专利名称:笼式蜗杆滚珠传动装置的制作方法
本发明是属于机械工程据清华大学机械设计教研组和中央电视大学机械组合编的《机械原理》一书所述，现有技术中，蜗杆是与蜗轮直接啮合实现机械传动的。在蜗杆蜗轮传动装置中，蜗杆是直径小、轴向长，齿数少、螺旋升角小的螺旋齿轮。蜗轮是直径大、轴向短，齿数多、螺旋升角大的螺旋齿轮。现有技术中，蜗杆是用钢材制成，蜗轮是用青铜制成。
蜗杆蜗轮传动装置的缺点是传动效率低，不能用于大功率、高速和增速的领域。
本发明的目的是提高蜗杆传动装置的效率，扩大蜗杆传动装置的使用领域。
笼式蜗杆滚珠传动装置是由笼式蜗杆、蜗杆、滚珠、滚珠导轨和滚珠回路所组成。
笼式蜗杆滚珠传动装置中的笼式蜗杆是由刚性的笼式结构的蜗杆所组成。所述的笼式蜗杆的螺旋齿是由蜗杆的刚性笼条所组成。
笼式蜗杆滚珠传动装置中，蜗杆装配在笼式蜗杆的笼内，两蜗杆的轴心线相重合，轴心距为零，两蜗杆的齿不直接啮合，而是通过与滚珠的啮合实现机械传动的，所以，笼式蜗杆和蜗杆的齿槽是与滚珠相啮合的园弧形。
笼式蜗杆滚珠传动装置中的笼式蜗杆和蜗杆都是用钢材制成，经调质处理以提高蜗杆的机械性能。
在笼式蜗杆滚珠传动装置中，蜗杆园周上的齿槽中同时有多颗滚珠与笼式蜗杆及导轨相啮合，从而使笼式蜗杆滚珠传动装置具有很大的负载能力。
笼式蜗杆滚珠传动装置中的滚珠是园形的刚性球体，抛光的钢球特别适合于笼式蜗杆滚珠传动装置中。滚珠在笼式蜗杆滚珠传动装置中，直接与笼式蜗杆和蜗杆以及导轨三者啮合，它既是两蜗杆机械力传递的桥梁，也是装置赖以运转的枢纽。
笼式蜗杆滚珠传动装置中的滚珠导轨是由刚性的轨道所组成。滚珠导轨刚性轨道的轨面是与滚珠相啮合的园弧形。滚珠导轨在装置中的作用是保持滚珠与两蜗杆的正常啮合和引导滚珠的正常运行，滚珠导轨一般是与壳体一道铸造而成，然后在轨面上镀上减摩擦耐磨材料，或是用减摩擦耐磨材料制成的导轨固定在壳体上。
笼式蜗杆滚珠传动装置中的滚珠回路是与滚珠导轨两端相含接的供滚珠循环运动的孔道所组成。滚珠回路的孔道必须光滑，使滚珠在孔道中顺利地循环运动。滚珠回路的数量必须与滚珠导轨的数量相等。滚珠回路一般和壳体一起铸造出来或用管道制成的滚珠回路固定在壳体上。
在图1的笼式蜗杆滚珠传动装置中，蜗杆1旋转运动时，蜗杆上螺旋齿产生的轴向力推动与之齿合的滚珠3沿着导轨4作直线运动，滚珠3的直线运动作用于与之啮合的笼式蜗杆2的蜗旋齿上，螺旋齿产生的旋转力推动笼式蜗杆2作旋转运动。蜗杆1的不断旋转运动，推动滚珠3继续往前运动，当滚珠3运动到螺杆的尽头时，被蜗杆1末端逐渐变浅变小的齿槽推出，使滚珠3与蜗杆1脱离啮合，笼式蜗杆2末端逐渐变浅的螺旋齿槽接着将滚珠3推出导轨4，使之进入滚珠回路5。此时滚珠回路5中已储满了滚珠，进入滚珠回路这一滚珠，将滚珠回路另一端的一颗滚珠推进导轨4使之与蜗杆1和笼式蜗杆2进行啮合。这是笼式蜗杆的换珠过程。在传动装置的换珠过程中，最少要有一颗滚珠与两蜗杆保持啮合以维持传动装置的正常运转。在有限转传动的笼式蜗杆传动装置中，不必要换珠，也不需要滚珠回路。在笼式蜗杆滚珠传动装置中，蜗杆1的不断旋转运动，推动滚珠3的循环运转，滚珠3的循环运转，推动笼式蜗杆2的不断旋转运动。
在笼式蜗杆滚珠传动装置中，蜗杆的旋转方向是由两蜗杆的螺旋线的方向决定的，两蜗杆的螺旋线方向相同，则两蜗杆的旋转方向相同，两蜗杆的蜗旋线方向相反，则两蜗杆的旋转方向相反。
