專利名稱：滾珠行星傳動裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械工程和鉆孔設備，尤其是涉及用于使共軸的軸之間的旋轉速度變化的機械裝置。
背景技術：
一種現(xiàn)有的公知的循環(huán)滾珠行星傳動裝置包括一個箱體，該箱體內容納有被推力軸承支承的一主動軸和一從動軸，在該箱體內設置有三個共軸的圓柱形隔離圈，其中中間和內隔離圈被分別連接到從動軸和主動軸上；該內隔離圈的外表面和該外隔離圈的內表面上設有螺旋循環(huán)滾道，而中間隔離圈具有敞開的凹槽；滾珠被容納于所述凹槽內并被用以同時與所述螺旋循環(huán)滾道接觸，以及滾珠逸出滾道(SU，A1，1,525,375)。
然而，滾珠在與滾珠逸出滾道滑動接合時滾珠的沖擊進入會影響到傳動裝置的強度性能，并會對其旋轉速度施加限制。
另一種現(xiàn)有的公知的滾珠螺旋行星傳動裝置包括三個共軸的圓柱形隔離圈，其中的外和內隔離圈設有具有有效的(工作)段的螺旋循環(huán)滾道，這樣的循環(huán)滾道具有滾珠返回段，所述返回段位于與所述有效段的方向相反的位置，而中間隔離圈具有敞開的凹槽，滾珠被容納于所述凹槽內并被用以與其它兩個隔離圈上的循環(huán)滾道接觸(SU，A1，1,810,691)。上述傳動裝置實際上是本發(fā)明所有實施例的最接近現(xiàn)有技術。
上述傳動裝置具有足夠高的可靠性和速度。然而，由于滾珠沿著滾珠逸出滾道運動而存在非單調的變加速度運動，帶來的問題是導致在所述滾珠逸出滾道的共軛位置出現(xiàn)不正常的高度磨損，這就限制了所討論的傳動裝置的高速度。
已經有一些技術解決方案，目的在于通過使?jié)L珠逸出滾道具有特殊的形狀以此減少沖擊負載(比較，教科書“screw-type mechanismsand trains”(螺旋式機構和傳動裝置)，Moscow(莫斯科)，Mashinostroenie PH，1982，第130-137頁(俄語))。然而，迄今為止的技術解決方案沒能夠完全消除在滾珠逸出滾道全長范圍內的非單調變加速度。
發(fā)明概述本發(fā)明首要的和本質的目的在于提供一種具有更高的可靠性和使用壽命的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，能夠完全消除滾珠逸出滾道內的任何沖擊負載，是由于將所述滾道沿曲線設計成形，以致于在滾珠嚙合和脫離的情況下消除起始加速度，也包括沿滾珠逸出滾道的路徑上在滾珠的變形點。
本發(fā)明的一種循環(huán)滾珠行星傳動裝置包括三個共軸的圓柱形隔離圈，其中之一是固定的，內和外隔離圈具有工作的螺旋滾道和滾珠逸出滾道，它們定位于與循環(huán)滾道方向相反的方向，而中間隔離圈設有敞開的凹槽，滾珠被容納于所述凹槽內并用于與其它隔離圈的循環(huán)滾道相接觸。
所述內隔離圈的滾珠逸出滾道在其入口和出口的共軛點之間，該滾珠逸出滾道沿所述滾珠的一根中心軸線設置并且是由在局部坐標系中的方程式Y1，2＝aXn1，2所表示的曲線的兩個相似的鏡像部分；所述曲線之一與建立在所述螺旋循環(huán)滾道的延長線上的坐標系(X1，Y1)相關聯(lián)，而另一曲線與建立在所述螺旋返回滾道的延長線上的坐標系(X2，Y2)相關聯(lián)，兩個坐標系的參考點分別與螺旋循環(huán)滾道和螺旋滾珠逸出滾道在入口和出口處的中心線延長線的相交點間隔開，間距為L≥D/Zrcos，而且在所述曲線的共軛點處保持相同的切線傾角；其中X1，2-相應的局部坐標系從它們的坐標原點讀取的線段L部分的長度，n-大于2的整數(shù)，對于兩條共軛曲線n是相同的，D-滾珠中心圓周的直徑，-內隔離圈上的螺旋循環(huán)滾道相對于圓周方向的傾角，Zr-中間隔離圈上的凹槽的數(shù)量。
上述數(shù)學表達式Y1，2＝aXn1，2代表Y1，2＝aXn的冪函數(shù)，其中a，n為常量(比較，“初等數(shù)學手冊”(“Handbook of elementarymathematics”)，M.Ya.Vygodski編著，“Nauka”PH，1982，第312頁(俄語))，下標1，2(Y1，2，X1，2)表示在上文中所描述的和圖3中所示出的不同的坐標系。
所述滾珠逸出滾道被設置在一固定隔離圈上，其橫截面尺寸至少為所述循環(huán)滾道寬度的(1+L/dZr)倍，其中d為滾珠10的直徑。
