CN1018567B - 少齿差星轮减速器和变速器 - Google Patents

Abstract

一种涉及渐开线齿轮行星传动机构的混合少齿差星轮减速器和变速器，分别由两对或一对内啮合齿轮付、偏心轴和偏心套组成的曲轴、星轮座、转动传递机构滚动星轮及双向平衡器组成；内啮合齿轮付之间的模数、齿数差、偏心距分别可以不同或相同，齿轮付为正齿轮。本发明可实现的传动比范围宽而密集、传动效率高、承载能力大。

Description

本发明涉及渐开线齿轮行星传动机构，更为具体地涉及混合少齿差渐开线齿轮行星传动机构及装置。

已于1985年4月1日申请的“混合少齿差渐开线行星传动装置”（申请号：85100376）和1987年申请的“混合少齿差渐开线齿轮行星传动机构及装置”（申请号：87102061）两次专利申请文件中阐述了由两对内啮合齿轮付组成的减速传动和三对或三对以上内啮合齿轮付组成的变速传动，但未涉及由一对内啮合齿轮付组成的减速传动以及由两对内啮合齿轮付组成的变速传动。

本发明的目的是提供一种其传动比不仅有由两对内啮合齿轮付组成的混合少齿差星轮减速器，而且有作为特例的由一对内啮合齿轮付组成的少齿差星轮减速器。

本发明再一个重要目的是提供一种由两对内啮合齿轮付组成两个传动比的混合少齿差星轮变速器。

本发明再一个重要的目的是上述减速器和变速器采用滚动星轮作为行星齿轮之间的转动传递机构。

本发明的目的是这样来实现的：本发明的混合少齿差星轮减速器有两对内啮合的齿轮付，每对齿轮付的行星齿轮可转动地套在一根作为动力输入曲轴的两个曲柄轴上，两个行星齿轮之间又用滚动星轮联结在一起，一对内啮合齿轮付的内齿轮固定，另一对内啮合齿轮付的内齿轮和动力输出轴固为一体。所述的由一对内啮合齿轮付组成的星轮减速器是指保留与动力输出轴固为一体的内齿轮和与之相啮合的行星齿轮，取消另一对内啮合齿轮付代之以星轮座（即固定圈），星轮座与行星齿轮之 间的转动传递机构采用滚动星轮，在行星齿轮和星轮座上设有中心圆一致且数目相同的等分孔，滚动星轮上的滚动轴承装入等分孔中;同理，也可以保留另一对内啮合齿轮付，而取消与动力输出轴联结的一对内啮合齿轮付，星轮座则与动力输出轴固为一体，其它因上所述。所述的由两对内啮合齿轮付组成两个传动比的混合少齿差星轮变速器，是在由两对内啮合齿轮付组成的星轮减速器的基础上实现的，即：行星齿轮之间由滚动星轮联结，在滚动星轮中间圆柱上装上轴承，用一个星轮座作为支撑，星轮座与输入端内齿轮均可旋转，当固定星轮座时，输入端内齿轮作旋转运动，则由一对内啮合齿轮付组成一个小传动比;当固定输入端内齿轮时，星轮座旋转，则由两对内啮合齿轮付组成一个大传动比。所述的行星齿轮之间或行星齿轮与星轮座之间采用滚动星轮作为转动传递机构，滚动星轮具有三段圆柱体的曲拐，中间一段圆柱体围绕自身的中心线旋转并围绕减速器中心线公转，故称它为星轮，曲拐两端圆柱上均装有滚动轴承，分别插入行星齿轮等分孔中，如用于变速器，则中间一段圆柱亦装有滚动轴承并装入星轮座的等分孔中;由于星轮运动付均为滚动轴承，故称该种转动传递机构为滚动星轮，采用滚动星轮作转动传递机构的混合少齿差渐开线齿轮行星传动装置简称为混合少齿差星轮减速器（可作增速器）和变速器。

本发明所述的内啮合齿轮付是正齿轮付，其齿轮差、模数和相应的曲柄轴的偏心距分别可以不同或相同。

上述的混合少齿差渐开线齿轮行星传动机构为基本结构，其动力输入轴联上动力输入箱便可组合各种需要的混合少齿差星轮减速器和变速器系列，其安装形式有卧式的、立式的、仰式的、侧式的，输出形式有圆柱轴型、端面爪、内花键孔、内单双键孔等多种。

