本發(fā)明屬于機械傳動領(lǐng)域，廣泛應(yīng)用于空間交錯兩軸之間的傳動，運動可以是減速或增速,最常見的是軸交角Σ=90度的減速運動，蹤跡遍布于各種各類機械之中，有重型動力傳輸,也常用于工作母機和精密儀器的精密分度傳動。

背景技術(shù)：

蝸桿蝸輪傳動在機械設(shè)備中應(yīng)用非常廣泛，主要優(yōu)點是傳動平穩(wěn)，振動沖擊很小，噪音很低，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，傳動速比大，一次減速比一般為5～70，最大可達(dá)數(shù)百。

蝸桿傳動的主要缺點是：傳動過程中蝸桿螺牙與蝸輪螺牙側(cè)面的滑動摩擦力很大，造成發(fā)熱快、溫升高、能耗大、效率低，也是造成蝸桿蝸輪傳動失效的根本原因。為了保留蝸桿傳動的優(yōu)點、又能克服其缺點，近幾十年來，不少人將滾動技術(shù)應(yīng)用到蝸桿蝸輪傳動中，出現(xiàn)了多種類型的滾珠蝸桿蝸輪傳動方式，國家也授予了發(fā)明者十幾項專利權(quán)。

在已經(jīng)提出的多項傳動方式中，最值得關(guān)注的還是外形滾道槽和現(xiàn)行蝸桿副相同的滾珠蝸桿副，其特征是蝸桿蝸輪的外緣都設(shè)置有螺旋槽、槽的法向截面為單圓弧、雙圓弧、直廓槽（也有稱梯形），蝸桿外形有圓柱、也有環(huán)面，包絡(luò)方式有單包絡(luò)、也有雙包絡(luò)。同一副蝸桿蝸輪的螺旋槽截面尺寸相同，裝配時兩者槽口相對齊，組成多排螺旋管，管內(nèi)布滿滾珠，兩者槽頂分布于滾珠中心兩側(cè)，蝸桿通過滾珠與蝸輪嚙合，蝸桿旋轉(zhuǎn)時由于螺旋側(cè)面的推壓作用，帶動滾珠旋轉(zhuǎn)滾動，滾珠在螺旋槽內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，其軸向移動分量必然帶動蝸輪做旋轉(zhuǎn)運動，用這種方式實現(xiàn)蝸桿蝸輪的滾動嚙合傳動，其原理與滾珠絲杠副有相同之處，目前雖無成熟產(chǎn)品，但可行性很高，成功幾率很大，現(xiàn)有蝸桿蝸輪加工設(shè)備也基本能滿足需要。

目前的關(guān)鍵問題是滾珠的循環(huán)回流方式存在問題較多，缺乏實用性。因此，一些專利雖已公布十幾年到二十多年，迄今仍未投入實用，市場更無此類商品出售。

在此列出幾種已經(jīng)公告的專利技術(shù)方案進(jìn)行分析，探討其中滾珠循環(huán)回流方式的缺點和問題，這也是本發(fā)明提出時所直接面對的背景技術(shù)。

①公告號：CN1403726A 發(fā)明專利 滾珠蝸輪蝸桿傳動裝置

②公告號：CN102338195A 發(fā)明專利 一種滾珠蝸輪蝸桿傳動副

③公告號：CN2107567U 實用新型 滾珠蝸桿

④公告號：CN1039090A 發(fā)明專利 雙包環(huán)面滾珠蝸桿傳動

①②兩項專利都是滾珠在蝸輪內(nèi)循環(huán)，兩者滾珠都是在蝸輪螺旋槽和兩側(cè)蓋板內(nèi)的半圓形滾道槽及蝸輪內(nèi)的軸向孔組成的通道內(nèi)循環(huán)回流，不同的是第①項蝸輪兩側(cè)的端蓋外形是兩個半圓圈，圈的截面是凹形半圓槽，在整圈的半圓環(huán)槽徑向分成數(shù)量與蝸輪螺旋槽數(shù)相等的半圓槽，且裝配時相互對應(yīng)，蝸輪兩側(cè)則是兩個凸形光滑半圓圈，頂面中間是螺旋槽，蝸輪兩側(cè)有兩排軸向孔，外圈是通孔，內(nèi)圈是半圓通孔，文字說明內(nèi)圈是滾道孔，圖形則清楚顯示外圈是滾道孔。第②項兩側(cè)端蓋是圓盤形，盤的一側(cè)平面也設(shè)有半圓形槽，蝸輪的滾珠循環(huán)通孔是一排（大件）或者兩排（小型蝸輪），蝸輪本身兩側(cè)面還設(shè)置徑向半圓形通道槽。