在現(xiàn)有技術中有一種公知的行星齒輪機構(比較，教科書“正弦滾珠減速機構”(Sine-ball reduction units)，R.M.Ignatishchev編著，Minsk(明斯克)，Vysshaya shkola PH，1983，第8頁(俄語))，包括共軸的圓柱形隔離圈，一個外隔離圈和一個內隔離圈，兩個隔離圈都具有周期不同的正弦循環(huán)滾道，所述內隔離圈的循環(huán)滾道設在其外圓柱面上，所述外隔離圈的循環(huán)滾道設在其內圓柱面上，所述滾道容納有滾珠，滾珠位于行星(保持架)的縱向開口(凹槽)內。上述結構被稱為一種正弦-滾珠減速機構并被用于向下鉆進電動機(渦輪鉆機，電鉆)。所述機構可有利的用于上述公知的行星齒輪減速器，其相似的目的(比較，教科書“帶齒輪的渦輪鉆機電動機的工業(yè)結構(Industrialconstruction of geared turbo-drill motors)”；Oil and gas industry(石油和天然氣工業(yè))，Compendium of papers on construction of oil andgas well，Issue 2-3，VNIIOENG，Moscow，1992，第26-30頁(俄語))在于，所述正弦滾珠減速齒輪機構的簡化的結構設計被與不可忽視的動力學潛能相結合，就是說，可以獲得的單級傳動比范圍等于1.5至10，然而，具有相同的直徑，在向下鉆進電動機中的一級齒輪減速器的傳動比為2至4，而雙級傳動裝置需要更高的傳動比值，這又使整個結構非常復雜。而且，為了獲得更高的承載能力，與多行單級行星傳動裝置相比，能夠更加容易地得到一種多行單級正弦滾珠減速傳動機構。
然而，上述多行正弦滾珠行星減速器具有一些缺點。正弦滾珠行星減速器固有的一個主要的操作缺陷在于，隨著滾珠沿隔離圈的正弦滾道運動，由滾珠傳遞給行星齒輪架上的開口(凹槽)的負載大小是一個變化量，當滾珠沿著該行星齒輪架上的凹槽運動時，在滾珠的軸向位移的振幅的中點處，該變化量達到其最大值。其結果是導致所述齒輪架的凹槽的有效(接觸)表面上形成不均勻磨損，磨損的最大值發(fā)生在其中部。在所述滾珠相對于所述凹槽發(fā)生軸向位移的情況下，就依次導致堵塞，并在操作期間最終導致效率的降低。
所述正弦滾珠行星減速器與其生產過程技術相關的另一個實質性缺點在于，當利用正運動學的方法在銑床、包括數(shù)控機床上銑削正弦循環(huán)滾道時，相對迫切地需要保證精度。通常，利用選擇性的組裝，然而不會消除使用附加結構的設備的必要性，以使在一個多行減速器的行之中提供均勻的負載分配。
最后，與齒輪減速器相比，正弦滾珠行星減速器的再一個缺點在于，當傳動比為3至7時，其效率相對較低(0.85至0.87％)。
一種循環(huán)滾珠行星傳動裝置(SU A1 1,810,681)，它克服了所述正弦滾珠行星減速器所固有的上述一些缺點，它包括三個圓柱形隔離圈，其中之一為固定隔離圈，而內隔離圈和外隔離圈具有螺旋循環(huán)滾道和與所述循環(huán)滾道的方向相反的滾珠逸出滾道，中間隔離圈具有敞開的凹槽，凹槽內容納有滾珠，滾珠與其它隔離圈的滾道相接觸。
事實上，上述技術解決方案其實是針對正弦滾珠行星減速器的一種運動學的數(shù)學模型，其區(qū)別僅在于，用一種螺旋循環(huán)滾道的閉合圓形系統(tǒng)代替了沿著直的循環(huán)滾道延伸的閉合的圓形正弦曲線，從而，當所述滾珠沿著所述螺旋循環(huán)滾道運動時，能夠由滾珠將切向力均勻地傳遞給所述齒輪架的凹槽。
然而，所述機構所具有的一些總的缺陷在于，限制了它的使用或者割裂了它的用途，而這對于多行重負載傳動裝置是不可能存在的，限制了比如向下鉆進的鉆機的減速器的直徑大小，所述缺陷如下
1.通過這樣的實事解決了軸向的不平衡，即僅僅在單向性的螺旋循環(huán)滾道中，滾珠承受一個切向力；2.復雜的制造過程和外隔離圈的裝配；3.當被用于一種重負載的多行減速器(比如，一種向下鉆進的鉆機)時，在該傳動裝置的行之中復雜的一致的負載分配；因此，本發(fā)明的目的在于解決更高的操作可靠性和通過消除作用在軸承上的推力負荷而提高所述傳動裝置的使用壽命。
本發(fā)明提供一種循環(huán)滾珠行星傳動裝置，它包括三個共軸的圓柱形隔離圈，其中之一為固定隔離圈，而被裝配在輸入軸上并在減速器箱體內的內隔離圈和外隔離圈分別具有螺旋循環(huán)滾道和與循環(huán)滾道的方向相反的滾珠逸出滾道，而中間隔離圈(行星齒輪架)被與減速器輸出軸相連接并具有敞開的凹槽，滾珠被容納在凹槽內并適用于與其它隔離圈的滾道相接觸，為了提供一種具有重負載減速器的多行傳動裝置，其內和外隔離圈具有右旋螺旋循環(huán)滾道的行數(shù)等于其內和外隔離圈具有左旋螺旋循環(huán)滾道的行數(shù)，在固定隔離圈上的滾珠逸出滾道的寬度是所述循環(huán)滾道寬度的至少1.09倍。
所述循環(huán)滾珠行星傳動裝置被容置在一個箱體內，該箱體容納有所述外隔離圈，該外隔離圈保持不旋轉并設有所述螺旋循環(huán)滾道，而滾珠逸出滾道為敞開的滾道，其向隔離圈的端面敞開，所述滾珠逸出滾道與隔離圈軸線平行。
