專利名稱：非正交環(huán)面蝸桿副及非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非正交環(huán)面蝸桿副及其制造方法和由該蝸桿副構(gòu)成的非正交環(huán)
面蝸桿限滑差速器，屬于機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
蝸桿傳動(dòng)用來(lái)傳遞空間兩垂直交錯(cuò)軸線之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，按蝸桿分度曲面的形狀，蝸桿傳動(dòng)分為三類圓柱蝸桿傳動(dòng)、環(huán)面蝸桿傳動(dòng)和圓錐蝸桿傳動(dòng)。環(huán)面蝸桿的分度曲面是圓環(huán)面內(nèi)表面的一部分，環(huán)面蝸桿傳動(dòng)中的蝸桿是包圍蝸輪的，而蝸輪可以包圍蝸桿也有不包圍蝸桿的。 根據(jù)環(huán)面蝸桿齒面的曲面成型原理，環(huán)面蝸桿分為直廓環(huán)面蝸桿、平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、雙錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、漸開螺旋面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、漸開柱面包絡(luò)環(huán)面蝸桿和雙圓弧環(huán)面包絡(luò)環(huán)面蝸桿等。采用直線刀刃、平面砂輪、角度銑刀或錐面砂輪等刀具，刀具裝在回轉(zhuǎn)刀座上，刀座回轉(zhuǎn)軸線和蝸桿軸線垂直交錯(cuò)，在蝸桿軸線所在蝸輪中間平面上有蝸輪基圓，其圓心在刀座軸線上，直線刀刃或銑刀和砂輪的直母線應(yīng)與蝸輪主基圓相切；蝸桿回轉(zhuǎn)時(shí)，刀具隨刀座按一定速比轉(zhuǎn)動(dòng)，直線刀刃在蝸桿上的軌跡曲面、平面或錐面砂輪在蝸桿上的包絡(luò)面為環(huán)面蝸桿的螺旋面。為了得到線接觸的環(huán)面蝸桿副，取產(chǎn)形面與環(huán)面蝸桿螺旋面相同的環(huán)面滾刀在滾齒機(jī)上加工出蝸輪，得到的環(huán)面蝸桿副屬于線接觸共軛曲面。 環(huán)面蝸桿副的特點(diǎn)為同時(shí)接觸齒數(shù)多、每一接觸點(diǎn)的載荷較小，潤(rùn)滑角接近90° 、潤(rùn)滑條件好，瞬時(shí)接觸線法向誘導(dǎo)法曲率小、齒面接觸應(yīng)力小、承載能力高，可以實(shí)現(xiàn)硬齒面?zhèn)鲃?dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種非正交環(huán)面蝸桿副及其制造方法和由該蝸桿副構(gòu)成的非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器；非正交環(huán)面蝸桿副應(yīng)用于非90?？臻g交錯(cuò)軸線的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳動(dòng)，非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器應(yīng)用于車輛軸間或輪間扭矩感應(yīng)自鎖式差速器。
為了達(dá)到本發(fā)明的目的所采取的技術(shù)方案如下 非正交環(huán)面蝸桿副包括環(huán)面蝸桿1、蝸輪2，環(huán)面蝸桿軸線3與蝸輪軸線4空間交錯(cuò)，兩軸線固定夾角E、0 <E<90° ，兩軸線距離為嚙合傳動(dòng)中心距a，由滿足兩軸線空間位置關(guān)系和安裝距&、&嚙合傳動(dòng)的環(huán)面蝸桿1和蝸輪2構(gòu)成非正交環(huán)面蝸桿副(如圖1、2)。 非正交環(huán)面蝸桿副制造方法包括環(huán)面蝸桿1由常規(guī)已有加工技術(shù)制成，切除軸向喉部一側(cè)不參加工作的部分或在毛坯制造時(shí)其喉部一側(cè)軸向另一部分未保留的半個(gè)常規(guī)的環(huán)面蝸桿，取產(chǎn)形面與環(huán)面蝸桿1螺旋面相同的環(huán)面滾刀8在滾齒機(jī)上加工蝸輪毛坯9，加工過(guò)程中環(huán)面滾刀軸線IO與蝸輪毛坯軸線11夾角為E、0 <2<90，兩軸線距離為嚙合傳動(dòng)中心距a及滿足安裝距R"R2，按環(huán)面蝸桿1和蝸輪2的傳動(dòng)比112滾切，將蝸輪毛坯9加工成蝸輪2 (如圖3)，由加工出的蝸輪2與環(huán)面蝸桿1保持軸交角E 、中心距a及安裝距R2嚙合傳動(dòng)得到非正交環(huán)面蝸桿副。 非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器包括差速器殼體7上設(shè)置有空間交錯(cuò)的環(huán)面蝸桿軸線3和蝸輪軸線4，兩軸線夾角為E、I^〈E〈90。