CN105422751A - 锥齿摆动双齿差变速装置 - Google Patents

Abstract

一种锥齿摆动双齿差变速装置，该装置设有机壳，机壳内设有输入轴，该输入轴上设有斜偏轮，斜偏轮上设有第一锥齿轮和第三锥齿轮，在机壳内固定有与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮，在机壳另一端设有输出轴，该输出轴上设有与第三锥齿轮啮合的第四锥齿轮，第一锥齿轮与第二锥齿轮及第三锥齿轮与第四锥齿轮的模数相同和齿数不同，且第一锥齿轮与第三锥齿轮的分度线的锥角不同，输入轴带动第一锥齿轮与第二锥齿轮滚动啮合，使第一锥齿轮和第三锥齿轮产生自转，第三锥齿轮通过与第四锥齿轮的滚动啮合带动第四锥齿轮转动，并经第四锥齿轮带动输出轴转动。本发明通过单级双齿差实现了大减速比，可大幅减少变速装置体积和重量，并大幅提高变速装置传动效率。

Description

锥齿摆动双齿差变速装置

【技术领域】

本发明涉及变速机构，特别是涉及一种可实现单级大变速比的锥齿摆动双齿差变速装置。

【背景技术】

在机械领域中广泛使用着各种变速机构，包括增速机构和变速机构，用于增加和降低机械设备输出的转速。传统的大变速比机构主要包括多级行星齿轮变速机构、谐波齿轮变速机构、蜗轮蜗杆变速机构、偏心摆线变速机构等，这些变速机构具有不同的结构特点，均可实现变速功能，但也具有其各自的局限性。上述变速机构的变速比为相啮合的大齿轮与小齿轮的齿数之比，或为大齿轮的齿数与大齿轮与小齿轮的齿数之差之比。然而，由于受限于齿轮加工及扭矩传递要求，齿轮的齿数不可能大多，因此单级变速的变速比都不会太大，当需要大变速比时，就需要通过多级变速来实现，使得变速机构的体积、重量相应很大，并导致变速机构的传动效率变得很低。另一方面，随着机器人工业的快速发展，对大变速比的需求日益增长，而现有的变速机构很难实现这种要求。

【发明内容】

本发明旨在解决上述问题，而提供一种通过单级双齿差实现在齿轮的齿数较少情况下做到大的变速比，可大幅减少变速装置体积和重量，并大幅提高变速装置传动效率的锥齿摆动双齿差变速装置。

为实现上述目的，本发明提供一种锥齿摆动双齿差变速装置，该装置设有机壳，机壳内设有输入轴，该输入轴上连接或一体形成有斜偏轮，所述斜偏轮上通过第二轴承装设有连接或一体形成的第一锥齿轮和第三锥齿轮，在所述机壳内固定有与第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮，在与所述输入轴相对的机壳的另一端设有输出轴，该输出轴上连接或一体形成有与所述第三锥齿轮相啮合的第四锥齿轮，所述第一锥齿轮与第二锥齿轮的模数相同和齿数不同，第三锥齿轮与第四锥齿轮的模数相同和齿数不同，且第一锥齿轮与第三锥齿轮的分度线的锥角不同，第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第四锥齿轮的分度线与斜偏轮的中轴线交于一点，使得所述输入轴通过斜偏轮及第二轴承带动第一锥齿轮与第二锥齿轮滚动啮合，并使第一锥齿轮和第三锥齿轮产生自转，所述第三锥齿轮通过与第四锥齿轮的滚动啮合带动第四锥齿轮转动，并经第四锥齿轮带动输出轴转动。

第一锥齿轮的齿数为M，第二锥齿轮的齿数为M+N，第三锥齿轮的齿数为M+1，第四锥齿轮的齿数为M+N+1，其中，N为第一锥齿轮与第二锥齿轮及第三锥齿轮与第四锥齿轮的齿数差，在此条件下，所述锥齿摆动双齿差变速装置的输入轴与输出轴转速之比为当N为1时，所述锥齿摆动双齿差变速装置的输入轴与输出轴转速之比为M(M+2)。

