一種新式傳動機構

摘 要：本論文從滾動螺旋傳動理論切入，闡述一種新式的傳動機構——圓錐滾子軸承螺旋傳動（見圖1），它主要是利用絲杠與螺母圓筒的運動效應，從而實現將旋轉運動轉化為直線運動或將直線運動轉化為旋轉運動的傳動原理。因為螺母圓筒上安裝了數個圓錐滾子軸承，軸承內圈上設置了突出的圓臺頭，其錐度和絲桿的凹槽滑道錐度相吻合，實現純滾動效應，從而實現了傳動性能好、承載能力大、摩擦系數小等優點。總之，本機構的創新，加快推動了滾動螺旋傳動向重載、高效率、長壽命方向的發展。

關鍵詞：滾動螺旋傳動；傳動機構；螺旋傳動；旋轉和直線運動轉化機構

引言

如今，螺旋傳動在我國工業方面已經得到了廣泛應用，并且在機械傳動方面發揮著巨大作用。目前，螺旋傳動主要有滑動螺旋傳動、滾動螺旋傳動、靜壓螺旋傳動，它是一種能夠在直線運動和旋轉運動之間相互轉化的傳動方式。其中，滾動螺旋傳動具有摩擦阻力小，傳動效率較高，運轉平穩，壽命長等優點，本論文講的圓錐滾子軸承螺旋傳動也是一種滾動螺旋傳動。

1 圓錐滾子軸承螺旋傳動結構設計與傳動原理

圓錐滾子軸承螺旋傳動結構（見圖1），主要由絲杠，螺母圓筒，圓錐滾子軸承，調整墊圈，均載圈以及卡簧零件組成。

首先介紹：滾子軸承內圈軸向設置凸出圓臺頭，讓凸出圓臺頭錐度與絲杠凹槽滑道錐度相吻合。具體來說，首先將絲杠與圓臺頭接觸處設計成一條直線，而讓這條直線作為螺旋面的母線，該直線與旋轉軸心線的夾角為60～80°，旋轉時，同時會向軸方向移動，所形成的斜螺面，作為絲桿凹槽滑道面，采用絲杠凹槽滑道面牙頂較小，牙底較寬，壓力角為10～30°，具體要求，（見圖1右圖）主要是在圓錐滾子軸承螺旋傳動受力時，圓錐滾子軸承反作用力合力∑F1方向與絲杠作用圓臺頭合力∑F方向夾角符合一定的受力關系。

計算表達式：a=arctg（ktgβ）

其中：α-壓力角，β-軸承接觸角，K-系數，根據圓錐滾子軸承滾子同時受力數量多少來選取，一般取1.25～1.7，K越大，滾子同時受力數量越多。

其次介紹：在螺母圓筒四壁設計了一定數量的軸承安裝孔，軸承孔的軸心線就是螺面的母線，該母線與旋轉軸心線垂直，旋轉過程同時向軸方向移動，屬于正螺面。從結構設計的深入角度來看，該軸承孔的軸心可分布在一個正螺面上，也可以分布在兩個正螺面，這樣最終可實現在同一正螺面分布的軸承數量和空間位置可以按需要設計，并且也能夠按照兩個方向的絲杠軸向載荷力的大小進行合理而靈活的結構設計，以滿足實際生產對螺旋傳動受力的要求。

再次介紹：圓錐滾子軸承螺旋傳動中的薄壁調整墊片在結構設計上是：一端為中間有凹槽的圓盤，另一端有圓柱形凸起，凸起外徑相對均載圈外徑是無窮小量，并配置了厚度略有不同的多種規格。均載圈在裝配完成后，其薄型內壁緊貼著調整墊片的圓柱形凸起。

最后介紹：傳動原理，總的來說，圓錐滾子軸承螺旋轉動的傳動原理可概括為“純滾動”傳動，也就是實現螺旋傳動的絲杠和螺母部件之間純滾動摩擦。具體地，它主要是依靠一定數量帶圓臺頭的圓錐滾子軸承組成螺旋傳動的螺母凸起部分，實現螺旋傳動副之間的純滾動摩擦，進而讓圓錐滾子軸承螺旋傳動得以實現。其一方面，當圓錐滾子軸承絲杠在固定位置旋轉時，絲杠凹槽面會推動圓臺頭使得螺母部件實現前進或后退；其二方面，當螺母部件在固定位置旋轉時，圓錐滾子軸承的圓臺頭推動絲桿凹槽面，使絲桿前進或后退。

2 螺旋傳動功能的實現

圓錐滾子軸承螺旋傳動作為一種新式的傳動機構，它自然具有其本身在傳動功能實現方面的優勢：承載能力大，摩擦系數小，運動精度高，且工作穩定、結構簡單、價格低廉。因此，它也被稱之為重載圓錐軸承螺旋傳動。

目前，螺旋傳動主要有三種表現形式，即滑動、靜壓和滾動。首先滑動螺旋傳動雖然結構設計比較簡單，但由于存在摩擦系數高、傳動效率低，易出現低速爬行和顫動，多數被用于低速和運動精度低的場合；靜壓滑動螺旋傳動雖然副動態性能較好，但結構設計非常復雜，加工精度要求很高，相應設計制造成本也較為昂貴。滾動螺旋傳動雖然具有摩擦系數低、無爬行等優點，但是壓力角較大，所以承載能力小，制造成本高，只能適用于小載荷機械傳動。針對螺旋傳動以上三種表現形式，圓錐滾子軸承螺旋傳動就是在此基礎上，克服各自的傳動缺點，汲取其優點而創新出一種新的傳動機構。創新功能具體表現在以下方面。

2.1 傳動性能好

圓錐滾子軸承螺旋傳動是在其絲杠外圍加套了螺母圓筒，而后在螺母圓筒周圍設置了一些沿螺母圓筒的各自正螺旋曲面分布的軸承安裝孔，并確保兩個正螺旋面軸心方向相差距離控制在0.2～0.6 mm左右，其目的是讓部分軸承圓臺頭緊貼著在絲桿的凹槽滑道上面滾動，另外部分的軸承圓臺頭緊貼著在絲杠的凹槽滑道的下面滾動，而且每個圓臺頭和凹槽滑道只有線接觸，軸承圓臺頭端面和絲杠凹槽滑道底面之間有間隙。這樣不僅消除了圓錐滾子軸承螺旋傳動中由于彎矩引起變形后接觸到圓臺頭，同時確保了圓臺頭的純滾動效應，在一定程度上保證了良好的傳動性能的實現。

2.2 摩擦系數小，減少磨損

螺旋傳動功能的實現主要是依靠絲杠正向或反向旋轉的，當絲杠正向轉動時，絲桿凹槽滑道推動螺母圓筒向前移動；反之則向后移動，因為圓錐滾子軸承的圓錐頭在絲桿的凹槽滑道里表現的一直都是滾動運動狀態，所以它們兩者表現的摩擦系數很小，在實現螺旋傳動功能的同時，減少了零部件的磨損。

2.3 承載能力大

圓錐滾子軸承螺旋傳動是線接觸傳動，通過圓臺頭傳遞的力分解為橫向向內的縮進力和垂直推動力，同時圓錐滾子的反作用力同樣分解為橫向力和垂直力，依據公式a=arctg（ktgβ）可得出圓錐滾子軸承螺旋傳動受載能力大的結論。

3 結束語

圓錐滾子軸承螺旋傳動作為一種新的傳動機構，由于它具有很好的重載傳動性能和性價比，勢必會在大型機械傳動中得到廣泛應用。

參考文獻

[1]王紅.軸承制造的關鍵技術探討[J].機電市場，2010（12）：56.

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