CN100347464C

CN100347464C - 内啮合行星齿轮传动万向减速/增速机构

Info

Publication number: CN100347464C
Application number: CNB2004100246188A
Authority: CN
Inventors: 陈辛波; 李晏
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2007-11-07
Anticipated expiration: 2024-05-25
Also published as: CN1584364A

Abstract

一种内啮合行星齿轮传动万向减速/增速机构。包括轴线a的转轴、转臂、用圆柱副(轴线c)与转臂联接的第一连接轴、轴线d的行星齿轮、与行星齿轮构成移动副的第二连接轴、轴线b的中心齿轮、行星架、与中心齿轮共轴线固联的转轴、轴承座。行星齿轮与中心齿轮为内啮合齿轮；行星架绕轴线b旋转，行星齿轮以回转副支承于行星架，轴线c平行a，轴线d平行e平行b，d对b之偏距等于c对a的偏距；两连接轴之间用回转副联接，其轴线与c和d的公垂线重合，且c、d沿其公垂线的间距等于a、b的间距。本发明突破现有减速器只能实现两固定轴间运动变换的局限，可用于不同轴交角的相交轴或交错轴的联接与减速或增速传动。

Description

内啮合行星齿轮传动万向减速/增速机构

技术领域

本发明涉及一种新型传动机构，特别是综合利用内啮合行星齿轮和万向联轴器传动原理而发明的一种能作万向减速或逆向增速的新型传动机构。

背景技术

减速器是常用的机械传动装置，其传动机构种类也已很多。但现有的各种减速器产品都只能提供相对位置固定的输入输出轴间减速传动。比如，圆柱齿轮机构一般提供相对位置固定的两平行轴间的传动变换；普通直齿圆锥齿轮机构可用于相对位置固定的两相交轴间的传动变换；蜗杆机构或螺旋齿轮机构一般用于相对位置固定的两垂直交错轴间的传动。现有的减速器产品中，只用一种减速器一般难于实现相交轴或交错轴取不同轴交角时的减速传动。当生产实际要求机械传动系统实现空间任意相交或任意交错轴间的传动时，一般需组合各种不同类型的传动机构，有时还需专门串联万向联轴器机构(如汽车传动中的万向联轴器和传动轴)。这样，往往会使机械系统的传动轴增多、轴间联接关系繁杂。

发明内容

本发明的目的是：提出一种具有万向减速或逆向增速传动功能的新型行星齿轮传动机构，它能够适应不同轴交角的两相交轴或两交错轴间的减速或逆向增速传动，且传动中输入输出轴之间轴交角即使发生变动也不影响两轴间的传动关系。

本发明的技术方案是：

如图1所示，本发明由转轴、固联于转轴的转臂、第一连接轴、第二连接轴、行星齿轮、行星架、中心齿轮、中心轮转轴、中心轮轴承座和轴承座构成。转轴支承于轴承座，绕轴线a旋转；中心轮转轴支承于中心轮轴承座，绕轴线b旋转；第一连接轴用轴线c，轴线c平行轴线a的圆柱副与转臂相联接；行星架可绕轴线b定轴旋转；行星齿轮通过轴线d，轴线d平行轴线b的回转副与行星架铰接，并用方向与轴线d平行的移动副与第二连接轴联接；中心齿轮与中心轮转轴共轴线固联，与行星齿轮相啮合；第二连接轴用回转副与第一连接轴联接，其轴线与轴线c、d的公垂线一致。行星齿轮的轴线d和中心轮转轴的轴线b之偏距等于第一连接轴圆柱副轴线c与转轴轴线a之偏距r。设行星齿轮、中心齿轮的齿数分别为Z₂、Z₁，模数为m，则r＝(Z₁-Z₂)m/2。轴线c、d沿其公垂线方向的交错间距等于轴线a、b沿其公垂线S方向的交错间距h，轴线c、d在以其公垂线为法线的平面中的轴交角应与轴线a、b在以其公垂线S为法线的平面中的轴交角2δ相等。

