CN102691752A - 复合滚动活齿传动装置及采用其进行传动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合滚动活齿传动装置及采用其进行传动的方法，传动装置包括活齿传动轮系、行星齿轮系和外传力盘，行星齿轮系的行星齿轮旋转设置在活齿传动轮系的激波轴的端面上；活齿传动轮系的活齿半盘与活齿传动轮系的固齿齿轮之间设置有一个第一交叉滚子轴承，活齿半盘与激波轴之间设置有一个第二交叉滚子轴承；外传力盘与一个活齿半盘相连，且其上具有与行星齿轮相啮合的内齿；行星齿轮系的中心齿轮由一原动机提供支承和定位，或者，在激波轴内设置轴承，中心齿轮设置在穿设于该轴承的中心轴上。本发明不但提高了传递的功率密度、减小了体积、使整个滚动活齿传动装置结构紧凑，还提高了传动系统的刚度和精度，并大大降低了制造加工成本。

Description

复合滚动活齿传动装置及采用其进行传动的方法

技术领域

本发明涉及一种滚动活齿传动，具体地说，是涉及一种复合滚动活齿传动装置及采用其进行传动的方法。

背景技术

目前，滚动活齿传动在通用机械领域中、特别是机器人领域中被广泛应用。

现有技术中，滚动活齿传动有如1993年04月28日授权公告的、授权公告号为CN1020383C的中国发明专利公开的全滚动活齿传动，该传动主要由固齿齿轮、活齿齿轮、和激波器三部分组成。其中活齿齿轮采用滚动传力结构实现全滚动活齿传动，两个活齿半盘通过各自上的扇形凸块中的孔由螺钉相联接，其中一孔内装有定位销和盘上的止口一起使两个活齿半盘准确定位，形成一副活齿盘。该发明解决了当时所有多种活齿传动中传力组件间存在滑动摩擦的问题，使活齿传动真正成为一种传动效率高、承载能力大、传动比大、体积小、重量轻的通用机械传动技术。然而，由于活齿盘是两个半盘组成，盘上开有供活齿销轴滚动的销轴槽，在留出激波器运动所需空间和销轴槽后，两个半盘之间只能从盘上的扇形凸块处通过孔用螺钉相联接，或在扇形凸块处用支柱进行联结，这种结构用在中小传动比时，是非常成功的，由于传动比为滚轮的个数，当传动比增大时，滚轮多而小，使得扇形凸块或支柱也随之缩小以至无法实现联结，从而限制了其传动比。

滚动活齿传动还有如1998年08月26日授权公告的、授权公告号为CN1191284A的中国发明专利公开的复式滚动活齿传动，其采用穿过激波盘上的大孔，用支柱将两个活齿半盘联接成一副活齿盘；同时，采用多个带有偏心轮的激波轴来驱动激波盘，各激波轴用一级前置齿轮和中心齿轮来并联。通过该种结构设置，在圆周上可以安排更多的活齿，从而扩大了速比范围，并且，由于采用多激波轴，并增加前置齿轮用中心齿轮并联输入，可以在不增大传动装置体积的条件下，使速比增大2至4倍，同时分散了偏心轮轴承和激波轴轴承的负荷，降低其转速。但是，由于其采用多激波轴结构，要求各激波轴完全一致、各前置齿轮完全一致、激波轴及前置齿轮的安装精度要求也高，增加了制造成本和加工、装配难度。

因此，如何克服现有滚动活齿传动中存在的问题，就成了当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对上述活齿传动存在的不足，提供一种复合滚动活齿传动装置，以提高传动效率和精度、降低制造加工成本和减小体积。

