CN103953690A - 高重合度滤波减速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高重合度滤波减速器，涉及减速器领域，提供一种可以在较低加工精度的情况下，获得高的传动精度的高重合度滤波减速器。高重合度滤波减速器包括固定模块、偏心输入轴、输出模块和中间模块；偏心输入轴包括输入轴主体和偏心段；固定模块与输入轴主体同轴设置；输出模块与输入轴主体同轴设置并可旋转；中间模块套装于偏心段上并可旋转；固定模块和输出模块分别包括两件旋向相反的内斜齿轮且一齿轮的轮齿与另一齿轮的齿槽对正；中间模块包括四件外斜齿轮，固定模块和输出模块的齿轮分别与中间模块的齿轮啮合。本发明可用于机械的传动系统中。

Description

高重合度滤波减速器
技术领域
本发明涉及一种减速机，尤其涉及一种采用少齿差啮合原理减速的高重合度滤波减速器。
背景技术
长期以来，虽然谐波减速器、RV减速器在先进制造、航空航天、船舶海洋、武器装备等工程领域高端装备中应用较广，但由于谐波传动的单级传动比范围有限(通常<360)，通过柔轮传递转矩，弹性元件扭转刚度低、传递转矩有限，而RV减速器传动系统存在结构复杂、质量体积大等缺点。该类减速器容易与执行机构产生非线性耦合振动而出现“卡涩”或“卡死”等现象，使系统不能正常工作甚至完全失效。因此探索高性能传动件及传动系统的创新设计理论、方法和技术，对提高我国机电装备的可靠性、运动精度，延长使用寿命等综合性能，具有非常重要的科学意义和工程使用价值。
有鉴于此，本发明旨在探索一种高重合度滤波减速器，该减速器可在较低加工精度的条件下获得高的传动精度，能增加啮合齿对数，提高承载能力和寿命，减小轮齿的刚度激励，过滤掉动力传递与运动变换过程中的波动，从而具有高精度、高可靠、长寿命、大转矩、低能耗、减振降噪等优点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种可以在较低加工精度的情况下，获得高的传动精度的高重合度滤波减速器。
为解决上述问题采用的技术方案是：高重合度滤波减速器包括固定模块、偏心输入轴、输出模块和中间模块；偏心输入轴包括输入轴主体和偏心段；固定模块与输入轴主体同轴设置；输出模块与输入轴主体同轴设置并可旋转；中间模块套装于偏心段上并可旋转；
固定模块包括内齿轮I和内齿轮Ⅱ；输出模块包括内齿轮Ⅲ和内齿轮Ⅳ；中间模块包括外齿轮I、外齿轮Ⅱ、外齿轮Ⅲ和外齿轮Ⅳ；内齿轮I、内齿轮Ⅱ、内齿轮Ⅲ和内齿轮Ⅳ分别与外齿轮I、外齿轮Ⅱ、外齿轮Ⅲ和外齿轮Ⅳ一一对应设置并啮合形成少齿差啮合副；
外齿轮I和外齿轮Ⅱ均为斜齿轮且旋向相反，外齿轮I的轮齿与外齿轮Ⅱ的齿槽正对；外齿轮Ⅲ和外齿轮Ⅳ均为斜齿轮且旋向相反，外齿轮Ⅲ的轮齿与外齿轮Ⅳ的齿槽正对。
进一步的是：外齿轮I、外齿轮Ⅱ、外齿轮Ⅲ和外齿轮Ⅳ均进行了齿向修形处理使轮齿在齿宽中央鼓起，齿面与端面圆弧过渡，齿面半径为Ry，齿面与端面的过渡圆弧半径为r，Ry和r取值随齿宽变化而变化，具体如下：当齿宽为2～3mm，r取20～50mm，Ry取400～600mm；齿宽为3～4mm，r取50～100mm，Ry取650～900mm；齿宽为5～8mm，r取70～110mm，Ry取700～950mm。
进一步的是：固定模块内设置有轴承孔I，轴承孔I内安装有滚动轴承I，输入轴主体安装于滚动轴承I的内孔内。
进一步的是：输出模块内设置有轴承孔Ⅱ，轴承孔Ⅱ内安装有滚动轴承Ⅱ，输入轴主体安装于滚动轴承Ⅱ的内孔内。
进一步的是：固定模块内设置有轴承孔Ⅲ，轴承孔Ⅲ内安装有滚针轴承，输出模块安装于滚针轴承的内孔内。
本发明的有益效果是：(1)实现高传动精度。本发明的高重合度滤波减速器传动方式属于少齿差行星传动，主要通过四对齿轮的内啮合进行运动和动力的传递，和普通少齿差传动相比较，本发明的高重合度滤波减速器的不同之处在于固定模块与中间模块以及输出模块与中间模块都有两对齿轮错位啮合，两对齿轮啮合相位相反，单周传动误差显著减小，而单周传递误差正是传递误差的主要成分，因此可以在较低加工精度的情况下，获得高的传动精度。
(2)增大重合度，降低振动和噪声。本发明的固定模块与中间模块以及输出模块与中间模块都有两对斜齿轮错位啮合，其重合度是普通齿轮传动的两倍，因此有效减少了轮齿啮合对数交替变化过程中的刚度激励，使得啮合更加平稳，轮齿载荷分布更加均匀，从根本上降低了振动和噪声。
附图说明
图1是高重合度滤波减速器结构图；
图2是轮齿修行结构示意图；
图3是图2A处放大视图；
图4是未修形齿轮的润滑效果曲线图；
图5是修形后齿轮的润滑效果曲线图；
图中标记为：固定模块1、偏心输入轴2、输入轴主体3、偏心段4、输出模块5、中间模块6、内齿轮I7、内齿轮Ⅱ8、内齿轮Ⅲ9、内齿轮Ⅳ10、外齿轮I11、外齿轮Ⅱ12、外齿轮Ⅲ13、外齿轮Ⅳ14、轴承孔I15、滚动轴承I16、滚动轴承Ⅱ17、轴承孔Ⅱ18、轴承孔Ⅲ19、滚针轴承20。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，高重合度滤波减速器包括固定模块1、偏心输入轴2、输出模块5和中间模块6；偏心输入轴2包括输入轴主体3和偏心段4；固定模块1与输入轴主体3同轴设置；输出模块5与输入轴主体3同轴设置并可旋转；中间模块6套装于偏心段4上并可旋转；
固定模块1包括内齿轮I7和内齿轮Ⅱ8；输出模块5包括内齿轮Ⅲ9和内齿轮Ⅳ10；中间模块6包括外齿轮I11、外齿轮Ⅱ12、外齿轮Ⅲ13和外齿轮Ⅳ14；内齿轮I7、内齿轮Ⅱ8、内齿轮Ⅲ9和内齿轮Ⅳ10分别与外齿轮I11、外齿轮Ⅱ12、外齿轮Ⅲ13和外齿轮Ⅳ14一一对应设置并啮合形成少齿差啮合副；
外齿轮I11和外齿轮Ⅱ12均为斜齿轮且旋向相反，外齿轮I11的轮齿与外齿轮Ⅱ12的齿槽正对；外齿轮Ⅲ13和外齿轮Ⅳ14均为斜齿轮且旋向相反，外齿轮Ⅲ13的轮齿与外齿轮Ⅳ14的齿槽正对。