从转轴到中心轮转轴即中心齿轮的传动比(减速比)为：Z₁/(Z₁-Z₂)；反之，从中心轮转轴即中心齿轮到转轴的传动比(增速比)为：(Z₁-Z₂)/Z₁。可见，传动比与偏距r、轴交角2δ和交错间距h无关。因此，本机构适用于不同轴交角的相交轴或交错轴联接和减速或增速传动。

当h≠0时，机构可传递轴交角2δ≠180°的两交错轴间减速或增速运动；

当h＝0时，机构可传递轴交角2δ≠180°的两相交轴间减速或增速运动。此时，可用球铰取代联接第一连接轴和第二连接轴的回转副，机构传动比特性不变。

本发明的有益效果是：

本发明突破现有减速器产品只能实现两固定轴间传动变换的局限，能够适应不同轴交角的两相交轴或两交错轴间的减速或逆向增速传动，且传动中输入输出转轴之间轴交角即使发生变动也不影响两轴间的传动关系。采用本发明机构原理的新型减速器或增速器产品，不必增加任何中间传动轴，就能直接联接轴交角在一定范围内变动的两任意相交轴或轴线交错间距在一定范围内的两任意交错轴，并作减速或增速传动。

附图说明

图1是本发明的机构原理图。

图2、3是本发明的结构示意图。

附图中标号说明：

1—转轴； 2—转臂；

3—第一连接轴； 4—第二连接轴；

5—行星齿轮； 6—行星架；

7—中心齿轮； 8—中心轮转轴；

9—中心轮轴承座； 10—轴承座；

11、12、13—行星架轴向定位钢球；

14—行星齿轮花键轴； 15—行星架轴向定位螺钉；

具体实施方式

下面结合图1对本发明作进一步的描述。

请参阅附图1所示，转轴1支承于轴承座10，可绕轴线a旋转；中心轮转轴8支承于中心轮轴承座9，可绕轴线b旋转，轴线a与b的相对位置关系一般可取任意的空间交错状态。设a、b的公垂线方向为S，则通常可用轴交角2δ和交错间距h来表征二者的相对位置关系。其中，轴交角2δ表示在以公垂线S为法线的平面中两交错轴线的夹角，交错间距h表示沿公垂线S方向两交错轴线间的最短距离。当h≠0，2δ≠180°时，两交错轴处于一般空间交错状态；当h＝0，2δ≠180°时，两轴处于轴线交于一点的相交状态；当h＝0，2δ＝90°时，两轴垂直正交。

转轴1上固联有转臂2(或将二者制作成一体化结构)；第一连接轴3用轴线平行于轴线a的圆柱副(轴线c)与转臂2联接，相对于转臂2，它既能沿轴线c移动，又能绕轴线c转动；中心轮转轴8上共轴线固联有中心齿轮7(齿数Z₁)，中心齿轮7与行星齿轮5相啮合；行星架6可绕轴线b定轴旋转；行星齿轮5(齿数Z₂，轴线d，轴线d平行轴线b)以回转副支承于行星架6；第二连接轴4与行星齿轮5之间，沿轴线d方向构成移动副联接，比如，可在行星齿轮5上制出花键孔、在第二连接轴4上制出外花键，二者接合即构成只作相对滑动的花键副联接；第一连接轴3、第二连接轴4之间用回转副联接，其轴线与第一连接轴3圆柱副轴线c和行星齿轮轴线d的公垂线重合，且轴线c、d沿其公垂线方向的交错间距应等于轴线a、b沿其公垂线S方向的交错间距h，轴线c、d在以其公垂线为法线的平面中的轴交角应与轴线a、b在以其公垂线S为法线的平面中的轴交角2δ相等，轴线d相对于b之偏距应等于轴线c相对于轴线a的偏距r。

从转轴1到中心轮转轴8即中心齿轮7的传动比(减速比)为：Z₁/(Z₁-Z₂)；反之，从中心轮转轴8即中心齿轮7到转轴1的传动比(增速比)为：(Z₁-Z₂)/Z₁。当其齿轮数Z₁＞Z₂时，传动比为正值，表明输入与输出转轴转向相同；当其齿轮数Z₁＜Z₂时，传动比为负值，表明输入与输出转轴转向相反。