为了实现上述目的，本发明提供的一种复合滚动活齿传动装置，包括第一传动轮系、第二传动轮系和外传力盘，所述第一传动轮系包括激波器、活齿齿轮和固齿齿轮，所述激波器包括连接在一起的激波轴、偏心轮和激波盘，所述活齿齿轮包括活齿盘和活齿，所述活齿盘由两个活齿半盘组成，所述活齿半盘上具有径向销轴槽和扇形槽，所述活齿由销轴和活套于所述销轴上的滚轮组成，所述销轴两端置于所述径向销轴槽中，所述滚轮被支持于所述扇形槽中并在所述激波盘驱动下随所述销轴在所述径向销轴槽中作径向运动；所述固齿齿轮为一内齿轮，所述内齿轮具有用于与所述滚轮啮合的齿廓，所述齿廓为所述滚轮在所述激波器驱动下的包络曲线；所述第二传动轮系包括中心齿轮和行星齿轮；其中，所述行星齿轮旋转设置在所述激波轴的端面上；所述活齿半盘与所述固齿齿轮之间设置有一个第一交叉滚子轴承，所述活齿半盘与所述激波轴之间设置有一个第二交叉滚子轴承；所述外传力盘与其中一个活齿半盘相连，且所述外传力盘上具有与所述行星齿轮相啮合的内齿；所述中心齿轮由一原动机提供支承和定位，或者，所述中心齿轮由一原动机提供支承和定位，或者，于所述激波轴内设置一轴承，所述中心齿轮装设在穿设于所述轴承的一中心轴上。

上述的复合滚动活齿传动装置，其中，所述行星齿轮通过一芯轴和一滚针轴承支承在所述激波轴的端面上。

上述的复合滚动活齿传动装置，其中，所述外传力盘位于所述第一交叉滚子轴承和所述第二交叉滚子轴承的端部。

上述的复合滚动活齿传动装置，其中，还包括一套设于所述第一交叉滚子轴承上并与所述固齿齿轮连接为一体的端盖。

上述的复合滚动活齿传动装置，其中，所述端盖与所述外传力盘之间还设置有一密封圈。

上述的复合滚动活齿传动装置，其中，所述激波轴沿其轴向上设置有n排偏心轮和n排激波盘，所述n排激波盘各自对应一排活齿齿轮和一排固齿齿轮以构成n排活齿传动，各排活齿的角向位置保持一致，各排激波盘间相错360°/n相位角，各排固齿齿轮间相错1/n个齿距，所述n排偏心轮设置在同一轮体上。

上述的复合滚动活齿传动装置，其中，所述第一交叉滚子轴承的内圈与所述活齿半盘为一体结构。

上述的复合滚动活齿传动装置，其中，所述第二交叉滚子轴承的内圈与所述激波轴为一体结构。

进一步地，本发明提供采用上述复合滚动活齿传动装置进行传动的方法，所述方法为：固定所述固齿齿轮，从所述中心齿轮输入动力，并将所述外传力盘作为整个复合滚动活齿传动装置的输出；或者，固定所述固齿齿轮，从所述外传力盘输入动力，并将所述中心齿轮作为整个复合滚动活齿传动装置的输出；或者，固定所述中心齿轮，从所述固齿齿轮输入动力，并将所述外传力盘作为整个复合滚动活齿传动装置的输出；或者，固定所述中心齿轮，从所述外传力盘输入动力，并将所述固齿齿轮作为整个复合滚动活齿传动装置的输出；或者，固定所述外传力盘，从所述固齿齿轮输入动力，并将中心齿轮作为整个复合滚动活齿传动装置的输出；或者，固定所述外传力盘，从所述中心齿轮输入动力，并将固齿齿轮作为整个复合滚动活齿传动装置的输出。

本发明的有益功效在于：作为活齿传动的第一传动轮系与作为行星齿轮传动的第二传动轮系之间复合起来形成一种特殊的复合传动，扩大了传动比范围，传动效率高；同时采用单激波轴结构，提高了传动精度、降低了制造加工成本；不仅如此，由外传力盘及活齿齿轮构成的整个部件与激波器间的相对位置和旋转关系仅由一个交叉滚子轴承来保持，由外传力盘及活齿齿轮构成的整个部件与固齿齿轮间的相对位置和旋转关系也仅由一个交叉滚子轴承来保持，这样，不但提高了减速装置传递的功率密度、减小了减速装置的体积、使整个减速装置结构紧凑，而且同时提高了传动系统的刚度和精度，更进一步降低了制造加工成本。

