CN103953691B - 圆柱滑套式减速机 - Google Patents

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Abstract

一种圆柱滑套式减速机，除壳体静止件外，由高速轴(1)、滑套(2)、轴承(3)构成高速组部件；由低速轴(4)、轴承(5)构成低速组部件。高速轴(1)的两个轴承段之间，是4段尺寸相同的圆柱体(Z)，按相同的偏心距e，均布在轴心线的周围；每段圆柱体都有1个滑套(2)。低速轴(4)为3D打印工艺制造的整体式零件，有辐板连接轮毂(G)并凸出4个齿圈(C)，齿圈(C)外沿有波形弧线构成的齿形，当3D打印工艺实施前，也可由2D数控程序加工成和齿片(6)和垫片(7)(8)，再用螺栓饼紧来取代；相邻两个齿圈(C)之间的错位角β＝1/4齿形角α。传比大，体积小，重量轻，无噪音，不发热，工作可靠。

Description

圆柱滑套式减速机
技术领域
本发明涉及一种圆柱滑套式减速机，可简称圆滑减速机。属于机械传动领域。
技术背景
现有技术中，减速机为常见的传动机械，一些通用规格型号已经标准化生产。其中，渐开线圆柱齿轮减速机(JB1130-70)已经广泛使用于各个生产行业的机械传动之中。
但是，渐开线齿轮传动有几大缺点：由于渐开线的创成原理是“渐行渐远而离开”，所以，只有齿侧是渐开线，而齿项、齿谷则是由其它直线或曲线来构成每1齿的外形，运转时，每齿均有进入啮合与退出啮合的瞬间，不可避免地产生冲击和摩擦。而相互摩擦的性质，与两列对开的列车一样，其摩擦速度是对于地靣速度的两倍。
由于冲击和摩擦，出现3个问题：
①损伤：包括齿体折断，齿面疲劳，齿面胶合，齿面磨损等现象，缩短齿轮寿命。
②发热：提高润滑剂的温度，减少轴承的寿命。
③噪音，影响操作者的安静环境，增强疲劳感。
为了避免渐开线齿形加工刀具产生根切的问题，小齿轮的齿数，不得少于16，并对传动比带来了限制；
④传动比较低：对普通直齿而言，单级传比，不大于6。大于7的传比，必须2级传动；大于50的传比，必须3级传动。这样就带来新的问题：
⑤体积较大，佔用机械整体的空间。
⑥重量较大，多耗金属材料。
中国专利局1991年公开的曲杆摆线齿轮传动系统，专利号90105784.3。从理论上讲，
主动件与从动件实现无间断啮合，运动中无冲击无噪音，传动比也大得多。当年就为四川某轻工机械厂接受，并进行试制一种型号为22Kw传比16的减速机，准备取代原定型产品：ZL50。投料3台，只装成1台，报废2台；每台重量只有原型号的1/2，体积只有原型号的1/3，噪声只有32分贝，传动功能达到要求，但还是就此停止。有三个原因：
①齿形曲线由4个参数构成，相互之间的关系，构成线性的优劣，并直接影响减速机输出运动性能的质量，最后反映到工作机构加工产品的质量。如何优选这些参数，存在问题。
②一个齿轮由多件相同的齿片叠合而成，每两片之间的错位角α必须达到设计精度，允差2分，如果超差，就不能装配。按当时的设备和技术，无法满足要求，所以报废率高，初试成本高出老型号3倍。
③主动件与从动件在运动过程中，虽然都是同向滚动，但是由于主动件的圆周长度，与从动件的弧线长度并不相同，大约为3∶4。所以仍然有滑动摩擦，专利文件说明书及其附图中所提供的滚针方案等都不切实际，也无法实施。
发明内容
为了克服上述缺点，本发明提出一种新的圆柱滑套式减速机，圆柱体和滑套在齿圈表面，始终接触并往相同方向一边旋转一边滚动，没有渐开线齿轮传动那样有进入啮合与退出啮合的现象，因而不会出现冲击和噪音。
为了解决上述问题，本发明提供的一种圆柱滑套式减速机，其运动件由高速组部件和低速组部件构成，其特征在于，高速组部件由高速轴1、四件滑套2和两件轴承3构成，高速轴1的两个轴承段之间，是四段尺寸相同的圆柱体Z，每段圆柱体按相同的偏心距e，均布在高速轴轴心线的周围，承担传递力矩的作用；高速轴径向扩展有五处圆板Y，将四段圆柱体Z及两个轴承段之间连接起来，在五处圆板Y外沿的不同部位上，各有一段凸出的弧形体，为平衡铁P；在两个轴承段之间，有辐板支撑并连接着的轮毂，轮毂径向有四个凸出其外，并由波浪线齿形构成的齿圈C，齿圈C，的齿形角α＝2π/i，每两个齿圈C之间的错位角β＝α/4，且齿顶圆半径＝传动比×滚圆半径+偏心距＝i×r+e＝R1，齿根圆半径＝传动比×滚圆半径-偏心距＝i×r-e＝R2；每段圆柱体(Y)外，有一个与上述圆柱体间隙配合的圆管形滑套(2)，圆柱体和圆管形滑套2在齿圈C表面，始终接触并往相同方向一边旋转一边滚动。
1.除了常规技术的机壳静止件外，由高速轴、2件轴承，4件滑套构成高速组部件：高速轴的两个轴承段之间，是4段尺寸相同的圆柱体，每段圆柱体按相同的偏心距均布在高速轴轴心线的周围，承担传递力矩的作用；高速轴径向扩展有5处圆板，将4段圆柱体及两个轴承段之间连接起来，在5处圆板外沿的不同部位上，各有一段凸出的弧形体，为平衡铁；)每段圆柱体外，有1个与圆柱体间隙配合的圆管形滑套。