所述外隔離圈具有與所述行相應并設有軸套的分段，每一隔離圈分段可以在其自己的軸套內軸向運動，每一所述軸套被容納在箱體內并保持不旋轉，軸套的長度超過隔離圈分段的長度。
在所述分段和/或所述軸套之間設置彈性元件。
除了所述循環(huán)滾珠行星傳動裝置，包括具有螺旋和正弦循環(huán)滾道的傳動裝置所具有的上述操作問題之外，還存在在滾道的接觸面上滾珠的非正常的高度磨損的問題，是由于滾珠與循環(huán)滾道的復雜的相互作用，因為在操作期間，隨著滾珠的同時旋轉和它沿凹槽的往復運動，來自滾珠的力通過滾珠與凹槽面之間的接觸而被傳遞給中間隔離圈。
上述缺陷在另外一種現(xiàn)有的行星傳動裝置中也是固有的，它包括三個共軸的圓柱形隔離圈，其中之一為固定隔離圈，內隔離圈和外隔離圈具有螺旋循環(huán)滾道和滾珠逸出滾道，中間隔離圈具有敞開的凹槽，滾珠被容納在凹槽內并適用于與其它隔離圈的滾道相接觸(SU，A1，1,810,681)。
因此，本發(fā)明的首要目的是提供一種循環(huán)滾珠行星傳動裝置，通過提高它的強度特性和延長它的使用壽命，從而使之具有更高的工作特性。
所述目的是通過提供一種循環(huán)滾珠行星傳動裝置而實現(xiàn)的，該行星傳動裝置包括三個共軸的圓柱形隔離圈，其中之一為固定隔離圈，內和外隔離圈具有螺旋滾道和滾珠逸出滾道，中間隔離圈設有敞開的凹槽，滾珠被容納于所述凹槽內并用于與其它隔離圈的循環(huán)滾道相接觸，根據(jù)本發(fā)明，該傳動裝置還包括設置在所述中間隔離圈的凹槽內的插入件，插入件可移動地橫跨所述凹槽，所述滾珠被容納于插入件的承窩中。
所述插入件承窩的部分表面為球形的，其球半徑等于滾珠半徑。
所述插入件具有一個與凹槽表面接觸的平面，凹槽表面沿著所述中間隔離圈的旋轉方向而定向。
在所述插入件的與凹槽面接觸的平面的相對側上設有一個圓孔，該孔的軸線通過形成所述承窩的球體的中心，所述孔的半徑等于滾珠半徑。
所述插入件為一個旋轉實體。
所述旋轉實體實際上是一個圓柱體，其直徑與所述凹槽的寬度一致，其軸線通過形成所述承窩的球體的中心。
所述插入件的半徑不超過所述中間隔離圈的厚度。
徑向限定所述插入件的表面為圓柱形。


通過下面的附圖1-9描述本發(fā)明的實質內容
圖1為本發(fā)明的循環(huán)滾珠行星傳動裝置的縱斷面圖；圖2為投影到一選定坐標系中的所述外、中間和內隔離圈的平面上的圓柱形投影；圖3為所述內隔離圈上的滾珠逸出滾道的放大視圖，示出了所參照的局部坐標系和共軛點；圖4為所述循環(huán)滾珠行星傳動裝置(多行式)的縱斷面圖；圖5為投影到在一種多行式行星傳動裝置的相鄰兩行中的所述外、中間和內隔離圈的平面上的圓柱形投影；圖6為所述傳動裝置元件的負載示意圖；圖7-9為采用插入件的所述行星傳動裝置的一個實施例。
實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方法本循環(huán)滾珠行星傳動裝置(圖1-3)包括被封裝在一箱體1內的3個共軸的圓柱形隔離圈2，3，4。外隔離圈2被固定。內隔離圈4和外隔離圈2分別具有螺旋形的循環(huán)滾道5和6，以及與循環(huán)滾道5和6的方向相反的滾珠逸出滾道(ball escape groove)7和8。中間隔離圈3具有一個開口式的凹槽9以容納滾珠10，使?jié)L珠與隔離圈2和4的滾道相接觸。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，在內隔離圈4上和在其入口和出口區(qū)域上的共軛點O1和O2之間，滾珠逸出滾道7沿一根通過滾珠10中心的軸線11設置并且看起來好象是曲線12和13的兩個相似的鏡像部分，曲線12和13由在一個局部坐標系中的方程式Y1，2＝aXn1，2表示；所述曲線之一與建立在所述螺旋循環(huán)滾道5的延長線上的坐標系(X1，Y1)相關聯(lián)，而另一曲線與建立在所述螺旋返回滾道7的延長線上的坐標系(X2，Y2)相關聯(lián)。在入口和出口處，兩個坐標系的參考(共軛)點O1和O2分別與螺旋循環(huán)滾道5中心線的延長線和螺旋滾珠逸出滾道7中心線的延長線的相交點C間隔開，間距為L≥D/Zrcos，其中X1，2-相應的局部坐標系從其坐標原點讀取的線段L部分的長度，n-大于2的整數(shù)，對于兩條共軛曲線n是相同的，D-滾珠10的中心圓周的直徑，-內隔離圈4上的循環(huán)滾道5相對于圓周方向的傾角，Zr-中間隔離圈3上的凹槽9的數(shù)量。在局部坐標中，所述曲線12，13的切線在所述曲線的共軛點T處的斜率保持相同。固定隔離圈2上的滾珠逸出滾道8的寬度至少是螺旋循環(huán)滾道6的寬度的(1+L/dZr)倍，其中d為滾珠10的直徑。
