CN1048744A - 双层齿轮组合传动 - Google Patents

Abstract

在NN型少齿差传动中，行星齿轮为环形双层 结构，可以减轻行星轴承负荷，齿轮使用小齿形角、斜 齿或人字齿、超超短齿、零变位系数或高变位，可以提 高啮合效率。在少齿差传动前加一级NGW型传动 构成组合传动，可以更好地发挥各自长处，解决各自 的设计难题，使性能大为提高。

Description

这是涉及齿轮传动技术领域的发明。

少齿差类行星传动有体积小、速比大的优点，但要克服效率偏低、承载能力不足的弱点。本发明从降低行星轴承损失、提高齿轮的啮合效率入手，来解决上述问题。

本发明提出新的齿轮结构形式-双层齿轮，它可以是由两个齿环和一个侧板同轴线地构成的，其基本结构如图1所示。双层齿轮是由齿环1在径向上同轴线地位于齿环2的外面，因而具有环形的双层结构，两个齿环以轴向侧与侧板3的同一个侧面同轴线地固连而成，它们的共同轴线就是双层齿轮的轴线。4是连接螺钉，也可用其它方法固连。其中一个齿环可与侧板制成一体以简化工艺，若制齿工艺允许，也可两个齿环都与侧板制成一体。双层齿轮的两个同轴线的齿环的齿宽中线在双层齿轮轴线上的垂直投影应重合为一个点，即两个同轴线齿环的齿宽中线在双层齿轮轴向上的距离应为零。实际制造时，该距离如不为零，亦不应超过同一双层齿轮上的最小齿宽的1/4，最好是不超过1/10。同一双层齿轮的两个齿环应都是外齿轮，或都是内齿轮，都是外齿轮时易于减小体积。如果构成双层齿 轮的两个齿环不是如上述那样，用侧板连接，而是用其它方法连接，那么只要连接的结果能符合上述双层齿轮的特点，都是可行的。

双层齿轮主要适用于NN型传动机构。它的一个基本结构如图2所示。双层齿轮（图中简为一体的）5经行星轴承8_a8_b套装在偏心轴7的偏心上，这里的双层齿轮的两个齿轮都是外齿轮，外层的一个与插制在左机壳11_a上的固定定轴线齿轮内齿轮11_b相啮合，内层的一个和与低速轴6_a一体的或装配的可转动定轴线齿轮内齿轮6_b相啮合，6_a经低速轴承10_a、10_b架持在右机壳12上，而偏心轴7则通过高速轴承9_a、9_b架持在左机壳11_a和低速轴6_a上，14、15是油封，13是紧固螺栓。平衡重块及其它一些通常装有的但在这里无特别意义的零件在图2中未予表示。该机构的运动学原理同少齿差NN型传动是相同的：当7快速转动，带动双层齿轮5保持与11_b及6_b啮合并做行星运动，6_b带动6_a缓慢转动。要注意图2所示的位置，是双层齿轮5运动达最上端的位置，设计时应使双层齿轮外层齿轮内径与和内层齿环相啮合的定轴线齿轮外径间的距离即偏心指向上的图2中b所指示距离大于2倍的偏心距a。11_b也可以是单制成后装配在11_a之上的。NN型传动的速比及效率的计算方法是公知的， 在本发明中并无例外。

现行方式的少齿差传动中，行星轴承所受负荷包括着啮合付分度园上的园周力（啮合力的切向分力，下同），而在使用双层齿轮的NN型传动中，由于双层齿轮的内层齿轮与外层齿轮所受的园周力是相互反向的，仅其差值与啮合力的径向分力一起作用于行星轴承上，行星轴承所受负荷相对大为减轻。因此轴承寿命可提高一至十数倍，轴承损失减小，传动机构的负载能力增加。