所述机壳由主壳体及上端盖对合连接而成，上端盖中央的轴承孔内装有第一轴承，主壳体中央的轴承孔内装有第四轴承。

所述输出轴上端的轴承孔内装有第三轴承。

所述输入轴上端由上端盖上的第一轴承支承并伸出所述机壳外，输入轴下端由输出轴上的第三轴承支承。

所述输出轴上端由主壳体上的第四轴承支承，其下端伸出机壳外。

本发明的贡献在于，其有效解决了现有变速机构单级变速的变速比小，而多级变速的变速机构的体积、重量很大且传动效率低等问题。本发明彻底改变了传统的机械变速结构，通过单级双齿差结构实现了在齿轮的齿数较少的情况下做到大的变速比。传统的单级变速器的变速比通常是在1000之内，而本发明的装置的单级变速比可高达100000。在同样变速比情况下，本发明装置的体积较多级变速机构大为缩小，重量大大减轻，并可极大地提高变速机构的传动效率。由于本发明的变速装置的传动比由相啮合的齿轮齿数与大、小齿轮的齿数差的比例所确定，因此，通过改变该比例可大幅提高变速装置的传动比，并可大幅提高变速装置的传动效率。本发明通过设置斜偏轮结构及可公转和自转的第一锥齿轮和第三锥齿轮，使得第一锥齿轮与第三锥齿轮滚动啮合，并使第一锥齿轮与第三锥齿轮产生自转，第三锥齿轮通过与第四锥齿轮的滚动啮合带动第四锥齿轮转动，并经第四锥齿轮带动输出轴转动而实现了大传动比输出。本发明结构紧凑，体积小巧，易于生产和加工，生产成本低，在机械传动及机器人等领域有着广泛的应用。

【附图说明】

图1是本发明的整体结构剖视图。

图2是本发明的主壳体结构剖视图。

图3是本发明的上端盖结构剖视图。

图4是本发明的第一锥齿轮、第三锥齿轮结构剖视图。

图5是本发明的第二锥齿轮结构剖视图。

图6是本发明的输入轴及斜偏轮结构示意图。

图7是本发明的输出轴及第四锥齿轮结构剖视图。

【具体实施方式】

下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。

参阅图1，本发明的锥齿摆动双齿差变速装置包括机壳10、输入轴20、斜偏轮30、第一锥齿轮51、第二锥齿轮52、第三锥齿轮53、第四锥齿轮54及输出轴60。

如图1～图3所示，所述机壳10包括主壳体11及上端盖12。所述主壳体11为上侧敞口的中空圆盘状壳体，在其中心设有第四轴承孔111，该第四轴承孔111内装有第四轴承44。主壳体11的下侧边缘沿圆周方向设有多个螺孔112，用于连接第二锥齿轮53。主壳体11的上端面上沿圆周方向设有多个螺孔113，用于连接上端盖12。所述上端盖12是与主壳体11形状相对应的板状体，在上端盖12中心设有第一轴承孔121，该第一轴承孔121内装有第一轴承41。上端盖12的边缘沿圆周方向设有多个与主壳体的多个螺孔113相对应的螺孔122，上端盖12用螺钉经螺孔122及主壳体上的螺孔113与主壳体11对合连接为一体。

如图1、图4、图5、图6所示，在机壳10内设有输入轴20，该输入轴20的上端由上端盖上的第一轴承41支承并伸出所述机壳10外，输入轴20下端由输出轴上的第三轴承43支承。

该输入轴20上靠下部设有斜偏轮30，如图6，该斜偏轮30呈倾斜设置，其可与输入轴20一体形成，也可通过键与输入轴20相连接。本实施例中，斜偏轮30与输入轴20一体形成。所述斜偏轮30上通过第二轴承42装设有第一锥齿轮51和第三锥齿轮53，该第一锥齿轮51和第三锥齿轮53为锥齿，其沿圆锥面间隔设置并一体形成。与所述第锥一齿轮51和第三锥齿轮53相对应，在所述机壳10内下部设有第二锥齿轮52，该第二锥齿轮52与第一锥齿轮51相啮合。该第二锥齿轮52为固定式锥齿轮，其边缘设有与主壳体11上的螺孔112相对应的螺孔，第二锥齿轮52通过螺钉经主壳体11上的螺孔112机壳10相固定。如图1、图7所示，在与所述输入轴20相对的机壳10的另一端设有输出轴60，该输出轴60上部设有第四锥齿轮54，该第四锥齿轮54与所述第三齿轮53相啮合。该第四锥齿轮54可与输出轴60一体形成，也可通过键或螺栓与输出轴60相连接。本实施例中，该第四锥齿轮54与输出轴60一体形成。在输出轴60上端设有轴承孔61，轴承孔61内装有第三轴承43，其用于支承输入轴20的下端。所述输出轴60上端由主壳体上的第四轴承44支承，其下端伸出机壳10外。

本发明中，为实现在单级变速下的大传动比，所述第一锥齿轮51须与第二锥齿轮52的模数相同且齿数不同，第三锥齿轮53须与第四锥齿轮54模数相同且齿数不同，同时第一锥齿轮51与第三锥齿轮53的分度线的锥角不同，且第一锥齿轮51、第二锥齿轮52、第三锥齿轮53、第四锥齿轮54的分度线与斜偏轮30的中轴线交于一点。如果所述第一锥齿轮51的齿数为M，则第二锥齿轮52的齿数为M+N，第三锥齿轮53的齿数为M+1，第四锥齿轮54的齿数为M+N+1。上述齿数的表达式中，N为第一锥齿轮51与第二锥齿轮52及第三锥齿轮53与第四锥齿轮54的齿数差。在上述条件下，本发明的锥齿摆动双齿差变速装置的输入轴20与输出轴60转速之比为当N为1时，所述锥齿摆动双齿差变速装置的输入轴20与输出轴60转速之比为M(M+2)。由该变速比表达式可知，改变第一锥齿轮51、第二锥齿轮52、第三锥齿轮53及第四锥齿轮54的齿数或齿数差即可改变装置的变速比。由上式可见，如果第一锥齿轮51与第二锥齿轮52及第三锥齿轮53与第四锥齿轮54的齿数差为1，则变速比可大于M²倍，因此可使变速比有平方倍的提升，实现了单级变速情况下的大传动比，因此可大幅度提高变速装置的传动效率，并大幅降低制造及生产成本。本实施例中，取第一锥齿轮51的齿数为46，第二锥齿轮52的齿数为50，第三锥齿轮53的齿数为47，第四锥齿轮54的齿数为47，即M为46，N为4，则所述锥齿摆动双齿差变速装置的输入轴20与输出轴60转速之比为： $\frac{M(M+N+1)}{N}=\frac{46(46+4+1)}{4}=\mathrm{586.5.}$

如图1所示，当所述输入轴20由电机(图中未示出)驱动而转动时，输入轴20通过斜偏轮30及第二轴承42带动第一锥齿轮51与第二锥齿轮52滚动啮合，第一锥齿轮51和第三锥齿轮53在随输入轴20公转的同时会绕第二轴承42的中心产生自转。同时，所述第三锥齿轮53通过与第四锥齿轮54的滚动啮合带动第四锥齿轮54转动，并由第四锥齿轮54带动输出轴60转动，将变速后的传动输出。

籍此，本发明通过锥齿摆动双齿差结构实现了单级变速的大变速比变速，使得变速装置的体积、重量大幅减小，传动效率大幅提升。

尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但本发明的保护范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

Claims (6)

1.一种锥齿摆动双齿差变速装置，其特征在于，该装置设有机壳(10)，机壳(10)内设有输入轴(20)，该输入轴(20)上连接或一体形成有斜偏轮(30)，所述斜偏轮(30)上通过第二轴承(42)装设有连接或一体形成的第一锥齿轮(51)和第三锥齿轮(53)，在所述机壳(10)内固定有与第一锥齿轮(51)啮合的第二锥齿轮(52)，在与所述输入轴(20)相对的机壳的另一端设有输出轴(60)，该输出轴(60)上连接或一体形成有与所述第三锥齿轮(53)相啮合的第四锥齿轮(54)，所述第一锥齿轮(51)与第二锥齿轮(52)的模数相同和齿数不同，第三锥齿轮(53)与第四锥齿轮(54)的模数相同和齿数不同，第一锥齿轮(51)与第三锥齿轮(53)的分度线的锥角不同，且第一锥齿轮(51)、第二锥齿轮(52)、第三锥齿轮(53)、第四锥齿轮(54)的分度线与斜偏轮(30)的中轴线交于一点，使得所述输入轴(20)通过斜偏轮(30)及第二轴承(42)带动第一锥齿轮(51)与第二锥齿轮(52)滚动啮合，并使第一锥齿轮(51)和第三锥齿轮(53)产生自转，所述第三锥齿轮(53)通过与第四锥齿轮(54)的滚动啮合带动第四锥齿轮(54)转动，并经第四锥齿轮(54)带动输出轴(60)转动。

2.如权利要求1所述的锥齿摆动双齿差变速装置，其特征在于，所述第一锥齿轮(51)的齿数为M，第二锥齿轮(52)的齿数为M+N，第三锥齿轮(53)的齿数为M+1，第四锥齿轮(54)的齿数为M+N+1，其中，N为第一锥齿轮(51)与第二锥齿轮(52)及第三锥齿轮(53)与第四锥齿轮(54)的齿数差，在此条件下，所述锥齿摆动双齿差变速装置的输入轴(20)与输出轴(60)转速之比为当N为1时，所述锥齿摆动双齿差变速装置的输入轴(20)与输出轴(60)转速之比为M(M+2)。

3.如权利要求1所述的锥齿摆动双齿差变速装置，其特征在于，所述机壳(10)由主壳体(11)及上端盖(12)对合连接而成，上端盖(12)中央的轴承孔(121)内装有第一轴承(41)，主壳体(11)中央的轴承孔(111)内装有第四轴承(44)。

4.如权利要求1所述的锥齿摆动双齿差变速装置，其特征在于，所述输出轴(60)上端的轴承孔(61)内装有第三轴承(43)。

5.如权利要求4所述的锥齿摆动双齿差变速装置，其特征在于，所述输入轴(20)上端由上端盖上的第一轴承(41)支承并伸出所述机壳(10)外，输入轴(20)下端由输出轴上的第三轴承(43)支承。

6.如权利要求4所述的锥齿摆动双齿差变速装置，其特征在于，所述输出轴(60)上端由主壳体上的第四轴承(44)支承，其下端伸出机壳(10)外。