為了便于描述這里所提供的循環(huán)滾珠行星傳動裝置的操作方法，已經選擇一個主坐標系，其中X軸與所述傳動裝置的旋轉軸一致，而Y軸位于圓周方向，將內隔離圈4上的螺旋循環(huán)滾道5的滾珠10的中心線11的延長線與X軸的交點作為參考點(O點)。如圖2所示，在圖示的沿截面AA的圓柱形投影中，OX軸將圓周分成兩個相等的部分，螺旋循環(huán)滾道5的延長線在B點結束螺旋形線圈。
隨著內隔離圈4的旋轉，同時與內隔離圈4上的螺旋循環(huán)滾道5、中間隔離圈3上的縱向凹槽9和外(固定)隔離圈2上的螺旋循環(huán)滾道6接觸的滾珠10，開始沿螺旋循環(huán)滾道6移動。由于滾珠10被容納在凹槽9中，滾珠10的這種移動是通過由中間隔離圈3執(zhí)行的圓周運動來完成的。輪流地，滾珠10沿螺旋循環(huán)滾道5的運動受到它們的長度的限制，隨著內隔離圈4在某種意義上的旋轉(用箭頭E表示，圖2)，被容納在中間隔離圈3的凹槽9中的滾珠10，由于它們與螺旋循環(huán)滾道的接觸，表現(xiàn)為連續(xù)地在最左邊的位置。為了使?jié)L珠10再繼續(xù)它們的沿螺旋循環(huán)滾道6的運動，滾珠10應該被從最左邊的位置轉移到所述固定隔離圈2上的下一個螺旋循環(huán)滾道6的起點。為此，滾珠逸出滾道7和8分別為被設置在內隔離圈4和外(固定)隔離圈2上。
為了實現(xiàn)這種滾珠的轉移，當滾珠的中心位于內隔離圈4上的螺旋循環(huán)滾道5的最后部分時的點C，被通過滾珠返回螺旋滾道與點C′連接，在該點C′，位于點C的滾珠10應當被重新定位以使所述滾珠重新開始它沿下一個螺旋循環(huán)滾道6的運動。
然而，使點C和C′通過滾珠返回螺旋滾道互相連接，會在滾珠進入和離開所述滾道的時候導致沖擊的開始。這一沖擊會對所述的傳動裝置的強度特性產生不利的影響，并導致對其旋轉速度產生限制。
為了消除對進入和離開內隔離圈4上的返回滾道的沖擊，該滾道借助于由方程式Y1，2＝aXn1，2表示的兩條相似的鏡像曲線部分與螺旋循環(huán)滾道5形成緊密配合。所述兩條相似的鏡像曲線的使用由這樣的實事來說明，即僅僅前一狀態(tài)的動力相關性(power dependency)能夠使?jié)L珠入口和出口免受沖擊。當設計各種螺旋齒輪機構和傳動機構的滾珠逸出滾道時(參見教科書“screw-type mechanisms and trains”(螺旋式機構和傳動裝置)，Moscow(莫斯科)，Mashinostroenie PH，1982，第130-137頁(俄語))，為了延長機構的使用壽命，人們試圖消除沖擊負載。為實現(xiàn)此目的，就這樣設計一種滾珠逸出滾道，即，在共軛點的滾珠軌跡曲率等于零，直到所述曲率平穩(wěn)地增加。正如人們眾所周知，在一直角坐標系中的曲率可以根據(jù)下面的公式得出Cr=Y′′/(1+Y′2)3,]]>其中，Y′和Y″分別是一用于描述滾珠沿返回滾道的運動路徑的函數(shù)的一次導數(shù)和二次導數(shù)。
通常，當形成一滾珠逸出滾道時，人們僅僅考慮設計一種無沖擊的滾珠入口(X＝0)，而忽略了在與直線滾道部分配接的入口部分的點處的沖擊負載。在這種配接的所有實例中，當利用上述動力相關性時，由于在配接點當X＞0時不滿足條件Cr＝0，就發(fā)生了沖擊。
當將所述滾珠逸出滾道的配接部分分成兩個相似的分段時，就可以克服上述困難。
由于滾珠逸出滾道7相對于點G的對稱性，在下文中，僅僅考慮在所述滾道的入口側形成滾珠運動路徑。
所述滾道分段之一應當參考所述局部坐標系(Y1，X1)，其參考點為O1，而另一分段應當參考所述局部坐標系(Y2，X2)，其參考點為O2。對于軸O1X1和軸O2X2而言，所述配接段的長度L應當相等。這意味著，L的值應當小于線段OO1的長度，以便在滾珠10沿凹槽9的加速運動的入口處為滾珠逸出滾道7與滾珠10之間的接觸提供合適的角度。選擇這樣的局部坐標系，所述點T就是所采用的動力相關性的共軛點。這就意味著依次滿足等式X1m＝X2m和Y1m＝Y2m。
然而，為了獲得配接段的平滑度并從而獲得相等的曲率，也必須使所述切線與曲線在切點T的傾角相等，即，滿足等式Y′1T＝Y′2T＝tgγT。為了滿足上述條件，需要使在坐標系(X1，Y1)和(X2，Y2)中該切線在點T的傾角γT等于軸O1X1和O2X2之間的夾角γ的一半。
我們已經知道了所述傳動裝置的所有幾何參數(shù)(即，螺旋循環(huán)滾道5的傾角，凹槽9長度的一半，也就是線段OG的長度，在坐標系(O1X1)或(O2X2)中所述配接段的長度)，利用相應的數(shù)學工具就可以計算出所有缺少的特性(即，X1T，Y1T，Y′T，γ和γT)。