为了减小行星轴承负荷，少齿差传动的渐开线齿形的内啮合付可采用数值较小的齿形角α。由于是内啮合、少齿差、较多齿数及有多对齿同时接触的情况，齿轮强度常不成问题。为了展宽发生根切、齿廓干涉及强度对减小α角的限制，可以较大幅度降低齿顶高系数h^＊ _a（一般降至0.55以下）及适当采用正变位高变位，当然也可以令内外齿轮的变位系数都为零。齿形角α可减至20°以下，直至6°，特别是6～14°的范围较为重要。α角减小，行星轴承所受啮合力之径向分力随之减小，重合度提高，啮合效率亦提高。在使用双层齿轮的NN型传动中，行星轴承受力主要成分是啮合力径向分力，因此使用上述的小齿形角特别有意义。

为了提高齿轮传动特别是少齿差传动和双层齿轮转动的啮 合效率，可采用“斜齿-超超短齿”渐开线齿轮。斜齿轮的总重合度ε_r＝端面重合度ε_α+齿线重合度ε_β，当保证内啮合付的内齿轮变位系数X₂与外齿轮变位系数X₁之差X为零或其绝对值不大于0.1时，降低ε_α通常可以提高啮合效率。降低ε_α后，加大斜齿轮的ε_β，使ε_γ≥1（一般等于1）即可。特殊情况下，考虑到内啮合少齿差多齿接触对加大ε_α的影响，可取ε_γ≥0.7。此处所述方法对于提高外啮合渐开线齿轮付的啮合效率同样是有意义的，对于外啮合付，降低h^＊ _a到0.5以下直至0.1，使ε_α降低，同时加大ε_β（如加大β和齿宽，减小模数等），使ε_γ≥1，下面着重分析内啮合付。ε_α及ε_β的计算方法是公知的。降低ε_α，可用降低齿顶高系数h^＊ _a的方法，同时也避免了内、外齿轮的齿数差Z_d很小时可能发生的齿廓干涉。最佳参数在下述范围内选择：｜X｜≤0.1，最好是X＝X₂-X₁＝0，X₁≥0，X₂≥0;分度园螺旋角β＝1～14°（斜齿轮），及β＝25～60°（人字齿轮）;当齿数差Z_d＝1时，h^＊ _a＝0.06～0.2;当Z_d＝2时，h^＊ _a＝0.2～0.35也可小于0.2;Z_d为3或4时，h^＊ _a也一般不大于0.5;齿形角α如前述可减小，但在一齿差时仍用14°～25°为好。h^＊ _a降低后，制造精度要相应提高。

无论是否使用双层齿轮，在NN型传动中使用斜齿轮，两级内啮齿付的旋向应相同，或都是左旋，或都是右旋，以抵消行星轴承所受的轴向力。使用直齿轮时，最佳齿数差是4、5、6，h^＊ _a取0.35～0.6，变位系数满足｜X｜≤0.05，最好是X＝0。

对于少齿差内啮合付的设计计算，已有大量文献作了介绍，这里不赘述。需要指出的是，以往的方法为取得少齿差特别是一、二齿差下能够同时满足齿廓干涉和重合度两项主要条件，都采用X较大的角度变位。这样设计出的少齿差内啮合付的啮合效率不容易提高。使用本发明的参数优化方法，能够在满足各限制条件前提下实现非角度变位的一、二齿差的内啮合，从而获得高的啮合效率。例如，取齿形角α＝14.5°，β＝6°，外齿轮齿数Z₁＝87，内齿轮齿数Z₂＝89，X₁＝X₂＝0，h^＊ _a＝0.1，齿宽b＝80mm，模数m＝3.5，按现行公知的计算方法可得出：ε_α＝0.26，ε_β＝0.76，ε_γ＝1.02，齿廓重迭干涉指标参数值GS＝0.0172，用于减速比i＝1，000的NN型减速机其损耗仅为使用角度变位方式的9%，该啮合付的啮合效率约为0.9916。

双层齿轮NN传动的前面再加一级前置减速级形成的组合 传动，可以实现二者分用所不能具有的新的技术进步;二者各自的啮合损失、轴承损失及液力损失都减小，强度条件改善因而承载能力提高，温升、振动及噪音下降，体积可相对减小。这是因为，少齿差传动具有高速构件（轴承等）承受输出端大扭矩作用力的特点，而且双层齿轮NN型传动一般情况下是单偏心的，动平衡不易做得很好，油池液面也较高而液力损失较大，这种情况下，降低输入转速对于提高效率及传动质量有事半功倍的益处。少齿差传动具有的大速比特点，可使前置级的速比与体积、强度、效率间的矛盾在很大程度上缓解。最佳的传动组合方式是，前置级用NGW型（可以是行星架固定、内齿轮输出的变型），主减速级用双层齿轮NN型。在其它少齿差传动形式前加入前置减速级特别是NGW型前置减速级，也会收到很好的效果。

