CN103836121A - 一种行星差环减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种行星差环减速器，其包括：壳体及一以能够转动的方式套设于所述壳体上且输入端与动力装置连接的曲轴，且所述曲轴的曲拐位于所述壳体内；所述曲轴的曲拐上以能够转动的方式套设有双联齿轮，所述双联齿轮包括第一齿轮及第二齿轮；所述第一齿轮与对应固定设置于所述壳体上的内齿圈的内齿相啮合；且所述第二齿轮与一以能够转动的方式设置于所述壳体上并设置有内齿的动力输出盘的内齿相啮合，且所述动力输出盘与输出轴连接。本发明的体积小、重量轻、传动平稳，传动效率高、速比大、承载能力高且使用寿命长，尤其适合应用于工业机器人和数控设备等精密设备中。

Description

一种行星差环减速器

技术领域

本发明涉及减速器领域，特别涉及一种行星差环减速器。

背景技术

减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，目前减速器的种类繁多，常用的有：齿轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星齿轮减速器、渐开线少齿差行星传动减速器、摆线针轮减速器、谐波齿轮减速器、球减速器、R-V减速器等，这些减速器各有特点，如：齿轮减速器及蜗轮蜗杆减速器的传动平稳，使用寿命好，但体积大，重量大；行星齿轮减速器的体积小，重量轻，传动平稳，使用寿命长但其单级传动比不大；渐开线少齿差行量传动减速器的体积小、重量轻，运动精度高，单级传动比大，但其速比超过100：1时传动效率低，使用寿命短；摆线针轮减速器体积小，重量轻，单级传动比大，但其对维修技术要求高，价格贵；谐波齿轮减速器的单级传动比很大，运动精度高，体积小，重量轻，但其容易产生疲劳损坏，使用寿命不长；球减速器的体积小、重量轻、运动精度高，但其承载能力低。而且这些减速器除了谐波齿轮减速器的单级速可达5000：1之外，其他的减速器单级速比范围一般不大于200：1，但因谐波齿轮减速器容易疲劳损坏而很难投入实际应用；其他减速器在大速比以及超大速比的应用场合中需要多级串接起来才能实现，这时减速器的体积和重量都变大了，且传动精度和承载能力将会受到影响，因此这些减速器不适用于在某些要求减速器的体积和重量要尽量小而传动精度和承载能力要求很高的领域。

针对上述技术缺陷，尚有必要发明一种体积小，重量轻，传动平稳，承载能力高，同时单级速比大且使用寿命长的减速器。

发明内容

本发明为了克服现有的减速器不能同时满足单级速比大且体种小、重量轻、承载能力高及寿命长的技术缺陷，发明了一种行星差环减速器，其具有结构紧凑、体积小、重量轻、传动平稳，传动效率高、速比大、承载能力高且使用寿命长等优点。

为解决上述技术问题，本发明采用以下的技术方案：

一种行星差环减速器，其包括：

壳体及一以能够转动的方式套设于所述壳体上且输入端与动力装置连接的曲轴，且所述曲轴的曲拐位于所述壳体内；所述曲轴的曲拐上以能够转动的方式套设有双联齿轮，所述双联齿轮包括第一齿轮及第二齿轮；所述第一齿轮与对应固定设置于所述壳体上的内齿圈的内齿相啮合；且所述第二齿轮与一以能够转动的方式设置于所述壳体上并设置有内齿的动力输出盘的内齿相啮合，且所述动力输出盘与输出轴连接。

优选的是，所述壳体包括两个相对分布的端盖；

所述曲轴为双拐曲轴，其两端分别以能够转动的方式套设于所述两个端盖上，且其输入端向端盖之外延伸；所述双拐曲轴的两个曲柄相位差180^°，且所述两个曲柄位于所述两个端盖之间；

对应地，所述两个曲柄上分别以能够转动的方式套设有两个所述双联齿轮，且所述两个双联齿轮的第二齿轮分别位于远离所述两个端盖的一端；

对应地，所述内齿圈为两个且分别固定设置于所述两个端盖上，且所述两个双联齿轮的第一齿轮分别与所述两个内齿圈的内齿啮合；

对应地所述动力输出盘的内表面中部设置有内齿以与所述两个双联齿轮的第二齿轮啮合，且所述动力输出盘的内表面两端以能够转动的方式分别套设于所述两个内齿圈或所述两个端盖的外表面上。