為了便于構造所述循環(huán)滾珠行星傳動裝置的結構，提高它的可靠性和速度，所述固定隔離圈2上的滾珠逸出滾道8要比螺旋循環(huán)滾道6至少寬(1+L/dZr)倍螺旋循環(huán)滾道6的寬度，以便當所述滾珠以一加速度向外隔離圈2上的下一個螺旋循環(huán)滾道6的起點移動時，使所述滾珠10能夠沿所述滾珠逸出滾道8自由運動。由于所述滾珠10沒有傳遞該切向力，所述滾珠逸出滾道8的結構基本上被簡化，尤其是所述滾道在它們的全部長度內可以沿著螺旋線延伸，而沒有相應的入口和出口部分，而所述內隔離圈4上的所述滾珠逸出滾道7也是這樣的。該滾珠逸出滾道的寬度的相對增加是滾道長度L、滾珠直徑d和中間隔離圈9上的凹槽數(shù)Zr的函數(shù)。**對于如圖2所示的圓柱形投影，與所述循環(huán)滾道的寬度比較，所述逸出滾道的寬度的相對增加為1.092。
比如，用于一種向下鉆進的鉆孔機——一種水輪機的井下馬達或者電動井下馬達的一種減速齒輪單元的所述循環(huán)滾珠行星傳動裝置(圖4-6)是一種多行(multiple-row)傳動裝置，它包括一箱體1，一輸入軸14和一輸出軸15，以及一循環(huán)滾珠行星傳動裝置，該傳動裝置包括一內隔離圈4，一外隔離圈2和一中間隔離圈3，該內隔離圈4具有右旋和左旋螺旋循環(huán)滾道5和滾珠循環(huán)滾道7，該外隔離圈2具有右旋和左旋螺旋循環(huán)滾道6和滾珠循環(huán)滾道8，該中間隔離圈3具有容納所述滾珠10的凹槽9。該內隔離圈4可以表現(xiàn)為設置在該輸入軸14上的分段，通過被固定在適當位置的鍵16借助于一個螺母17而防止軸向移動。該外隔離圈2也還可以表現(xiàn)為這樣的分段，每一段被通過鍵19而安裝在一軸套18內，以便軸向移動。
所述軸套18被依次固定在所述箱體1內，在它們的端部被有摩擦地壓緊。所述軸套18的長度超過隔離圈2的分段的長度。內隔離圈4和外隔離圈2的每一分段包括至少一行(row)右旋或者左旋螺旋循環(huán)滾道5和6。所述中間隔離圈3是所述內隔離圈4和外隔離圈2的所有行的共用隔離圈，所述中間隔離圈3通過一個花鍵聯(lián)接或者在工程實踐中的公知設備的任一聯(lián)接被連接到該輸出軸15上?？梢栽趦雀綦x圈2或者外隔離圈4的分段之間設置彈性元件，也可以設置在軸套18之間。
具有共軛部分的所述螺旋循環(huán)滾道5和6以及滾珠逸出滾道7和8形成了閉合的循環(huán)滾道。
按照下述方法在內隔離圈4，5和外隔離圈6，7上形成滾道。內隔離圈4上的一行滾道具有一循環(huán)(工作)部分，即，右旋螺旋滾道5和左旋螺旋滾珠逸出滾道7，兩個所述滾道通過一個滾道20被配接在一起，該滾道20的軸21由一個冪函數(shù)表示。所述螺旋滾道5和7各自的螺旋角r和βr彼此不同，在投影到一平面上的投影的圓周長度上設置有偶數(shù)對滾道5和7，從而形成所述循環(huán)滾道的一個閉合的循環(huán)系統(tǒng)。
設置在其它行的內隔離圈4上的所述循環(huán)滾道的系統(tǒng)與第一行的相似，但是是鏡像相對設置的，即，循環(huán)滾道5為左旋而螺旋返回滾道7為右旋，而所述配接滾道20是由相同的冪函數(shù)表示但是具有相反的符號。此外，所述各個角度大小相等(r＝1＝，βr＝β1＝β)。
外隔離圈2的所述循環(huán)滾道的系統(tǒng)表現(xiàn)為，對于一行的隔離圈2為具有螺旋角Δr的右旋螺旋循環(huán)滾道6，對于其它行的隔離圈2為具有螺旋角β1的左旋螺旋循環(huán)滾道6，而且垂直的滾珠逸出滾道8與隔離圈軸平行，所述滾道的寬度Se等于所述循環(huán)滾道6的寬度Str的至少1.09倍。不同行的隔離圈2的所述螺旋循環(huán)滾道的螺旋角大小相等(αr＝α1＝α)，在投影到一平面上的投影的圓周長度上設置有偶數(shù)對的螺旋循環(huán)滾道和滾珠逸出螺旋滾道，從而形成所述循環(huán)滾道的一個閉合的循環(huán)系統(tǒng)。
所述螺旋滾道6和逸出滾道8為敞開的滾道，向外隔離圈的端面A和B敞開。
內隔離圈上的螺旋循環(huán)滾道和螺旋逸出滾道的對數(shù)(Z1)與外隔離圈上的螺旋循環(huán)滾道和螺旋逸出滾道的對數(shù)(Z3)之間的比值，或者內隔離圈上的螺旋循環(huán)滾道的螺旋角()和外隔離圈上的螺旋循環(huán)滾道的螺旋角(Δ)，確定了本正弦滾珠行星減速齒輪的運動學傳動比i，如下式i＝(Z1+Z3)/Z1＝(tg+tgα)/tg (1)這可以根據(jù)此種機構的通用理論得知。
