CN1016523B - 圆弧齿轮针轮行星啮合传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明的圆弧齿轮针轮行星啮合传动机构，其啮合传动副由圆弧齿轮齿面与针轮的针齿圆柱面构成，圆弧齿轮的齿廓曲线为单圆弧齿形或者由依次相切的三圆弧构成的齿形，该行星啮合传动机构运转时，啮合齿面压力最大时所对应的啮合角为0°，从而可有效地提高机构的承载能力及传动效率，在工作条件相同情况下，体积和重量可比摆线针轮减速机构减少30%-35%。该传动机构可在化工，矿山，冶金，国防，轻工纺织，食品，制药，建筑工程等工业部门中广泛应用。

Description

本发明属于传送旋转运动的齿轮传动装置，一种行星啮合传动机构。

在现有技术中，渐开线少齿差行星传动机构、摆线针轮行星传动机构、圆弧齿轮针轮行星传动机构是几种主要的实现大传动比的传动机构。就渐开线少齿差行星机构而言，为了避免轮齿的重叠干涉，必须采用相当大的角度变位修正，导致机构在较大的啮合角状态下工作（通常啮合角在40°以上）。对于摆线针轮行星传动机构，为了避免摆线齿廓的冗切，其短幅系数通常取为0.75～0.5。与对应的最小啮合角达41.4°～60°（最大啮合角均为90°）。当输出扭矩一定时，过大的啮合角必然导致较大的齿面压力，并且机构中各支承上的负荷也相应增大，这是限制上述两类传动机构的承载能力和传动效率的根本原因。根据EP0080805和CN86106253中已公开的圆弧齿轮针轮行星传动机构中，圆弧齿轮的齿廓曲线是一个半圆弧，圆弧半径比针齿半径略大。根据行星啮合传动原理，该半圆弧齿廓上只有一小段齿底轮廓能与针齿正确啮合，而其余部分将产生干涉，在齿顶部分干涉愈烈。为此，在有的圆弧针齿行星啮合机构中（例如EP0080805），采取针齿在针齿座中浮动的措施来解决啮合干涉的问题。而针齿浮动后将会导致瞬时传动比变化。齿底部分齿廓虽然能够正确啮合，但是啮合角接近90°，承载效果差。由于正确啮合的齿廓段太短，机构的重合度很小，不能发挥出针轮式行星传动机构所特有的可以实现多对齿同时承载的优越性。

本发明的目的在于：采用圆弧和直线线段构成的组合式齿形曲线 作为齿轮的齿廓曲线。从而解决现有技术中的圆弧齿轮针轮行星传动机构中由于啮合机理上的问题而引起的啮合干涉、传动冲击以及重合度低等问题，从而进一步提高大传动比行星减速器的承载能力和传动效率。

本发明的结构是，它由至少一个转臂，即由转轴和偏心套组成的或者直接制成的偏心轴，一个固定的中心轮、至少一个行星齿轮和一组轴销式同步传输机构，圆弧齿轮的齿廓曲线为单圆弧齿形或者由依次相切的三圆弧构成的齿形。当转臂作为输入构件时，行星轮的自转运动通过轴销式机构或者其他形式的机构输出，实现大传动比减速之目的;当行星轮作为输入构件（通过合适的前导输入机构），而转臂作为输出构件时，实现大传动比的增速传动。

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

附图说明：

图1、第一种啮合传动方式机构图;

图2、第二种啮合传动方式机构图;

图3、单圆弧行星齿轮的齿形;

图4、单圆弧中心齿轮的齿形;

图5、三圆弧行星齿轮的齿形;

图6、三圆弧中心齿轮的齿形;

图7、用于重负荷减速传动的构造示意图。

本发明的结构是，如附图1、附图2所示，它由至少一个转臂（即由转轴1和偏心套2组成或者直接制成偏心轴），至少一个行星轮和一个固定的中心轮构成的少齿差行星传动机构中，当转臂作为输入构件时，行星轮的自转运动通过轴销式机构或者其他形式的机构输出，实现大传动比减速之目的;当行星轮作为输入构件（通过合适的 前导输入机构），而转臂作为输出构件时，实现大传动比的增速传动。

