一种多级超环面行星蜗杆传动机构及其关键件的加工方法.pdf

本发明涉及一种多级超环面行星蜗杆传动机构及其关键件的加工方法。所述的传动机构由多级(至少两级)超环面行星蜗杆传动机构相互串接而成，其特征是：在每一超环面行星蜗杆传动机构中，都有定子、中心蜗杆和固接在行星架上的弧面挡块全方位围住滚动钢球使之保持不掉；另外，在定子和中心蜗杆螺旋槽道的底部中央，还设有半径为r的弧形沟槽。所述的加工方法包括选用角度可调的角度头，将它安装在五轴数控铣床的主轴上，依编定程序加工出定子内腔中的螺旋槽道。本发明传动机构的优点在于：可以紧凑结构实现特大(1000以上)传动比，工作可靠且使用寿命长；本发明加工方法的优点在于：为社会提供了有效的、工程化的制造技术，便于推广应用。

1.  一种多级超环面行星蜗杆传动机构，它由多个包含有行星轮、中心蜗杆、滚动钢球、定子及行星架的超环面行星蜗杆传动机构相互串接而成，其特征是：上一级传动机构行星架的末端一直延伸到下一级传动机构行星架的内腔，并在当处获得轴承的支撑；在每一超环面行星蜗杆传动机构中，都有定子、中心蜗杆和固接在行星架上的弧面挡块全方位围住滚动钢球，使之得以保持不掉；另外，在所述定子和中心蜗杆螺旋槽道的底部中央，还设有半径为r的弧形沟槽以利机构运行。

2、  根据权利要求1所述的一种其多级超环面行星蜗杆传动机构，其特征是，在每一超环面行星蜗杆传动机构中，所述的行星轮数量至少是两个，且它们沿周向均匀分布，而所述的定子则由上半定子和下半定子拼合而成。

3、  一种多级超环面行星蜗杆传动机构关键件定子的加工方法，其特征是：选择规格合适且角度可调带球头刀具的市售角度头安装在五轴数控铣床的主轴上，依编定程序加工出定子内腔中的螺旋槽道，所述的编程要点是首先在工件坐标系中算出任意节点的刀具位置矢量，而从滚动钢球球心指向行星轮中心的方向就是刀具位置矢量的空间方向，引入全套后置计算参数，通过坐标变换即可得到机床坐标系中各节点的运动指令。

4、  根据权利要求3所述的超环面行星蜗杆传动机构关键件定子的加工方法，其特征是，精加工时，的述球头刀具的球头半径等于超环面行星蜗杆传动机构中滚动钢球的半径，滚动钢球中心走过的轨迹就是球头刀具球心的行进轨迹，但在每一螺旋槽道的进口和出口处，均各有一段螺旋槽道是单边槽壁接触滚动钢球，故对这种区段应做修型处理。

