CN1598354A - 空间钢球活齿传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间钢球活齿传动装置，该装置中连接输入轴的传力盘与连接输出轴的活齿架，以凸凹面相接触，通过轴承安装在输出轴上的传力盘与活齿架，也以凸凹面相接触。通过轴承安装在输入轴上的端盖，与输出轴上的传力盘固定为一体。活齿安装在活齿架的活齿槽中，并置于两传力盘上的滚道交汇处。两传力盘上的滚道由两个参数方程确定。本发明使传统的平面与圆柱面钢球活齿传动在同一个空间传动副中实现，两个方向上的传动协调工作，具备圆柱双正弦活齿传动的所有优点并解决了难加工的问题，全部活齿参与传动；具备单自平衡、自锁、误差自动补偿及零间隙传动的特点。滚道曲线函数形式简单一致，利于产品优化、标准化和普及。

Description

空间钢球活齿传动装置

                            技术领域

本发明涉及一种机械传动装置，尤其涉及一种空间钢球活齿传动装置。

                            背景技术

在机械传动领域，各种齿轮传动因其成熟的理论及技术得到了广泛的应用，但随着人类生产实践的不断发展，特别是信息和宇航科学的日新月异，齿轮传动难以满足某些领域对传动机构提出的更高要求：大承载能力、小体积、大速比、高精度、高可靠性等。

为此，上世纪70年代前苏联科学家开发出正弦滚珠活齿减速器及欧洲人提出了螺旋钢球活齿传动，但由于这两种装置设计和制造都很困难，未能得到推广(参见《煤炭科学技术》2003年6月刊)。

由美国AET公司在80年代研制的径向啮合摆线滚柱活齿行星传动演变而来的端面啮合摆线钢球活齿行星传动，自90年代以来，在国内外都得到广泛的研究(参见2000年12月燕山大学工学博士论文《摆线钢球行星传动研究》)，并在机器人、伺服传动机构、机床等精密机械及高级轿车等频繁往复工作的传动机构中有很好的应用前景，但该机构的自平衡特性较差，由于摆线方程复杂，同样不便于设计和结构优化。

重庆大学获得的中国专利01108707.2公开了一种空间凸轮活齿传动装置，实为圆柱面双正弦活齿传动的端面啮合的一个变异，该装置解决了双正弦活齿传动难加工的问题，但理论上参与传动的活齿数减少一半，且钢球滚道深浅不一，影响了传动的平稳性，也限制了设计的灵活性。

总之，目前钢球活齿传动的应用和研究，主要是集中在平面和圆柱面活齿传动这两个最终可平面化处理的基本领域，钢球或者布置在平面上，或者布置在圆柱面上，各有优缺点；而非平面化的三维空间活齿传动，理论上还未得到突破性进展。同时，由于钢球活齿传动理论形式多样，除双正弦及螺旋钢球活齿传动外，数学模型都很复杂，严重影响了其推广应用。

                           发明内容

本发明的目的，在于提供一种由新的活齿传动理论支持的综合平面及圆柱面钢球活齿传动的各自优点，实现传动副在空间回转面上啮合的空间钢球活齿传动装置。

本发明传动装置的技术方案是：连接输入轴的传力盘与连接输出轴的活齿架，以凸凹面相接触，通过轴承安装在输出轴上的传力盘与活齿架，也以凸凹面相接触。通过轴承安装在输入轴上的端盖，与输出轴上的传力盘固定为一体。钢球活齿安装在活齿架的活齿槽中，并置于两传力盘上的滚道交汇处。两传力盘上的滚道曲线可由下列两个参数方程确定：

A：

  B：

A为安装在输出轴上的传力盘的滚道曲线方程，B为安装在输入轴上的传力盘的滚道曲线方程，其中，Z_G为安装在输出轴上传力盘滚道的齿数，n为输入轴上传力盘滚道的齿数又称齿差数，α、β为各自的参变量，ρ、γ均为[-1，+1]区间内的连续单调增函数或减函数。

本发明使传统的平面与圆柱面钢球活齿传动在同一个空间传动副中实现，两个方向上的传动协调工作，理论上实现了100％的活齿参与传动，在具备圆柱面双正弦活齿传动所有优点的同时解决了难加工的问题，可显著减小单个活齿的承载负荷，承载和抗冲击能力大，传动刚性强，可靠性高；由于钢球是布置在一回转面上，结构上既有端面啮合的特点，又有圆柱面啮合的特点，所以该装置可同时具备自锁、误差自动补偿及零间隙传动等功能；滚道曲线连续可导，滚道深度恒定，传动更平稳；当Z_G和n均大于1时，滚道曲线是中心对称的，故具备单自平衡优点。本发明的两滚道曲线函数形式简单一致(可化简为一个)，便于产品的优化、标准化和普及。

                     附图说明

图1为本发明的装配示意图；

图2为本发明中传力盘为锥台面的实施例的主视图；

图3为图2中传力盘1的右视图。

图中：1、传力盘，2、输出轴，3、活齿架，4、传力盘，5、垫圈，6、端盖，7、轴承，8、推力轴承，9、输入轴，10、滚道，11、钢球活齿，12、活齿套，13、活齿槽，14、轴承，15、滚道，16、滚道曲线，17滚道曲线。