图1：采用两对内啮合齿轮付并用滚动星轮作为转动传递机构的 混合少齿差星轮减速器原理图;

图2：采用一对内啮合齿轮付并用滚动星轮作为转动传递机构的少齿差星轮减速器原理图;

图3：采用两对内啮合齿轮付并用滚动星轮作为转动传递机构的混合少齿差星轮变速器原理图;

图4：采用两对内啮合齿轮付并用滚动星轮作为转动传递机构的单级传动混合少齿差星轮减速器结构图;

图5：采用一对内啮合齿轮付并用滚动星轮作为转动传递机构的单级传动少齿差星轮减速器结构图;

图6：采用两对内啮合齿轮付获得两个传动比并用滚动星轮作为转动传递机构的混合少齿差星轮变速器结构图。

现结合附图来详细叙述本发明的特征和几个最佳实施例，通过对实施例的描述，将使本发明更易被理解，而这些实施例的叙述不应限制本发明的范围。

图1所示：曲轴〔5〕具有两个曲拐〔3〕和〔4〕，内齿轮Z₄固定不动，行星齿轮Z₃空套在曲拐〔4〕上的曲柄轴上，两者成动配合，行星齿轮Z₃和Z₄啮合，另一行星齿轮Z₂空套在另一曲拐〔3〕的曲柄轴上，两者成动配合，另一内齿轮Z₁和Z₂啮合，输出轴〔1〕与内啮轮Z₁固为一体，输出轴〔1〕和曲轴〔5〕同轴;行星齿轮Z₂与Z₃之间的转动传递机构是滚动星轮〔2〕，它具有曲拐，曲拐两端的圆柱轴体上装有滚动轴承，它们分别插入行星齿轮Z₂和Z₃的等分孔中，行星齿轮Z₂上面等分孔的中心圆直径Dz₂，

行星齿轮Z₃上面的等分孔中心圆直径Dz₃，应使Dz₂＝Dz₃，等分孔数亦应相等;在曲轴〔5〕末端，输出轴内腔中装有应用了三点双向平衡设计的双向平衡器〔6〕;为了在结构合理的条件下挑选最佳传动比组合，本发明混合少齿差星轮减速器的内啮合齿轮付均 为正齿轮，其规律是X₁-Z₂≥Z₄-Z₃，m₁₂≥m₃₄，a₁₂≥a₃₄，式中符号表示：

Z₁、Z₂、Z₃、Z₄各表示相应齿轮的齿数

m₁₂-Z₁和Z₂齿轮的模数

m₃₄-Z₃和Z₄齿轮的模数

a₁₂-Z₁、Z₂齿轮付处的曲拐偏心距

a₃₄-Z₃、Z₄齿轮付处的曲拐偏心距

同时应使滚动星轮〔2〕的曲拐两端圆柱轴心距等于两对齿轮付处的曲拐偏心距之和（a₁₂+a₃₄）。

上述的机构是这样工作的：运动从曲轴〔5〕输入，行星齿轮Z₃产生自转与公转，其自转又通过转动传递机构滚动星轮〔2〕传递给齿轮Z₂，Z₂在Z₃和曲轴〔5〕的作用下产生自转和公转，从而将减速后的转速通过与Z₂内啮合的齿轮Z₁和输出轴〔1〕输出。

图2所示是采用一对内啮合齿轮付组成小传动比的星轮减速器，与图1所示不同的是取消了齿轮Z₄和Z₃，而以星轮座〔9〕代之，在星轮座〔9〕上加工n个等分孔，其中心圆直径等于Z₂上等分孔中心圆直径Dz₀＝Dz₂，滚动星轮〔2〕两端分别插入等分孔数目相等的行星齿轮Z₂和星轮座〔9〕的等分孔中;由于取消了行星齿轮Z₃，故在Z₃的曲轴位置安装一配重〔8〕，使行星齿轮Z₂组件、配重〔8〕与双向平衡器〔6〕匹配成三点双向平衡系统。

这种星轮减速器的工作过程是：运动从曲轴〔5〕输入，由于滚动星轮〔2〕的一端插入星轮座〔9〕的等分孔中，因只能自转而不能公转，所以行星齿轮Z₂在曲轴〔5〕和滚动星轮〔2〕的作用下，只作平面公转而不能自转，Z₂与Z₁啮合，内齿轮与行星齿轮齿数差的原因，行星齿轮Z₂推动内齿轮Z₁作减速自转运动，通过输出轴将减 速后的运动输出。