优选的是，所述双拐曲轴两端分别通过两个第一轴承以能够转动的方式套设于所述两个端盖上；所述两个双联齿轮分别通过两个第二轴承以能够转动的方式套设于所述双拐曲轴的所述两个曲柄上；所述动力输出盘内表面两端通过两个第三轴承以能够转动的方式分别套设于所述两个内齿圈的外表面上。

优选的是，所述第一轴承为深沟球轴承；所述第二轴承为滚针轴承；所述第三轴承为滚针轴承。

优选的是，所述双联齿轮的所述第二齿轮的外径大于所述第一齿轮的外径。

优选的是，所述动力输出盘的外表面设置有法兰盘以方便与输出轴连接以实现动力输出。

优选的是，所述第一齿轮及所述第二齿轮为渐开线齿轮，对应地所述内齿圈及所述动力输出盘的内齿均为渐开线齿轮。

优选的是，所述第一齿轮及所述第二齿轮为摆线齿轮，对应地所述内齿圈及所述动力输出盘的内齿均为针轮。

优选的是，所述第一齿轮及所述第二齿轮的模数相同，且所述第一齿轮的齿数比所述第二齿轮的齿数少一齿。

优选的是，所述内齿圈的内齿齿数比所述动力输出盘的内齿齿数少一齿。

本发明与现有的技术相比，具有以下有益效果：

1、本发明一种行星差环减速器通过曲轴带动双联齿轮公转，且双联齿轮由第一齿轮在内齿圈的作用下进行自转并通过第二齿轮带动动力输出盘转动，从而实现减速的目的，其结构紧凑，体积小，重量轻，承载能力高，传动效率高，传动平稳，运动精度高，使用寿命长。

2、本发明进一步的优点是可灵活选用不同的齿状配合，可用渐开线齿轮，也可用摆线针轮，还可以采用其它齿形的齿轮，只要能满足内啮合行星传动原理的任何齿形齿轮都可以，其中特别是采用摆线针轮可获得较大的速比范围，且结构紧凑并保持较高的运动精度及使用寿命。

3、本发明再进一步的优点是与现有减速器相比，在相同的传动比条件下，行星差环减速器的体积和重量更小，特别是其只需要单级减速便可以实现高传动比，特别适用于工业机器人和数控设备等精密设备。

4、本发明再进一步的优点是第二齿轮的外径比第一齿轮的外径大以方便其与动力输出盘的内齿啮合，整体结构紧凑合理，安装使用方便。

附图说明

附图1为本发明一种行星差环减速器结构示意图；

附图2为本发明的原理示意图；

其中：

1、双拐曲轴；11、输入端；12、曲拐；

2、第一轴承；

3、第二轴承；

4、双联齿轮；41、第二齿轮；42、第一齿轮；

5、第三轴承；

6、动力输出盘；61法兰盘；

7、内齿圈；

8、端盖。

具体实施方式

以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述本发明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。需要理解的是，本发明的以下实施方式中所提及的“上”、“下”、“左”、“右”均以各图所示的方向为基准，这些用来限制方向的词语仅仅是为了便于说明，并不代表对本发明具体技术方案的限制。

实施例1

如图1所示，一种行星差环减速器，其包括：端盖8、双拐曲轴1、双联齿轮4、内齿圈7及动力输出盘6，其中：

端盖8一侧设置有向外突伸的环形安装台以用于安装第一轴承2及内齿圈7，端盖8为两个并左右相对分布，且左侧端盖8的安装台向右方突伸，右侧端盖8的安装台向左侧突伸。

左右两侧的端盖8的安装台内侧圆周表面分别安装有两个第一轴承2，第一轴承2为深沟球轴承，双拐曲轴1左右两端分别套设于左右两个第一轴承2的内圈以可相对于左右两个端盖8转动，双拐曲轴1的左端为输入端11，该端伸出于左侧端盖8的左方，输入端11用于与动力装置连接。双拐曲轴1的左右两个曲柄12位于两个端盖8之间，且两个曲柄的相位差180°以使双拐曲轴1在转动过程中保持平衡。