                       具体实施方式

下面结合附图及实施例详细介绍本发明。

参照图1、图2。与输入轴9连为一体的凸面传力盘4为圆锥台形，在其锥面上设有滚道10，连接输出轴2的活齿架3的凹端面与其锥面相吻合。在活齿架3上的锥面上设有径向活齿槽13，活齿槽内装有活齿套12，活齿套内安置钢球活齿11。通过轴承14安装在输出轴2上的凹面传力盘1与活齿架3的凸端面相吻合，凹面传力盘1的内锥面上设有滚道15。端盖6通过轴承7安装在输入轴9上，端盖6与传力盘4之间安装有推力轴承8。凹面传力盘1与端盖6之间有一垫圈5，以调节啮合间隙，传力盘1、垫圈5、端盖6紧固为一体。

另外，上述的传力盘4、传力盘1、活齿架3的端面还可设计成球台面或其它回转曲面，各端面彼此互相吻合。

参照图3。安置在活齿槽13内的钢球活齿11，处于滚道10与滚道15的交汇处。钢球活齿11沿滚道滚动时，其球心的运动轨迹即为滚道曲线，由下列两个参数方程确定：

设A为安装于输出轴的传力盘上的滚道曲线方程，B为安装在输入轴的传力盘上的滚道曲线方程，其基本参数方程分别是：

A：     B：

其中，Z_G、n取正整数，Z_G为安装于输出轴2上的传力盘1上的滚道15的齿数，n为安装于输入轴9上的传力盘4上的滚道10的齿数，又称齿差数，活齿架3上的活齿槽数与钢球活齿11的数量相等，为活齿数Z_H＝Z_G±n。α、β为各自的参变量，ρ、γ均为[-1，+1]区间内的连续单调增函数或减函数。对应于活齿传动，传动比 $i=\frac{Z_H}{n}.$ 当Z_H＝Z_G+n时，实现正向传动，当Z_H＝Z_G-n时，实现逆向传动。

当该活齿传动装置工作时，两传力盘相互间作旋转运动，与之对应的滚道及滚道曲线也作相对旋转运动，这使得滚道曲线的交点位置以恒定的速比旋转位移，由于钢球活齿的球心始终与交点重合，使钢球活齿也随着作恒速比的旋转运动，进而推动活齿架3及输出轴2旋转，实现整个装置的恒速比传动。

上述实施例中传力盘为锥台面，其滚道曲线16的方程A、滚道曲线17的方程B分别为：

A：

   B：

其中α、β为角参变量，R为基圆半径，e为脉动量，Ω为圆锥面的半锥角。当Ω为90°时，即为平面活齿传动。

当传力盘为球台面时，滚道曲线方程A、B分别为：

A：

   B：

其中α、β为角参变量，R为基圆半径，e为角脉动量，Ω为曲线在球面上的一个定位角。

Claims (4)

1、一种空间钢球活齿传动装置，在输入轴上连接有传力盘和端盖，在输出轴连接有活齿架和传力盘，其特征是：输入轴(9)连接的传力盘(4)与输出轴(2)连接的活齿架(3)，以凸凹面相接触，通过轴承安装在输出轴(2)上的传力盘(1)与活齿架(3)也以凸凹面相接触；通过轴承安装在输入轴上的端盖(6)，与输出轴上的传力盘(1)固定为一体；装在活齿架(3)上的钢球活齿(11)，置于两传力盘上的滚道(15)与滚道(10)的交汇处；上述沿滚道运动的钢球活齿(11)，其球心的运动轨迹即滚道曲线，曲线由下列两个参数方程确定：

设A为安装于输出轴(2)的传力盘(1)上的滚道曲线方程，B为安装在输入轴(9)的传力盘(4)上的滚道曲线方程，其基本参数方程分别是：

其中，Z_G为滚道(15)的齿数，n为滚道(10)的齿数，α、β为各自的参变量，ρ、γ均为[-1，+1]区间内的连续单调增函数或减函数。

2、按权利要求1所述的空间钢球活齿传动装置，其特征是：与所述输入轴(9)连为一体的传力盘(4)为圆锥台形，其锥面上设有滚道(10)，装有钢球活齿(11)的活齿架(3)与其锥面相吻合，传力盘(1)与活齿架(3)相吻合，传力盘(1)的内锥面上设有滚道(15)；其滚道曲线(16)的方程A、滚道曲线(17)的方程B分别为：

其中α、β为角参变量，R为基圆半径，e为脉动量，Ω为圆锥面的半锥角。

3、按权利要求1所述的空间钢球活齿传动装置，其特征是：与所述输入轴(9)连为一体的传力盘(4)的凸面为球台面，在其球面上设有滚道(10)，装有钢球活齿(11)的活齿架(3)与其球面相吻合，传力盘(1)与活齿架(3)相吻合，传力盘(1)的内球面上设有滚道(15)；其滚道曲线(16)的方程A、滚道曲线(17)的方程B分别为：

其中α、β为角参变量，R为基圆半径，e为角脉动量，Ω为曲线在球面上的一个定位角。

4、按权利要求1或2或3所述的空间钢球活齿传动装置，其特征是：在所述活齿架(3)一周均匀布置有径向的活齿槽(13)，活齿槽内装有活齿套(12)，活齿套内安置钢球活齿(11)。

Images