專利名稱：滾柱齒式棘輪的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種機械傳動機構設計領域，特別是提供一種滾柱齒式棘輪。
背景技術：
目前公知的棘輪有齒式和摩擦式兩種。齒式棘輪機構依靠棘爪與輪齒的嚙合來傳遞運動和動力，雖然結構簡單，工作可靠，但外形尺寸大，屬于有級結合，且接合時沖擊較大，運行回程時棘爪在棘輪齒上滑行，齒尖容易磨損，產生噪音及熱量，同時由于空程(棘爪落入棘齒需要的行程)的存在而產生沖擊，另外其離合最大空程值(棘爪從上一齒落到下一齒的最大距離)大、允許離合轉速低。摩擦式棘輪雖無上述缺點，但是運動準確性差，承載能力及效率相對較低，抗擊力也較弱。
發明內容
本發明的目的是提供一種滾柱齒式棘輪。它采用齒槽結構，使滾柱在內外環齒槽之間移動，實現齒式棘輪的平穩接合與超越。
滾柱齒式棘輪主要由內環2、外環1、滾柱3、頂銷4及軸承5組成。內環外側、外環內側均勻分布有齒槽。每個外環齒槽形態一致，都由外環嚙合弧面c、平移面b和齒峰面a組成；每個內環齒槽形態一致，都由內環嚙合弧面e、齒底面f、平移面h和內環齒峰面d組成。每個內環齒槽底部都裝有頂銷4，頂銷4采用液壓推動、彈簧推動、磁力推動以及氣動推動等推動方式，工作時頂銷4將滾柱3向外頂推，從而使滾柱3能可靠的在內、外環的齒槽之間移動，實現齒式棘輪的平穩接合與超越。內外環之間裝有軸承5，其作用是保證內、外環的同心能力。
內、外環半徑大小可根據需要設計。內、外環齒槽數無特殊規定，可根據設備對棘輪的承載力及空程值的要求設計，如對空程值要求不高，且要求有較大承載力時，可設計成內、外環齒槽數相等；如對空程值要求較小，則設計為等差齒槽結構，本設計中所說的“等差齒槽結構”是指將內環外側、外環內側的圓周分成兩個或兩個以上的圓周長度相同的等分區，每個等分區均勻分布有相同數目的齒槽，但是在每個區中內環的齒數比外環少一個或一個以上。如對空程值要求較小，且承載要求不高的情況，也可以采用內環齒槽數比外環齒槽數少一個的結構。
采用等差齒槽結構設計時，由于內外環的齒槽圓周的每個等分區都具有相同齒距的整數齒，但每個區中內環的齒數比外環少一個或一個以上，因此滾柱從外環上一齒槽到下一齒槽的接合空程值被平均，從而降低了離合最大空程值。內外環的齒槽圓周分別由兩個或兩個以上的相同等分區組成，該結構使接合工作時有較多的滾柱同時參于嚙合(有幾個等分區域就有幾個滾柱參于嚙合)，并且各嚙合滾柱屬于等角分布，其作用是提高該棘輪的承載能力。如前所述，采用差齒槽結構設計具有降低離合最大空程值，同時又能滿足棘輪的較大承載能力的要求。
頂銷4采用液壓推動、彈簧推動、磁力推動以及氣動推動等推動方式。每根頂銷4中間可以有一個小通孔，工作時潤滑液通過小通孔噴向滾柱3，小通孔噴出的潤滑液可輔助推動滾柱，并起潤滑、冷卻作用，潤滑油膜還可具有減輕沖擊力及降低噪音的作用。頂銷4采用液壓推動有推力穩定的優點。