Claims (10)

1、一种齿轮，由两个齿环和连接物同轴线地固定连接而成，其特征是，它的齿环[1]在径向上同轴线地位于齿环[2]的外面，因而在径向上具有环形双层结构，它们的共同轴线就是双层齿轮的轴线，它是一种双层齿轮，两个齿环的齿宽中线在双层齿轮轴线上的垂直投影应重合为1个点，即齿环[1]的齿宽中线与齿环[2]的齿宽中线在双层齿轮轴线方向上的距离应为零，如不为零，亦不应超过同一双层齿轮上最小齿宽的1/4两个齿环应都是外齿轮或都是内齿轮，特别是应都是外齿轮。

2、权利要求1所述的齿轮，其特征是，两个齿环是用一个侧板同轴线地固连的，两个齿环的轴向的一侧与侧板〔3〕的同一个侧面同轴线地固连在一起，其中一个齿环或全部两个齿环可与侧板制成一体。

3、权利要求1所述的齿轮，其特征是，它被用做NN型传动中的行星齿轮，它的一个齿环与固定定轴线齿轮啮合，另一个齿环与可转动定轴线齿轮啮合，它本身通过行星轴承架持在偏心轴的偏心上，在偏心指向上双层齿轮外层齿环的内径与和内层齿环相啮合的定轴线齿轮外径间的距离应大于等于2倍的偏心距。

4、一种渐开线内啮合齿轮付，其特征是，它的齿形角α的范围为6～14°，齿顶高系数h^＊ _a≤0.55，采用正变位的高变位，或是内、外齿轮的变位系数都为零，它用于行星传动。

5、权利要求3和权利要求4所述的齿轮，其特征是，它是具有权利要求3所述特征的用于NN型传动的渐开线的双层齿轮，它和它所构成的内啮合付并具有权利要求4所述的特征。

6、一种渐开线齿轮付，其特征是，当齿轮是斜齿的或人字齿时，分度园螺旋角β的范围对于斜齿为1～14°，对于人字齿为25～60°，是外啮合付时齿顶高系数h^＊ _a为0.1～0.5，是内啮合付时，当齿数差为1时，h^＊ _a为0.06～0.2，当齿数差为2时，h^＊ _a不大于0.35，齿数差为3或4时，h^＊ _a不大于0.5，变位系数应满足｜X｜≤0.1，X₁≥0，X₂≥0，特别是X＝0，当齿轮是直齿的时，齿数差为4、5、6，h^＊ _a为0.3～0.6，变位系数满足｜X｜≤0.05，特别是X＝0。

7、权利要求4和权利要求6所述的渐开线内啮合齿轮付，其特征是，齿数差为2及2以上时，齿形角α为6～14°，齿数差为1时，齿形角α为14～25°。

8、权利要求1或2和权利要求6所述的齿轮，其特征是，它是权利要求1或2所述的双层齿轮，作为行星齿轮用于NN型传动机构，它及它所构成的内啮合付具有权利要求6所述的有关特征，它所构成的两个内啮合付都是斜齿的时，具有相同的旋向，或都是左旋的，或都是右旋的。

9、权利要求1或2和权利要求4、权利要求6所述的齿轮，其特征是，它是权利要求1或2所述的双层齿轮，作为行星齿轮用于NN型传动机构，它及它所构成的内啮合付具有权利要求4及权利要求6所述的有关特征，它所构成的两个内啮合付都是斜齿的时，具有相同的旋向，或都是左旋向，或都是右旋向。

10、一种组合式两级减速机构，其特征是，它有前置减速级和后置的主减速机，主减速级的传动型式为少齿差式传动，特别是前置减速级为NGW型（可以是行星架固定、内齿轮输出的变型），主减速级为使用双层齿轮的NN型传动的组合形式。

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