在图2<1>中，当蜗杆的左螺旋线1沿箭头方向往右旋转时，推动滚珠3往箭头方向沿导轨4作直线运动，滚珠3的直线运动推动笼式蜗杆的左螺旋线2沿箭头方向往右旋转。这是两蜗杆螺旋线方向相同，转向也相同的运转。
在图2<2>中，当蜗杆的左螺旋线1沿箭头方向右旋转时，推动滚珠3往箭头方向沿着导轨4作直线运动，滚珠3的直线运动推动笼式蜗杆的右螺旋线2沿箭头方向往左旋转。这是两蜗杆螺旋线方向相反，旋转方向也相反的传动。
在笼式蜗杆滚珠传动装置中，导轨是螺旋线结构时，两蜗杆的旋转方向与三者的螺旋线方向及导轨与从动蜗杆的螺旋线升角有关。
当从动蜗杆与导轨的螺旋线方向相反时，或从动蜗杆与导轨的螺旋线方向相同，但从动蜗杆的螺旋升角大于导轨的螺旋线升角时，两蜗杆的旋转方向是由主动蜗杆与导轨的螺旋线方向决定的，两螺旋方向相同，则两蜗杆的旋转方向相反;两螺旋线方向相反，则两蜗杆的旋转方向相同。
当从动蜗杆与导轨的螺旋线方向相同，但从动蜗杆的螺旋线升角小于导轨的螺旋线升角时，两蜗杆的旋转方向是由主动蜗杆与导轨的螺旋线方向决定的。两螺旋线的方向相同，则两蜗杆的旋转方向相同;两螺旋线的方向相反，则两蜗杆的旋转方向相反。
笼式蜗杆滚珠传动装置中两蜗杆的角速比是两蜗杆的螺旋升角的正切值之反比，公式是i12＝tgλ1÷tgλ2笼式蜗杆滚珠传动装置的角速比一般工作在150以下，高的可达500，两级传动可达10000以上。
图3是两级笼式蜗杆滚珠传动装置、蜗杆1沿着箭头方向旋转时，推动滚珠3沿着螺旋导轨4运动，滚珠3的螺旋运动，推动螺旋升角为90度的笼式蜗杆2旋转，笼式蜗杆2的旋转推动第二级中的滚珠23沿着螺旋线导轨24运动，滚珠23的运动，推动第二级的螺旋齿蜗杆22往箭头方向运动，从而完成了二级传动的全过程。在二级笼式蜗杆滚珠传动装置中，各级的滚珠、滚珠导轨和滚珠回路是自成系统的。第一级是滚珠回路5，第二级是滚珠回路25。
笼式蜗杆滚珠传动装置的积极效果是两蜗杆不直接啮合，而是与可绕自球心转动的滚珠相啮合实现机械传动，相对滑动小传动效率高达96%以上，传动的角速比大，一般工作在150以下，高的可达500，二级传动可达10000以上。而二级笼式蜗杆滚珠传动装置结构简单。传动功率大，两蜗杆的园周上同时和多颗滚珠齿合，充分利用蜗杆的扭转强度，大大提高笼式蜗杆滚珠传动装置的传动功率。结构紧凑、体积小，只有蜗杆蜗轮传动装置的三分之一以下。蜗杆的螺旋线结构，使传动装置运转平稳、无噪声，适合于高速和增速的领域工作。
笼式蜗杆滚珠传动装置可广泛用于机械设备的减速传动和增速传动，还可用于直升飞机，机械手等特殊要求的机械设备中。
实施例蜗杆变力距异步电动机现有技术中，异步电动机的输出力距和转速是有限的。而蜗杆变力距异步电动机都具有宽广的变速能力和变力距能力。
蜗杆变力距异步电动机是由装配在异步电动机转子内的笼式蜗杆滚珠传动装置和电动机所组成。如图4所示在蜗杆变力距异步电动机中，笼式蜗杆滚珠传动装置的蜗杆是电动机的输出轴，螺旋升角为90度的笼式蜗杆两端环上的卡口与电机端盖轴承座上的卡口相配合，将笼式蜗杆与电机的端盖联成一体，变成固定不动的“导轨”。而有螺旋导轨和滚珠回路的壳体与铁心构成电机的转子。当定子的旋转磁场作用于转子时，电机的转子开始旋转，转子内的螺旋导轨推动与之啮合的滚珠沿着笼式蜗杆的齿槽作直线运动。滚珠的直线运动推动与之啮合的蜗杆轴的旋转。当电机转子内的螺旋导轨和蜗杆轴的螺旋升角不等时，电机的蜗杆轴就会输出与转子不同的转速和力距。电机蜗杆轴端的冷却风扇应根据转速的快慢配置适当尺寸的叶片以确保电机的散热要求，如转速极低时，应在轴端装配一组齿轮提高冷却风扇的转速。