如圖7-9所示，在本發(fā)明的一實施例中，這里的傳動裝置被設有插入件23，所述插入件23被安裝在中間隔離圈3的凹槽9中并可移動地橫跨該凹槽9，滾珠10被容納在插入件23的承窩24中。插入件23中的承窩24的部分表面或者它的全部表面為球形，其球半徑Rsph與滾珠半徑相似。
所述插入件23具有一平面25與凹槽9的表面接觸，該表面被定位在隔離圈3的旋轉方向。在該插入件23的與接觸凹槽9表面的平面25相對的一側上設置一圓孔26，該圓孔26的軸27穿過用以形成所述承窩24的球的中心Fsp，Rh與滾珠10的半徑相似。該軸27與表面25成直角。所述插入件23為一個旋轉實體，實際上為一個圓柱體，其直徑Dc與凹槽9的寬度Sr相似，其軸穿過用以形成所述承窩24的球的中心Fsp。
插入件23的徑向尺寸Sins不超過中間隔離圈3的厚度。用以徑向限制插入件23的表面28，29為圓柱形。
下面將描述循環(huán)滾珠行星傳動裝置的有區(qū)別的操作特點，技術和性能優(yōu)點。
根據(jù)本發(fā)明，在制造所述傳動裝置期間，用以形成所述外隔離圈的循環(huán)滾道的過程基本上被簡化，而所述循環(huán)滾道是傳動裝置中最花費勞動力的部件，因為在一個內圓柱表面上切削所述循環(huán)滾道是一個復雜的工序。
當切削螺旋滾道(即，切削工具超行程至隔離圈端部)時，采用“長度切削”技術可以簡化工序和降低成本，而傳動裝置的性能特性沒有損失。
當將本發(fā)明的多行式傳動裝置安裝到被裝配在軸2上的內隔離圈4的預組裝部分上時，首先安裝中間隔離圈(載體)8，隨后滾珠10被裝入隔離圈8的凹槽9中并接連地進入循環(huán)滾道5和逸出滾道7的每一行中，而與它們的一致之處無關。這樣，外隔離圈2的各個(右旋和左旋)部分被旋入到每一行。這是因為，設置在外隔離圈上的螺旋循環(huán)滾道6和滾珠逸出滾道8，相當于將一個螺母(外隔離圈)擰到一個螺栓(其上裝有內隔離圈的所述軸)上，在隔離圈(內隔離圈)的自由旋轉期間，通過設置在循環(huán)滾道中的滾珠，被運動地連接到隔離圈上。
設在外隔離圈2上的鍵19上的所述軸套18，在通過比如被軸向卡緊方式已經被固定在箱體1內的適當位置之后，將每一個外隔離圈2本身鎖緊防止旋轉，由于軸套18和外隔離圈2具有不同的軸向高度，則后者隔離圈就在滾珠與循環(huán)滾道的接觸面之間的間隙內自由地軸向移動，該間隙是由制造誤差和機械的缺陷所造成的。于是，由于隔離圈2的自動對準，就獲得了將隔離圈2的行之間的工作負荷進行分配的高度均勻性。
所述多行式的循環(huán)滾珠行星傳動裝置(比如，在一種井下鉆進的鉆機的重載減速齒輪中)按照如下方式操作。
輸入軸2以一圓周速度n1旋轉，滾珠10位于隔離圈4和2的循環(huán)滾道和中間隔離圈3的凹槽9中，借助于一預定結構的傳動裝置機構，使得保持架的和輸出軸3的圓周速度n2隨著所述正弦滾珠行星減速傳動裝置的動力學傳動比i而變化n2＝n1/i(2)將工作力矩M施加到輸出軸3上，則在輸入軸2上產生一力矩M2＝M/iη (3)其中，η-傳動裝置效率，并在減速齒輪箱體1上產生一個反作用力矩M3＝M1/(iη-1) (4)因而，位于隔離圈4和2的螺旋循環(huán)滾道和中間隔離圈3的凹槽9中的滾珠10受到由所述隔離圈和該保持架施加的法向力N1，N2，N3的作用，這些力取決于所述力的施加半徑，螺旋循環(huán)滾道的螺旋角和Δ，傳動裝置的行數(shù)以及滾珠數(shù)。根據(jù)對作用在傳動裝置部件上的載荷力的分析，可以得出在所述滾珠與隔離圈的接觸點處的載荷如下N1＝M/Kkiηr1sin(5)N2＝M/Kkr2(6)N3＝M(iη-1)/(iηKkr3sinα) (7)其中，r1，r2，r3-接觸載荷的圓周分力的作用半徑，k-設置在螺旋循環(huán)滾道內的滾珠數(shù)(根據(jù)該機構的動力學結構而定)，K-傳動裝置的行數(shù)。
需要計算出最大容許接觸載荷[N]N1≤[N]，N2≤[N]，N3≤[N] (8)這取決于行數(shù)K，特別是其范圍為K＝6至10。對于具有右旋和左旋螺旋循環(huán)滾道的行數(shù)被選擇為相等，即，Kr＝K1＝K/2，是出于下面的考慮。被施加到內隔離圈上的所述力N1被分解為一個圓周分力m1和一個軸向分力P1，其中，前者決定了作用在該減速齒輪的驅動(輸入)軸2上的力矩大小，而后一分力決定了作用在部分內隔離圈上的軸上的軸向推力。從圖6的示意圖明顯可知，作用到所述右旋和左旋螺旋循環(huán)滾道的隔離圈4和6上的力P1方向相反并且彼此大小相等，就是說，所述行被相互平衡。
因此，在上述循環(huán)滾珠行星傳動裝置中，其輸入軸和軸承沒有經受軸向載荷，考慮它的高旋轉速度并結合它的上述其它有利特征，就進一步提供了可以提高具有多行循環(huán)滾珠行星傳動裝置的減速齒輪的機械效率和它的使用壽命的可能性。