图3所示的混合少齿差星轮变速器与图1所示的混合少齿差星轮减速器原理的区别是在两个行星齿轮之间增加了一个可浮动的星轮座〔9〕，滚动星轮〔2〕的中间圆柱穿入星轮座〔9〕的等分孔中，行星齿轮Z₂上的等分孔中心圆直径Dz₂，星轮座〔9〕上的等分孔中心圆直径Dz₀，行星齿轮Z₃上等分孔中心圆直径Dz₃，应使Dz₂＝Dz₀＝Dz₃，而且等分孔数目相等，星轮座〔9〕与内齿轮Z₄是浮动的。

变速器的工作过程如下：运动从曲轴〔5〕输入，当固定星轮座〔9〕而使内齿轮Z₄浮动时，Z₃和Z₄处于空转状态，而行星齿轮Z₂则在滚动星轮〔2〕与曲轴〔5〕的共同作用下作平面公转运动，Z₂与内齿轮Z₁啮合，由于齿数差的原因，Z₂推动Z₁作减速自转运动，得到一个小传动比i₁;当固定内齿轮Z₄而使星轮座〔9〕浮动时，行星齿轮Z₃在曲轴〔5〕和固定内齿轮Z₄的共同作用下作自转与公转运动，滚动星轮〔2〕将转动传递给星轮座〔9〕与行星齿轮Z₂，星轮座〔9〕随滚动星轮〔2〕作自转运动，而行星齿轮Z₂则在滚动星轮〔2〕与曲轴〔5〕的共同作用下作自转与公转运动，行星齿轮Z₂与内齿轮Z₁啮合，Z₁固定在输出轴上，从而将减速运动输出，得到一个大传动比i₂，其i₂/i₁变速范围根据用户需要而定。其它如前面所述，不再重复。

图4所示为图1单级传动双轴型星轮减速器的结构图。减速器壳体〔15〕左侧有二挡轴承孔，分别装有轴承〔14〕和〔16〕，输出轴〔11〕的两挡轴颈分别装在轴承〔14〕和〔16〕的内圈孔里，成过渡配合;端盖〔13〕用螺钉紧固在壳体〔15〕上，轴向压住轴 承〔14〕，端盖〔13〕里装有密封圈，套在输出轴〔11〕上的紧固环〔12〕挡住轴承〔14〕的内圈不让轴向移动，紧固环〔12〕外圈与密封圈接触;输出轴的右端具有法兰盘结构，内齿轮〔18〕用铆钉同输出轴的法兰盘铆合在一起，并用马鞍键〔17〕联结在一起，使之能传递大的扭矩;输出轴法兰盘中央有一凹腔结构，在凹腔中装入轴承〔40〕，输入轴〔31〕一头的轴颈装入轴承〔40〕的内圈孔中，另一头的轴颈上装有轴承〔32〕，该轴承〔32〕座落在轴承座〔28〕的轴承孔中，轴承座〔28〕用螺钉紧固在壳体〔15〕上，端盖〔29〕用螺钉紧固在轴承座〔28〕上并压住轴承〔32〕，端盖〔29〕内装有密封圈，该密封圈与紧固环〔30〕接触;输入轴〔31〕上装有曲拐结构的偏心套〔33〕，偏心套也可分做两段，在两个曲拐上（相当于图1所述曲柄轴）分别安装了轴承〔38〕和〔25〕，曲拐偏心距分别为a₁₂和a₃₄，轴承〔38〕上装有行星齿轮〔20〕，轴承〔25〕上装有行星齿轮〔24〕，内齿轮〔23〕（即前面图1所述的输入端内齿轮Z₄）用圆柱销（图中未示出）定位并与壳体〔15〕紧固，轴承座〔28〕压住内齿轮〔23〕，行星齿轮〔20〕、〔24〕分别和内齿轮〔18〕〔23〕内啮合，在轴承〔25〕右侧有挡圈〔26〕以限制轴承轴向移动，偏心套〔33〕两端装有挡圈〔39〕、〔27〕，起轴向定位作用;在输入轴〔31〕的末端、输出轴法兰一体的凹腔中装有双向平衡器〔41〕，以达到传动装置双向平衡、传动平稳的目的，输入轴〔31〕与偏心套〔33〕用单键〔35〕联结;行星齿轮〔20〕和〔24〕之间装有滚动星轮〔22〕，滚动星轮是一曲拐，曲拐两端圆柱体上装有滚动轴承，分别插入行星齿轮〔20〕和〔24〕的等分孔中。在壳体〔15〕上还装有吊环〔21〕、加油孔及通气 塞〔19〕、放油孔及螺塞〔36〕和润滑油观察窗〔37〕，所述轴承〔16〕、〔32〕、〔40〕可以是向心球轴承也可以是向心短圆柱轴承，立式减速器的轴承〔40〕应改成能承受轴向力的滚动轴承;所述的轴承〔14〕可为向心球面轴承，也可是双列球面滚子调心轴承;所述的滚动星轮〔22〕上面的轴承可以是向心球面滚子轴承、短圆柱滚子轴承，也可以是双列球面调心轴承。

图5所示为卧式双轴伸减速器，与图4所示减速器不同之处是取消了齿轮〔24〕和〔23〕，增加了用圆柱销（图中未表示）固定在壳体〔15〕上的星轮座〔48〕，行星齿轮〔20〕通过滚动星轮〔22〕与星轮座〔48〕相联，减速器只用一对内啮合齿轮付减速，图中增加的配重〔43〕其偏心距为a，配重〔43〕与行星齿轮组件、双向平衡器匹配成双向平衡系统，其它如图4所述。

图6所示是一种卧式双轴伸混合少齿差星轮变速器，与图1所示减速器不同之处是增加了浮动星轮座〔48〕，滚动星轮〔22〕的曲拐中段圆柱轴颈上安装了滚动轴承〔44〕，星轮座〔48〕外圆周加工n个直槽，并与壳体〔15〕内孔成动配合，内齿轮〔23〕外圆周上加工有n个圆形槽，其外圆与壳体〔15〕内孔成动配合;图中圆柱销〔45〕和〔47〕由操作机构〔46〕操作上下滑动，操作机构的工作过程是：用手柄转动一内齿轮（图中未表示），内齿轮带动两个外齿轮，一个外齿轮在圆柱销〔45〕上部，另一个外齿轮在圆柱销〔47〕上部，外齿轮分别通过右向螺纹与左向螺纹联接圆柱销〔45〕和〔47〕，当内齿轮转动带动外齿轮旋转时，通过左、右螺纹的作用操纵圆柱销〔45〕与〔47〕作相反方向滑动，当圆柱销〔45〕向下滑插入星轮座〔48〕的直槽中时， 则星轮座〔48〕固定，内齿轮〔23〕浮动于是齿轮〔20〕、〔18〕组成一个小传动比i₁;当圆柱销〔47〕向下滑动插入内齿轮〔23〕外圆槽中时，圆柱销〔45〕同时向上滑动离开星轮座直槽，则内齿轮〔23〕固定，星轮座〔48〕浮动，于是由齿轮〔23〕、〔24〕、〔20〕、〔18〕组成一个大传动比i₂，就这样通过星轮座〔48〕与内齿轮〔23〕交换固定与浮动，达到变速的目的。星轮座〔48〕与内齿轮〔23〕交换固定与浮动的操作机构种类很多，可用带式、斜块式抱闸，也可用电器或液压控制，在此不多述，其它如图4所述。

本发明的优点是明显的：

1.传动比范围之广阔、级数之密集为中外任何减速器产品所莫及：单级传动比范围由14～125分39级;输入端串联扩大级的减速器传动比范围由71～2000分58级，串联型传动比范围由670～16000分53级;任选传动比范围由17000～400，0000;

2.减速器和变速器承载能力大，从产品中心高80mm～560mm分16个机型，相应传递力矩60～122500N·m，传递功率0.06～300KW;

3.减速器和变速器的效率高，由于通过严格的参数优化设计，其齿轮啮合效率达99%，同时，由于采用了全滚动的转动传递机构，可以达到很高的综合传动效率;

4.减速器和变速器的齿部线速度常在1m/Sec以下，并应用独特的三点双向平衡设计法安装了双向平衡器，因而具备运转平稳的性能，其噪声在60～80dB之间。

5.减速器和变速器通过精确选择结构参数和热平衡设计并采用特殊工艺以及采用全滚动的转动传递机构，具有高寿命和高可靠性的特点。

6.减速器和变速器型式规模大，适应范围广阔，具有高度标准化、系列化、通用化的单元结构型式，已设计了包括16个系列，28800个品种规格的结构严谨、选用方便的产品体系。

