專利名稱：一種雙漸開線蝸桿直接傳動機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
F16H－1／04。
在機(jī)械傳動領(lǐng)域里，蝸輪蝸桿傳動是一種主要的自鎖性傳動機(jī)構(gòu)。這種傳動機(jī)構(gòu)在傳動時，可以達(dá)到勻速的技術(shù)要求。但是在自鎖條件下效率低于50％。當(dāng)要求在自鎖條件下高效率時，蝸輪蝸桿傳動機(jī)構(gòu)就不能勝任。1960年美國專利NO.2，937，660和3，393，426提出了一種鮑氏雙蝸桿傳動機(jī)構(gòu)(Poppers Twinworm Drive)，來解決這種自鎖條件下的高效率問題。但是，由于該蝸桿的牙形為梯形、三角形與方牙等，鮑氏雙蝸桿傳動實(shí)質(zhì)上是一種雙螺桿直接傳動，所以它雖然克服了蝸輪蝸桿不能達(dá)到的在自鎖條件下的高效率，但卻又帶來了非勻速傳動的問題。而非勻速傳動使得這種機(jī)構(gòu)的應(yīng)用大大受到限制，滿足不了眾多勻速傳動機(jī)構(gòu)在自鎖條件下高效率的要求。
本實(shí)用新型就是針對蝸輪蝸桿傳動中的自鎖條件下效率低于50％，和鮑氏雙蝸桿傳動的非勻速，所提出的一種雙漸開線蝸桿直接傳動機(jī)構(gòu)。這種機(jī)構(gòu)既能滿足瞬時勻速傳動，又可做到在自鎖條件下等效率。
本實(shí)用新型是一種由兩個漸開線蝸桿或?yàn)榻茲u開線蝸桿直接嚙合的傳動機(jī)構(gòu)，其傳動速度比滿足i =ω1ω2=γb1Sinλb2γb2Sinλb1=Z1Z2=常數(shù)]]>
其中，ω1，γb1，λb2，Z1——主動蝸桿1的角速度，基園半徑，基園螺旋升角與頭數(shù)。
ω2，γb2，λb2，Z2——被動蝸桿2的角速度，基園半徑，基園螺旋升角與頭數(shù)。
若不采用準(zhǔn)確的漸開線蝸桿，而用近似漸開線蝸桿，則上述關(guān)系式是近似的。
由式(1)可知，本實(shí)用新型可達(dá)到勻速。根據(jù)兩個蝸桿的頭數(shù)比，又知這種機(jī)構(gòu)降速小，甚至可以是升速。而蝸輪蝸桿傳動只能是很大的降速。
本實(shí)用新型的基本原理設(shè)φ為兩漸開線蝸桿軸線交叉角。由于兩個蝸桿的螺旋方向始終相反，故φ＝λ2－λ1(2)其中λ1，λ2——主動與被動蝸桿的分園螺旋升角，且λ2＞λ1(3)

其中αn——法向壓力角。
因兩個蝸桿的螺旋方向相反，則齒面滑動速度為VS＝V1(Sinψ)/(Sinλ2) (5)由于雙漸開線蝸桿直接傳動的軸線交叉角φ小，因此，齒面滑動速度小，兩蝸桿耐用。
若將效率用輸出與輸入功率比表示，則τ=Pt2V2Pt1V1=Cosρ1Cosρ2Sin(λ2+ρ'-ρ2)Sin(λ1+ρ'+ρ1)Sinλ1Sinλ2(6)]]>其中，Pt1Pt2為當(dāng)蝸桿1為主動件時兩蝸桿的切向分力，V1，V2為主動蝸桿1與被動蝸桿2的分園線速度。ρ′為蝸桿齒面當(dāng)量摩擦角，如果兩個蝸桿的軸承皆為滾動軸承，且它們的軸承與軸肩摩擦角ρ1與ρ2都很小，即ρ1＝ρ2＝0則效率公式化為τ=Sin(λ2+ρ')Sinλ1Sin(λ1+ρ')Sinλ2(7)]]>由式(2)則得τ=Sin(ψ+λ1+ρ')Sinλ1Sin(λ1+ρ')Sin(ψ+λ1)(8)]]>由此得知雙漸開線蝸桿直接傳動機(jī)構(gòu)，高效率的原因是軸線交叉角φ小。即在自鎖條件λ1≤ρ′時，由于軸線交叉角φ小，效率仍能高于50％。這就突破了工程科學(xué)中公認(rèn)的定論。
若兩蝸桿軸互相垂直交叉，因φ＝90°則效率公式化為
ε90°＝ (tgλ1)/(tg(λ1+ρ′)) (9)此式與眾所周知的蝸輪蝸桿傳動的效率公式相同。所以軸線交叉角φ大到90°時，如果自鎖，則效率亦低于50％。
本實(shí)用新型中漸開線蝸桿的齒形為漸開線齒形，或?yàn)榻茲u開線蝸桿的齒形。其參數(shù)與汽車的里程表主動齒輪(多頭蝸桿)一樣，即與螺旋齒輪的參數(shù)相同。其嚙合齒面可為經(jīng)過淬火的硬齒面，亦可為不淬火的軟齒面；這比蝸輪蝸桿傳動中的蝸輪面僅為軟齒面優(yōu)越。
改變λ1，λ2，ρ′，ρ1，ρ2與φ之間的函數(shù)關(guān)系，可使該機(jī)構(gòu)處于常規(guī)自鎖、雙鎖和全鎖。
本實(shí)用新型當(dāng)φ＝3°～5°，且λ1≤ρ′，該傳動機(jī)構(gòu)處于常規(guī)自鎖，其嚙合效率高于50％。
當(dāng)φ＝1°左右，且λ1≤ρ′＋ρ1和λ2≥ρ′－ρ2，該傳動機(jī)構(gòu)處于雙鎖，其嚙合效率為90％左右。
當(dāng)φ＝1°左右，且λ1≤ρ′＋ρ1和λ2≤ρ2－ρ′，該傳動機(jī)構(gòu)為全鎖。
雙漸開線蝸桿直接傳動機(jī)構(gòu)的自鎖有三種常規(guī)自鎖，雙鎖(又稱二階自鎖)與全鎖(又稱三階自鎖)。
常規(guī)自鎖是運(yùn)動不能倒傳。雙鎖是不僅運(yùn)動不能倒傳，而且一當(dāng)運(yùn)動倒轉(zhuǎn)，則本來的正傳動立即停止。以起重為例，就是重物不僅升到哪里就停在哪里，并且能升不能降。因此雙鎖傳動必須滿足一定條件，才能又能升又能降。全鎖是兩個蝸桿誰也帶不動誰。
根據(jù)自鎖是無論主動力多大都不能使構(gòu)件運(yùn)動的現(xiàn)象，故得數(shù)學(xué)表達(dá)式如下常規(guī)自鎖 Pt′2＝∞ (10)