并且90° -1^〈E〈90。，兩軸線距離為嚙合傳動(dòng)中心距a，右旋環(huán)面蝸桿1的螺旋角13 "右旋環(huán)面蝸桿1和與右旋環(huán)面蝸桿1旋向不同其它幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)完全相同的左旋環(huán)面蝸桿5同軸線固連構(gòu)成一個(gè)行星蝸桿，行星蝸桿在差速器殼體7上繞環(huán)面蝸桿軸線3轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，右旋蝸輪2和左旋蝸輪6分別與差速器殼體7同軸線4轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，具有同一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線4的右旋蝸輪2和左旋蝸輪6分別與右旋環(huán)面蝸桿1和左旋環(huán)面蝸桿5嚙合傳動(dòng)，形成兩組具有蝸桿同速、同向、同軸線3轉(zhuǎn)動(dòng)的定傳動(dòng)比i12 = i56非正交環(huán)面蝸桿副，由差速器殼體7輸入動(dòng)力并由右旋蝸輪2、左旋蝸輪6分別輸出動(dòng)力構(gòu)成非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器(如圖4)。 上述的非正交環(huán)面蝸桿副中，改變環(huán)面蝸桿1的頭數(shù)Zl或螺旋角e工和非正交環(huán)面蝸桿副的傳動(dòng)比112 = ^/^或軸交角2，可以改變非正交環(huán)面蝸桿副的正反向傳動(dòng)效率，當(dāng)傳動(dòng)效率n = 0時(shí)機(jī)構(gòu)自鎖。 上述的非正交環(huán)面蝸桿副制造方法中，環(huán)面蝸桿l可以是直廓環(huán)面蝸桿、平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、雙錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、漸開螺旋面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、漸開柱面包絡(luò)環(huán)面蝸桿或雙圓弧環(huán)面包絡(luò)環(huán)面蝸桿等，由產(chǎn)形面與環(huán)面蝸桿1螺旋面相同的環(huán)面滾刀8在滾齒機(jī)上保持軸交角為E 、中心距為a及安裝距Rp !^，加工出的蝸輪2與環(huán)面蝸桿1嚙合傳動(dòng)均可得到非正交環(huán)面蝸桿副。 上述的非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器中，改變軸交角E，或者改變右旋環(huán)面蝸桿1的頭數(shù)z工或螺旋角13工和傳動(dòng)比i12 = z"zp左旋環(huán)面蝸桿5的頭數(shù)z5 = Zl或螺旋角13 5=P工和傳動(dòng)比i56 = z6/z5 = i12亦隨著相應(yīng)變化時(shí)，可以改變輪系的傳動(dòng)效率，進(jìn)而改變非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器的理論鎖緊系數(shù)K，以便滿足車輛對(duì)差速器性能的要求。
上述的非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器中，為了提高承載能力和轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性在差速器殼體7上繞蝸輪軸線4均布p個(gè)行星蝸桿，p = 2、3、4、5、6，如圖5所示p = 3。
上述的非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器中，為了提高承載能力，行星蝸桿的右旋環(huán)面蝸桿1和左旋環(huán)面蝸桿5為硬齒面，與其對(duì)應(yīng)嚙合傳動(dòng)的右旋蝸輪2和左旋蝸輪6亦為硬齒面，由兩對(duì)硬齒面非正交環(huán)面蝸桿副構(gòu)成非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器，以便提高車輛的牽引力和驅(qū)動(dòng)功率。


圖1為非正交環(huán)面蝸桿副原理圖； 圖2為非正交環(huán)面蝸桿副俯視原理圖； 圖3為非正交環(huán)面蝸桿副的蝸輪加工原理圖； 圖4為非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器原理圖； 圖5為非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器的行星蝸桿配置原理圖。