上述兩個文件的技術(shù)方案有如下缺點：

一、加工制造困難，生產(chǎn)成本高。蝸輪兩側(cè)與端蓋都采用半圓弧槽加工費時，工藝性不太好，特別是文件①中的端蓋，形狀特殊，又是薄殼件，生產(chǎn)中還需要配備專用工藝裝備，生產(chǎn)成本高。兩者都要求端蓋徑向滾道槽外端與蝸輪螺旋槽口對齊，內(nèi)端與蝸輪內(nèi)軸向滾道通孔對正，然而當(dāng)端蓋蓋上后，這些槽端和軸向滾道通孔肉眼看不見，裝配時稍微偏一點都會引起滾珠進(jìn)出障礙。同樣，文件②蝸輪兩側(cè)和端蓋都有徑向輻射狀半圓滾道槽，兩半圓槽的形狀位置誤差一定會要求很嚴(yán)，稍有偏差，或裝配時稍有錯位，槽口未對齊，不成正圓孔，必將造成滾珠流動障礙，甚至無法流動。還有軸向通道孔中心要求與蝸輪中心平行，然而蝸輪螺旋槽中心與蝸輪中心有一螺旋角，因此按照文件設(shè)計的兩側(cè)孔槽肯定對不上。

二、實用范圍被嚴(yán)格限定。文件①的技術(shù)方案將使蝸輪的軸向長度增加較多，再加上大圓弧端蓋，使得整體結(jié)構(gòu)體積比現(xiàn)行蝸輪加大很多，應(yīng)用范圍會受到影響。文件②的方案中圓盤形端蓋僅適用于該文件設(shè)定的圓弧深溝滾道蝸輪（這種圓弧深溝滾道直徑和滾珠相同，槽深大于滾珠半徑，開口小于滾珠直徑）。不適用于具有本案所述特征的滾珠蝸桿蝸輪副，因為他的圓盤形端蓋邊緣只能到達(dá)滾珠最大直徑處，不能深入到蝸桿螺旋槽底部，無法引導(dǎo)滾珠循環(huán)回流。

文件③④都是滾珠在蝸桿內(nèi)循環(huán)的方案，也都存在一些不足之處，例如：文件③的蝸桿內(nèi)腔還增設(shè)一些附件，滾珠循環(huán)通道過于復(fù)雜，對傳動效率有不利影響,并且生產(chǎn)加工量增大，還需加大蝸桿直徑及一端的裝配尺寸。

文件④的滾珠循環(huán)方式中的第一種來自滾珠絲杠副，滾珠絲杠和螺母是整圓接觸，且有3～5列滾珠同時承載，由滾珠變軌而減少的受載滾珠數(shù)所占比例很少，對絲杠副的承載能力影響很小，而蝸桿上的滾珠所受的離心力不利于變軌運動，這和滾珠絲杠正好相反，因此必須減小變軌傾斜角度，增大變軌長度，而蝸輪上的螺旋槽很短，由于變軌而造成承載能力的降低不可小視，第二種循環(huán)回珠即插管式將造成的承載能力損失比第一種還大，這是蝸桿設(shè)計者很難接受的方案。第三種循環(huán)方式即鍵式回珠器看起來理論上較好，但蝸桿要分成蝸桿套與蝸桿兩件，蝸桿直徑增加較大，而蝸桿軸的剛度不好，蝸桿套與鍵的位置未有效固定。

還有些技術(shù)方案對蝸桿的工作轉(zhuǎn)速很高（一般都在1000r/min以上）注意不夠，滾珠循環(huán)運動的可靠性、安全性隱患較大，也有些設(shè)計工藝性不好，有些甚至無法加工制造。

