CN102829150B - 曲柄行星齿轮传动装置 - Google Patents

Abstract

行星齿轮传动装置中使用最多最广的是NGW行星减速器(2K-H负号机构)。但它的单级速比大于6后承载能力急剧下降。本发明提出一种P-K-H型曲柄行星齿轮传动装置。其基本结构是：曲柄机构P驱动分布在中心轮周围的若干个行星轮自转；行星架H随行星轮绕中心轮K公转，实现由曲柄、中心轮、行星架及行星轮组成的P-K-H型传动轮系。由于行星轮数量多，单只行星轮分担的传递力矩很小，因而极大地提高了传动装置的承载能力；成功克服了NGW减速器单级速比6以上承载能力低的缺点，提高了齿轮传动装置6以上传动比的承载能力，扩展了高承载能力齿轮传动装置的速比范围，降低了高承载能力齿轮传动装置的制造成本。

Description

曲柄行星齿轮传动装置

技术领域

本发明主要运用于齿轮传动领域，亦可用于摩擦传动。

以下主要从齿轮传动方面予以说明，摩擦传动方式的结构与齿轮传动基本相同，只是将齿轮换成摩擦轮即可，不予分叙。

在机构学轮系分类上我国教材沿用苏联的分类标志方法，即机构构件用俄文单词(或词组的主词)首字母标识。比如：目前使用广泛的，我国的NGW行星齿轮减速器，机构学上属于2K-H动轴轮系的负号机构。“2K-H”(读作двакаэн公众习惯上多按英文字母读音)的意义是：两个中心轮K(центральноеКолесо)即中心轴线固定不动的盘形或环形构件，NGW中指太阳轮和内齿轮，以及系杆或称转臂H(кронштейнНагрузкипланет)，NGW中指行星架，组成的动轴轮系。(参见图1)，本发明是一种全新的动轴轮系传动机构。它是由曲柄机构P(Рукоятка)，中心轮K(центральноеКолесо)以及系杆或称转臂H(кронштейнНагрузкипланет)组成的动轴轮系。依照上述命名方法，发明人将其命名为“P-K-H型动轴轮系”或简称为“P-K-H轮系”。“P-K-H”读作эркаэн，公众习惯上也可按英文字母读音。(参见图2，图5)，本发明的工作原理是，曲柄P是由件“8”上的偏心圆柱，件“3”上的偏心圆柱以及件“6”和件“7”组成平行四边形双曲柄四杆机构(在图2的右图中用虚线表示四连杆)驱动分布在中心轮K(件“5”)周围的若干个行星轮(件“3”)自转；行星轮与中心轮K(图2和图5中为件“5”)啮合，行星轮绕中心轮K的公转运动带动行星架(系杆)H转动，行星架由件“2”、件“7”和件“9”及其附件组成。

当中心轮K固定时，轮系成为“曲柄行星齿轮传动”，从曲柄P到系杆H的传动是减速传动；

当系杆H固定时，轮系成为“平行轴定轴齿轮传动”，从曲柄P到中心轮K的传动是减速传动；

当系杆H、中心轮K以及曲柄P都不固定时，轮系成为行星差动机构，可以在曲柄P和中心轮K以及系杆H之间，排列组合成多种形式的运动分解和运动合成方式。

背景技术

在行星齿轮传动机构中使用最多最广泛的是2K-H负号机构(国内工程运用的代表形式为NGW型行星齿轮减速器)。2K-H负号机构以传动比大、承载能力高的优点被众多工业行业广泛应用，是目前高承载能力传动装置的首选。但2K-H负号机构的单级传动比大于6后，太阳轮的齿数急剧减少，行星轮的齿数急剧增大而个数减少，因而承载能力急剧下滑。

本发明提出一种全新的行星齿轮传动机构——P-K-H型曲柄行星齿轮传动机构，工程技术上称为“曲柄行星齿轮传动装置”。

本发明的工作原理是，曲柄机构驱动分布在中心轮周围的若干个行星轮自转；行星轮绕中心轮的公转运动由行星架导出，从而实现由曲柄到行星架的减速传动。分布在中心轮周围的齿数少但数量多的行星轮将传递的功率(力矩)分流；由于行星轮个数多，分流到每个行星轮上的传递功率很小，因而极大地提高了传动装置的承载能力。克服了目前最广泛使用的2K-H负号机构传动装置(NGW型行星齿轮减速器)单级速比6以上承载能力低的严重缺陷，将齿轮传动装置高承载能力范围扩大到6以上的传动比。