具體實(shí)施方案 下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。
圖1所示的非正交環(huán)面蝸桿副由環(huán)面蝸桿1、蝸輪2構(gòu)成，環(huán)面蝸桿軸線3與蝸輪軸線4空間交錯(cuò)，兩軸線固定夾角E、0 <E< 90° ，兩軸線距離為嚙合傳動(dòng)中心距a，由滿足兩軸線空間位置關(guān)系及安裝距&、 R2相互嚙合傳動(dòng)的環(huán)面蝸桿1和蝸輪2構(gòu)成非正交環(huán)面蝸桿副(如圖2);環(huán)面蝸桿l的頭數(shù)zp螺旋角！^、環(huán)面半徑r，蝸輪2的齒數(shù)Z2，通過(guò)改變環(huán)面蝸桿1的頭數(shù)z工或螺旋角13工和非正交環(huán)面蝸桿副的傳動(dòng)比i12 = z2/Zl或軸交角E，可以改變非正交環(huán)面蝸桿副的正反向傳動(dòng)效率，當(dāng)傳動(dòng)效率n =0時(shí)機(jī)構(gòu)自鎖。環(huán)面蝸桿1為右旋時(shí)，取〈E、蝸輪2為右旋，環(huán)面蝸桿1可以設(shè)計(jì)為左旋，與其嚙合的蝸輪2亦為左旋。
非正交環(huán)面蝸桿副的制造方法包括①.環(huán)面蝸桿1的制造環(huán)面蝸桿1由常規(guī)
已有加工技術(shù)制成，切除軸向喉部一側(cè)不參加工作的部分或在毛坯制造時(shí)其喉部一側(cè)軸向另一部分未保留的半個(gè)常規(guī)的環(huán)面蝸桿制成，環(huán)面蝸桿1可以是直廓環(huán)面蝸桿、平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、雙錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、漸開螺旋面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、漸開柱面包絡(luò)環(huán)面蝸桿或雙圓弧環(huán)面包絡(luò)環(huán)面蝸桿等；②.蝸輪2的制造如圖3所示，取產(chǎn)形面與環(huán)面蝸桿1螺旋面相同的環(huán)面滾刀8安裝在滾刀架上，蝸輪毛坯9安裝在滾齒機(jī)工作轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)節(jié)滾刀架傾角為90° - E ，即滿足環(huán)面滾刀軸線10與蝸輪毛坯軸線11夾角為E 、0<E < 90，由安裝距&、&分別確定環(huán)面滾刀8和蝸輪毛坯9的軸向位置，調(diào)整兩軸線中心距等于嚙合傳動(dòng)中心距a，按環(huán)面蝸桿1和蝸輪2的傳動(dòng)比i12計(jì)算掛輪滾比，環(huán)面滾刀8在滾齒機(jī)上將蝸輪毛坯9加工成蝸輪2，由加工出的蝸輪2與環(huán)面蝸桿1保持軸交角為E 、中心距為a及安裝距&、&嚙合傳動(dòng)得到非正交環(huán)面蝸桿副。加工過(guò)程中滾刀架傾角為0°時(shí)，即環(huán)面滾刀軸線10與蝸輪毛坯軸線11夾角E二90。時(shí)，可得到普通環(huán)面蝸桿副。
圖4所示的非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器原理圖中，差速器殼體7上設(shè)置有空間交錯(cuò)的環(huán)面蝸桿軸線3和蝸輪軸線4，兩軸線夾角為E、 ！^〈E〈90。并且90° -1^〈E< 90° ，兩軸線距離為嚙合傳動(dòng)中心距a，右旋環(huán)面蝸桿1的螺旋角13 p右旋環(huán)面蝸桿1和與右旋環(huán)面蝸桿1旋向不同其它幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)完全相同的左旋環(huán)面蝸桿5同軸線固連構(gòu)成一個(gè)行星蝸桿，行星蝸桿在差速器殼體7上繞環(huán)面蝸桿軸線3轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，右旋蝸輪2和左旋蝸輪6分別與差速器殼體7同軸線4轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，具有同一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線4的右旋蝸輪2和左旋蝸輪6分別與右旋環(huán)面蝸桿1和左旋環(huán)面蝸桿5嚙合傳動(dòng)，形成兩組具有蝸桿同速、同向、同軸線3轉(zhuǎn)動(dòng)的定傳動(dòng)比i12 = i56非正交環(huán)面蝸桿副；由右旋蝸輪2、左旋蝸輪6兩同軸線4獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)的'中心輪'和繞軸線4轉(zhuǎn)動(dòng)的差速器殼體7為'系桿'以及相對(duì)差速器殼體7繞軸線3自轉(zhuǎn)并與差速器殼體7 —起繞軸線4公轉(zhuǎn)的行星蝸桿構(gòu)成雙自由度差動(dòng)輪系，其轉(zhuǎn)速關(guān)系為n7 = (n2+n6)/2，由差速器殼體7輸入動(dòng)力并由右旋蝸輪2、左旋蝸輪6分別輸出動(dòng)力構(gòu)成非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器。