[發明專利]傳動裝置及執行器

在審

• 申請號: 201310671511.1
• 申請日: 2013-12-10
• 公開（公告）號: CN103697113A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 龍理義;唐濤;黃錚;黃勇;張媛素
• 申請（專利權）人: 攀鋼集團工程技術有限公司
• 主分類號: F16H1/16
• 分類號: F16H1/16
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 譚昌馳;王占杰

技術領域

本發明涉及一種傳動裝置及包括該傳動裝置的執行器。

背景技術

蝸輪蝸桿機構常用來傳遞兩交錯軸之間的運動和動力。蝸輪蝸桿機構的傳動相當于螺旋傳動，為多齒嚙合傳動，具有結構緊湊、傳動平穩，噪聲低等特點，可用于減速和精密傳動裝置中。蝸輪與蝸桿之間的相互傳動雖然具有靈活性高的特點，但是蝸輪與蝸桿之間的傳動可逆，正反轉速度一致，當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，蝸輪蝸桿機構具有自鎖性能，可實現反向自鎖，即只能由蝸桿帶動蝸輪運轉，而不能由蝸輪帶動蝸桿運轉。如在工業控制系統中使用的自鎖蝸桿機構，其反向自鎖性可起安全保護作用。

執行器，作為工業控制系統中接收控制信息并對受控對象施加控制作用的裝置，安裝在執行現場，通過調節電機的轉動幅度來精確控制閥門的開啟量。執行器主要由蝸輪蝸桿機構構成，然而蝸輪與蝸桿之間的傳動可逆，正反轉速度一致，在一些精密傳動裝置中使用時，要求蝸輪蝸桿間具有高效的自鎖性能。現有技術中，一般選用ZCuSn10Pb1、ZCuSn5Pb5Zn5、ZCuAl9Mn2、ZCuAl10Fe3以及鑄鐵作為蝸輪的材料，合金鋼或者碳鋼作為蝸桿的材料。然而現有技術中制造的蝸輪蝸桿傳動系統，其自鎖效率僅為10%～20%，降低了設備操作的安全性能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種具有高效自鎖效率的傳動裝置以及一種具有高效傳動安全性能的執行器。

根據本發明的一方面，傳動裝置包括傳動連接的蝸輪和蝸桿，蝸輪的材料為ZCuAl9Fe4Ni4Mn2，蝸桿的材料為40Cr鋼。

根據本發明的示例性實施例，傳動裝置中的蝸桿頭數為1。

根據本發明的另一方面，執行器包括上述傳動裝置。

根據本發明的示例性實施例，執行器可以為防爆執行器。

根據本發明的傳動裝置及包括該傳動裝置的執行器，通過以ZCuAl9Fe4Ni4Mn2作為蝸輪材料并以為40Cr鋼作為蝸桿材料，可以提高傳動裝置的自鎖效率以及執行器的安全性能。

具體實施方式

下面結合實施例進一步詳細說明本發明，但本發明的保護范圍并不限于此。

本發明的實施例提供了一種包括傳動連接的蝸輪和蝸桿的傳動裝置，該傳動裝置的蝸輪材料為鑄造銅合金ZCuAl9Fe4Ni4Mn2，該鑄造銅合金具有優異的力學性能、腐蝕疲憊強度、鑄造性和耐磨性；該傳動裝置的蝸桿材料采用40Cr鋼，該鋼種價格適中且易于加工，經適當的熱處理以后可獲得一定的韌性、塑性和耐磨性。

根據本發明的實施例，在執行器對蝸桿的傳動效率要求不高的情況下，蝸桿頭數可以為1，但本發明不限于此，也就是說，蝸桿頭數可以為兩個或兩個以上。蝸桿頭數為1可以提高單級傳動比、輪系的接觸面積、輪系的承載能力以及傳動的平穩性。

根據本發明的實施例，選用鑄造銅合金ZCuAl9Fe4Ni4Mn2作為蝸輪材料，選用40Cr鋼作為蝸桿材料，對應的蝸桿傳動的當量摩擦角遠大于蝸桿齒輪的導程角，傳動裝置的自鎖效率達到40～60%。

此外，本發明的實施例還提供了一種包括上述傳動裝置的執行器。因此，該執行器具有高效的自鎖效率，從而可以提高執行器在操作過程中的安全系數，保障了設備操作的安全性。優選地，將根據本發明實施例的傳動裝置應用于防爆執行器。

現將描述本發明的具體實施例。

根據本實施例的傳動裝置包括由鑄造銅合金ZCuAl9Fe4Ni4Mn2制成的蝸輪以及由40Cr鋼制成、蝸桿頭數為1的蝸桿，將該傳動裝置應用于防爆執行器中。下面通過將傳動裝置與不同的電機連接來對本實施例的防爆執行器的綜合力學性能以及自鎖性能進行校驗。

現有型號為HT10、HT20、HT30的三種電機，數字越大表明該電機具有越大的功率和扭矩。因此，型號為HT10的電機的功率和扭矩在三種型號電機中均最小，并且型號為HT10的電機校驗結論同樣適用于型號為HT20與HT30的兩種電機，因此選取型號為HT10的電機作為校驗對象來對本實施例進行詳細說明。其中，型號為HT10的電機的設計使用功率為0.24kw，使用年限為5年，年工作日為300日，每日工作2.5小時，總計3750小時。

通過材料許用應力表查得：

蝸輪材料許用接觸應力[σH]=703MPa；

蝸輪材料許用彎曲應力[σF]=343MPa；

驗算齒面接觸強度：