所有滾珠在環(huán)面蝸桿中循環(huán)回流的已有專利，都忽略了一個重要事實：環(huán)面蝸桿螺旋槽到蝸桿中心的半徑是兩端大，中間小，因此槽內(nèi)滾珠移動的線速度便是中間慢，兩頭快。工作前螺旋槽內(nèi)布滿滾珠，蝸桿旋轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)這種現(xiàn)象：中點以前的滾珠越往前移動速度越快，如果前面無阻擋，則滾珠間的距離也越往前越大；相反，由于中點滾珠移動速度最慢，中點以后也應(yīng)是越往后移動速度越快，但有前面滾珠的阻擋不能前移，因此必然出現(xiàn)后半段滾珠的緊貼擠壓，并導(dǎo)致蝸桿-滾珠-蝸輪之間不能實現(xiàn)純滾動摩擦，必然伴生滑動摩擦，從而增大能耗，降低傳動效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的內(nèi)容和目的就是針對滾珠蝸桿蝸輪傳動中的關(guān)鍵技術(shù)——滾珠循環(huán)回流途徑和方法提出幾種結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、工作安全可靠的方案和措施，以滿足不同類型和用途的需要。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：一種滾珠蝸桿蝸輪副，其滾珠通過安裝在蝸輪兩側(cè)的弧形鉤齒導(dǎo)向盤、徑向滾道槽、調(diào)向弧面、軸向滾道通孔組成的環(huán)形通道，實現(xiàn)在蝸輪內(nèi)循環(huán)；蝸輪每一螺旋槽的滾珠都有一個獨立的循環(huán)通道，弧形鉤齒導(dǎo)向盤周邊的弧形鉤齒數(shù)量與蝸輪螺旋槽數(shù)相等，弧形鉤齒的齒尖在螺旋槽端口中心線上；蝸桿蝸輪裝配后，弧形鉤齒的齒尖伸入到蝸桿螺旋槽底部、蝸輪螺旋槽端口中心蝸輪端口平面下方約半個滾珠處，弧形鉤齒導(dǎo)向盤的環(huán)形平面與蝸輪側(cè)面的V形徑向滾道槽構(gòu)成滾珠的徑向通道，供滾珠通過而不會從旁邊掉出，蝸桿旋轉(zhuǎn)時，滾珠隨蝸桿推動蝸輪旋轉(zhuǎn)的同時快速沿蝸輪螺旋槽移動，當(dāng)脫離嚙合區(qū)后，在離心力作用下，沿著脫離點弧線的切線方向往外飛，此時弧形鉤齒因勢利導(dǎo)順利地將滾珠導(dǎo)入循環(huán)通道；此種滾珠循環(huán)回流方式適用于環(huán)面、柱面蝸輪和直齒、斜齒平面齒蝸輪；螺旋槽截面形狀可為單圓弧、雙圓弧或直廓槽形。

優(yōu)選地，蝸輪兩側(cè)的徑向滾道槽的法向截面是中間帶退刀槽的V型槽，直廓槽線，分長短兩種，呈輻射狀分布，長短交錯排列，徑向滾道槽的外端與螺旋槽端口對接，徑向滾道槽的中心線在螺旋槽端口中心點與蝸輪中心的連線上，內(nèi)端與軸向滾道通孔相接，軸向滾道通孔分列在兩個與蝸輪軸心同心的圓上，外同心圓的孔與短徑向滾道槽相連，內(nèi)同心圓上的孔與長徑向滾道槽相接，軸向滾道通孔的中心在同心圓線與徑向滾道中心線的交點上，蝸輪螺旋槽在蝸輪上有一螺旋升角，因而軸向滾道通孔是不與蝸輪軸線平行的斜孔；蝸輪螺旋槽兩端和軸向滾道通孔兩端與徑向滾道槽交接處都作了過渡圓弧。