另外，本发明的复合滚动活齿传动装置使用方式灵活，既可以作为减速器使用，也可以作为增速器使用。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的复合滚动活齿传动装置的结构图；

图2为图1中的M-M剖视图；

图3为图1的左视图(去掉左端的端盖后)；

图4为本发明另一实施例的复合滚动活齿传动装置的结构图。

其中，附图标记

1-中心齿轮

2-行星齿轮

3-内齿圈

4-外传力盘

5-密封圈

6-大端盖

7a-第一传力盘

7b-第二传力盘

7c-第一传力盘

7d-第二传力盘

7f-挡板

8-销轴

9-滚轮

10-固齿齿轮

11-激波轴

12-偏心轮

13-滚动轴承

14-激波盘

15-键

16-交叉滚子轴承

17-第一交叉滚子轴承

18-径向销轴槽

19-扇形槽

20-连接件

21-端盖

22-端盖

23-中心轴

24-轴承

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

参阅图1并结合参阅图2和图3，如图所示，本发明的复合滚动活齿传动装置，包括第一传动轮系、第二传动轮系和外传力盘，其中，第一传动轮系为活齿传动轮系，第一传动轮系为行星齿轮系。

活齿传动轮系包括激波器、活齿齿轮和固齿齿轮。激波器包括偏心轮12、滚动轴承13和激波盘14，偏心轮12装于激波轴11上、并通过键15定位，偏心轮12上装设无外圈的滚动轴承13，激波盘14直接套在滚动轴承13上。图1示出了两排激波器的结构图，其中两排激波器的激波盘沿激波轴11的轴向并排设置，且两个激波盘共用一个偏心轮体，该偏心轮体包括与其中一激波盘对应的第一偏心轮和与另一激波盘对应的第二偏心轮，在实际使用中，并不以此为局限，两排激波器也可以分别各自对应一个偏心轮体。活齿齿轮包括活齿盘和活齿，以图1所示的两排活齿齿轮为例，第一排活齿盘包括第一传力盘7a(即一活齿半盘)、第二传力盘7b(即另一活齿半盘)，第一传力盘7a和第二传力盘7b上具有相对应的径向销轴槽18和扇形槽19，第一传力盘7a的厚度大于第二传力盘7b的厚度，第一传力盘7a和第二传力盘7b分别置于激波盘14的两侧，且第一传力盘7a和第二传力盘7b通过螺钉之类的固定件连接在一起；活齿由销轴8和活套于销轴8上的滚轮9组成，销轴8两端置于径向销轴槽18中，滚轮9被支持于扇形槽19中并在激波盘14驱动下随销轴8在径向销轴槽18中作径向运动。第二排活齿盘包括第一传力盘7c、第二传力盘7d，第二传力盘7d的外侧还连接有挡板7f，以对第二传力盘7d进行端部定位，从而对活齿进行轴向定位。该第一传力盘7c、第二传力盘7d具有与第一传力盘7a、第二传力盘7b大致相同的结构，在此就不多做赘述。第一传力盘7c与第二传力盘7b通过螺钉之类的固定件连接在一起，以将两排活齿盘连接在一起，从而使两排活齿齿轮具有联动性，但是，两排活齿齿轮相互间的活齿却是相互独立的。固齿齿轮10为内齿轮，该内齿轮具有用于与滚轮9啮合的齿廓，该齿廓为滚轮9在激波器驱动下的包络曲线(见图2)。有关活齿传动轮系在此仅作一简单介绍，其详细结构可以参见授权公告号为CN1020383C的中国发明专利。