双拐曲轴1的左右两个曲柄12上分别安装有两个第二轴承3，第二轴承3为滚针轴承，且两个第二轴承3的外圈上分别套设有两个双联齿轮4以使两个双联齿轮4可分别相对于两个曲柄12转动，同时，两个双联齿轮4可随着双拐曲轴1一起转动。双联齿轮4包括第一齿轮42及第二齿轮41，其中第一齿轮42与第二齿轮41的模数可以相同也可以不同，本实施例优选第一齿轮42的外径小于第二齿轮41的外径，当两者模数设计为相同时，第二齿轮41的齿数多于第一齿轮42的齿数，则此时第二齿轮41的外径便大于第一齿轮42的外径。左右两侧的双联齿轮4相对分布，其中左侧双联齿轮4的第二齿轮41位于右侧，右侧双联齿轮4的第二齿轮41位于左侧。

内齿圈7的内齿只设置于其内圆周表面的一侧，内齿圈7为两个且分别通过其内圆周表面无齿形的一侧固定安装于左右两侧端盖8的安装台外侧圆周表面上，且左侧内齿圈7的内圆周表面设置有内齿的一侧向左侧端盖8的安装台右侧突伸以与左侧双联齿轮4的第一齿轮42啮合，右侧内齿圈7的内圆周表面设置有内齿的一侧向右侧端盖8的安装台左侧突伸以与右侧双联齿轮4的第一齿轮42啮合。当双拐曲轴1在动力装置的驱动下转动时，两个双联齿轮4在双拐曲轴1的作用下作公转运动，由于内齿圈7是固定于端盖8上的，则两个双联齿轮4在公转的同时，通过第一齿轮42与内齿圈7的啮合作用分别绕着对应的曲柄12作自转运动。

左右两个内齿圈7的外圆周上分别安装有两个第三轴承5，第三轴承5为滚针轴承。动力输出盘6呈圆筒状，其内圆周表面左右两侧分别套设于左右两个第三轴承5的外圈上以使动力输出盘6可绕着两个内齿圈7转动，且动力输出盘6内圆周表面的中部设置有内齿，其内齿的左右两侧分别与左右两个双联齿轮4的第二齿轮41啮合以在第二齿轮41的驱动下进行转动，由于第一齿轮42的外径小于第二齿轮41的外径，所以动力输出盘6的内齿不需要过多地向内延伸便可与第二齿轮41啮合，整体结构紧凑合理，安装使用方便。本发明的第一齿轮42和第二齿轮41可以为渐开线齿轮，对应地内齿圈7及动力输出盘6的内齿为渐开线齿轮，第一齿轮42和第二齿轮41也可以为摆线齿轮，对应地内齿圈7及动力输出盘6的内齿为针轮，第一齿轮42和第二齿轮41还可以是其他能满足内啮合行星传动原理的齿轮，且对应地内齿圈7及动力输出盘6的内齿与之相匹配。动力输出盘6的外圆周表面上设置有法兰盘61以方便通过联轴器与输出轴（图未视）或其他输出装置连接以输出动力。

如图2所示，其为本发明的原理示意图，设：双联齿轮4的第一齿轮42的分度圆直径为d₁，模数为m₁，齿数为z₁，第二齿轮41的分度圆直径为d₂，模数为m₂，齿数为z₂，且z₂大于z₁；内齿圈7的分度圆直径为d₃，内齿圈7的内齿齿数为z₃，由于其与双联齿轮4的第一齿轮42啮合，为满足啮合条件，内齿圈7的模数与第一齿轮42的模数要相同，故内齿圈7的模数为m₁；动力输出盘6的内齿的分度圆直径为d₄，齿数为z₄，为满足动力输出盘6的内齿与双联齿轮4的第二齿轮41啮合条件，故其内齿的模数为与第二齿轮41模数相同的m₂。

于是有：

d₁=m₁z₁

d₂=m₂z₂

d₃=m₁z₃

d₄=m₂z₄

当双拐曲轴1旋转一圈时，双联齿轮4随着双拐曲轴1公转一圈，同时在第一齿轮42与内齿圈7的啮合作用下进行自转运动，其自转的圈数为：

$n=\frac{{\mathrm{\πd}}_3}{{\mathrm{\πd}}_1}=\frac{{\mathrm{\πm}}_1{z}_3}{{\mathrm{\πm}}_1{z}_1}=\frac{z_3}{z_1}$

