8为图7的俯视图；

图9为图7的主视图；

图10为本发明实施例提供的传动机构处于第一状态时的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的传动机构处于第二状态时的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-9所示，本发明实施例提供的传动机构包括：传动杆1，外套于传动杆1的螺母2，以及设置在传动杆1和螺母2之间的行星滚柱3。

上述传动杆1的周向侧壁设置有第一环形齿，第一环形齿与传动杆1共轴线；上述螺母2设置有内螺纹；上述行星滚柱3的周向侧壁设置有第二环形齿和环形槽，第二环形齿和环形槽均与行星滚柱3共轴线。

其中，行星滚柱3为n个，且沿传动杆1的周向分布；沿传动杆1的转动方向，第m个行星滚柱3中第n个第二环形齿的齿高和第一个行星滚柱3中第n个第二环形齿的齿高的差值为a/360*p，n≥2，m≤n，n≥1，第n个第二环形齿的齿高为第n个第二环形齿和标记环形槽的距离，该标记环形槽为行星滚柱3上在预设位置的一个环形槽，a为第m个行星滚柱3和第一个行星滚柱3在传动杆1转动方向上的角度差，p为内螺纹的螺距。

需要说明的是，该标记环形槽可为行星滚柱3中最顶端的环形槽，也可为最底端的环形槽，亦可为中间的环形槽。每个行星滚柱3的标记环形槽均在传动杆1的同一轴向位置。第n个第二环形齿和标记环形槽的距离，是指同一个行星滚柱3上的第n个第二环形齿和标记环形槽的距离。具体地，以一个行星滚柱3上的第二环形齿是三个为例，沿行星滚柱3的轴向，三个第二环形齿分别为第二环形齿ⅰ、第二环形齿ⅱ、第二环形齿ⅲ，以第二个行星滚柱3为例，第二个行星滚柱3中第二环形齿ⅰ的齿高和第一个行星滚柱3中第二环形齿ⅰ的齿高的差值为a/360*p；第二个行星滚柱3中第二环形齿ⅱ的齿高和第一个行星滚柱3中第二环形齿ⅱ的齿高的差值为a/360*p；第二个行星滚柱3中第二环形齿ⅲ的齿高和第一个行星滚柱3中第二环形齿ⅲ的齿高的差值为a/360*p。即第二个行星滚柱3中第二环形齿ⅰ的齿高和第一个行星滚柱3中第二环形齿ⅰ的齿高的差值、第二个行星滚柱3中第二环形齿ⅱ的齿高和第一个行星滚柱3中第二环形齿ⅱ的齿高的差值、以及第二个行星滚柱3中第二环形齿ⅲ的齿高和第一个行星滚柱3中第二环形齿ⅲ的齿高的差值相等。

上述行星滚柱3设有若干沿其轴向分布的第二环形齿，第二环形齿的数目不小于一个。第二环形齿和环形槽沿行星滚柱3的轴向分布。对于第二环形齿和环形槽的数目根据实际需要进行设计。第一环形齿和环形槽的数目以及分布均一致。

可以理解的是，沿传动杆1的转动方向，来区分每个行星滚柱3是第几个。以行星滚柱3是三个为例，三个行星滚柱3分别为第一行星滚柱31、第二行星滚柱32和第三行星滚柱33，则第一行星滚柱31、第二行星滚柱32和第三行星滚柱33沿传动杆1的转动方向依次分布。

上述传动机构中，传动杆1和行星滚柱3通过环形槽与第一环形齿咬合实现传动相连，螺母2和行星滚柱3通过内螺纹和第二环形齿的咬合实现传动相连。

需要说明的是，传动杆1和行星滚柱3通过环形槽与第一环形齿咬合实现传动相连，则表明行星滚柱3受到第一环形齿的限位作用，实现了行星滚柱3与传动杆1沿传动杆1的轴向相对固定。第二环形齿的牙距和内螺纹的螺距一致，以保证内螺纹和第二环形齿咬合。

本发明实施例提供的传动机构的传动原理为：

当传动杆1转动时，由于传动杆1的第一环形齿与行星滚柱3的环形槽咬合，则传动杆1能够带动行星滚柱3绕自身轴线转动，即行星滚柱3自转；又由于行星滚柱3的第二环形齿和螺母2的内螺纹咬合，行星滚柱3至少为两个并沿传动杆1的周向分布，沿传动杆1的转动方向，第m个行星滚柱3中第n个第二环形齿的齿高和第一个行星滚柱3中第n个第二环形齿的齿高的差值为(a/360)*p，n≥2，m≤n，n≥1，第n个第二环形齿的齿高为第n个第二环形齿和标记环形槽的距离，标记环形槽为行星滚柱3上在预设位置的一个环形槽，a为第m个行星滚柱3和第一个行星滚柱3在传动杆1转动方向上的角度差，p为内螺纹的螺距，则所有的行星滚柱3能够整体相对螺母2公转，由于行星滚柱3与传动杆1沿传动杆1的轴向相对固定，则行星滚柱3在相对螺母2公转的同时沿螺母的轴向移动，此时，传动杆1也相对螺母2产生轴向移动，实现了将旋转运动转化为直线运动。同理，当螺母2转动时，亦可实现传动杆1相对螺母2产生轴向移动，即将旋转运动转化为直线运动。