电机的螺杆轴是用园钢坯料在斜压机上压制成或是在车床上车制成。电机蜗杆轴上的螺旋线是根据电机的力距和转速的要求设计的。减速增力距的电机，其轴是多头大升角螺旋线的蜗杆轴，增速减力距的电机，其轴是单头或双头小升角螺旋线的蜗杆轴。蜗杆轴与电机端盖轴承座之间装配有轴向推力轴承。笼式蜗杆用钢管冲制成或用铣磨床加工而成。电机中笼式蜗杆的齿数在满足机械强度的前提下，尽可能多，因为齿数多则啮合的滚珠多，传递的功率就越大。笼式蜗杆的两端环端面上，开有以端盖上相配合的卡口，将笼式蜗杆卡在两端上。电机内传动装置中的滚珠采用抛光的非磁性不锈钢钢球。传动装置中的螺旋线导轨，和滚珠回路与壳体一起铸造加工而成。螺旋线导轨的螺旋线是根据输出的额定转速和转距设计的。减速增力距的电机导轨的头数少螺旋升角小，增速减力距的电机的螺旋导轨的头数多，螺旋升角大。壳体与笼式蜗杆之间装配有转子轴承。壳体与端盖之间装配有油封，以防传动装置中的润滑剂抛出污染定子绕组。转子铁心采用园键和卡环固定在传动装置的壳体上。在特殊的蜗杆变力距异步电机中，电机的铁心和传动装置的壳体一起整体铸造而成。笼式蜗杆滚珠传动装置采用液态或固态润滑剂进行润滑。
图4标记的说明1.蜗杆轴、2.笼式蜗杆、3.滚珠、4.螺旋导轨、5.滚珠回路、6.转子铁心、7.定子铁心、8.电机壳体、9.大端盖、10.小端盖、11.转子叶片、12.定子绕组、13.风叶、14.风叶螺母、15.风罩、16.机座、17.卡口、18.转子轴承、19.蜗杆轴承、20、21.油封、22.吊钩、23.旋转壳体。
权利要求
1.一种蜗杆传动装置。其特征是由笼式蜗杆、蜗杆、滚珠、滚珠导轨和滚珠回路所组成。
2.根据权利要求
1所述的装置，其特征在于所述的笼式蜗杆是由刚性的笼式结构的蜗杆所组成。
3.根据权利要求
2所述的笼式蜗杆，其特征在于所述的笼式蜗杆的螺旋齿是由蜗杆的刚性笼条所组成。
4.根据权利要求
1所述的装置，其特征在于所述的蜗杆装配在笼式蜗杆的笼内，两蜗杆的轴心线相重合，轴心距为零。
5.根据权利要求
1所述的装置其特征在于所述的笼式蜗杆与蜗杆的螺旋齿槽是与滚珠相啮合的园弧形。
6.根据权利要求
1所述的装置，其特征在于所述的滚珠是由园形的刚性球体所组成。
7.根据权利要求
1所述的装置，其特征在于所述的导轨是由刚性的轨道所组成。
8.根据权利要求
7所述的导轨，其特征在于所述的刚性轨道的轨面是与滚珠相啮合的园弧形。
9.根据权利要求
1所述的装置，其特征在于所述的滚珠回路是由与导轨两端相含接的供滚珠循环运动的孔道所组成。
专利摘要
笼式蜗杆滚珠传动装置，本发明是属机械工程，本发明是提高蜗杆传动装置的传动效率和扩大蜗杆传动装置的使用领域。笼式蜗杆滚珠传动装置的特征是由笼式蜗杆、蜗杆、滚珠、滚珠导轨和滚珠回路所组成。笼式蜗杆滚珠传动装置体积小，传动功率大、效率高、角速比大，运转平稳，无噪声，能在高速、减速、增速领域中工作，可广泛用于机械设备的增减速传动中和直升飞机、机械手和变力距电动机中。
文档编号F16H1/00GK87102736SQ87102736
公开日1988年11月2日 申请日期1987年4月15日
发明者欧子文 申请人:欧子文导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan