CN101052824A - 杠杆式齿轮减速器 - Google Patents

Abstract

本发明的减速器在从前的一段圆筒齿轮减速器上，将主动齿轮(A，B)换成杠杆齿轮，而且增设支点齿轮，可缩短支点(C)与负载支点(D)之间的距离。这样，可提高减速比而且保证自制动性。由于可调整支点(D)和支点(C)之间的距离，就实现了无级减速，这样的减速器就叫做新型杠杆式齿轮减速器。

Description

杠杆式齿轮减速器

技术领域

本发明涉及一种提高减速比的方式并提供一种带有自制动特点的齿轮减速器，该减速器包括至少一个杠杆齿轮，第一齿轮啮合元件和第二齿轮啮合元件，支点齿轮与第一齿轮啮合元件啮合，从动齿轮与第二齿轮啮合元件啮合。

背景技术

目前，各种各样的减速器的用途很广泛，在齿轮减速器里都有圆筒齿轮减速器、圆锥减速器、蜗轮减速器、行星减速器，螺旋减速器、歪轴盘旋减速器等。

国际专利申请PC/IT01/00640为圆筒齿轮减速器。上述减速器包括至少一个第一段，第一段包括第一行星齿轮组，它支撑于第一中心齿轮和第一行星齿轮安装圆筒。并且与第一中心齿轮(它被主动轴转动)及第一固定内面齿轮相啮合。第二段包括第二行星齿轮组，它与第二中心齿轮及第二固定内面齿轮相啮合。第二中心齿轮被上述第一行星齿轮安装圆筒转动，第二行星齿轮组支撑于第二行星齿轮安装圆筒。

欧洲专利申请EP0068396A2为附加主减速段的二段减速器。主减速段上从动轮固定于环形套，这环形对于功能行星齿轮上做轨道运动，在环形套上有轴承的内滚道和外滚道。上述减速器的轴承放在从动轮和行星齿轮的同一平面上。

美国专利3037400为二段减速器，可以看到，偏心部以轴承来实现阶梯式小齿轮传动。此小齿轮啮合于固定内面齿轮及功能内面齿轮。

美国专利3939737中可以看到，阶梯式小齿轮被主动轴偏心传动，而且通过轴承啮合于固定齿轮及功能内面齿轮。

美国专利4235129中可以看到，入口滑车轮筒为传动盘旋小齿轮的偏心部。工作时，小齿轮与出口内面齿轮之间相互作用。在偏心轮筒上设有轴承的内滚道，此滚道保证盘旋小齿轮的转动。

美国专利4155276中可以看到，一段及二段圆筒齿轮被偏心内面齿轮传动。

美国专利3602070中可以看到，由于大小不同的行星滚动轮或齿轮的作用，使盘旋齿轮做轨道运动。

中国专利申请No.02153089.0为环形轨道齿轮减速器。当主动轴转动时，由于偏心部的作用，环形轨道齿轮做盘旋运动。环形轨道齿轮与固定内面齿轮及功能内面齿轮相啮合。

传统的减速器通常在第一段上减速比较小，若要提高减速比，就得增大齿轮的大小，或增加阶梯个数。其结果是减速器变大，传动效率低，工作不稳定。

此外，现在还不存在具有减速比和传动效率高而且有自制动性这些全部特点的减速器，在卷扬机等机械装置上自制动性是重要特性指标之一。另外，上述减速器不能够做无级操纵。

发明内容

本发明的目的是能够在第一段上也得到大的减速比，高的传动效率，从而，制造出的减速器。

本发明的第二个目的是做成一个构造简单，零件数量少，自制动性好的减速器。

本发明的第三个目的是在强的传动下实现无级操纵，从而，做成减速器。

为了实现总的目的，将利用杠杆上力增加法则做成减速器。此减速器构成如下：在一段圆筒齿轮减速器中，将把主动齿轮换成杠杆齿轮，并增设一个支点齿轮，可减小支点与负载点之间的距离，从而，提高减速比；同时，保证自制动性，并调整它们之间的距离实现无级减速，此减速器称为新类的杠杆式齿轮减速器。

上述减速器上，齿轮架固定于主动轴，当主动轴转动时，齿轮架也做轨道运动，而且向自身的中心轴做回转运动。这时，由于至少有一个杠杆是齿轮，支点齿轮，从动齿轮支撑于齿轮架上.它们随着齿轮架运动。