发明内容

本发明提出一种全新的齿轮传动机构，主旨在于克服目前使用广泛的2K-H负号机构单级速比大于6后，承载能力急剧下降的缺点。鉴于此，本发明的技术实施方案如下：

1>参见图2至图6，本发明采用由曲柄(件6)和驱动盘(件8)及其附件组成的曲柄机构集中驱动布置在中心轮(图2、3、4中为内齿轮5、图5、6中为外齿轮5)周围的若干个行星轮3；行星轮3安装在由输出盘(件2)、均载盘(件7——可选)和筋柱(件9——可选)及其附件组成的行星架中；行星轮在曲柄机构驱动下绕自身轴心线旋转，与中心轮啮合时绕中心轮轴心线公转；行星架随行星轮的公转转动，从而实现由曲柄到行星架的减速传动。又因行星轮齿数可以做得少或很少，本发明的传动方案可以实现单级传动比6至20(工程上常用6至14)。

2>本发明由曲柄机构驱动的行星轮数量多，传递功率(力矩)分流到每个行星轮上时比2K-H负号机构的太阳轮要小很多倍。因此，相同外形尺寸的传动装置，本发明要比2K-H负号机构的传递能力大一至三倍(或更多)。

本发明的关键技术在于运用曲柄机构集中驱动若干个行星轮，增加功率分流支数，降低每个行星轮传递的功率，从而实现传递能力的极大提升。

本发明的积极意义在于成功克服目前最广泛使用的2K-H负号机构传动装置(NGW型行星齿轮减速器)单级速比6以上承载能力低的严重缺陷，将齿轮传动装置高承载能力范围扩大到6以上的传动比。

附图说明

图1、P-K-H型动轴轮系简图

图2、曲柄直接驱动工作行星轮的内啮合曲柄行星齿轮传动装置(P-K-H正号机构)示意图；

图3、工作行星轮为惰轮的内啮合曲柄行星齿轮传动装置(P-K-H负号机构)示意图；

图4、行星架固定，曲柄驱动，功率分流的内啮合齿轮传动装置示意图；

图5、外啮合曲柄行星齿轮传动装置(P-K-H负号机构)示意图；

图6、行星架固定，曲柄驱动，功率分流的外啮合齿轮传动装置示意图；

图7、有多只驱动盘的曲柄行星齿轮传动装置示意图；

具体实施方案

参照图2：图2是由单只驱动盘直接驱动工作行星轮的内啮合曲柄行星齿轮传动装置(P-K-H正号机构)的示意图。曲柄8用轴承安装在行星架内，行星架由输出盘2、均载盘7(可选)和筋柱9(可选)及其附件组成；曲柄8上的偏心柱面及行星轮3上的与之方向相同、偏心大小相同的偏心柱面安放在驱动盘6内，形成四连杆曲柄机构；以上偏心柱面和其安装孔之间装有轴承，可以自由转动；行星轮3用轴承安装在行星架上；行星轮3与内齿轮5啮合；内齿轮5固定在机体1内或者如图二所示作为机体的一部分用螺栓和机体连接在一起；行星架用轴承安装在机体内。当原动机带动曲柄8旋转时，行星轮3由曲柄机构带动，与曲柄同方向同转速绕自身轴心线旋转；同时，行星轮3与内齿轮5啮合，形成与曲柄方向相反的绕内齿轮轴心线转动的公转，并带动行星架转动；至此，完成运动从曲柄到行星架的传递，即形成由曲柄到行星架的减速传动。传动比数值上等于内齿轮5齿数Z_Q与行星轮3齿数Z_X的比值减一。

即： $i_{\mathrm{LH}}=\frac{Z_Q}{Z_X}-1$

参照图3：图3是由单只驱动盘驱动主动行星轮，而工作行星轮为惰轮的内啮合曲柄行星齿轮传动装置(P-K-H负号机构)示意图。曲柄8用轴承安装在行星架内，行星架由输出盘2、均载盘7(可选)和筋柱9(可选)及其附件组成；曲柄8上的偏心柱面及主动行星轮4上的与之方向相同、偏心大小相同的偏心柱面安放在驱动盘6内，形成四连杆曲柄机构；以上偏心柱面和其安装孔之间装有轴承，可以自由转动；主动行星轮4用轴承安装在行星架上；主动行星轮4与工作行星轮3(惰轮)啮合；工作行星轮3用轴承安装在行星架上；工作行星轮3与内齿轮5啮合；内齿轮5固定在机体1内或者如图3所示作为机体的一部分用螺栓和机体连接在一起；行星架用轴承安装在机体内。当原动机带动曲柄8旋转时，主动行星轮4由曲柄机构带动，与曲柄同方向同转速绕自身轴心线旋转；同时，主动行星轮4与工作行星轮3啮合；工作行星轮3与内齿轮5啮合，形成与曲柄旋转方向相同的绕内齿轮轴心线转动的公转，并带动行星架转动；至此，完成运动从曲柄到行星架的传递，即形成由曲柄到行星架的减速传动。传动比数值上等于内齿轮5齿数Z_Q与主动行星轮4齿数Z_X的比值加一。

