双包环面滚珠蜗杆传动（简称SHG蜗杆传动，译为Double-enveloping ring-surface ball worm drive）属于机械传动，IPC类别F16H1/16，World Patents Index类别Q64。 与本发明相关的技术主要是滚珠蜗条传动和双包环（弧）面蜗杆传动。前者（见[1]、[2]、[3]）的蜗杆和蜗条的分度面均为圆柱面，滚珠在闭合回路中循环，回珠器在蜗杆内，齿面与滚珠间为滚动摩擦，实现转动和移动的变换;后者（见[4]、[5]、[6]）蜗杆与蜗轮直接接触，两者分度面均为环面，齿面间为滑动摩擦，实现交叉轴间转动的变换。滚珠螺旋传动（见[7]、[8]、[9]）和圆弧齿圆柱蜗杆传动（见[10]）也可供参考。
与本发明目的相近的新型传动有蠕动传动和1986年的苏联专利-有滚珠的蜗轮传动。前者1984年出现于美国，用多个可在轮体内转动的弹头形转子代替蜗轮轮齿，弹头形转子在弹力作用下与环面蜗杆啮合，承载力低，见[11];后者以圆轴直槽中的滚珠代替圆柱蜗杆的齿，滚珠与槽壁和蜗轮齿之间主要是滑动摩擦，不能算滚动蜗轮副，见[12]。
本发明的目的是：通过以滚代滑，克服滑动蜗轮副因相对滑动速度大而摩擦磨损严重的缺点，在承载能力足够的前提下提高传动性能和传动精度，节约能量和有色金属。
SHG蜗杆传动是实现交叉轴间转动变换的滚动蜗轮副，其工作原理如图1所示。图中弧面蜗杆1和蜗轮2的齿面与固定的哈夫罩壳3的内壁形成螺旋通道，内装适量滚珠4作为中间传动体，主动件转动时其齿面推动滚珠在螺旋通道内滚动，从而推动从动件转动。滚珠返回通道设在蜗杆内部，图中返回通道在镶嵌式回珠器5上，构成滚珠可其中循环的闭合回路，滚珠返回时越过蜗轮齿顶。每一回路称为一列，图中3列，每列一圈，各列回珠器沿圆周错开一定角度。为提高承载能力，列数可适当增加。一般采用单线蜗杆，齿的圈数n＞4，蜗轮齿数约为10n。
SHG蜗杆传动的蜗杆和配偶蜗轮的材料均为钢，分度面均为环面，其法向齿廓如图2所示，可为直线（图a）、单圆弧（图b）、双圆弧（图c）或其它曲线，其接触角一般可取α＝45deg。直线齿廓工艺性好，曲线齿廓承载能力强。次要传动可用软齿面，精密、高速、重载时用硬齿面。切齿可在专门机床或经改装地齿轮机床上进行，例如蜗杆可按图3所示方案在滚齿机上切齿：图中蜗杆毛胚1装在原滚刀位置上，刀具2装在原轮胚位置上，与法向齿廓形状相同的切削刃边置于齿的法面内，λ为蜗杆喉部升角，i＝ω1/ω2＝Z2/Z1。图a为车削直线齿廓，图b为磨削双圆弧齿廓。为防止过切，砂轮环面曲率半径应小于齿面的曲率半径。铣削齿面时以铣刀代替砂轮。蜗轮切齿与加工蜗杆相似，可用飞刀或适当形状（与蜗杆外形不同）的滚刀，磨齿时砂轮环面母线相当于飞刀刀刃。Bostock-Renk和SG-71等蜗杆的加工技术可作参考。
镶嵌式回珠器（包括用塑料制造的浮动镶嵌式）结构简单，径向尺寸和摩擦损失小，但回珠槽设计计算和加工较困难。图4所示的插管式回珠器工艺性好，但摩擦损失较大。图中钢管1压入蜗杆2内的通孔，斜截的两端管口伸出杆外连接相邻的螺旋通道并挡住滚珠，形成闭合回路，蜗轮和罩壳未画出。为使滚珠充满螺旋通道，可用单列多圈的键式回珠器如图5所示。图中回珠槽开在联接蜗杆3和传动轴2的键1上，蜗杆螺旋通道两端各有一径向孔与回珠槽相连，两端径向孔口各装一挡珠器4，形成闭合回路。这种回珠器的缺点是结构复杂和摩擦损失大。各回珠器材料均为钢，结构可参考滚珠蜗条传动。
为消除传动中的齿侧间隙，可采用原理如图6所示的双蜗杆消隙结构。改变图中调整环3的厚度并轴向并紧套在轴5上的两段蜗杆2和4，即可消除侧隙。用单圈2k列滚珠时，每段蜗杆各装k列;用单列多圈的键式回珠器时，每段蜗杆各装1列。
SHG蜗杆传动的承载能力主要取决于接触强度，主要失效形式是点蚀和表面塑性变形。增加承载滚珠数和滚珠直径、采用凹硬齿面等可提高承载能力。本传动应做成闭式以利防尘和润滑，必要时需要防逆转装置或措施。SHG蜗杆传动几何尺寸的确定、强度和效率的计算、材料和热处理以及公差和工艺要求等，均可参照文末有关资料。