内齿轮I7、内齿轮Ⅱ8、内齿轮Ⅲ9和内齿轮Ⅳ10分别与外齿轮I11、外齿轮Ⅱ12、外齿轮Ⅲ13和外齿轮Ⅳ14一一对应设置并啮合，因此必然有内齿轮I7和内齿轮Ⅱ8均为斜齿轮且旋向相反，内齿轮I7的轮齿与内齿轮Ⅱ8的齿槽正对；内齿轮Ⅲ9和内齿轮Ⅳ10均为斜齿轮且旋向相反，内齿轮Ⅲ9的轮齿与内齿轮Ⅳ10的齿槽正对。
本高重合度滤波减速器减速原理如下：驱动装置(例如电动机)带动偏心输入轴2旋转。中间模块6套装于偏心段4上并可自由旋转，因此中间模块6不与偏心输入轴2同步旋转，只是绕输入轴主体3公转。中间模块6绕输入轴主体3公转过程中，外齿轮I11和外齿轮Ⅱ12的轮齿与内齿轮I7和内齿轮Ⅱ8的轮齿依次啮合，内齿轮I7和内齿轮Ⅱ8固定不动，因此内齿轮I7和内齿轮Ⅱ8推动外齿轮I11和外齿轮Ⅱ12自转。外齿轮I11和外齿轮Ⅱ12与内齿轮I7和内齿轮Ⅱ8齿数差越少则外齿轮I11和外齿轮Ⅱ12自转速度越慢。外齿轮I11和外齿轮Ⅱ12带动中间模块6旋转也就带动了外齿轮Ⅲ13和外齿轮Ⅳ14旋转，外齿轮Ⅲ13和外齿轮Ⅳ14与内齿轮Ⅲ9和内齿轮Ⅳ10啮合即带动输出模块5旋转完成减速过程。
本发明的减速器能够实现高传动精度。本发明的高重合度滤波减速器传动方式属于少齿差行星传动，主要通过四对齿轮的内啮合进行运动和动力的传递，和普通少齿差传动相比较，本发明的高重合度滤波减速器的不同之处在于固定模块与中间模块以及输出模块与中间模块都有两对齿轮错位啮合，两对齿轮啮合相位相反，单周传动误差显著减小，而单周传递误差正是传递误差的主要成分，因此可以在较低加工精度的情况下，获得高的传动精度。
本发明的固定模块与中间模块以及输出模块与中间模块都有两对斜齿轮错位啮合，其重合度是普通齿轮传动的两倍，因此有效减少了轮齿啮合对数交替变化过程中的刚度激励，使得啮合更加平稳，轮齿载荷分布更加均匀，从根本上降低了振动和噪声。
两对斜齿轮旋向相反可以平衡掉斜齿轮传动过程中的轴向力。
进一步的，如图2和图3所示，外齿轮I11、外齿轮Ⅱ12、外齿轮Ⅲ13和外齿轮Ⅳ14均进行了齿向修形处理使轮齿在齿宽中央鼓起，齿面与端面圆弧过渡，齿面半径为Ry，齿面与端面的过渡圆弧半径为r，Ry和r取值随齿宽变化而变化，具体如下：当齿宽为2～3mm，r取20～50mm，Ry取400～600mm；齿宽为3～4mm，r取50～100mm，Ry取650～900mm；齿宽为5～8mm，r取70～110mm，Ry取700～950mm。
外齿轮I11、外齿轮Ⅱ12、外齿轮Ⅲ13和外齿轮Ⅳ14均进行了齿向修形处理，使得轮齿接触的边缘效应弱化，避免了应力集中，同时，通过齿向修形，获得了一个较好的沿齿向油膜分布，使得轮齿处于弹流润滑状态，有效改善了轮齿的润滑状况，提高减速器的运行寿命。具体如图4和图5所示，图4中，轮齿未进行任何修形处理，在轮齿接触的边缘有较大的应力集中，最小油膜为零；图5中，轮齿进行了修形处理，在轮齿接触的边缘应力集中现象明显减弱，接触边缘处于薄膜润滑状态。