即： $i_{\mathrm{LH}}=\frac{Z_Q}{Z_X}+1$

参照图4：图4是行星架固定，曲柄驱动、功率分流的内啮合齿轮传动示意图。这是曲柄行星齿轮传动的一个特例，此时机构变成曲柄驱动、功率分流的平行轴定轴齿轮传动。曲柄8用轴承安装在行星架内，行星架由输出盘2、均载盘7(可选)和筋柱9(可选)及其附件组成；行星架与机体1连接在一起，行星架与机体1的连接根据实用可以是刚性连接、弹性连接、柔性连接或者浮动连接等，图4中示以齿轮连接；曲柄8上的偏心柱面及齿轮3上的与之方向相同、偏心大小相同的偏心柱面安放在驱动盘6内，形成四连杆曲柄机构；以上偏心柱面和其安装孔之间装有轴承，可以自由转动；齿轮3用轴承安装在行星架上；齿轮3与内齿轮5啮合；内齿轮5与输出件10连接，输出件可以做成筒体或柱体(图4中示以圆柱体)。当原动机带动曲柄8旋转时，齿轮3由曲柄机构带动，与曲柄同方向同转速绕自身轴心线旋转；同时，齿轮3与内齿轮5啮合，带动内齿轮五和输出件10与曲柄同方向旋转；至此，完成运动从曲柄到内齿轮的传递，即形成由曲柄到内齿轮的减速传动。传动比数值上等于内齿轮5齿数Z_Q与齿轮3齿数Z_X的比值。

即： $i_{\mathrm{LQ}}^H=\frac{Z_Q}{Z_X}$

参照图5：图5是单只驱动盘直接驱动工作行星轮的外啮合曲柄行星齿轮传动装置(P-K-H负号机构)示意图。曲柄8用轴承安装在外齿轮内；曲柄8上的偏心柱面及行星轮3上的与之方向相同、偏心大小相同的偏心柱面安放在驱动盘6内，形成四连杆曲柄机构；以上偏心柱面和其安装孔之间装有轴承，可以自由转动；行星轮3用轴承安装在行星架上，行星架由输出盘2、均载盘7(可选)和筋柱9(可选)及其附件组成；行星轮3与外齿轮5啮合；外齿轮5与机体1连接在一起，外齿轮5与机体1的连接根据实用可以是刚性连接、弹性连接、柔性连接或者浮动连接等，图5中示以齿轮连接；行星架用轴承安装在机体内。当原动机带动曲柄8旋转时，行星轮3由曲柄机构带动，与曲柄同方向同转速绕自身轴心线旋转；同时，行星轮3与外齿轮5啮合，形成与曲柄方向相同的绕外齿轮轴心线转动的公转，并带动行星架转动；至此，完成运动从曲柄到行星架的传递，即形成由曲柄到行星架的减速传动。传动比数值上等于外齿轮5齿数Z_W与行星轮3齿数Z_X的比值加一。

即： $i_{\mathrm{LH}}=\frac{Z_W}{Z_X}+1$

参照图6：图6是行星架固定，曲柄驱动、功率分流的外啮合齿轮传动示意图。这是曲柄行星齿轮传动的一个特例，此时机构变成曲柄驱动、功率分流的平行轴定轴齿轮传动。行星架转变成机体(以下称为机体)，在图6中由件2、件7及其附件(图中未绘出)组成；曲柄8用轴承安装在机体和外齿轮内；曲柄8上的偏心柱面及齿轮3上的与之方向相同、偏心大小相同的偏心柱面安放在驱动盘6内，形成四连杆曲柄机构；以上偏心柱面和其安装孔之间装有轴承，可以自由转动；齿轮3用轴承安装在机体上；齿轮3与外齿轮5啮合；外齿轮5用轴承安装在机体内。当原动机带动曲柄8旋转时，齿轮3由曲柄机构带动，与曲柄同方向同转速绕自身轴心线旋转；同时，齿轮3与外齿轮5啮合，带动外齿轮5与曲柄反方向旋转；至此，完成运动从曲柄到外齿轮的传递，即形成由曲柄到外齿轮的减速传动。传动比数值上等于外齿轮5齿数Z_W与齿轮3齿数Z_X的比值。