優(yōu)選地，安裝在蝸輪兩側(cè)的弧形鉤齒導(dǎo)向盤的圓周上分布了與蝸輪螺旋槽數(shù)相等的弧形鉤齒，導(dǎo)向盤的中央是一個里大外小的弧形收縮錐體，在弧形鉤齒與弧形收縮錐體之間是一環(huán)形平面；導(dǎo)向盤的環(huán)形平面與蝸輪側(cè)面的V形徑向滾道槽構(gòu)成滾珠的徑向通道，在短徑向滾道槽內(nèi)移動的滾珠會在弧面調(diào)向塊的引導(dǎo)下進(jìn)入軸向滾道通孔，在長徑向滾道槽內(nèi)移動的滾珠會在導(dǎo)向盤的弧形收縮錐面的引導(dǎo)下進(jìn)入軸向滾道通孔，從軸向通孔到達(dá)蝸輪另一側(cè)面后，對面導(dǎo)向盤的弧面調(diào)向塊和弧形收縮錐面引導(dǎo)滾珠沿著對面的徑向通道前行經(jīng)弧形鉤齒進(jìn)入蝸桿蝸輪的螺旋槽，完成循環(huán)流動；弧形鉤齒導(dǎo)向盤按加工方法分為機械切削加工型和簿板沖壓成型。

本發(fā)明的技術(shù)方案產(chǎn)生的積極效果如下：

一、上述滾珠循環(huán)方案，涵蓋了各種類型滾珠蝸輪副的需求，能滿足生產(chǎn)使用的需要；

二、避免了現(xiàn)行滑動摩擦的缺陷，實現(xiàn)完整的高質(zhì)量的滾動傳動，為大幅提高滾珠蝸輪的傳動效率、節(jié)約能耗尋找了一條可行的途徑。

三、循環(huán)回流方案，具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)加工方便、不需研制增添任何新型設(shè)備，制造成本低廉。

四、完全省去大量有色金屬銅鋅鎳的使用，蝸輪完全采用價格比銅合金便宜數(shù)倍的鋼材制造，不僅可以降低生產(chǎn)成本，還可提高承載能力、延長使用壽命。

附圖說明

圖1是滾珠通過安裝于蝸輪兩側(cè)的弧形鉤齒導(dǎo)向盤、蝸輪兩側(cè)的徑向滾道槽和軸向滾道通孔，實現(xiàn)在蝸輪內(nèi)循環(huán)的滾珠蝸桿蝸輪副的裝配圖，是滾珠在蝸輪內(nèi)循環(huán)的另一種方式。

圖中：1-蝸桿，3-蝸輪，2-滾珠，11-弧形鉤齒導(dǎo)向盤，12-弧面調(diào)向塊，13-調(diào)向塊固定螺釘，14-弧形鉤齒導(dǎo)向盤固定螺釘，4-防護(hù)罩.

圖2是圖1中的蝸輪結(jié)構(gòu)型式圖，圖中顯示出蝸輪兩側(cè)徑向滾道槽和軸向滾道通孔的位置關(guān)系及形狀特點。7-徑向滾道槽；5、蝸輪螺旋槽；6-軸向滾道通孔。

圖3是弧形鉤齒導(dǎo)向盤，用來引導(dǎo)滾珠循環(huán)回流的導(dǎo)向件。有兩種型式。（a）是機械切削加工成型件；（b）是薄板沖壓成型。前者適用于單件小批量生產(chǎn)，后者適用大批量生產(chǎn)。

圖4是圖1中弧面調(diào)向塊12的示意圖，用來引導(dǎo)滾珠調(diào)換方向。

具體實施方式

一種滾珠蝸桿蝸輪副，如圖1、2、3、4所示，其滾珠通過安裝于蝸輪兩側(cè)的弧形鉤齒導(dǎo)向盤11、蝸輪本體兩側(cè)的徑向滾道槽7及槽內(nèi)端的弧面調(diào)向塊12（與短徑向槽相配）、或弧形收縮錐弧面（與長徑向槽相配）、軸向滾道通孔6實現(xiàn)在蝸輪內(nèi)循環(huán)（圖1）?；⌒毋^齒導(dǎo)向盤11是用弧形鉤齒導(dǎo)向盤固定螺釘14固定于蝸輪兩側(cè)，弧面調(diào)向塊12則是使用調(diào)向塊固定螺釘13安裝固定，特征是蝸輪本體在兩側(cè)制作了徑向滾道槽（圖2）。槽的法向截面是中間帶退刀槽的V型直廓槽面,高度小于滾珠半徑，開口小于蝸輪螺旋槽5的寬度，分長短兩種，呈輻射狀分布。長短交錯排列。槽的外端與螺旋槽口相連，槽的中心線在端口中心點與蝸輪軸心的連線上，內(nèi)端與軸向滾珠通孔相接，軸向滾道通孔分列在兩個與蝸輪軸心同心的圓上，外同心圓上的孔與短徑向滾道槽相連，內(nèi)同心圓上的孔與長徑向滾道槽相連，軸向滾道通孔的中心在同心圓線與徑向滾道中心線的交點上。