現(xiàn)在討論所述循環(huán)滾珠行星傳動裝置的操作方式(如圖7-9所示)，隨著內隔離圈4的旋轉，位于中間隔離圈3的凹槽9中的滾珠10作用在所述承窩24的圓周面上并與所述插入件23相互作用，該插入件23依次與凹槽9的接觸面相互作用。因而，該復合摩擦力被兩個摩擦分力代替，即，抵抗一球面的滾珠10的摩擦力和抵抗凹槽9的接觸面的插入件23的摩擦力。將所述插入件23做成一個旋轉實體(圖7)，則該插入件23的滑動摩擦力就被它的滾動摩擦力代替。
上述循環(huán)滾珠行星傳動裝置可以應用于卷繞機械，其共軸的軸之間旋轉速度發(fā)生變化，而這就限制了具有高扭矩的直徑大小，其情形是，比如，用于鉆油井和天然氣井的井下鉆進的電動機，還可以應用于機床工程，機器人技術領域以及工程和技術的一些其它分支領域。
工業(yè)實用性本發(fā)明的目的在于應用于具有高扭矩卻限制了其直徑大小的設備，比如，用于鉆油井和天然氣井的向下鉆進的電動機。
權利要求
1.一種循環(huán)滾珠行星傳動裝置，包括三個共軸的圓柱形隔離圈(2，3，4)，其中一個隔離圈(2)是被固定的，內隔離圈(4)和外隔離圈(2)具有螺旋形的循環(huán)滾道(5，6)和與所述循環(huán)滾道(5，6)的方向相反的滾珠逸出滾道，而所述中間隔離圈(3)具有開口式的凹槽(9)，滾珠(10)被容納在所述凹槽(9)中并與所述隔離圈(2，4)的滾道相接觸，其特征在于在所述內隔離圈(4)上的所述滾珠逸出滾道(7)在其入口和出口區(qū)域的共軛點O1與O2之間，該滾珠逸出滾道(7)沿通過所述滾珠(10)中心的一根軸線(11)設置并且是由在一個局部坐標系中的方程式Y1，2＝aXn1，2所表示的曲線(12)和(13)的兩個相似的鏡像部分；所述曲線之一與建立在所述螺旋循環(huán)滾道(5)的延長線上的所述坐標系(X1，Y1)相關聯(lián)，而另一曲線與建立在所述螺旋返回滾道(7)的延長線上的坐標系(X2，Y2)相關聯(lián)，兩個坐標系的所述參考點O1與O2分別與螺旋循環(huán)滾道(5)和螺旋滾珠逸出滾道(7)在入口和出口處的中心線延長線的相交點(C)間隔開，間距為L≥D/Zrcos，而且在所述局部坐標系中所述曲線12和13在所述曲線的共軛點(T)處保持相同的切線傾角；其中X1，2-相應的局部坐標系從它們的坐標原點讀取的線段L部分的長度，n-大于2的整數(shù)，對于兩條共軛的曲線n是相同的，D-所述滾珠(10)的中心圓周的直徑，-所述內隔離圈(4)上的螺旋循環(huán)滾道(5)相對于圓周方向的傾角，Zr-所述中間隔離圈(3)上的凹槽(9)的數(shù)量。
2.根據(jù)權利要求1所述的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，其特征在于所述固定隔離圈(2)上的所述滾珠逸出滾道(8)的橫截面寬度至少是所述螺旋循環(huán)滾道(6)的寬度的(1+L/dZr)倍，其中d為所述滾珠(10)的直徑。
3.根據(jù)權利要求1和2任一項所述的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，其特征在于它具有一個箱體(1)，該箱體容納所述外隔離圈(2)，該外隔離圈(2)保持不旋轉，并且所述外隔離圈(2)的螺旋循環(huán)滾道(6)和滾珠逸出滾道(8)為敞開的滾道，其向所述隔離圈(2)的端面敞開，所述滾珠逸出滾道(8)與所述隔離圈(2)的軸線平行。
4.一種循環(huán)滾珠行星傳動裝置，包括三個共軸的圓柱形隔離圈(2，3，4)，其中一個隔離圈(2)被固定，內隔離圈(4)和外隔離圈(2)具有螺旋形的循環(huán)滾道(5，6)和與所述滾道(5，6)的方向相反的滾珠逸出滾道，所述中間隔離圈(3)具有開口式的凹槽(9)，滾珠(10)被容納在所述凹槽(9)中并與所述隔離圈(2，4)的滾道相接觸，其特征在于它是一個多行式傳動裝置，其每一行包括分別形成于所述內隔離圈(4)和外隔離圈(2)上的右旋或者左旋螺旋循環(huán)滾道(5，6)，其具有右旋滾道的行數(shù)等于其具有左旋滾道的行數(shù)，在所述固定隔離圈(2)上的所述滾珠逸出滾道(8)的寬度是所述循環(huán)滾道(6)寬度的至少1.09倍。
5.根據(jù)權利要求4所述的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，其特征在于它具有一個箱體(1)，該箱體容納所述外隔離圈(2)，該外隔離圈(2)保持不旋轉，并且所述外隔離圈(2)所具有的螺旋循環(huán)滾道(6)和滾珠逸出滾道(8)向所述隔離圈(2)的端部敞開，所述滾珠逸出滾道(8)與所述隔離圈(2)的軸線平行。