本发明实施例提供的传动机构中，仅在螺母2上设置内螺纹，只需在传动杆1上设置第一环形齿、在行星滚柱3上设置环形槽和第二环形齿即可，且环形槽与第一环形齿之间咬合，第二环形齿之间与内螺纹咬合，无需在传动杆1和行星滚柱3上设置螺纹，较现有技术相比，无需再增设行星齿结构，简化了制造和装配工艺，利于小型化。

同时，本发明实施例提供的传动机构中，由于传动杆1和行星滚柱3都采用了形环齿的结构，不论传动杆1和行星滚柱3之间如何旋转，只要确保行星滚柱3之间的角度关系就可与螺母2和传动杆1正确咬合。即使行星滚柱3和螺母2及传动杆1发生滑动转动也不会影响其咬合位置关系，不会发生卡滞，有效提高了可靠性。需要说明的是，正常状态下，行星滚柱3和螺母2及传动杆1之间发生滚动转动；理论上只要布局满足要求的情况下可任意增加行星滚柱3的数量以提高载荷，行星滚柱3也不需要在周向上均匀布置，较现有技术相比，设计更为灵活。

上述传动机构中，只需在传动杆1上设置第一环形齿、在行星滚柱3上设置环形槽和第二环形齿即可，没有导程角限制，螺母2可以使用单头螺纹；因此，螺母2可使用较小的导程角，即在较小的扭矩下提供较大推力。

上述传动机构中，仅在螺母2上设置内螺纹，只需在传动杆1上设置第一环形齿、在行星滚柱3上设置环形槽和第二环形齿即可，根据传动原理可知，较仅在传动杆1上设置螺纹相比，在螺母2上设置内螺纹可获得较大的减速比。上述传动机构适合马达直接驱动，省去了减速机构，提升了传动效率和传动精度。

具体地，记传动杆1的直径为a、行星滚柱3的直径为b，则螺母2的内径为a+2b。当传动杆1的输入转速为n时，行星滚柱3绕传动杆1公转的转速为[a/(2a+2b)]*n，螺母2为静止。即行星滚柱3相对传动杆1的速度为n-[a/(2a+2b)]*n＝(a+2b)/(2a+2b)n，而螺母2相对于传动杆1的速度为[a/(2a+2b)]*n。a，b均为正数，实际应用中二者差异不大，(a+2b)应大于a，即在同样的输入转速下传动杆1和行星滚柱3的相对速度高于行星滚柱3和螺母2的相对速度，即螺母2带有导程后可以获得更大的减速比。例如，传动杆1的直径为3cm，行星滚柱3的直径为3cm，螺母2的直径为9cm，则传动杆1转动一圈时，行星滚柱3转动0.25圈。行星滚柱3相对传动杆1转动了0.75圈，行星滚柱3相对螺母2转动了0.25圈。若螺纹导程为i，则当传动杆1具有螺纹时，该螺母2的直线位移为0.75i，当螺母2具有螺纹时，该螺母2的直线位移为0.25i。即相对螺距仅为原螺距的1/4，相当于在输入端增加了一级减速。

上述传动机构中，由于传动杆1与行星滚柱3在传动杆1的轴向上无相对运动，因此传动杆1的长度不受限制，即可以做的很短，因此螺母2内部空间也可利用，用以布置轴承，减速器，驱动部件等驱动侧装置7，使整个系统更为紧凑。

如图10所示，传动杆1与行星滚柱3均位于螺母2的底端时，驱动侧装置7位于螺母2的外部；如图11所示，传动杆1与行星滚柱3均位于螺母2的顶端时，驱动侧装置7位于螺母2内，使得整个结构更为紧凑。

上述传动杆1通过行星滚柱3与螺母2转动相连，由于加工精度和加工误差等原因，传动杆1和螺母2之间存在回程差。为了减小甚至消除回程差，如图5所示，上述行星滚柱3至少为两组，且沿螺母2的轴向分布；其中，每组中，行星滚柱3至少为两个且沿传动杆1的周向分布。可以理解的是，相邻的两组所述行星滚柱3之间具有预设距离，对于该预设距离的具体数值，根据实际需要进行设计，本发明实施例对此不做限定。

具体地，上述行星滚柱3为两组，每组中，行星滚柱3为三个。

为了进一步减小回程差，沿螺母2的轴向，相邻的两组行星滚柱3通过弹性件相连。即相邻的两组中，相对的两个行星滚柱3通过弹性件相连。

上述弹性件可为弹簧，例如，上述弹性件为碟形弹簧。当然，也可选择上述弹性件为其他弹性部件，并不局限于上述实施例。

优选地，上述传动杆1设置有第一齿轮5，行星滚柱3设置有与第一齿轮5啮合的第二齿轮6，如图7-9所示。上述结构中，通过第一齿轮5和第二齿轮6啮合，保证了第一环形齿和环形槽配合转动时传动杆1和行星滚柱3之间不会发生滑动。