无论如何，机构传动比均与偏距r、轴交角2δ和交错间距h无关。因此，本发明机构适用于不同轴交角的相交轴或交错轴联接和减速或增速传动。

当h＝0时，机构可传递轴交角2δ≠180°的两相交轴间减速或增速运动。此时，作为本发明的一种机构变形，可用球铰取代联接第一连接轴3和第二连接轴4的回转副，而机构传动比特性不变。

实施例

本发明机构传动比计算示例如下：

(1)中心齿轮7为内齿轮、行星齿轮5为外齿轮，Z₁＝50，Z₂＝49，h＝0，则得到一种减速比为50的相交轴万向少齿差减速器机构，可用于轴交角2δ≠180°的相交轴间同向减速传动；

(2)中心齿轮7为外齿轮、行星齿轮5为内齿轮，Z₁＝50，Z₂＝51，h＝0，则得到一种减速比为-50的相交轴万向少齿差减速器机构，可用于轴交角2δ≠180°的相交轴间反向减速传动；

(3)中心齿轮7为内齿轮、行星齿轮5为外齿轮，Z₁＝50，Z₂＝40，h＝0，则得到一种减速比为5的相交轴万向减速器(或逆向增速传动)机构，可用于轴交角2δ≠180°的相交轴间同向减速(或增速)传动；

(4)中心齿轮7为外齿轮、行星齿轮5为内齿轮，Z₁＝50，Z₂＝60，h＝0，则得到一种减速比为-5的相交轴万向减速器(或逆向增速传动)机构，可用于轴交角2δ≠180°的相交轴间反向减速(或增速)传动；

(5)中心齿轮7为内齿轮、行星齿轮5为外齿轮，Z₁＝50，Z₂＝49，h＝10mm，则得到一种减速比为50的交错轴万向少齿差减速器机构，可用于交错间距h＝10mm、轴交角2δ≠180°的两交错轴间同向减速传动；

(6)中心齿轮7为外齿轮、行星齿轮5为内齿轮，Z₁＝50，Z₂＝51，h＝10mm，则得到一种减速比为-50的交错轴万向少齿差减速器机构，可用于交错间距h＝10mm、轴交角2δ≠180°的两交错轴间反向减速传动；

(7)中心齿轮7为内齿轮、行星齿轮5为外齿轮，Z₁＝50，Z₂＝40，h＝10mm，则得到一种减速比为5的交错轴万向减速器(或逆向增速传动)机构，可用于交错间距h＝10mm、轴交角2δ≠180°的两交错轴间同向减速(或增速)传动；

(8)中心齿轮7为外齿轮、行星齿轮5为内齿轮，Z₁＝50，Z₂＝60，h＝10mm，则得到一种减速比为-5的交错轴万向减速器(或逆向增速传动)机构，可用于交错间距h＝10mm、轴交角2δ≠180°的两交错轴间反向减速(或增速)传动。