高重合度滤波减速器具体设置方式可以如下：固定模块1内设置有轴承孔I15，轴承孔I15内安装有滚动轴承I16，输入轴主体3安装于滚动轴承I16的内孔内。输出模块5内设置有轴承孔Ⅱ18，轴承孔Ⅱ18内安装有滚动轴承Ⅱ17，输入轴主体3安装于滚动轴承Ⅱ17的内孔内。固定模块1内设置有轴承孔Ⅲ19，轴承孔Ⅲ19内安装有滚针轴承20，输出模块5安装于滚针轴承20的内孔内。上述设置可以使高重合度滤波减速器结构更加紧凑，有利于减小高重合度滤波减速器体积。
外齿轮I11和外齿轮Ⅱ12可以不制成一体，如图1所示，外齿轮I11和外齿轮Ⅱ12可以通过螺纹连接结构连接，这样可以调节外齿轮I11和外齿轮Ⅱ12的啮合相位。同理外齿轮Ⅲ13和外齿轮Ⅳ14，内齿轮I7和内齿轮Ⅱ8，内齿轮Ⅲ9和内齿轮Ⅳ10也可以通过螺纹连接结构连接。

Claims (5)

1.高重合度滤波减速器，其特征在于：包括固定模块(1)、偏心输入轴(2)、输出模块(5)和中间模块(6)；偏心输入轴(2)包括输入轴主体(3)和偏心段(4)；固定模块(1)与输入轴主体(3)同轴设置；输出模块(5)与输入轴主体(3)同轴设置并可旋转；中间模块(6)套装于偏心段(4)上并可旋转；
固定模块(1)包括内齿轮I(7)和内齿轮Ⅱ(8)；输出模块(5)包括内齿轮Ⅲ(9)和内齿轮Ⅳ(10)；中间模块(6)包括外齿轮I(11)、外齿轮Ⅱ(12)、外齿轮Ⅲ(13)和外齿轮Ⅳ(14)；内齿轮I(7)、内齿轮Ⅱ(8)、内齿轮Ⅲ(9)和内齿轮Ⅳ(10)分别与外齿轮I(11)、外齿轮Ⅱ(12)、外齿轮Ⅲ(13)和外齿轮Ⅳ(14)一一对应设置并啮合形成少齿差啮合副；
外齿轮I(11)和外齿轮Ⅱ(12)均为斜齿轮且旋向相反，外齿轮I(11)的轮齿与外齿轮Ⅱ(12)的齿槽正对；外齿轮Ⅲ(13)和外齿轮Ⅳ(14)均为斜齿轮且旋向相反，外齿轮Ⅲ(13)的轮齿与外齿轮Ⅳ(14)的齿槽正对。
2.根据权利要求1所述的高重合度滤波减速器，其特征在于：外齿轮I(11)、外齿轮Ⅱ(12)、外齿轮Ⅲ(13)和外齿轮Ⅳ(14)均进行了齿向修形处理使轮齿在齿宽中央鼓起，齿面与端面圆弧过渡，齿面半径为Ry，齿面与端面的过渡圆弧半径为r，Ry和r取值随齿宽变化而变化，具体如下：当齿宽为2～3mm，r取20～50mm，Ry取400～600mm；齿宽为3～4mm，r取50～100mm，Ry取650～900mm；齿宽为5～8mm，r取70～110mm，Ry取700～950mm。
3.根据权利要求1或2所述的高重合度滤波减速器，其特征在于：固定模块(1)内设置有轴承孔I(15)，轴承孔I(15)内安装有滚动轴承I(16)，输入轴主体(3)安装于滚动轴承I(16)的内孔内。
4.根据权利要求3所述的高重合度滤波减速器，其特征在于：输出模块(5)内设置有轴承孔Ⅱ(18)，轴承孔Ⅱ(18)内安装有滚动轴承Ⅱ(17)，输入轴主体(3)安装于滚动轴承Ⅱ(17)的内孔内。
5.根据权利要求4所述的高重合度滤波减速器，其特征在于：固定模块(1)内设置有轴承孔Ⅲ(19)，轴承孔Ⅲ(19)内安装有滚针轴承(20)，输出模块(5)安装于滚针轴承(20)的内孔内。
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