式中Pt′2與Pt′1——蝸桿2為主動件時，蝸桿2與蝸桿1的切向分力。
(1)常規(guī)自鎖條件為λ1≤ρ′＋ρ1(13)即常規(guī)自鎖與被動蝸桿2的軸承肩摩擦角ρ2無關(guān)。
當(dāng)主動蝸桿1的軸承軸肩摩擦角很小時，即ρ1＝0，則常規(guī)自鎖條件為人們熟悉的下式λ1≤ρ′ (14)(2)雙鎖條件為

若主動蝸桿1的軸承為滾動軸承，且軸承軸肩摩擦角很小，由于ρ1＝0，這時的雙鎖條件化為

這說明為了高效率采用小的軸線交叉角φ時，不僅λ1≤ρ′，而且λ2也小于ρ′，但是滿足式(16)，則雙鎖傳動。
(3)全鎖條件為

即當(dāng)被動蝸桿2的軸承軸肩摩擦角ρ2很大時，兩個蝸桿誰也帶不動誰。于是本實(shí)用新型成為需要同時使兩個蝸桿均為主動件，才能運(yùn)動的安全傳動機(jī)構(gòu)。


圖1為雙漸開線蝸桿直接傳動機(jī)構(gòu)。圖中(1)主動蝸桿1(左旋)，(2)被動蝸桿2(右旋)，(3)蝸桿1的升角λ1，(4)蝸桿2的升角λ2，(5)軸線交叉角φ，(6)蝸桿1的角速度ω1，(7)蝸桿2的角速度ω2，(8)蝸桿1的分園線速度V1，(9)蝸桿2的分園線速度V2，(10)蝸桿齒面滑動速度VS。
本實(shí)用新型在傳動中可達(dá)到勻速、自鎖和高效率。這種機(jī)構(gòu)降速小，甚至可以是升速；齒面滑動速度小，因而耐用；嚙合齒面可為經(jīng)過淬火的硬齒面，亦可為不淬火的軟齒面；這些皆比蝸輪蝸桿傳動優(yōu)越。本實(shí)用新型可用于各種機(jī)器、機(jī)械、儀器與控制技術(shù)中。
權(quán)利要求1.一種雙漸開線蝸桿直接傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于由兩個漸開線蝸桿直接嚙合組成，其傳動速度比滿足i =ω1ω2=γb1Sinλb2γb2Sinλb1=Z1Z2=常數(shù)]]>傳動為勻速傳動；改變λ1，λ2，ρ′，ρ1，ρ2與ψ間的函數(shù)關(guān)系，可使該機(jī)構(gòu)處于常規(guī)自鎖、雙鎖和全鎖；λ1，λ2，ρ′，ρ1，ρ2與ψ間的函數(shù)關(guān)系為a、當(dāng)ψ=3～25°，且λ1≤ρ′，該傳動機(jī)構(gòu)處于常規(guī)自鎖，其嚙合效率高于50%；b、當(dāng)ψ=1°左右，且
該傳動機(jī)構(gòu)為雙鎖，其嚙合效率為90%左右；c、當(dāng)ψ=1°左右，且
該傳動機(jī)構(gòu)為全鎖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙漸開線蝸桿直接傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的漸開線蝸桿，其牙形為漸開線齒形，或?yàn)榻茲u開線蝸桿的齒形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙漸開線蝸桿直接傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的嚙合面為經(jīng)過淬火的硬齒面，亦可為不淬火的軟齒面。
專利摘要一種雙漸開線蝸桿直接傳動機(jī)構(gòu)，采用兩個漸開線蝸桿?；騼蓚€近似漸開線蝸桿直接嚙合，其齒面可為經(jīng)過淬火的硬齒面，亦可為不淬火的軟齒面(齒面可為磨出的，亦可為不磨的)。而且當(dāng)兩蝸桿軸線交叉角不同時，該傳動機(jī)構(gòu)可處于常規(guī)自鎖、雙鎖和全鎖。本實(shí)用新型傳動勻速、耐用、降速小甚至可以是升速。可做到自鎖條件下的高效率?？捎糜诟鞣N機(jī)器、機(jī)械、儀器與控制技術(shù)中。
文檔編號F16H1/04GK2042910SQ88204440
公開日1989年8月16日 申請日期1988年4月8日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月8日
發(fā)明者金精 申請人:西安交通大學(xué)