图2所示为中心齿轮Z₁为内齿轮、行星齿轮Z₂为外齿轮，即Z₁＞Z₂时的一种结构示意图。它由转轴1、第一连接轴3、第二连接轴4、齿数Z₂的行星齿轮5、齿数Z₁的中心内齿轮5、行星架6、中心轮转轴8、行星架轴向定位钢球11、12、13、行星齿轮花键轴14、行星架轴向定位螺钉15、中心轮轴承座9和轴承座10构成。如若取Z₁＝25，Z₂＝24，则从转轴1到中心轮转轴8(与中心齿轮7固联)的减速比为25。取齿轮模数m＝2mm，则轴线c与a、以及轴线d与b的偏距r＝(Z₁-Z₂)m/2＝1mm，很小。因此，本发明实施例结构设计时，可将图1所示的转轴1和与之固联的转臂2设计成如图2所示具有偏心圆柱面(偏心距r＝1mm)的输入转轴1，而图2中的行星架6被设计成具有偏心圆柱面(偏心距r＝1mm)的偏心轴。这样，转轴1支承于输入轴承座10，绕轴线a作输入旋转运动，其上绕轴线c(//a、与轴线a偏距为r)的圆柱面与第一连接轴3的圆柱孔构成圆柱副联接。中心轮转轴8与齿数Z₁的中心齿轮7固联成一体，支承于中心轮轴承座9，可绕轴线b输出传递给中心齿轮7的旋转运动。行星架6支承于中心齿轮7上轴线为b的孔内，可绕轴线b定轴旋转，其上绕轴线d(//b、与轴线b偏距为r)的圆柱面与行星齿轮花键轴14的内孔构成回转副联接。二者的轴向位置由行星架轴向定位螺钉15调整固定。行星架轴向定位螺钉15与行星齿轮花键轴14沿轴线d螺纹联接，轴向位置可调。通过行星架轴向定位螺钉15的调节和轴向定位钢球11、12的作用，使行星架6相对于行星齿轮花键轴14轴向定位。行星齿轮花键轴14与行星齿轮5共轴线d固接成一体，其外花键轴与第一连接轴3的花键孔联接，构成沿轴线d的移动副联接。第一连接轴3和第二连接轴4以回转副铰接，其轴线沿轴线c、d公垂线方向。本实施例中，取h＝0，所以，轴线a与b、c与d分别相交。

图3所示为中心齿轮Z₁为外齿轮、行星齿轮Z₁为内齿轮，即Z₁＜Z₂时的一种结构示意图。取Z₁＝25，Z₂＝26时，从转轴1到中心轮转轴8(与中心齿轮7固联)的减速比为-25，表明减速传动转向相反。

Claims

1、一种内啮合行星齿轮传动万向减速/增速机构，其特征在于：

由转轴(1)、固联于转轴(1)的转臂(2)、第一连接轴(3)、第二连接轴(4)、行星齿轮(5)、行星架(6)、中心齿轮(7)、中心轮转轴(8)、中心轮轴承座(9)和轴承座(10)构成，转轴(1)支承于轴承座(10)，绕轴线a旋转；中心轮转轴(8)支承于中心轮轴承座(9)，绕轴线b旋转；第一连接轴(3)用轴线c，轴线c平行轴线a的圆柱副与转臂(2)相联接；行星架(6)可绕轴线b定轴旋转；行星齿轮(5)通过轴线d，轴线d平行轴线b的回转副与行星架(6)铰接，并用方向与轴线d平行的移动副与第二连接轴(4)联接；中心齿轮(7)与中心轮转轴(8)共轴线固联，与行星齿轮(5)相啮合；第二连接轴(4)用回转副与第一连接轴(3)联接，其轴线与轴线c、d的公垂线一致；行星齿轮(5)的轴线d和中心轮转轴(8)的轴线b之偏距等于第一连接轴(3)圆柱副轴线c与转轴(1)轴线a之偏距r；轴线c、d沿其公垂线方向的交错间距等于轴线a、b沿其公垂线S方向的交错间距h，轴线c、d在以其公垂线为法线的平面中的轴交角应与轴线a、b在以其公垂线S为法线的平面中的轴交角2δ相等。

2、根据权利要求1所述的内啮合行星齿轮传动万向减速/增速机构，其特征在于：当h＝0时，机构可传递轴交角2δ≠180°的两相交轴间减速或增速运动，或可用球铰取代联接第一连接轴(3)和第二连接轴(4)的回转副，其机构传动比特性与采用回转副联接时相同；当中心齿轮(7)为内齿轮、行星齿轮(5)为外齿轮时，其齿数Z₁＞Z₂；当中心齿轮(7)为外齿轮、行星齿轮(5)为内齿轮时，其齿数Z₁＜Z₂。

3、根据权利要求1所述的内啮合行星齿轮传动万向减速/增速机构，其特征在于：转轴(1)与转臂(2)可制作成一体化结构；中心齿轮(7)与中心轮转轴(8)可共轴线制作成齿轮与轴一体化结构。