Claims (7)

1、一种涉及渐开线齿轮行星传动机构的混合少齿差星轮减速器主要包括由输入轴和偏心套组成的双曲柄曲轴、两对内啮合齿轮副组件、转动传递机构、平衡器、输出轴和壳体部分，每对内啮合齿轮副的行星齿轮可转动地套在曲轴的曲柄上，两对内啮合齿轮副之间的齿数差、模数和相应的曲柄轴之偏心距分别可以不同或相同，内啮合齿轮副的齿轮为正齿轮，其特征在于：

a、两对内啮合齿轮副中，一对齿轮副的内齿轮固定，另一对齿轮副的内齿轮与输出轴固为一体，两对齿轮副的行星齿轮之间用转动传递机构滚动星轮联结，行星齿轮上设有中心圆直径一致、数目相同的安装滚动星轮之轴承的等分孔；

b、在输入轴的末端、输出轴法兰凹腔中装有经三点双向平衡设计的双向平衡器。

2、根据权利要求1所述的少齿差星轮减速器，其特征在于转动传递机构为具有三段圆柱体的曲拐，曲拐两端的圆柱体上装有滚动轴承并分别套入两对内啮合齿轮副的行星齿轮上的等分孔中。

3、一种混合少齿差星轮减速器的特例一少齿差星轮减速器主要包括由输入轴和偏心套组成的双曲柄曲轴、一对内啮合齿轮副组件、星轮座、转动传递机构、配重、平衡器、输出轴和壳体部分，内啮合齿轮副的行星齿轮可转动地套在曲轴的一个曲柄上，齿轮副的齿轮为正齿轮，其特征在于：

a、当齿轮副的内齿轮与输出轴固为一体时，星轮座固定，也可以是星轮座与输出轴固为一体，而内齿轮固定;配重装在曲轴的另一个曲柄上;

b、星轮座与行星齿轮之间用转动传递机构滚动星轮联结，星轮座和行星齿轮上设有中心圆直径一致且数目相同的安装滚动星轮之轴承的等分孔;

c、在输入轴的末端、输出轴法兰凹腔中装有经三点双向平衡设计的双向平衡器。

4、根据权利要求3所述的少齿差星轮减速器，其特征在于转动传递机构为具有三段圆柱体的曲拐，曲拐两端的圆柱体上装有滚动轴承并分别套入星轮座和行星齿轮上的等分孔中。

5、一种涉及渐开线齿轮行星传动机构的混合少齿差星轮变速器主要包括由输入轴和偏心套组成的双曲柄曲轴、两对内啮合齿轮副组件、星轮座、转动传递机构、平衡器、输出轴、变速操作机构和壳体部分，每对内啮合齿轮副的行星齿轮可转动地套在曲轴的曲柄上，两对内啮合齿轮副之间的齿数差、模数和相应的曲柄轴之偏心距分别可以不同或相同，齿轮副的齿轮为正齿轮，其特征在于：

a、两对内啮合齿轮副中，一对齿轮副的内齿轮与输出轴固为一体，另一对齿轮副的内齿轮和位于两个行星齿轮之间的星轮座分别可以浮动或固定;

b、两对齿轮副的行星齿轮之间用转动传递机构滚动星轮并通过星轮座联结，行星齿轮与星轮座上有中心圆直径一致、数目相同的安装滚动星轮之轴承的等分孔;

c、在输入轴的末端、输出轴法兰凹腔中装有经三点双向平衡计算的双向平衡器。

6、根据权利要求5所述的少齿差星轮变速器，其特征在于转动传递机构为具有三段圆柱体的曲拐，曲拐中段的圆柱体装上滚动轴承套入星轮座的等分孔中，曲拐两端的圆柱体则装上滚动轴承分别套入两对内啮合齿轮副的行星齿轮上的等分孔中。

7、根据权利要求5所述的少齿差星轮变速器，其特征在于星轮座和可以浮动的内齿轮外圆上均有槽与壳体的内孔成孔销动配合，变速操作机构操纵圆柱销上、下反向滑动，实现星轮座和内齿轮交换固定或浮动以组成大小不同的传动比，从而构成变速器;操作机构为齿轮控制机构，还可选用带式、楔块式、抱闸控制机构或电器、液压控制机构。

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