[发明专利]滚子传输和传动机构

说明书

技术领域

本发明涉及一种滚子(滚动体)传输(传递)和传动机构(rollertransmission and gearing mechanism)，其包括驱动体、具有相应的中心或中心轴线的滚子装置以及从动体，其中驱动体通过滚子装置接合到从动体，驱动体和从动体被引导成进行具有单自由度的运动，驱动体和从动体上均限定有相应的滚子引导轨道，所述轨道接触滚子装置并确定滚子装置相对于相关体的相对运动，滚子装置沿相应的滚动曲线接触滚子引导轨道，滚子引导轨道在相应成对的限制表面处起始和终止于驱动体和从动体，滚子装置沿它们相关的滚子引导轨道运动，其中驱动体和从动体的角色可互换。

背景技术

动力传输和传动系统对于机械工程行业而言十分重要，并且存在多种可利用的动力传输和传动系统。它们中大多数的特征尤其在于其传动比、最大可传输动力、其结构设计和尺寸，特别是驱动体和从动体的相对位置和大小，从动体相对于驱动体的旋转方向的可变换性，及最后但并非不重要的动力传输效率。

例如，蜗轮传动装置以其特别低的动力传输效率而众所周知。它们由于其接触表面之间的大量滑动所导致的摩擦能量损失而消耗大量的能量。过去已提出了各种提议，通过在蜗杆槽和蜗轮齿的接触表面之间引入滚珠来降低滑动的程度。这样蜗杆和蜗轮不再直接接触，但它们之间的接合经一组滚珠建立。滚珠在处于接合位置时沿蜗杆和蜗轮之间的路径运动。当它们到达路径的端部时，它们离开路径并脱离接合。然后它们经由外部装 置被导回到路径的起点，在那里它们重新建立接合。

这类提议可见于例如美国专利3,365,974、2,664,760、4,656,884和4,283,329。但是，这些设计并不能带来从应用滚珠而可预期的全部优点，这是因为不满足滚珠的纯滚动运动的条件。在缺少这些条件的情况下，滚珠被迫沿它们的轨道进行大量滑动，并由于严重的摩擦能量损失而导致非最佳的传输效率。

对于用于线性运动的典型的滚珠丝杠，例如用于机床中的工作台运动的滚珠丝杠，滚珠的纯滚动运动条件自动地得到满足。这样一种设计例如示出在US 6,092,434的图3中。这是因为驱动体和从动体具有共线的或共同的旋转轴线，并且滚子引导轨道是同心的。就滚子的纯滚动运动而言，这是因其小的摩擦能量损失和纯滚动运动的其它优点而得以广泛使用的滚子传输和传动系统的仅有的已知示例。在这种运动中，驱动体和从动体均由相应的滚子引导轨道设置，并且滚珠沿这些引导轨道滚动并沿相应的滚动曲线接触所述轨道。在每一时刻，每个滚珠接触驱动体的滚动曲线的一个接触点和从动体的一个点。由于滚动曲线是同轴的螺旋线(螺线)，因而它们之间的距离是恒定的。驱动体上的滚动曲线的任意点与从动体上的滚动曲线之间的距离可已知地从几何定律确定，即，如果我们将所述点与从动体上的滚动曲线的不同点相连，则这些连线中的最短者被定义为所述距离。对于同轴的滚动曲线而言，该距离对于两条滚动曲线的所有点来说都是相同的。如果滚动曲线不同轴并且具有不同于规则螺旋形的形式，则这些条件不满足。

但是，实际上，所述同轴类型的滚珠丝杠仅能用于将旋转运动转化为沿平行于旋转轴线的路径的线性运动，使得它们无法用于提供更多自由度的运动，例如沿二维或三维路径的运动；并且由于这种限制，这种特殊的传动系统并未得到普遍而广泛的应用。

应用最广的传动机构一般是使用带有齿的轮的机构。其具有多种优点及很少的缺点。缺点之一在于，啮合(接合)系数、即在任意给定时刻同时接触的齿的数量较少且不能显著增加。这意味着机械载荷集中在少数相 啮合的齿上，且由此最大可传输动力相比于尺寸和所用的空间来说较小，并且难于显著提高。除了对最大可传输动力的限制之外，也没有多少用于操作的空间来改变驱动轴和从动轴之间的距离和角度。这种设计的另一个约束在于，对于给定的连接轮的构型，所述轮的相对旋转方向是预先确定的。为了改变相对旋转方向，必须在所述轮之间插入额外的轮。这一方面增大了装置的尺寸，另一方面带来了额外的摩擦能量损失。齿轮的一个最重要的缺陷在于，由于轮的连接齿在它们大部分的啮合时间内都在彼此上滑动而导致的摩擦能量损失。这使得即使施加了适当的润滑也会显著降低动力传输效率。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种新型的传输和传动机构，其可解决现有传输和传动系统的大部分上述缺点和限制，具有较高的动力传输效率，需要较小的空间并且可传输更高的转矩。

为实现该目的，根据本发明，已认识到应当提供这样一种新型的滚动传输和传动机构，其中在驱动体、滚动体和从动体之间实现纯滚动运动。