外環齒槽的嚙合弧面c、內環齒槽的嚙合弧面e及滾柱3它們三者的半徑大小近似，其優選為三者半徑相同；外環齒槽嚙合弧面的圓心和內環齒槽嚙合弧面的圓心在以環心為圓心的圓周上附近，其優選為二者圓心剛好處于以環心為圓心的圓周上，其作用是保證該棘輪在接合工作時，外環齒槽的嚙合弧面c、內環齒槽的嚙合弧面e與滾柱3可靠嚙合，使嚙合面各點受力均勻，提高承載能力及抗沖擊能力。外環齒槽的嚙合弧面c與內環齒槽的嚙合弧面e的結構特性的變化將引起接合時的工作受力的變化，直接影響著該棘輪的工作性能，特別是承載能力。
外環齒槽平移面b是連接該齒槽的嚙合弧面c與齒峰面a的型面，它一般為平面或曲面。其作用是使滾柱3在超越狀態時，在齒槽間移動順利。該面結構特性的變化將影響著該棘輪的超越特性，使超越時滾柱3的移動阻力及滾柱3的滾動性能產生變化，工作效率、工作轉速也隨著受到了影響。
外環齒槽的齒峰面a是連接該齒槽平移面a與下一齒槽嚙合弧面c的型面，它一般為小弧面。外環齒槽的齒峰面a結構特性的變化將影響著滾柱3與嚙合弧面c的受力狀態及滾柱3從齒峰面a到嚙合弧面c的移動狀態。齒峰面a的作用是使滾柱3順利的從該面移動到下一齒槽，圓弧面可增強滾柱在該面移動時的滾動性能，減少外環齒尖(即外環齒峰面)磨損，該面與嚙合弧面c的合理連接使滾柱3從齒峰到齒底的沖擊力減少。滾柱3從外輪齒槽的齒峰面a移動到下一齒槽的嚙合弧面c時，由于滾柱的圓柱特性在移動過程中是呈逐步嵌入式，該特性有效地減輕了徑向沖擊力；外環齒槽的齒峰面a的頂面到嚙合弧面c的底面的距離大小將影響著該棘輪的徑向沖擊力和工作轉速；內環齒槽的平移面h是連接上一齒槽齒峰面d與該齒槽齒底面f的型面，一般為曲面或弧面，它到該齒槽的嚙合弧面e與齒底面f的交點的最短距離不得小于滾柱3的直徑，否則將影響滾柱3在該齒槽間的移動。平移面h的作用是使滾柱3在齒槽間徑向移動順暢，該面的結構特性的變化將影響著該棘輪的離合空程值及超越特性，該面靠齒峰面d的一端越靠向嚙合弧面e其離合空程值就越小，反之就大；該面的結構特性越接近于外環齒槽平移面b超越時相對滾柱3的推力方向，在超越工況時工作就越順暢，工作效率越高。
內環齒槽的齒底面f是連接該齒槽的平移面h與嚙合弧面e的型面，它一般為半徑比滾柱3半徑略大的弧面。其作用是提供滾柱3在超越時有足夠的移動空間。該面的結構特性的變化將影響著該棘輪的承載能力及抗沖擊能力；該面越靠向嚙合弧面e，其離合空程值就越小，反之就大；當該面靠向嚙合弧面e到一定距離時將影響著該棘輪的承載能力，其具體還根據外環齒槽的嚙合弧面c的特征所引起的接合受力方向有關。
內環齒槽的齒峰面d是連接內環齒槽的嚙合弧面e與平移面h的型面，它一般為半徑略小于外環齒峰面a到環心的最短距離的弧面。其作用是與嚙合弧面e、平移面h配合保證嚙合弧面e、平移面h的性能，該面的結構特性的變化將影響著該棘輪的承載能力和內環齒槽的嚙合弧面e、平移面h的工作性能。
該棘輪的工作原理是在傳動工況時(圖3中內環逆時針旋轉)，內環2的齒槽圓周中每個等分區內總有一個滾柱3先頂住外環嚙合弧面c，隨著內環2、外環1的相對運動，外環嚙合弧面c推動滾柱3向內環嚙合弧面e前進，直至嚙合，從而實現內外環(2、1)的接合傳動。此時，其余滾柱3由于內外環等差齒槽的關系不會與內外環齒槽的嚙合面(e、c)同時嚙合，處于脫離狀態，不起作用。