本发明实施例中仅仅是出了两排活齿传动的例子，对于基础的单排活齿传动，在两排活齿传动的基础上直接去掉远离行星齿轮系的一排活齿传动即可(见图1)。而有关n排活齿传动中活齿齿轮、激波器和固齿齿轮之间相互匹配的问题，仍可参阅授权公告号为CN1020383C的中国发明专利，如，n排激波器各自对应一排活齿齿轮和一排固齿齿轮以构成n排活齿传动，各排活齿的角向位置保持一致，各排激波盘间相错360°/n相位角，而各排固齿齿轮间相错1/n个齿距。n排固齿齿轮尺寸和齿数完全相同，共同做在一个轮体上，以使n排固齿齿轮为一整体(如图1所示的固齿齿轮10)。

本发明采用的行星齿轮系，包括中心齿轮1、行星齿轮2和内齿圈3，其中，中心齿轮1可以由一原动机提供支承和定位(见图1)，或者，由于激波轴11为空心轴结构，可于激波轴11内设置一轴承24，中心齿轮1装设在穿设于轴承24的一中心轴23上(见图4)，即，中心齿轮1由激波轴11安排支承。

外传力盘与活齿盘连接，仍以图1所示的两排活齿齿轮为例，外传力盘4与第一传力盘7a通过连接件20相连，外传力盘4上具有与行星齿轮2相啮合的内齿，从而外传力盘4的内缘构成行星齿轮系的内齿圈3。

行星齿轮系与活齿传动轮系之间的连接关系为：行星齿轮2与内齿圈3相啮合，行星齿轮2旋转设置在激波轴11的端面上，本实施例给出的行星齿轮2通过一芯轴和一滚针轴承支承在激波轴11的端面上的例子，在实际使用中并不以此为局限。通过这样连接后，外传力盘4复合了行星齿轮传动和活齿传动。

进一步地，活齿半盘7a与固齿齿轮10之间设置有一个第一交叉滚子轴承17，活齿半盘7a与激波轴11之间设置有一个第二交叉滚子轴承16，在实际使用中，第一交叉滚子轴承17并不局限于设置在活齿半盘7a与固齿齿轮10之间，而可以是任何一个活齿半盘与固齿齿轮10之间，以使得外传力盘4、与外传力盘4相连的活齿齿轮、以及固齿齿轮10用该交叉滚子轴承17支承，以保持由外传力盘及活齿齿轮构成的整个部件与固齿齿轮间精密的相对位置和正确的旋转关系；在实际使用中，第二交叉滚子轴承16并不局限于设置在活齿半盘7a与激波轴11之间，而可以是任何一个活齿半盘与激波轴11之间，以保持由外传力盘及活齿齿轮构成的整个部件与激波器间精密的相对位置和正确的旋转关系。

图1所示的实施例中，外传力盘4位于第一交叉滚子轴承17和第二交叉滚子轴承16的端部，且第一交叉滚子轴承17上套设有一端盖6，该端盖6与固齿齿轮10连接为一体，在端盖6与外传力盘7a之间设置有一密封圈5，通过这样的结构设置能满足第一交叉滚子轴承17和第二交叉滚子轴承16的轴向定位要求。且采用这样的结构后，外传力盘4和固齿齿轮10均可以看作为复合滚动活齿传动装置壳体的一部分，与端盖6和端盖21、22共同构成传动装置的封闭外壳。另外，第一交叉滚子轴承17的内圈可以与第一传力盘7a一体成型，同时，第二交叉滚子轴承16的内圈可以与激波轴11一体成型，以减少传动装置的零件数目，从而有利于批量生产、降低成本，同时提高产品的性能。当然，在实际使用中，第一交叉滚子轴承17的内圈可以与任意一传力盘一体成型。