當(dāng)車輛直線行駛時(shí)，n2 = n6 = rv右旋環(huán)面蝸桿1和右旋蝸輪2、左旋環(huán)面蝸桿5和左旋蝸輪6沒(méi)有相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，即行星蝸桿沒(méi)有自轉(zhuǎn)只有公轉(zhuǎn)；當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)，112 = n7+An，n6 = n廠An， An > 0左轉(zhuǎn)彎，An < 0右轉(zhuǎn)彎，An ^ 0時(shí)右旋環(huán)面蝸桿1和右旋蝸輪2、左旋環(huán)面蝸桿5和左旋蝸輪6產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，行星蝸桿自轉(zhuǎn)同時(shí)公轉(zhuǎn)；當(dāng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)輪打滑時(shí)，差速器將限制該輪單邊速度突變。改變軸交角E，或者改變右旋環(huán)面蝸桿1的頭數(shù)Zl或螺旋角P i和右旋蝸輪2的齒數(shù)^、左旋環(huán)面蝸桿5的頭數(shù)z5 = Zl或螺旋角1^=1^和左旋蝸輪6的齒數(shù)z6 = z2亦隨著相應(yīng)變化時(shí)，可以改變輪系的傳動(dòng)效率，進(jìn)而改變非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器的理論鎖緊系數(shù)K，以便滿足車輛對(duì)差速器性能的要求；考慮到差速器殼體7受力平衡、差速器轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)性以及為了提高承載能力在差速器殼體7上繞軸線4均布p個(gè)行星蝸桿，p = 2、3、4、5、6，本實(shí)施例p = 3(如圖5);為了提高承載能力，行星蝸桿的右旋環(huán)面蝸桿1和左旋環(huán)面蝸桿5為硬齒面，與其對(duì)應(yīng)嚙合傳動(dòng)的右旋蝸輪2和左旋蝸輪6亦為硬齒面，由兩對(duì)硬齒面非正交環(huán)面蝸桿副構(gòu)成非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器，以便提高車輛的牽引力和驅(qū)動(dòng)功率。
權(quán)利要求
非正交環(huán)面蝸桿副包括，環(huán)面蝸桿(1)、蝸輪(2)，其特征在于，環(huán)面蝸桿軸線(3)與蝸輪軸線(4)空間交錯(cuò)，兩軸線固定夾角∑、0＜∑＜90°，兩軸線距離為嚙合傳動(dòng)中心距a，環(huán)面蝸桿(1)和蝸輪(2)保持安裝距R1、R2且滿足兩軸線空間位置關(guān)系嚙合傳動(dòng)。
2. 非正交環(huán)面蝸桿副制造方法包括，環(huán)面蝸桿(1)由常規(guī)已有加工技術(shù)制成，其特征在于，取產(chǎn)形面與環(huán)面蝸桿(1)螺旋面相同的環(huán)面滾刀(8)在滾齒機(jī)上加工蝸輪毛坯(9)，加工過(guò)程中環(huán)面滾刀軸線(10)與蝸輪毛坯軸線(11)夾角為E、(XE〈90。，兩軸線距離為嚙合傳動(dòng)中心距a及滿足安裝距IVR2，按環(huán)面蝸桿(1)和蝸輪(2)的傳動(dòng)比112滾切，將蝸輪毛坯(9)加工成蝸輪(2)，由加工出的蝸輪(2)與環(huán)面蝸桿(1)實(shí)現(xiàn)軸交角E、中心距a、安裝距Rp&嚙合傳動(dòng)。