第一种圆弧齿轮针轮行星啮合传动机构如图1所示，转轴1和偏心套2以键连接（或者直接制成偏心轴），1为输入轴，行星齿轮3与偏心套2以转动副连接，针齿套筒4与轴销5以转动副连接，轴销5在圆周上均匀分布并固定在针轮座（即中心轮，以下同）6上，针轮座6与机座固定连接。当转轴1回转时，行星齿轮3作周转运动，行星齿轮3的圆弧齿面与针齿套筒4的圆柱面构成啮合副。行星齿轮3的自转运动通过由行星齿轮3、套筒7、轴销8和与输出轴固定连接的法兰盘9组成的轴销式输出机构输出。也可以采用其他形式的输出机构，例如浮动盘机构、渐开线零齿差机构或万向联轴节等。行星齿轮3的齿形可以是单圆弧齿形（即一段圆弧和二段直线构成的齿形，以下同），如附图3所示，图中O点为行星齿轮的几何中心，OX为齿槽的对称轴，齿廓圆弧K₁K₂K₃的半径为r_Z，圆心O_Z位于OX轴线上，Looz为行星齿轮的几何中心O点到齿廓圆弧K₁K₂K₃中心O_Z的距离，齿顶圆半径为R_a，齿顶部分齿廓是与圆弧齿廓相切并且与OX轴平行的直线线段K₁K₄及K₃K₅。行星齿轮3的齿形也可以是依次相切的三圆弧构成的齿形（即三段圆弧和二段直线构成的齿形，以下同），如附图5所示，图中O点为行星齿轮的几何中心，OX为齿槽的对称轴，齿廓圆弧K₁₁K₁₂及K₁₃K₁₄的半径

和

相等，它们的圆心分别为O₁和O₃，齿底圆弧K₁₂K₁₃的半径为

，圆心O₂位于OX轴上，齿顶圆半径为R_a，齿顶部分齿廓是与圆弧齿廓相切并且与OX轴平行的直线线段K₁₁K₁₅及K₁₄K₁₆。

第二种圆弧齿轮针轮行星啮合传动机构如图2所示，它与第一种行星啮合传动机构的区别是，行星轮10与转臂以转动副连接，行星轮10的自转运动通过由行星轮10、套筒7、轴销8和与输出轴固定 连接的法兰盘9组成的轴销式机构或者其他形式的机构输出（或者输入），针齿套筒4与轴销5以转动副连接，轴销5在圆周上均匀分布并固定在行星轮10上，行星轮10上的针齿套筒4的圆柱面与中心轮（即圆弧内齿轮，以下同）11上的圆弧齿廓面构成啮合副。行星轮10在转轴1的驱动下作周转运动。而中心轮11固定不动。中心轮11的齿形是单圆弧齿形，如附图4所示，图中O点为中心轮的几何中心，OX为齿槽的对称轴，齿廓圆弧K₆K₇K₈的半径为r_Z，圆心O_Z位于OX轴线上，Looz为中心轮的几何中心O点到齿廓圆弧K₆K₇K₈中心O_Z的距离，齿顶圆半径为R_a，齿顶部分齿廓是与圆弧齿廓相切并且与OX轴平行的直线段K₆K，及K₈K₁₀。中心轮11的齿形也可以是由依次相切的三圆弧构成的齿形，如附图6所示，图中O点为中心轮的几何中心，OX为齿槽的对称轴，齿廓圆弧K₁₇K₁₈及K₁₉K₂₀的半径

和

相等，它们的圆心分别为O₄和O₆，齿底圆弧K₁₈K₁₉的半径为 圆心O₅位于OX轴上，齿顶部分齿廓是与圆弧齿廓相切并且与OX轴平行的直线线段K₁₇K₂₂及K₂₀K₂₁。

单圆弧齿廓在次要的承载区段上的理论误差比较大，传动中同时啮合的轮齿对数较少，通常适用于较轻负荷条件下的减速传动;三圆弧齿轮的齿廓与正确齿廓的理论误差值小于0.01毫米，误差方向是使齿厚减薄，避免传动的干涉。传动中，单个行星轮的同时承载齿数可达总齿数的1/7～1/5，因而适用于重负荷条件下的减速传动。在工作条件相同情况下，体积和重量可比摆线针轮减速机构减少30%～35%。