本发明的复合滚动活齿传动装置既可以作为减速器使用，也可以作为增速器使用。

作为采用本发明复合滚动活齿传动装置进行传动的第一实施例，在使用时，固定固齿齿轮10，从中心齿轮1输入动力，并将外传力盘4作为整个复合滚动活齿传动装置的输出。此时的工作原理为：当中心齿轮1在动力驱动下转动时，将带动行星齿轮2转动，该行星齿轮2转动时，将同时带动激波轴11和外传力盘4。而激波轴11转动时，其上的第一排活齿传动的激波器驱动第二排的诸活齿与固齿齿轮啮合，迫使销轴推动活齿盘发生与激波轴11同向的转动，第一排诸活齿则退出啮合，恢复原位；与此同时，第二排活齿传动的激波器驱动第一排诸活齿与固齿齿轮啮合，迫使销轴推动活齿盘发生与激波轴同向的转动，第二排诸活齿销轴则退出啮合，恢复原位。如此连续循环运行，使整个活齿传动轮系随时都有多对齿对称啮合，受力处于均衡状态，而作为活齿传动轮系的输出件的第一传力盘7a也将带动外传力盘4。这就意味着，外传力盘4同时作为行星齿轮系和活齿传动系的输出，外传力盘4上复合了行星齿轮2和第一传力盘7a带来的运动，亦即，复合滚动活齿传动将行星传动和活齿传动复合起来形成一种特殊的复合传动，此时的传动比i的计算公式如下：

当Z_h＝Z_g±1时，

i＝±Z_h(1+Z₂/Z₁)-Z₂/Z₁

其中，Z_h为活齿的个数，Z_g为固齿齿轮的齿数，Z₂为行星齿轮的齿数，Z₁为中心齿轮的齿数。

作为采用本发明复合滚动活齿传动装置进行传动的第二实施例，在使用时，固定固齿齿轮10，从外传力盘4输入动力，并将中心齿轮1作为整个复合滚动活齿传动装置的输出，参照上述第一实施例的工作原理，此时，中心齿轮1同时作为行星齿轮系和活齿传动系的输出。

作为采用本发明复合滚动活齿传动装置进行传动的第三实施例，在使用时，固定中心齿轮1，从固齿齿轮10输入动力，并将外传力盘4作为整个复合滚动活齿传动装置的输出。

作为采用本发明复合滚动活齿传动装置进行传动的第四实施例，在使用时，固定中心齿轮1，从外传力盘4输入动力，并将固齿齿轮10作为整个复合滚动活齿传动装置的输出。

作为采用本发明复合滚动活齿传动装置进行传动的第五实施例，在使用时，固定外传力盘，从固齿齿轮10输入动力，并将中心齿轮1作为整个复合滚动活齿传动装置的输出。

作为采用本发明复合滚动活齿传动装置进行传动的第六实施例，在使用时，固定外传力盘4，从中心齿轮1输入动力，并将固齿齿轮10作为整个复合滚动活齿传动装置的输出。

从上述的六个实施例可以看出，可以固定中心齿轮1、外传力盘4和固齿齿轮10的任一，而其余两者互为输入输出。

本发明的复合滚动活齿传动装置具有如下优点：

1、由于将行星传动和活齿传动复合起来形成一种特殊的复合传动，相对于CN1191284A的中国发明专利公开的结构而言，不仅扩大了传动比范围，并且克服了多激波轴传动效率低的问题，同时，活齿传动采用单激波轴结构，降低了加工、装配难度和制造成本。

2、活齿传动的激波轴轴仅通过一个交叉滚子轴承支撑(简称为单点支承式)，一根轴上只需一个轴承就可以同时承受轴上的径向和轴向载荷，使整个装置结构更加紧凑、简单。并且，采用单点支承式结构后，支承点集中在轴的一端，轴承的内部不必考虑预留热涨间隙，实际间隙可以很小，这样就提高了复合滚动活齿传动装置的传动精度，并进一步降低了加工装配要求，从而大大降低了制造加工成本。