上述支点齿轮的安装与从动齿轮同轴。

上述杠杆齿轮由与支点齿轮相啮合的第一个齿轮啮合元件，与上述从动齿轮相啮合的第二个齿轮啮合元件组成。这些啮合元件设于同一轴线上。

举个例子，可以看到，几个杠杆式齿轮安装于主动轴的边缘上，每个齿轮之间的距离是相等，并且每个齿轮支撑于齿轮架上。

上述的支点齿轮设置成对于主动轴不能做相对转动。还有上述的支点齿轮固定于减速器壳体。

举一个例子，可以看到，在减速器上增加了第二段。第二段由第一外面齿轮、第二外面齿轮、第三外面齿轮构成。第一外面齿轮牢固于主动轴，第二外面齿轮与支点轮同轴固定而且可在主动轴边缘上转动。

第三外面齿轮同时与第一、二外面齿轮啮合，第三外面齿轮与主动轴平行而且离它有一定的距离，固定于壳体。所以第三外面齿轮可在它的轴上转动。

再举一个例子可以看到，在减速器上增设了一个蜗轮传动装置.蜗轮牢固于支点齿轮，而与它同轴。由于蜗杆连接于工作电机的出口轴，根据工作电机的转速，可操纵本减速器的减速比。

为提高上述减速的减速比而且保证自制动性的方法如下。

--不让支点齿轮对于主动轴做相对转动，而且它与从动轴同轴连接。

--校正一些或全部四个齿轮，也就是说，杠杆齿轮的第一齿轮啮合元件与支点齿轮相啮合，并且第二齿轮啮合元件与从动齿轮相啮合。

上述方法中，校正齿轮阶段来说，先在啮合中找出轴间距离小的齿轮，然后校正它们正确啮合。最好的校正齿轮阶段的校正方法如下进行。

先啮合中找出轴间距离大的齿轮，然后校正它们，减小支点齿轮的齿距圆与从动齿轮齿距圆的直径差。

附图说明

为了帮助理解，参照图详细说明。

图1为在一段圆筒齿轮减速器上从力矩方式转换成杠杆方式的原理图。

图2为一种减速器的传动原理图。(举个例子)

图3为一种减速器的透视图。

图4为从前的行星齿轮减速器的传动原理图。

图5为有几个杠杆齿轮的减速器原理图。

图6为减速器自制动性的原理图。

图7为差动式杠杆减速器传动原理图。

图8为无级杠杆齿轮减速器的原理图。

图9为卷扬机的透视图，卷扬机由本发明的减速器来做成。

具体实施方式

图1为在从前的一段圆筒齿轮减速器上运用杠杆法则的原理图。

图中可以看到，将把一段圆筒齿轮减速器的主动齿轮换成杠杆AB，增设一个支点齿轮C减小支点E与负载点F之间的距离。结果，减速比变大，具有自制动性，并且调整它们的距离能实现无级减速。

图2为利用图1的减速器力矩传达原理。在图2中，杠杆齿轮A啮合于在减速器壳体牢固的支点齿轮C和支点E，从动齿轮D啮合于杠杆臂负载齿轮B，它们的啮合点为F。如果在杠杆齿轮A中心上施加力P1时，从动齿轮D在啮合点F上由杠杆法则产生力P2。结果，从动齿轮D的转动矩为M2＝P2×R。R为从动齿轮D的齿距圆半径。所以，啮合点F与支点E之间的距离a越小，施加于从动齿轮的转动矩越大。所以，减速比也变大。

在图3中可以看到，齿轮架H固定于主动轴上。齿轮架的形状很象圆盘。在齿轮架H上有个齿轮架轴4，至少有一个杠杆齿轮L，支点齿轮C，从动齿轮D，它们支撑于主动轴1和轴4，所以，当工作时，顺着主动轴1的边缘做轨道运动，同时，顺着轴4周围做回转运动。

支点齿轮C是在与从动齿轮同轴上安装的。支点齿轮C不能对于主动轴1做相对转动，它牢固于壳体2的后盖6。至少有一个杠杆齿轮L由杠杆臂齿轮A和杠杆臂负载齿轮B组成。齿轮A啮合于支点齿轮C，齿轮B啮合与从动轮D，齿轮A和齿轮B在于一个中心轴上。

上述减速器工作原理如下：

当主动轴转动时，齿轮架上的杠杆齿轮L顺着主动轴1的边缘做轨道运动。同时，由于齿轮L啮合于支点齿轮C(它固定于齿轮A)，齿轮L顺着轴4周围回转运动。结果，啮合于齿轮B的从动齿轮D也以减速转动。

图4为从前的2K-H型行星齿轮减速器。图4中的减速器跟本发明的减速器比较如下。

2K-H型行星齿轮减速器的减速比i的计算公式如下：

i＝1/(1-Zb×Zc/(Za×Zd))