在分離工況時(圖1中內環2順時針旋轉)，滾柱3先脫離內環嚙合弧面e向內環平移面h前進，直到碰到內環平移面h，隨著內外環的相對運動，內環平移面h推動滾柱3在外環齒槽中依次經過外環嚙合弧面c、平移面b、齒峰面a，接著進入下一個外環齒槽。如此反復運行，實現內外環(2、1)超越傳動的特性該滾柱齒式棘輪不僅能承載較大的功率大、效率高，而且抗沖擊能力強；壽命、噪音、發熱量、沖擊力及離合最大空程值都比現有的齒式棘輪小，最高離合轉速也比現有的齒式棘輪高。
圖1是滾柱齒式棘輪的結合工況時的徑向結構剖面圖。
圖2是滾柱齒式棘輪的結構示意圖，其中1為外環，2為內環，3為滾柱，4為頂銷，5為軸承，6為擋圈。
圖3是內外輪的齒槽弧面示意圖。其中a為外輪齒峰面，b為外輪平移面，c為外輪嚙合弧面，d為內輪齒峰面，e為內輪嚙合弧面，f為內輪齒底面，h為內輪平移面。
圖4是該滾柱齒式棘輪的超越工況時的徑向結構剖面圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例對本發明進一步說明。如圖1和2所示，該滾柱齒式棘輪內外環齒槽圓周分為兩個等分區域，所以每個等分區為180°圓周，每個等分區內外環有13個齒槽而內環為12個齒槽。圖中I和K所示的即為等分滾柱。每個內環齒槽底部的兩端各有一根頭端直徑為3mm，后端直徑為4mm的圓柱臺階頂銷4將齒槽內的滾柱3向外推頂，每根頂銷的中間開有一直徑為1mm的小通孔，以供潤滑油噴向滾柱。在兩頂銷之間還裝有一個擋圈6以防止無液壓或壓力低時，頂銷跑出。內外環(2、1)之間裝有一對軸承5，以保證內外環(2、1)的同心能力。
內外環(2、1)齒槽的結構如圖3所示。外環嚙合弧面c、內環嚙合弧面e與滾柱3的半徑相同，都為2.5mm。外環嚙合弧面c的圓心與內環嚙合弧面e的圓心都在以環心為圓心、直徑為80mm的圓的圓周上。外環1外徑為100mm。內環齒峰面d是以環心為圓心、直徑為80.4mm的圓弧面，外環齒峰面a距外環圓心的最小距離為40.25mm。內環齒底面f為一直徑為5.1mm的半圓弧面，其圓心位于以環心為圓心、半徑為37.7mm的圓周上。內環齒槽齒底面f的一端與嚙合弧面e相交，該交點位于內環嚙合弧面e圓心與環心連線與嚙合弧面e相交處相對該齒槽平移面h相反方向的弦長為0.5mm的嚙合弧面e上。內環平移面h為一圓弧面，其圓心在該齒槽嚙合弧面e與齒底面f的交點上，起點與齒底面f一端相連，終點與齒峰面d相連。外環齒槽的嚙合弧面c與平移面b相切，平移面b與下一齒的嚙合弧面間有一段半徑為0.3mm的小圓弧面，即齒峰面a。
頂銷4軸心線經過內環齒槽的齒底面f與內環嚙合弧面e的圓心連線中點，其直徑略大于兩弧面的中心距。這樣可以保證無論在何種工況時滾柱3都在頂銷4的推力面上，從而保證滾柱3在頂銷4的推力面上移動順暢。頂銷4與內環嚙合弧面e的圓心到環心的連線夾角為30度，該結構使頂銷4推移順暢，提高該棘輪超越時的工作效率。