即： $i_{\mathrm{LW}}^H=\frac{Z_W}{Z_X}$

参照图7：图7是以图3为蓝本，将驱动盘增加到呈180°对称分布的两只，由对称分布的两只驱动盘驱动主动行星轮，工作行星轮为惰轮的内啮合曲柄行星齿轮传动装置(P-K-H负号机构)示意图。

图2、3、4、5、6所示的方案列出的都是单只驱动盘。实际运用时，以上各实施方案大多使用两只或两只以上的驱动盘，以平衡驱动盘偏心运动产生的动载荷。现以具有两只驱动盘的图7作为例子说明具有多只驱动盘的曲柄行星传动的一般实施方案。

曲柄8用轴承安装在行星架内，行星架由输出盘2、均载盘7(可选)和筋柱9(可选)及其附件组成；曲柄8上的偏心柱面根据实用可以是两个，呈180°对称分布，或三个，呈120°均分，或更多；主动行星轮4上的与之方向相同、偏心大小相同的偏心柱面相应可以是两个，呈180°对称分布，或三个，呈120°均分，或更多；驱动盘6相应可以是两只，呈180°对称分布；或三只，呈120°均分，或更多；

参见图7，曲柄8上的两只呈180°对称分布的偏心柱面及主动行星轮4上的与之方向相同和偏心大小相同的两只偏心柱面分别安放在两只驱动盘6内，形成呈180°对称分布的两个四连杆曲柄机构；以上偏心柱面和其安装孔间装有轴承，可以自由转动；主动行星轮4用轴承安装在行星架上；主动行星轮4与工作行星轮3(惰轮)啮合；工作行星轮3用轴承安装在行星架上；工作行星轮3与内齿轮5啮合；内齿轮5固定在机体1内或者如图7所示作为机体的一部分用螺栓和机体连接在一起；行星架用轴承安装在机体内。当原动机带动曲柄8旋转时，主动行星轮4由两只曲柄机构带动，与曲柄同方向同转速绕自身轴心线旋转；同时，主动行星轮4与工作行星轮3啮合；工作行星轮3与内齿轮5啮合，形成与曲柄旋转方向相同的绕内齿轮轴心线转动的公转，并带动行星架转动；至此，完成运动从曲柄到行星架的传递，即形成由曲柄到行星架的减速传动。

参照图2、3、4、5、6、7：将其中的固定构件(即行星架或中心轮)解除固定约束，传动装置成为行星差动器，在曲柄、行星架和中心轮间可以实现运动合成或运动分解。

具体的方式如下：

1.曲柄及中心轮至行星架的运动合成；

2.曲柄及行星架至中心轮的运动合成；

3.行星架及中心轮至曲柄的运动合成；

4.中心轮至行星架及曲柄的运动分解；

5.行星架至中心轮及曲柄的运动分解；

6.曲柄至中心轮及行星架的运动分解。

Claims (8)

1.一种基于P-K-H型动轴轮系设计制造的曲柄行星齿轮传动装置，

P-K-H在曲柄行星齿轮传动装置中指：P——曲柄机构，由偏心圆柱和盘形零件组成的平行四边形双曲柄四杆机构；K——中心轮，即轴心线固定不动的齿轮；H——行星架，

其第一个特征是，当中心轮固定时，装置成为曲柄行星齿轮传动装置，曲柄机构驱动布置在固定的中心轮周围且安装在行星架中的若干个行星轮；行星轮在曲柄机构驱动下绕自身轴心线旋转，并绕中心轮的轴心线公转；行星架随行星轮的公转转动，从而实现曲柄与行星架间的运动传递；

其第二个特征是，当行星架固定而中心轮不固定时，装置成为曲柄集中驱动、功率分流的定轴齿轮传动装置，从而实现曲柄与中心轮间的运动传递；

其第三个特征是，当行星架和中心轮都不固定时，装置成为差动装置，实现在曲柄、中心轮和行星架之间的运动合成或运动分解。

2.根据权利要求1所表述的曲柄行星齿轮传动装置，其特征是，曲柄(8)用轴承安装在行星架内，行星架由轴(2)、均载盘(7)和筋柱(9)及其附件组成；曲柄(8)的偏心圆柱和行星轮(3)的偏心圆柱安放在驱动盘(6)的孔内，形成四连杆曲柄机构，曲柄(8)的偏心圆柱和行星轮(3)的偏心圆柱偏心方向相同且偏心距相同，以上偏心圆柱和其安装孔之间装有轴承，可以自由转动；行星轮(3)用轴承安装在行星架上；行星轮(3)与内齿轮(5)啮合；内齿轮(5)连接在机体(1)内或者作为机体的一部分用螺栓和机体连接在一起；行星架用轴承安装在机体内，此装置为曲柄行星齿轮传动装置。