式中，Za为入口方向行星齿轮A，Zb为出口方向行星齿轮B，Zc为固定齿轮C，Zd为从动齿轮的齿数。

在本发明的减速器里可以看出，为了在齿数小的情况下也得到大的减速比而且保证自制动性，齿轮与齿轮相啮合。在图4中说明校正齿轮的方法。

在外啮合的情况下

当(Za+Zc)＜(Zb+Zd)时，齿轮B和齿轮D将正(+)校正，当(Za+Zc)＜(Zb+Zd)时，齿轮A+齿轮C将正(+)校正。如果，啮合点之间的距离a(参照图1)不属于自制动性范围内，将把齿轮A和B、C、D全都正(+)校正或负(-)校正而满足杠杆法则。

假设，校正齿轮B和齿轮D时，减速比i的计算公式如下。

i＝Za×(Zb+2×εd)/((Za+Zc)×(Zb+2×εb-Za))

式中  Za和Zb，Zc，Zd各为齿轮A和B、C、D的齿数。

      εb和εd为齿轮B和D的校正系数。

在内啮合情况下校正方法也类似于上述方法。

当(Zc-Za)＜(Zd-Zb)时，校正齿轮B和D，当相反时，校正齿轮A和C。

在体积和条件相同的情况下，本发明的减速器与从前减速器的减速比相比较如下。

表1

Za	Zb	Zc	Zd	εb	εd	减速比i(图1中减速器)	减速比i(图2中从前行星减速器)
								20	19	21	20	0.48718	0.51282	400
20	21	21	20	-	-		9.756
								89	88	90	89	0.497175	0.50282	7919
87	88	89	90				3915

从表1中可以看出，如果在本发明的杠杆齿轮减速器上，将把支点E向从动齿轮D的齿距圆接近，这样，校正齿轮的话，在一段上也能得到很大(几千～几万)的减速比，同时，保证很高的传动效率。

在本发明的减速器上，为了提高齿轮的受力能力(参照图5)，几个杠杆齿轮L啮合于支点齿轮C和从动齿轮D。

图6为本发明的减速器的自制动性。在图中可以看出，当杠杆齿轮L向尖头M1的方向转动时，从动齿轮D向尖头M2的方向转动。但是当从动齿轮D向尖头M2的反方向转动时，由于支点齿轮e固定在杠杆齿轮L，齿轮B被卡住。

上述从动轴的转动取决于主动轴的转速与支点齿轮的转速之差。所以，支点齿轮变位时，就能得到很大的减速比(参照图7)。

图7为由上述传动原理做成的差动式杠杆齿轮减速器。从图7中可以看出，支点齿轮的转向与主动齿轮的转向必须一致，而且它们的转速之差越小，减速比越大。此差动式杠杆齿轮减速器由补助减速段和主杠杆式减速段构成。补助减速段由在与主动轴1固定的主动齿轮M和差动齿轮K、从动齿轮N构成。

主杠杆式减速段由杠杆齿轮L(它由杠杆臂齿轮A和负载臂齿轮B组成，而且支撑在与主动轴固定的齿轮架H上)和支点齿轮C，从动齿轮D构成。补助减速段的从动齿轮N牢固于主杠杆式减速段的支点齿轮C。

上述减速器工作原理如下：

当主动轴1转动时，主动齿轮M和齿轮架H也转动。这时，由于补助减速段上齿轮啮合M-K-N的作用，就在主减速段上的支点齿轮C向与主动轴1的转向一致的方向转动。这时转速为n1×Zk/Zn。这里，n1为主动轴1的转速，Zk、Zn为主动齿轮K和从动齿轮N的齿数。

另外，当齿轮架H和支点齿轮C都转动时，杠杆齿轮L也受它们的转动而被转动。这时，随着杠杆齿轮L的转动，从动齿轮D也被转动。这时减速比i如下计算。

当Zn-Zk＝1时，

i＝Zn×Za×(Zd+2×εd)/((Za+Zc)×(Zb+2×εb-Za))

式中  Za和Zb，Zc，Zd，Zn各与A和B，C，D，N的齿数，

      εb和εd为齿轮B和D的校正系数.