那么，双联齿轮4的第二齿轮41的分度圆因公转和自转的合成运动而滚动的圆弧长为：

L'₂=nπd₂=πnm₁z₂

而与双联齿轮4中的第二齿轮41啮合的动力输出盘6的内齿分度圆周长为：

L₄=πd₄=πm₂z₄

假设动力输出盘6的分度圆旋转的圆周距离为s，则根据动力输出盘6的内齿与第二齿轮41正常啮合运动时两分度圆相切纯滚动的原理可得：

L'₂=L₄+s

所以，当双拐曲轴1旋转一圈时，动力输出盘6的分度圆旋转的圆周距离为s，也就是当双拐曲轴1旋转一圈时动力输出盘6旋转了圈。因此可得行星差环减速器的传动比为：

$i=-\frac{L_4}{s}$

由前面的式子得：

s=L'₂－L₄

代入传动比公式得

$i=-\frac{L_4}{s}=-\frac{L_4}{{L^{\′}}_2-L_4}=-\frac{\mathrm{\π}{m}_2{z}_4}{{\mathrm{\πnm}}_1{z}_2-{\mathrm{\πm}}_2{z}_4}=-\frac{m_2{z}_1{z}_4}{m_1{z}_2{z}_3-m_2{z}_1{z}_4}$

式中“－”号表示输出转向与输入转向相反。当设计各参数满足以下条件：m₁z₂z₃－m₂z₁z₄≠0，且i大于1时，便可达到减速的作用。

当按标准参数设计齿轮时，可获得传动比为20：1到30000：1以上，如果按非标参数设计齿轮时，理论上可获得几乎无穷大的传动比。

如：双联齿轮的第一齿轮42及第二齿轮41采用渐开线齿轮，当m₁＝m₂，z₁＝13，z₂＝14，z₃＝39，z₄＝40时，代入传动比公式可得：i=20。

双联齿轮的第一齿轮42及第二齿轮41采用摆线齿轮，当m₁＝m₂，z₁＝173，z₂＝174，z₃＝174，z₄＝175时，代入传动比公式可得：i=30275。

需要注意的是，当双联齿轮的第一齿轮42及第二齿轮41采用渐开线齿轮时，z₂与z₃不应该相等或者相差不应太少，假如相等，则齿轮压力角不是标准的20°，而是超过50°，这种情况下行星双联齿轮的径向压力变得很大，轴承容易损坏，双联齿轮的第一齿轮42及第二齿轮41采用渐开线齿轮时的结构紧凑且适用于速比相对低些的场合。当双联齿轮的第一齿轮42及第二齿轮41采用摆线齿轮时，可获得较大的速比范围，且结构紧凑并可保持较高的运动精度及使用寿命，但z₂与z₃应尽量相等或者相差不能太大，否则结构不够紧凑，本发明优选的是z₂与z₃相等。

另外，本发明优选的是双联齿轮的第一齿轮42模数m₁与第二齿轮41的模数m₂相同，第一齿轮42的齿数z₁比第二齿轮41的齿数z₂少一齿，同时内齿圈7的内齿齿数z₃比动力输出盘的内齿齿数z₄的内齿齿数少一齿，这样其制造工艺相对比较简单，整体结构非常紧凑，特别适用于工业机器人和精密数控等设备。

实施例2

为了验证本发明的行星差环减速器减速原理的正确性，特意做了一款样机并做进行相关的试验。设计制造时齿形按标准渐开线齿形来设计制造，其参数取为：

m₁=m₂=1.5

z₁=30

z₂=31

z₃=45

z₄=46

将上面参数代入速比公式得

$i=-\frac{1.5\×30\×46}{1.5\×31\×45-1.5\×30\×46}=-92$

样机试验：用0.75KW的三相异步电动机作为动力通过1：1的连轴器带动样机运转，然后用光电测速仪测得的数据为：

输入端转数为：1456转/分；

输出端转数为：15.8转/分；

计算速比： $\frac{1456}{45.8}=92.15$

此结果与理论计算值相符，产生的误差是由于测速仪的读数不够精确引起的。由此可知，本发明的减速原理是可行的。

另外，通过对样机进行试验发现，样机运转平稳，振动很小，振动量与市场上的摆线针轮减速器相当，并且空载运转八小时几乎没有温升。这款样机的设计输出扭矩为485N·m，如果这个减速器的齿轮采用摆线针轮，则可获得更大的的承载能力。