高速轴及其4件滑套，由3D打印工艺同时制造而成。
2.由低速轴、2件轴承构成低速组部件：
(a)低速轴为3D打印工艺制造的整体式零件，在两个轴承段之间，有辐板支撑并连接着的轮毂，轮毂径向有4个凸出其外并由波浪线齿形构成的齿圈；
(b)齿圈的齿形角α＝2π/i；每两个齿圈之间的错位角β＝α/4。
圆柱滑套式减速机相关的4个几何参数，按下列规则取用：
(a)偏心距∶滚圆半径＝r1∶e＝3∶4；
(b)偏心距∶滑套半径＝r1∶r2＝1∶2；
(c)齿顶圆半径＝传动比×滚圆半径+偏心距＝i×e+r1＝R1；
(d)齿根圆半径＝传动比×滚圆半径-偏心距＝i×e-r1＝R2；
(d)传动比＝i＝5～20。
当在3D打印工艺实施之前，可以用2D线切割工艺，输入直角坐标参量方程式，数控加工4件齿片取代齿圈，以1件卡键垫片和2件圆孔垫片，垫在4件齿片之间，再用螺栓拼紧，实现图3的组装，取代图1中低速轴的结构。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
本发明在圆柱体外装有滑套，滑套与圆柱体之间为润滑条件下的滑动，则滑套与齿轮之间为纯滚动。
本发明高速轴转1圈，低速轴转1齿，传动比很大，本发明的1级传动，可以取代渐开线齿轮的两级传动；本发明的两级传动，可以取代渐开线齿轮的三级传动。
加之本发明的齿形特征：粗短肥厚，不存在拉压弯剪等強度问题，可以设计出体积小，重量轻的减速机，不仅节省大量金属，降低成本，而且工作可靠。
附图说明
为了更清楚地理解本发明，现将通过本发明实施例，同时参照附图，来描述本发明，其中：
图1是圆滑减速机的运动件结构总图。图2的M-N剖视图。静止件未画出。
图2是图1的J-K剖视图。静止件未画出。
图3是按2D数控机床加工的圆滑减速机的运动件结构总图。G-H剖视图。静止件未画出。
图4是图3的A-B-C-D-E-F向剖视图。静止件K已画出。
图中：α.齿形角，β.齿形错位角，e.偏心距，R1.滚顶圆半径，R2.滚根顶圆半径，1.高速轴，2.滑套，3.轴承，4.低速轴，5.轴承，6.齿片，7.卡键垫片，8.圆孔垫片，9.螺栓。
具体实施方式
图1是圆滑减速机的运动件结构总图。图2的M-N剖视图。静止件未画出。
图2是图1的J-K剖视图。静止件未画出。除了常规技术的机壳静止件外，由高速轴1、2件轴承3，4件滑套2构成高速组部件：
(a)高速轴1的两个轴承段之间，是4段尺寸相同的圆柱体Z，每段圆柱体按相同的偏心距e，均布在高速轴轴心线的周围，承担传递力矩的作用；高速轴径向扩展有5处圆板Y，将4段圆柱体Z及两个轴承段之间连接起来，在5处圆板Y外沿的不同部位上，各有一段凸出的弧形体，为平衡铁(P)；
(b)每段圆柱体Y外，有1个与圆柱体间隙配合的圆管形滑套2；
(c)高速轴1及其4件滑套2，由3D打印工艺同时制造而成。
由低速轴4、2件轴承5构成低速组部件：
(a)低速轴4为3D打印工艺制造的整体式零件，在两个轴承段之间，有辐板支撑并连接着的轮毂G，轮毂G径向有4个凸出其外并由波浪线齿形构成的齿圈C；
(b)齿圈(C)的齿形角α＝2π/i；每两个齿圈C之间的错位角β＝α/4。
圆柱滑套式减速机相关的4个几何参数，按下列规则取用：
(a)偏心距∶滚圆半径＝r1∶e＝3∶4；
(b)偏心距∶滑套半径＝r1∶r2＝1∶2；
(c)齿顶圆半径＝传动比×滚圆半径+偏心距＝i×e+r1＝R1；
(d)齿根圆半径＝传动比×滚圆半径-偏心距＝i×e-r1＝R2；
(d)传动比＝i＝5～20。
图3是按2D数控机床加工的圆滑减速机的运动件结构总图。G-H剖视图。静止件未画出。
图4是图3的A-B-C-D-E-F向剖视图。静止件K已画出。
当在3D打印工艺实施之前，可以用2D线切割工艺，输入直角坐标参量方程式，数控加工4件齿片(6)取代齿圈C，以1件卡键垫片7和2件圆孔垫片8，垫在4件齿片6之间，再用螺栓9拼紧，实现图3的组装，取代图1中低速轴4的结构。
圆柱体Z上的滑套2在齿圈C表面，始终接触并往相同方向一边旋转一边滚动，没有其它齿轮传动那样有进入啮合与退出啮合的现象，因而不会出现冲击和噪音。由于圆柱体周长与每齿齿弧线长，出入不大，约为4∶3，摩擦速度只有渐开线齿轮相互摩擦速度的1/10。如果在圆柱体Z外装有滑套2，滑套与圆柱体之间为润滑条件下的滑动，则滑套与齿轮之间为纯滚动，将摩擦带来的缺点，降低到最低限度。高速轴转1圈，低速轴转1齿，传动比很大，本发明的1级传动，可以取代渐开线齿轮的两级传动；本发明的两级传动，可以取代渐开线齿轮的三级传动。加之本发明的齿形特征：粗短肥厚，根本不存在強度问题，可以设计出体积小，重量轻的减速机，不仅节省大量金属，降低成本，而且工作可靠。
上所述的仅是本发明圆柱滑套式减速机的优选实施例，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，作出的若干变形和改进，也应视为属于本发明专利权的保护范围。