3. 非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器，其特征在于，差速器殼體(7)上設(shè)置有空間交錯(cuò)的環(huán)面蝸桿軸線(3)和蝸輪軸線(4)，兩軸線夾角為E、 <E<90°并且90° -1^〈E<90° ，兩軸線距離為嚙合傳動(dòng)中心距a，右旋環(huán)面蝸桿(1)的螺旋角！^，右旋環(huán)面蝸桿(1)和與右旋環(huán)面蝸桿(1)旋向不同其它幾何參數(shù)和結(jié)構(gòu)完全相同的左旋環(huán)面蝸桿(5)同軸線固連構(gòu)成一個(gè)行星蝸桿，行星蝸桿在差速器殼體(7)上繞環(huán)面蝸桿軸線(3)轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，右旋蝸輪(2)和左旋蝸輪(6)分別與差速器殼體(7)同軸線(4)轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，具有同一轉(zhuǎn)動(dòng)軸線(4)的右旋蝸輪(2)和左旋蝸輪(6)分別與右旋環(huán)面蝸桿(1)和左旋環(huán)面蝸桿(5)定傳動(dòng)比i12 = i56嚙合傳動(dòng)，由差速器殼體(7)輸入動(dòng)力并由右旋蝸輪(2)、左旋蝸輪(6)分別輸出動(dòng)力。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的非正交環(huán)面蝸桿副，其特征在于，改變環(huán)面蝸桿(1)的頭數(shù)z工或螺旋角13工和非正交環(huán)面蝸桿副的傳動(dòng)比i12 = z2/Zl或軸交角E ，可以改變非正交環(huán)面蝸桿副的正反向傳動(dòng)效率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的非正交環(huán)面蝸桿副制造方法，環(huán)面蝸桿(1)可以是直廓環(huán)面蝸桿、平面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、雙錐面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、漸開螺旋面包絡(luò)環(huán)面蝸桿、漸開柱面包絡(luò)環(huán)面蝸桿或雙圓弧環(huán)面包絡(luò)環(huán)面蝸桿，其特征在于，由產(chǎn)形面與環(huán)面蝸桿(1)螺旋面相同的環(huán)面滾刀(8)在滾齒機(jī)上保持軸交角E、中心距a及安裝距RpI^，加工出的蝸輪(2)與環(huán)面蝸桿(1)均可實(shí)現(xiàn)非正交嚙合傳動(dòng)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器，其特征在于，改變軸交角E ，或者改變右旋環(huán)面蝸桿(1)的頭數(shù)Zl或螺旋角P i和傳動(dòng)比i12 = z"^、左旋環(huán)面蝸桿(5)的頭數(shù)z5 = Zl或螺旋角0 5=1^和傳動(dòng)比i56 = z6/z5 = i12亦隨著相應(yīng)變化時(shí)，可以改變非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器的理論鎖緊系數(shù)K。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器，其特征在于，在差速器殼體(7)上繞蝸輪軸線(4)均布p個(gè)行星蝸桿，p = 2、3、4、5、6。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器，其特征在于，行星蝸桿的右旋環(huán)面蝸桿(1)和左旋環(huán)面蝸桿(5)為硬齒面，與其對(duì)應(yīng)嚙合傳動(dòng)的右旋蝸輪(2)和左旋蝸輪(6)亦為硬齒面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非正交環(huán)面蝸桿副及其制造方法和由該蝸桿副構(gòu)成的非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器，屬于機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域；技術(shù)方案包括環(huán)面蝸桿(1)、蝸輪(2)，環(huán)面蝸桿軸線(3)與蝸輪軸線(4)空間交錯(cuò)，兩軸線固定夾角∑、0＜∑＜90°，兩軸線距離為嚙合傳動(dòng)的中心距a，由滿足兩軸線空間位置關(guān)系和安裝距R1、R2嚙合傳動(dòng)的環(huán)面蝸桿(1)和蝸輪(2)構(gòu)成非正交環(huán)面蝸桿副；非正交環(huán)面蝸桿副應(yīng)用于非90°空間交錯(cuò)軸線的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳動(dòng)，非正交環(huán)面蝸桿限滑差速器應(yīng)用于車輛軸間或輪間扭矩感應(yīng)自鎖式差速器。
文檔編號(hào)F16H48/06GK101776128SQ20101012064
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者任靜瑞, 楊寶玲, 焉君, 魏文軍 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)