本发明既可以实现较小的单级传动速比，又可以实现非常大的单级传动速比，且同时保证结构紧凑，体积小，重量轻，传动平稳，传动效率高，速比大，承载能力高使用寿命长，尤其适用于工业机器人和数控设备等精密设备。

以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化如：设置第一齿轮与第二齿轮的模数不同或第一齿轮的齿数与第二齿轮的齿数相差若干个或设置其他数量的曲柄及双联齿轮等，都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种行星差环减速器，其特征在于：其包括：

壳体及一以能够转动的方式套设于所述壳体上且输入端与动力装置连接的曲轴，且所述曲轴的曲拐位于所述壳体内；所述曲轴的曲拐上以能够转动的方式套设有双联齿轮，所述双联齿轮包括第一齿轮及第二齿轮；所述第一齿轮与对应固定设置于所述壳体上的内齿圈的内齿相啮合；且所述第二齿轮与一以能够转动的方式设置于所述壳体上并设置有内齿的动力输出盘的内齿相啮合，且所述动力输出盘与输出轴连接。

2.根据权利要求1所述的行星差环减速器，其特征在于：所述壳体包括两个相对分布的端盖；

所述曲轴为双拐曲轴，其两端分别以能够转动的方式套设于所述两个端盖上，且其输入端向端盖之外延伸；所述双拐曲轴的两个曲柄相位差180^°，且所述两个曲柄位于所述两个端盖之间；

对应地，所述两个曲柄上分别以能够转动的方式套设有两个所述双联齿轮，且所述两个双联齿轮的第二齿轮分别位于远离所述两个端盖的一端；

对应地，所述内齿圈为两个且分别固定设置于所述两个端盖上，且所述两个双联齿轮的第一齿轮分别与所述两个内齿圈的内齿啮合；

对应地所述动力输出盘的内表面中部设置有内齿以与所述两个双联齿轮的第二齿轮啮合，且所述动力输出盘的内表面两端以能够转动的方式分别套设于所述两个内齿圈或所述两个端盖的外表面上。

3.根据权利要求2所述的行星差环减速器，其特征在于：所述双拐曲轴两端分别通过两个第一轴承以能够转动的方式套设于所述两个端盖上；所述两个双联齿轮分别通过两个第二轴承以能够转动的方式套设于所述双拐曲轴的所述两个曲柄上；所述动力输出盘内表面两端通过两个第三轴承以能够转动的方式分别套设于所述两个内齿圈的外表面上。

4.根据权利要求3所述的行星差环减速器，其特征在于：所述第一轴承为深沟球轴承；所述第二轴承为滚针轴承；所述第三轴承为滚针轴承。

5.根据权利要求1或2所述的行星差环减速器，其特征在于：所述双联齿轮的所述第二齿轮的外径大于所述第一齿轮的外径。

6.根据权利要求1或2所述的行星差环减速器，其特征在于：所述动力输出盘的外表面设置有法兰盘以方便与输出轴连接以实现动力输出。

7.根据权利要求1或2所述的行星差环减速器，其特征在于：所述第一齿轮及所述第二齿轮为渐开线齿轮,对应地所述内齿圈及所述动力输出盘的内齿均为渐开线齿轮。

8.根据权利要求1或2所述的行星差环减速器，其特征在于：所述第一齿轮及所述第二齿轮为摆线齿轮，对应地所述内齿圈及所述动力输出盘的内齿均为针轮。

9.根据权利要求1或2所述的行星差环减速器，其特征在于：所述第一齿轮及所述第二齿轮的模数相同，且所述第一齿轮的齿数比所述第二齿轮的齿数少一齿。

10.根据权利要求9所述的行星差环减速器，其特征在于：所述内齿圈的内齿齿数比所述动力输出盘的内齿齿数少一齿。

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