Claims (5)

1.一种圆柱滑套式减速机，其运动件由高速组部件和低速组部件构成，其特征在于，由高速轴(1)、四件滑套(2)和两件高速轴轴承(3)构成高速组部件，高速轴(1)的两个轴承段之间，是四段尺寸相同的圆柱体(Z)，每段圆柱体按相同的偏心距e，均布在高速轴轴心线的周围，承担传递力矩的作用；高速轴径向扩展有五处圆板(Y)，将四段圆柱体(Z)及两个轴承段之间连接起来，在五处圆板(Y)外沿的不同部位上，各有一段凸出的弧形体，为平衡铁(P)；在两个轴承段之间，有辐板支撑并连接着的轮毂，轮毂径向有四个凸出其外，并由波浪线齿形构成的齿圈(C)，齿圈(C)的齿形角α＝2π/i，每两个齿圈(C)之间的错位角β＝α/4，且齿顶圆半径＝传动比×滚圆半径+偏心距＝i×r+e＝R1，齿根圆半径＝传动比×滚圆半径-偏心距＝i×r-e＝R2；每段圆柱体(Z)外，有一个与上述圆柱体间隙配合的滑套(2)，圆柱体和滑套(2)在齿圈(C)表面，始终接触并往相同方向一边旋转一边滚动。
2.按权利要求1所述的圆柱滑套式减速机，其特征在于，低速组部件由低速轴(4)、两件低速轴轴承(5)构成，低速轴(4)为3D打印工艺制造的整体式零件。
3.按权利要求1所述的圆柱滑套式减速机，其特征在于，每段圆柱体或圆管形滑套(2)的偏心距按下列规则取用：
(a)偏心距∶滚圆半径＝e∶r＝3∶4；
(b)偏心距∶滑套半径＝e∶r1＝1∶2。
4.按权利要求1所述的圆柱滑套式减速机，其特征在于，当在3D打印工艺实施之前，可以用2D线切割工艺，输入直角坐标参量方程式，数控加工4件齿片(6)取代齿圈(C)，以1件卡键垫片(7)和2件圆孔垫片(8)，垫在4件齿片(6)之间，再用螺栓(9)拼紧。
5.按权利要求1所述的圆柱滑套式减速机，其特征在于，圆柱滑套式减速机传动比＝i＝5～20。
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