6.根據(jù)權利要求5所述的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，其特征在于所述外隔離圈(2)具有與所述行相應并設有軸套(18)的分段，所述隔離圈(2)的每一分段被可以軸向運動地安裝在軸套(18)內，每一所述軸套(18)被鎖定在箱體(1)內并防止旋轉。
7.根據(jù)權利要求6所述的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，其特征在于所述軸套(18)的長度超過所述分段的長度。
8.根據(jù)權利要求6-7所述的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，其特征在于在所述分段和/或所述軸套(18)之間設置彈性元件(22)。
9.一種循環(huán)滾珠行星傳動裝置，包括三個共軸的圓柱形隔離圈(2，3，4)，其中一個隔離圈(2)是被固定的，內隔離圈(4)和外隔離圈(2)具有螺旋形的循環(huán)滾道(5，6)，而所述中間隔離圈(3)具有開口式的凹槽(9)，滾珠(10)被容納在所述凹槽(9)中并與所述隔離圈(2，4)的滾道(5，6)相接觸，其特征在于還包括被安裝在所述中間隔離圈(3)的凹槽(9)內的并且可沿凹槽(9)移動的插入件(23)，所述滾珠(10)可在所述插入件(23)內的承窩(24)中自由滾動。
10.根據(jù)權利要求9所述的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，其特征在于所述插入件(23)中的所述承窩(24)的部分表面為球形的，其球半徑等于滾珠(10)的半徑。
11.根據(jù)權利要求9和10任一項所述的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，其特征在于所述插入件(23)具有一個與所述凹槽(9)的表面接觸的平面(25)，凹槽(9)表面沿著所述中間隔離圈(3)的旋轉方向而定向。
12.根據(jù)權利要求11所述的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，其特征在于在所述插入件(23)的與凹槽(9)表面接觸的所述平面(25)的相對側上設有一個圓孔(26)，該孔(26)的軸線(27)通過形成所述承窩(24)的球體的中心(Fsp)，所述孔的半徑(Rh)與滾珠(10)的半徑相近似。
13.根據(jù)權利要求9和10任一項所述的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，其特征在于所述插入件(23)被成形為一個旋轉實體。
14.根據(jù)權利要求13所述的的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，其特征在于所述旋轉實體為一個圓柱體，其直徑與所述凹槽(9)的寬度近似，其軸線通過形成所述承窩(24)的球體的中心。
15.根據(jù)權利要求9-14任一項所述的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，其特征在于所述插入件(23)的半徑(Sin)不超過所述中間隔離圈(3)的厚度。
16.根據(jù)權利要求9-15任一項所述的循環(huán)滾珠行星傳動裝置，其特征在于徑向限定所述插入件(23)的所述表面(28，29)為圓柱形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種滾珠軸承行星齒輪，包括三個共軸的圓柱形隔離圈(2，3，4)，其中一個隔離圈(2)是被固定的。在內隔離圈(4)和外隔離圈(2)上具有工作滾道(5和6)和返回滾道(7，8)。在中間隔離圈(3)上具有開口式的凹槽(9)。滾珠(10)被容納在開口凹槽(9)中并與隔離圈(2和4)的滾道相接觸。第一實施例涉及被設置在內隔離圈(4)上的螺旋工作滾道(5)與螺旋返回滾道(7)之間的關系。第二實施例涉及一種多行傳動裝置。第三實施例涉及一種設有插入件(23)的傳動裝置，滾珠(10)被容納在該插入件(23)內的凹座(24)中。
文檔編號F16H25/00GK1468349SQ01816880
公開日2004年1月14日 申請日期2001年9月6日 優(yōu)先權日2000年9月7日
發(fā)明者亞歷山大·安德烈耶維奇·帕寧, 瓦列里安·P·舒米洛夫, 文亞明·A·利特維雅克, A 利特維雅克, 亞歷山大 安德烈耶維奇 帕寧, 安 P 舒米洛夫 申請人:亞歷山大·安德烈耶維奇·帕寧, 亞歷山大 安德烈耶維奇 帕寧