由上述可见，本发明同时具有下列特征：（a）蜗杆和蜗轮的齿面间有滚珠作为中间传动体;（b）滚珠在闭合回路中循环;（c）回珠器在蜗杆内;（d）齿面与滚珠间为滚动摩擦;（e）蜗杆和蜗轮的分度面均为环面;（f）完成交叉轴间转动的变换。
与现有蜗杆传动相比，SHG蜗杆传动的优点是：
（1）传动效率高。有滚珠时当量摩擦角约为8′-12′，无预紧的效率η可高达95%以上。例如蜗杆平均分度圆直径为50mm、滚珠直径为3/16in时，η＝0.956。
（2）可用于增速。因蜗轮主动时的效率与蜗杆主动时相近。
（3）传动精度高。预紧消除了传动中的齿侧间隙，双包环面使制造的分度和齿形误差平均化，可实现精密分度。
（4）同步性能好。无传动间隙，摩擦死区和起步转矩小，可消除颤动与爬行。
（5）工作寿命长。总接触面积虽小于滑动蜗轮副，但钢-钢的抗接触能力高于钢-青铜材料配偶、同时啮合的齿较多且无滑动。其承载能力远大于蠕动传动。
（6）发热不严重。冷却散热装置可以简化。
（7）结构较紧凑。蜗杆单线时一般速比i＞40，蜗轮尺寸小。
（8）不耗有色金属。可节约青铜。
SHG蜗杆传动的主要缺点是齿面和回珠器的加工较困难。但齿面不需修形、升角λ小、α＝45deg又使齿间开敞，降低了工艺难度;回珠器则有现成工艺可资借鉴。
实现本发明的最佳方案为：先制造无预紧直线齿廓软齿面的SHG蜗杆传动，采用插管式或镶嵌式回珠器;再制造曲线齿廓硬齿面和有预紧的SHG蜗杆传动。与此同时，开展啮合过程和有关理论的研究，以指导和优化设计和工艺方案，逐步实现系列化、标准化和通用化。
SHG蜗杆传动可制成各种单独的增-减速器，也可作为传动或分度装置用于各种产品。
一般机械制造厂基本具备生产SHG蜗杆传动的能力，生产蜗杆减速器或滚珠丝杠的专业厂家生产SHG蜗杆传动尤为适合。
参考文献
[1]机床设计手册编写组：《机床设计手册》，卷3，机械工业出版社，1986，p.789-793。
[2]B.ф.Споматини И.Н.Чурин：“Конструкцияпередача червяк-рейка”，《Станки и ннстр-умент》，1976，No.9。
[3]北京机床厂等：“日本NSK滚珠蜗条”，《机床》，1977，No.7。
[4]齐麟等：《蜗杆传动设计》，下册，机械工业出版社，1987，p.3-417。
[5]杜厚金等：《平面二次包络环面蜗杆传动制造工艺》，四川科学技术出版社，1988。
[6]机械工程手册、电机工程手册编委会：《机械工程手册》，卷6，机械工业出版社，1982，p.32.253-32.262。
[7]程光仁等：《滚珠螺旋设计基础》，机械工业出版社，1987。
[8]同[1]，卷2，机械工业出版社，1980，p.457-514。
[9]同[6]，p.33.108-33.118。
[10]杨兰春：《圆弧齿圆柱蜗杆传动》，山西人民出版社，1984，p.134-280。
[11]E.F.Lindsley：Impossible squirm drive，Popular Science，Nov.，1984，p.76-78。
[12]V.YA.Tupikov：worm gear transmission unit with ball in worm shaft grooves，Soviet Inventions Illustracted，week 8622，july，1986.
说明书附图的说明
图1：键式回珠器的双包环面滚珠蜗杆传动。图中1-蜗杆，2-蜗轮，3-哈夫罩壳，4-钢珠，5-键式回珠器。
图2：滚道法向截形。图a为直线齿廓，图b为单圆弧齿廓，图c为双圆弧齿廓。
图3：蜗杆在滚齿机上切齿的方案。图a为车直线齿，图b为磨圆弧齿;图中1为蜗杆，2为刀具。
图4：插管式回珠器。图中1为钢管，2为蜗杆。
图5：键式回珠器。图中1为键，2为传动轴，3为蜗杆，4为挡珠器。
图6：双蜗杆消隙结构。图中1为圆螺母，2和4为蜗杆，3为调整环，5为轴。