3.根据权利要求1所表述的曲柄行星齿轮传动装置，其特征是，曲柄(8)用轴承安装在行星架内，行星架由轴(2)、均载盘(7)和筋柱(9)及其附件组成；曲柄(8)的偏心圆柱和主行星轮(4)的偏心圆柱安放在驱动盘(6)的孔内，形成四连杆曲柄机构，曲柄(8)的偏心圆柱和主行星轮(4)的偏心圆柱偏心方向相同且偏心距相同，以上偏心圆柱和其安装孔之间装有轴承，可以自由转动；主行星轮(4)用轴承安装在行星架上；主行星轮(4)与工作行星轮(3)啮合；工作行星轮(3)用轴承安装在行星架上；工作行星轮(3)与内齿轮(5)啮合；内齿轮(5)连接在机体(1）内或者作为机体的一部分用螺栓和机体连接在一起；行星架用轴承安装在机体内，此装置为曲柄行星齿轮传动装置。

4.根据权利要求1所表述的曲柄行星齿轮传动装置，其特征是，曲柄(8)用轴承安装在行星架内，行星架由连接盘(2)、均载盘(7)和筋柱(9)及其附件组成；行星架与机体(1)连接在一起，行星架与机体的连接根据实用可以是刚性连接或弹性连接；曲柄(8)的偏心圆柱和齿轮(3)的偏心圆柱安放在驱动盘(6)的孔内，形成四连杆曲柄机构，曲柄(8)的偏心圆柱和齿轮(3)的偏心圆柱偏心方向相同且偏心距相同，以上偏心圆柱和其安装孔之间装有轴承，可以自由转动；齿轮(3)用轴承安装在行星架上；齿轮(3)与内齿轮(5)啮合；内齿轮(5)与外接轴(10)连接，此装置为曲柄集中驱动、功率分流的定轴曲柄齿轮传动装置。

5.根据权利要求1所表述的曲柄行星齿轮传动装置，其特征是，曲柄(8)用轴承安装在外齿轮(5)和轴(2)内；曲柄(8)的偏心圆柱和行星轮(3)的偏心圆柱安放在驱动盘(6)的孔内，形成四连杆曲柄机构，曲柄(8)的偏心圆柱和行星轮(3)的偏心圆柱偏心方向相同且偏心距相同，以上偏心圆柱和其安装孔之间装有轴承，可以自由转动；行星轮(3)用轴承安装在行星架上，行星架由轴(2)、均载盘(7)和筋柱(9)及其附件组成；行星轮(3)与外齿轮(5)啮合；外齿轮(5)与机体(1)连接在一起，外齿轮(5)与机体(1）的连接根据实用可以是刚性连接或弹性连接；行星架用轴承安装在机体(1）内，此装置为曲柄行星齿轮传动装置。

6.根据权利要求1所表述的曲柄行星齿轮传动装置，其特征是，固定的行星架转变为机体，机体由端盖(2)、机壳(7)及其附件组成；曲柄(8)用轴承安装在机体和外齿轮(5)内；曲柄(8)的偏心圆柱和齿轮(3)的偏心圆柱安放在驱动盘(6)的孔内，形成四连杆曲柄机构，曲柄(8)的偏心圆柱和齿轮(3)的偏心圆柱偏心方向相同且偏心距相同，以上偏心圆柱和其安装孔之间装有轴承，可以自由转动；齿轮(3)用轴承安装在机体上；齿轮(3)与外齿轮(5)啮合；外齿轮(5)用轴承安装在机体内，此装置为曲柄集中驱动、功率分流的定轴齿轮传动装置。

7.根据权利要求1所表述的曲柄行星齿轮传动装置，其特征是，曲柄(8)上有多个呈圆周均布的偏心圆柱；与此相匹配，行星轮上相应也有多个呈圆周均布的偏心圆柱；与此相匹配，驱动盘(6)相应也为多个，此装置为多盘驱动的曲柄行星齿轮传动装置。

8.根据权利要求1所表述的曲柄行星齿轮传动装置，其特征是，将曲柄行星齿轮传动装置中的行星架及中心轮解除固定约束，此时曲柄行星齿轮传动装置可以在曲柄、行星架和中心轮之间实现运动合成或运动分解，此装置为曲柄行星齿轮差动装置。