为了简化结构，缩短传动杆1的长度，优先选择上述传动杆1的一端位于螺母2内，传动杆1的另一端外伸于螺母2。

上述传动机构中，由于传动杆1的一端位于螺母2内，即螺母2的一端超过传动杆1的一端，则在应用过程中，可选择螺母2直接与待连接部件相连，而无需再设置辅助部件连接螺母2和待连接部件，从而减少了部件，简化了结构。

当然，在实际应用过程中，也可选择上述传动杆1的两端均外伸于螺母2，并不局限于此。

为了便于保证各个行星滚柱3的相对位置，上述传动机构还包括用于安装行星滚柱3且保持任意两个行星滚柱3相对位置的保持架4。

可以理解的是，保持架4设置在传动杆1和螺母2之间。保持架4相对传动杆1转动，但二者之间并没有直接的配合关系，保持架4是通过行星滚柱3进行定位的。

为了稳定性，上述保持架4为两个，两个保持架4分别位于行星滚柱3的两端。

为了便于螺母2直接与待连接部件相连，两个上述保持架4均位于螺母2内；沿螺母2的轴向，螺母2的端面和与其靠近的一个保持架4之间具有高度差。

具体地，螺母2的端面包括顶端面和底端面；两个保持架4分别为第一保持架41和第二保持架42，第一保持架41靠近螺母2的顶端面，第二保持架42靠近螺母2的底端面，螺母2的顶端面和第一保持架41之间具有高度差，螺母2的底端面和第二保持架42之间具有高度差。

上述高度差大于零，对于高度差的具体数值，根据实际需要进行设计，本发明实施例对此不做限定。

上述传动机构中，行星滚柱3至少为两个，行星滚柱3可沿传动杆1的周向均匀分布，可不均匀分布。为了便于设计和安装，优先选择行星滚柱3沿传动杆1的周向均匀分布。

第m个行星滚柱3中第n个第二环形齿的齿高和第一个行星滚柱3中第n个第二环形齿的齿高的差值为(a/360)*p，当行星滚柱3沿传动杆1的周向均匀分布时，第m个行星滚柱3中第n个第二环形齿的齿高和第一个行星滚柱3中第n个第二环形齿的齿高的差值为[(m-1)/n]*p。

具体地，以行星滚柱3是三个为例，三个行星滚柱3分别为第一行星滚柱31、第二行星滚柱32和第三行星滚柱33，第一行星滚柱31、第二行星滚柱32和第三行星滚柱33沿传动杆1的周向均匀分布，即第二行星滚柱32和第一行星滚柱31在传动杆1周向上的角度差为120°、第三行星滚柱33和第一行星滚柱31在传动杆1周向上的角度差为240°。以公式“(a/360)*p”计算，第二行星滚柱32中第n个第二环形齿的齿高和第一行星滚柱31中第n个第二环形齿的齿高的差值为(1/3)*p，第三行星滚柱33中第n个第二环形齿的齿高和第一行星滚柱31中第n个第二环形齿的齿高的差值为(2/3)*p；以公式“[(m-1)/n]*p”计算，第二行星滚柱32中第n个第二环形齿的齿高和第一行星滚柱31中第n个第二环形齿的齿高的差值为(1/3)*p，第三行星滚柱33中第n个第二环形齿的齿高和第一行星滚柱31中第n个第二环形齿的齿高的差值为(2/3)*p。

如图6所示，将行星滚柱3上最顶端的环形槽设为标记环形槽，设定第一行星滚柱31中自上而下第四个第二环形齿的齿高为a，则第二行星滚柱32中第四个第二环形齿的齿高为a+(1/3)*p，第三行星滚柱33中第四个第二环形齿的齿高为a+(2/3)*p。

因此，当行星滚柱3沿传动杆1的周向均匀分布时，上述两个公式的计算结果相同。

上述传动机构中，螺母2的内螺纹为多头螺纹或单头螺纹，在实际应用过程中，可根据载荷进行选择，本发明实施例对此不做限定。

为了减少摩擦力，上述环形槽与第一环形齿的咬合为平面与弧面咬合、或弧面与弧面咬合；上述第二环形齿和内螺纹的咬合为平面与弧面咬合、或弧面与弧面咬合。这样，保证了咬合时为点接触或线接触。

当然，也看选择上述咬合结构为其他结构，并不局限于此。

基于上述实施例提供的传动机构，本发明实施例还提供了一种传动装置，该传动装置包括：传动机构和驱动部件，其中，传动机构为上述实施例所述的传动机构，螺母2和传动杆1中的一者由驱动部件驱动。

由于上述传动机构具有上述技术效果，上述传动装置具有上述传动机构，则上述传动装置也具有相应的技术效果，本文不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。