滾柱齒式棘輪在內外環(2、1)無等差齒槽結構時的最大離合空程值，為相鄰兩個外環齒槽嚙合弧面c的圓心相對于環心的圓周距離，與滾柱3在內環嚙合弧面e圓心相對于環心為圓心的圓周上從齒槽平移面f移到嚙合弧面e所經歷的距離之和。在本實施例中，滾柱3在外環齒槽間的最大離合空程值為0.8mm。滾柱(3)在內環齒槽中的最大離合空程值為1.28mm，因此該滾柱齒式棘輪的最大離合空程值為2.08mm。
滾柱齒式棘輪的承載能力主要取決于接合時滾柱參于嚙合的數量，以及內環齒槽的齒型結構。在本實施例中，滾柱接合時與內外環的嚙合弧面始終屬于面接觸，因而其承載效果相當于兩根直徑為5mm的圓柱鍵傳動。內環齒槽的齒型結構，它們由各弧面組成，受力分散性好，承載高，該結構的承載效果相當于兩倍齒厚為3.2mm的直齒圓柱齒輪。
權利要求
1.滾柱齒式棘輪，主要由內環(2)、外環(1)、滾柱(3)、頂銷(4)及軸承(5)組成；內環外側、外環內側均勻分布有齒槽；每個外環齒槽形態都是一致的，都由外環嚙合弧面(c)、平移面(b)和齒峰面(a)組成；每個內環齒槽形態也都是一致的，都由內環嚙合弧面(e)、齒底面(f)、平移面(h)和內環齒峰面(d)組成；每個內環齒槽底部都裝有頂銷(4)，頂銷(4)采用液壓推動、彈簧推動、磁力推動或氣動推動，工作時頂銷(4)將滾柱(3)向外頂推，從而使滾柱(3)能可靠的在內、外環的齒槽之間移動，實現齒式棘輪的平穩接合與超越；內外環之間裝有軸承(5)。
2.如權利要求1所述的滾柱齒式棘輪，其特征在于所述的內環齒槽與外環齒槽的齒槽數相等。
3.如權利要求1所述的滾柱齒式棘輪，其特征在于所述的內環齒槽的數目比外環齒槽的數目少一個。
4.如權利要求1所述的滾柱齒式棘輪，其特征在于所述的內、外環齒槽采用等差齒槽結構，即將內環外側、外環內側的圓周分成兩個或兩個以上的圓周長度相同的等分區，每個區中內環的齒數比外環少一個或一個以上。
5.如權利要求1所述的滾柱齒式棘輪，其特征在于所述的頂銷(4)中間有一個小通孔。
全文摘要
滾柱齒式棘輪涉及一種機械傳動機構設計領域，特別是提供一種滾柱齒式棘輪。它主要由內環(2)、外環(1)、滾柱(3)、頂銷(4)及軸承(5)組成。內環外側、外環內側均勻分布有齒槽。每個外環齒槽形態一致，都由外環嚙合弧面(c)、平移面(b)和齒峰面(a)組成；每個內環齒槽形態一致，都由內環嚙合弧面(e)、齒底面(f)、平移面(h)和內環齒峰面(d)組成。每個內環齒槽底部都裝有頂銷(4)，工作時將滾柱(3)向外頂推，從而使滾柱(3)能可靠的在內、外環的齒槽之間移動，實現齒式棘輪的平穩接合與超越。內外環之間裝有軸承(5)。該滾柱齒式棘輪不僅能承載較大的功率大、效率高，而且抗沖擊能力強；壽命、噪音、發熱量、沖擊力及離合最大空程值都比現有的齒式棘輪小，最高離合轉速也比現有的齒式棘輪高。
文檔編號F16D41/00GK1573156SQ03148849
公開日2005年2月2日 申請日期2003年6月13日 優先權日2002年9月29日
發明者林志賀 申請人:林志賀