一种多级超环面行星蜗杆传动机构及其关键件的加工方法
技术领域
本发明涉及一种多级超环面行星蜗杆传动机构及其关键件的加工方法。
背景技术
1968年，美国Coulter公司总裁M、R、Kuehnle获得一项名为“ToroidalTrasmission”的美国发明专利，该发明将滚动接触技术与行星蜗杆传动技术融为一体，原理上具有传动比大、噪声小、结构紧凑等优点，但制造难度很大，后来，前西德亚深大学派出由H、Peeken教授领导的一个研究小组和美国Coulter公司共同研究4年，首台试验样机才于上世纪80年代初期问世。1981年11月，美国的M、R、Kuehnle又获得了一项名为“Mechanical power transmission methodand means”的美国发明专利，这种传动机构虽于几年前在美国开始试用，但由于应用实例极少，仍处于探索阶段，机构中关键件定子内部螺旋槽道的加工难度最大，制造相应的专机很不容易，再加上专机不具备制造的柔性，极大地阻碍了该种传动机构的方案实施。从1982年开始，国内一些单位也就此展开了研究，但只偏重于啮合原理及优化设计，缺乏有效的工程化的设计和制造技术。
发明内容
本发明的目的，就是要提供一种多极超环面行星蜗杆传动机构及其关键件定子的加工方法，以便于该种先进机构能够获得广泛应用。
本发明的技术方案是—一一种多级超环面行星蜗杆传动机构，它由多个包含有行星轮、中心蜗杆、滚动钢球、定子及行星架的超环面行星蜗杆传动机构相互串接而成，其特征是：上一级传动机构行星架的末端一起延伸到下一级传动机构行星架的内腔，并在当处获得轴承的支撑；在每一超环面行星蜗杆传动机构中，都有定子、中心蜗杆和固接在行星架上的弧面挡块全方位围住滚动钢球，使之得以保持不掉；另外，在所述定子和中心蜗杆螺旋槽道的底部中央，还设有半径为r的弧形沟槽以利机构运行。
此外，在每一超环面行星蜗杆传动机构中，所述的行星轮数量至少是两个，且它们沿周向均匀分布，而所述的定子则由上半定子和下半定子拼合而成。
一种多级超环面行星蜗杆传动机构关键件定子的加工方法，其特征是：选择规格合适且角度可调带球头刀具的市售角度头安装在五轴数控铣床的主轴上，依编定程序加工出定子内腔中的螺旋槽道，所述的编程要点是首先在工件坐标系中算出任意节点的刀具位置矢量，而从滚动钢球球心指向行星轮中心的方向就是刀具位置矢量的空间方向，引入全套后置计算参数，通过坐标变换即可得到机床坐标系中各节点的运动指令。
另外，精加工时，所述球头刀具的球头半径等于超环面行星蜗杆传动机构中滚动钢球的半径，滚动钢球中心走过的轨迹就是球头刀具球心的行进轨迹，但在每一螺旋槽道的进口和出口处，均各有一段螺旋槽道是单边槽壁接触滚动钢球，故对这种区段应做修型处理。
本发明传动机构的优点在于：能够实现特大的传动比(1000以上)，工作可靠、结构紧凑且使用寿命长，在结构上取消了美国发明机构中的滚动钢球保持架，即简化了结构，又更有利于滚动钢球与定子内腔螺旋槽道的啮合；在定子和中心蜗杆螺旋槽道的底部中央安排半径为r的弧形沟槽，一可以优化滚动钢球与槽道的啮合位置，二有利于储存润滑油，三还有利于提高加工质量。
本发明加工方法的优点在于：为社会提供了有效的、工程化的制造技术，便于推广应用。
附图说明
图1是一种两级超环面行星蜗杆传动机构的结构示意图。
图2是本发明传动机构之定子内腔中螺旋槽道截面的示意图。
图3是本发明传动机构之中心蜗杆截面的示意图。
图4是市售角度头的结构示意图。
图中，1、8—行星轮，2、9—中心蜗杆，3、10—滚动钢球，4、11—上半定子，5、12—下半定子，6、13—弧面挡块，7、14—行星架，R—螺旋槽道半径、r—弧形沟槽半径。
具体实施方式
图1是一套两级超环面行星蜗杆传动机构，它可用作1.5～2.0兆瓦等级风力发电机组的偏航减速器，总减速比1400，第一级减速比50，定子外径280mm，第二级减速比28，定子外径400mm。该机构的旋转运动由第一级的中心蜗杆2输入，带动本级联于行星架7的至少两个行星轮1转动，通过定子4和5的螺旋槽道与传动机构中上滚动钢球3的啮合带动行星架7的旋转从而实现本级运动的减速输出；而第一级的输出就是第二级的输入。由图1可见，第一级行星架7的末端一直延伸到第二级行星架14的内腔，并在该处获得轴承的支撑，最终的输出轴为第二级的行星架。
加工上述传动机构关键件定子内腔的螺旋槽道时使用一台普通的五轴立式数控铣床。该数控铣床有X、Y、Z三个直线运动轴，安放工件的工作台绕Z轴可作360°旋转，此为C轴；主轴上的刀具绕机床上的旋转中心摆动，此为B轴。选用角度可以调整的角度头(如图4所示)，角度头上的刀具轴线方向调为80°左右，以便覆盖定子螺旋槽道加工的全部区间；角度头上的刀具为球头刀具，精加工时，刀具的球头半径即为传动机构中滚动钢球的半径，也就是图2和图3中的R。