例子，当Zn＝Zc＝31，Zd＝Za＝30，Zb＝29，εb＝0.491525，εd＝0.508475时，

减速比i＝27900

上述的前提条件，必须按照上述齿轮校正方法校正齿轮让齿轮相啮合。

图8为在出口轴3上可无级操纵减速比的减速器(本发明有关)，实际上，在图1、2中增设了一个蜗轮传动装置，支点齿轮C安装于蜗轮传动装置上。

这减速器工作原理如下：

当蜗轮传动装置W的蜗轮向与主动轴1一致的方向转动时，支点齿轮C也同方向转动，所以，从动轴3转速随着蜗轮转速而变化，蜗轮传动装置具有自制动性。换句话说，此减速器也具有杠杆式齿轮减速器的自制动特性，而且不影响减速器的传动效率。尤其，当主动轴1转动时，在支点齿轮C上产生向与主动轴一至的方向转动的力。所以，蜗轮传动装置用小功率工作电机也能工作。

最后，对由利用本发明的减速器做成的卷扬机介绍一下(图9)。

在卷扬机上有滑7，目的是用它来转动主动轴1。滑车上有手柄8，当滑车转动时，由于齿轮架固定于主动轴1，杠杆齿轮L被转动。这时杠杆臂齿轮A与支点齿轮C(它由适当的固定装置12安装于外箱)啮合而转动。由于负载臂齿轮B转动，从动齿轮D被转动(从动齿轮D牢固于滚筒10)。这样，可把绳子13缠住或释放。

以上描述了本发明减速器的首选实施例，但是对这方面的专家来说，在本发明的构思范围之内，会想到各种校正及更改方案。所以，应知道本发明只限于附加的主张范围之内。

Claims (10)

1.一种提高减速器减速比的方法，该减速器包括至少一个杠杆齿轮(L)，杠杆齿轮支撑于齿轮架(H)，齿轮架安装在主动轴(1)上并沿其中心轴转动，同时顺着主动轴(1)的周围作轨道运动，减速器具有第一齿轮啮合元件(A)和第二齿轮啮合元件(B)，一个支点齿轮(C)和一个从动齿轮(D)，其特征在于所述的方法包括如下步骤：

--上述支点齿轮(C)与从动轴齿轮(D)同轴安装并不应该对于主动轴做相对转动；

--校正四个齿轮(A、B、C、D)中的部分或全部，从而使杠杆齿轮(L)的第一、第二齿轮啮合元件(A、B)能够分别精确的与支点齿轮和从动齿轮相啮合。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于：校正齿轮的方法是先从上述啮合中找出轴间距离小的齿轮，然后校正那个齿轮，让它们正确啮合。

3.根据权利要求2的方法，其特征在于：校正齿轮的方法是从上述齿轮啮合中找出轴距离大的齿轮，然后校正它们，从而，减小支点齿轮(C)齿距圆与从动齿轮(D)齿距圆之直径差。

4.利用权利要求1、2、3的方法中任意方法制作的减速器，这减速器由第一齿轮啮合元件(A)和第二齿轮啮合元件(B)、至小有一个杠杆齿轮(L)、支点齿轮(C)、从动齿轮(D)构成，齿轮啮合元件A和B都顺着主动轴(1)的周围做轨道运动，而且各在自己中心轴上可转动。

5.根据权利要求4所述的减速器，其特征在于：杠杆齿轮(L)的第一齿轮啮合元件(A)和第二齿轮啮合元件(B)、支点齿轮(C)、从动齿轮(D)都为外面齿轮。

6.根据权利要求5所述的减速器，其特征在于：几个杠杆齿轮(L)支撑于齿轮架(H)，并且它们分布于主动轴(1)的周围，它们之间的距离相等。

7.根据权利要求4所述的减速器，其特征在于：上述的杠杆齿轮(L)的第一齿轮啮合元件(A)和第二齿轮啮合元件(B)为外面齿轮，上述的支点齿轮(C)和从动齿轮(D)为内面齿轮。

8.根据上述任意权利要求中所述的减速器，其特征在于：上述的支点齿轮(C)牢固于减速器的壳体(2)。

9.根据权利要求4～7中任意所述的减速器，其特征在于：在减速器上增设了第二段，第二段由第一外面齿轮(M)，第二外面齿轮(N)，第三外面齿轮(K)构成；第一外面齿轮(M)牢固于主动轴(1)，第二外面齿轮(N)与支点齿轮(C)同轴固定，而且顺着主动轴(1)的周围可转动；第三外面齿轮(K)同时啮合于两个外面齿轮(M，N)，并且齿轮(K)的轴固定在与主动轴(1)平行而且离主动轴一定的距离的壳体(2)上，齿轮(K)可转动。

10.根据权利要求4～7中任意所述的减速器，其特征在于：在减速器上增设了蜗轮传动装置(W)，蜗轮传动装置(W)的蜗轮牢固于支点齿轮(C)，蜗轮连接于工作电机的出口轴上，由工作电机的转速来实现减速器的减速比无级操纵。

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