所述的弧形鉤齒導(dǎo)向盤安裝于蝸輪兩側(cè)（圖3），圓周分布了與蝸輪螺旋槽數(shù)相等的彎曲的弧形鉤齒，鉤齒中心對正螺旋槽端口中心，齒尖在螺旋槽端口中心端口平面下方約半個滾珠處，導(dǎo)向盤的中心是一個里大外小的弧形收縮錐體，兩者之間是環(huán)形平面，環(huán)形平面和蝸輪上的徑向V型滾道槽構(gòu)成滾珠的徑向通道，短徑向通道和內(nèi)側(cè)軸向滾道通孔的端口，用調(diào)向塊固定螺釘13安裝固定了弧面調(diào)向塊12，長徑向通道和內(nèi)側(cè)軸向滾道通孔端口緊貼導(dǎo)向盤的弧形收縮錐，蝸輪另一側(cè)的同樣位置也有同樣功能零件，此兩件的作用是引領(lǐng)滾珠進(jìn)出軸向滾道通孔。

具有上述結(jié)構(gòu)特征的滾珠蝸桿蝸輪副，當(dāng)蝸桿旋轉(zhuǎn)時，驅(qū)動力帶動滾珠推動蝸輪旋轉(zhuǎn)的同時，滾珠也沿著螺旋線往端口移動，當(dāng)滾珠脫離蝸輪螺旋槽嚙合區(qū)后，在離心力的作用下沿著脫離點圓弧切線方向飛出，此時弧形鉤齒已伸入到蝸桿螺旋底部滾珠的側(cè)面，便能因勢利導(dǎo)順利地將滾珠導(dǎo)入徑向通道，經(jīng)弧面調(diào)向塊或?qū)虮P的弧形收縮錐的引導(dǎo)進(jìn)入軸向滾道通孔，到達(dá)孔的另一端后在前述兩功能零件的引導(dǎo)下進(jìn)入徑向通道，然后進(jìn)入蝸輪螺旋槽，完成滾珠的循環(huán)回流。

蝸輪的外圓周設(shè)有防護(hù)罩4，確保滾珠不掉出，防護(hù)罩由兩個半圓環(huán)組成，其中一個半圓環(huán)開有缺口，以便蝸桿進(jìn)入與蝸輪嚙合，防護(hù)罩可固定在箱體底部（立式輸出）或者固定于箱體側(cè)壁上，用于蝸輪臥式安裝。

所述一種滾珠蝸桿蝸輪副，滾珠通過蝸輪兩側(cè)的弧形鉤齒導(dǎo)向盤在蝸輪內(nèi)循環(huán)，其弧形鉤齒導(dǎo)向盤圓周分布了與蝸輪螺旋槽數(shù)相等的弧線鉤齒，導(dǎo)向盤之導(dǎo)向面由外端的弧形鉤齒內(nèi)弧面、環(huán)形內(nèi)平面、盤中心的弧形收縮錐體組成。生產(chǎn)加工比較簡單，若是單件小批量生產(chǎn)可按照圖3(a)制造，毛坯可鑄造，機加工車銑即可完成；若是較大批量生產(chǎn)可按圖3(b)用薄板沖壓成型即可，成本低廉。

此種滾珠在蝸輪內(nèi)循環(huán)的方式，適用于圓柱、環(huán)面蝸輪和直齒、斜齒的平面齒蝸輪，蝸輪螺旋槽的截面型式可為單圓弧、雙圓弧或直廓槽型等。