设行星轮齿数为Z₂（附图1机构中是指圆弧齿轮的齿数，附图2机构中是指针轮的针齿数），中心轮的齿数为Z₃（附图1机构中是指针轮的针齿数，附图2机构中是指圆弧内齿轮的齿数），则机构 的传动比为：

$\mathrm{i\; =}\frac{{\omega }_1}{{\omega }_2}\mathrm{=\; -}\frac{Z_2}{Z_3{\mathrm{-\; Z}}_2}$

式中：ω₁-输入轴的角速度

ω₂-输出轴的角速度

与渐开线少齿差行星齿轮机构和摆线针轮行星传动机构比较，本发明除了能实现大传动比减速传动以及多对齿同时承载啮合等特点以外，还具有以下独特之优点：

1.啮合齿面压力最大时所对应的啮合角为O°，因而当载荷一定时，齿面压力小，啮合元素之间的滑动率低，机构的承载能力及传动效率提高;

2.啮合副元素的几何形状呈包容性，利于降低接触应力;

3.啮合副元素位于瞬心线圆以内，针齿中心的分布圆半径小于（i₁₂+1）e（e为偏心套2的偏心距），因此在给定齿高的条件下可以获得更小的机构尺寸;

4.内凹状圆弧齿廓制造方便。

该传动机构可在化工、矿山、冶金、国防、轻工、纺织、食品、制药、建筑工程等工业部门中广泛应用。

附图7是本发明的一个用于重负荷减速传动的实施例构造示意图。图中，双偏心套13与输入轴12一起回转，圆弧齿行星齿轮15、16以180°相反方向安装于偏心套13上，使机构保持基本平衡。行星齿轮15、16与针齿套17实现多齿同时啮合。构件14、套筒18、传动销19、法兰20及输出轴21组成输出机构。

根据附图2所示的啮合传动方式，也可以采用两个相反安装的针轮作行星齿轮，此时中心轮采用圆弧内齿轮。当用于仪表机构或分度机构等轻负荷传动时，通常只需要一只行星齿轮与针轮啮合传动来实现大传动比减速之目的。

Claims (4)

1、一种圆弧齿轮针轮行星啮合传动机构，它包括一个由转轴[1]和偏心套[2]组成的或者直接制成的偏心轴，一个固定的中心针轮[6]、至少一个行星齿轮[3]和一组轴销式同步传输机构，本发明的特征是：行星齿轮[3]的齿廓曲线是由一段圆弧K₁K₂K₃和两段与该圆弧分别相切于端点的直线线段K₁K₄和K₃K₅所构成的组合式单圆弧齿形。

2、一种圆弧齿轮针轮行星啮合传动机构，它包括一个由转轴〔1〕和偏心套〔2〕组成的或者直接制成的偏心轴、一个固定的中心针轮〔6〕、至少一个行星齿轮〔3〕和一组轴销式同步传输机构，本发明的特征是：行星齿轮〔3〕的齿廓曲线是由三段依次相切的圆弧K₁₁K₁₂、K₁₂K₁₃、K₁₃K₁₄和两段与该三圆弧分别相切于端点的直线线段K₁₁K₁₅和K₁₄K₁₆所构成的组合式三圆弧齿形。

3、一种圆弧齿轮针轮行星啮合传动机构，它包括一个由转轴〔1〕和偏心套〔2〕组成的或者直接制成的偏心轴、一个固定的中心齿轮〔11〕、至少一个行星针轮〔10〕和一组轴销式同步传输机构，本发明的特征是：中心齿轮〔11〕的齿廓曲线是由一段圆弧K₆K₇K₈和两段与该圆弧分别相切于端点的直线线段K₆K₉和K₈K₁₀所构成的组合式单圆弧齿形。

4、一种圆弧齿轮针轮行星啮合传动机构，它包括一个由转轴〔1〕和偏心套〔2〕组成的或者直接制成的偏心轴、一个固定的中心齿轮〔11〕、至少一个行星针轮〔10〕和一组轴销式同步传输机构，本发明的特征是：中心齿轮〔11〕的齿廓曲线是由三段依次相切的圆弧K₁₇K₁₈、K₁₈K₁₉、K₁₉K₂₀和两段与三圆弧分别相切于端点的直线线段K₁₇K₂₂和K₂₀K₂₁所构成的组合式三圆弧齿形。

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