3、使用方式灵活，既可以作为减速器使用，也可以作为增速器使用。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种复合滚动活齿传动装置，其特征在于：包括第一传动轮系、第二传动轮系和外传力盘，所述第一传动轮系包括激波器、活齿齿轮和固齿齿轮，所述激波器包括连接在一起的激波轴、偏心轮和激波盘，所述活齿齿轮包括活齿盘和活齿，所述活齿盘由两个活齿半盘组成，所述活齿半盘上具有径向销轴槽和扇形槽，所述活齿由销轴和活套于所述销轴上的滚轮组成，所述销轴两端置于所述径向销轴槽中，所述滚轮被支持于所述扇形槽中并在所述激波盘驱动下随所述销轴在所述径向销轴槽中作径向运动；所述固齿齿轮为一内齿轮，所述内齿轮具有用于与所述滚轮啮合的齿廓，所述齿廓为所述滚轮在所述激波器驱动下的包络曲线；所述第二传动轮系包括中心齿轮和行星齿轮；其中，

所述行星齿轮旋转设置在所述激波轴的端面上；

所述活齿半盘与所述固齿齿轮之间设置有一个第一交叉滚子轴承，所述活齿半盘与所述激波轴之间设置有一个第二交叉滚子轴承；

所述外传力盘与其中一个活齿半盘相连，且所述外传力盘上具有与所述行星齿轮相啮合的内齿；

所述中心齿轮由一原动机提供支承和定位，或者，于所述激波轴内设置一轴承，所述中心齿轮装设在穿设于所述轴承的一中心轴上。

2.根据权利要求1所述的复合滚动活齿传动装置，其特征在于，所述行星齿轮通过一芯轴和一滚针轴承支承在所述激波轴的端面上。

3.根据权利要求1所述的复合滚动活齿传动装置，其特征在于，所述外传力盘位于所述第一交叉滚子轴承和所述第二交叉滚子轴承的端部。

4.根据权利要求1所述的复合滚动活齿传动装置，其特征在于，还包括一套设于所述第一交叉滚子轴承上并与所述固齿齿轮连接为一体的端盖。

5.根据权利要求3所述的复合滚动活齿传动装置，其特征在于，所述端盖与所述外传力盘之间还设置有一密封圈。

6.根据权利要求1所述的复合滚动活齿传动装置，其特征在于，所述激波轴沿其轴向上设置有n排偏心轮和n排激波盘，所述n排激波盘各自对应一排活齿齿轮和一排固齿齿轮以构成n排活齿传动，各排活齿的角向位置保持一致，各排激波盘间相错360°/n相位角，各排固齿齿轮间相错1/n个齿距，所述n排偏心轮设置在同一轮体上。

7.根据权利要求1所述的复合滚动活齿传动装置，其特征在于，所述第一交叉滚子轴承的内圈与所述活齿半盘为一体结构。

8.根据权利要求1所述的复合滚动活齿传动装置，其特征在于，所述第二交叉滚子轴承的内圈与所述激波轴为一体结构。

9.一种采用权利要求1-8中任意一项所述的复合滚动活齿传动装置进行传动的方法，其特征在于：

固定所述固齿齿轮，从所述中心齿轮输入动力，并将所述外传力盘作为整个复合滚动活齿传动装置的输出；或者，

固定所述固齿齿轮，从所述外传力盘输入动力，并将所述中心齿轮作为整个复合滚动活齿传动装置的输出；或者，

固定所述中心齿轮，从所述固齿齿轮输入动力，并将所述外传力盘作为整个复合滚动活齿传动装置的输出；或者，

固定所述中心齿轮，从所述外传力盘输入动力，并将所述固齿齿轮作为整个复合滚动活齿传动装置的输出；或者，

固定所述外传力盘，从所述固齿齿轮输入动力，并将中心齿轮作为整个复合滚动活齿传动装置的输出；或者，

固定所述外传力盘，从所述中心齿轮输入动力，并将固齿齿轮作为整个复合滚动活齿传动装置的输出。

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