CN105508584A - 一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，包括第一壳体、第二壳体、太阳轮、中间传动机构、端盖。所述第一壳体的内壁设有第一内齿圈和第一管腔，所述第二壳体的内壁设有第二内齿圈，其特征在于，所述的第一壳体和第二壳体之间设有内嵌式轴承机构。本发明的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，与传统的行星齿轮传动装置相比，传动比较大，传动性能更为稳定，同时由于在固定部件和输出部件之间内嵌一个可以承受各向受力的轴承机构，进一步减少了零件的数量，使传动装置整体重量得以减轻，同时有效地减小了传动装置的轴向尺寸和径向尺寸，使结构更加简单。

Description

一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置
技术领域
本发明涉及行星齿轮传动装置，特别是一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置。
背景技术
行星齿轮传动装置在工业上的应用非常广泛，为了达到较大的传动比，一般会采用多级传动的方式，以传统的两级行星齿轮减速机构为例，第一级传动机构包括第一级内齿圈、第一级太阳轮和第一级行星架以及安装在第一级行星架上的二至四个第一级行星齿轮，行星齿轮与第一级内齿圈和第一级太阳轮均啮合。通常第一级内齿圈为固定件，固定在减速机的壳体内。第一级太阳轮与伺服电机轴相连接，为主动件，输入高速低扭转矩，第一级行星齿轮受第一级太阳轮的驱动可沿第一内齿圈发生自转和公转，从而带动第一级行星架转动，将转速降低、扭矩增大后输出至第二级传动机构。第一级行星架同时作为第二级传动机构的输入轴，即第二级太阳轮。采用同样的传动方式再次将扭矩增大、转速降低，通过第二级行星架输出至外部执行机构。
一般单级行星传动机构的减速比只有3:1左右，两级串联叠加后，不但体积倍增，而且减速比也只有9:1左右。因此若需要增大传动比，采用传统的行星齿轮传动的方式，势必会导致传动机构体积变大，不适用于对传动机构的布置有较小空间要求的场合。
同时传统的多级行星齿轮传动机构由于分级传递，零部件数量较多，生产、加工成本也较大。且由于存在多处活动连接，累加的安装间隙会影响传动机构的性能。
中国发明专利申请201510573668.X公开了一种传动比较大的行星齿轮传动机构，其第二内齿圈与第一内齿圈同时与行星轮啮合，有效地减小了传动机构轴向上的外形尺寸，提高了空间利用率。然而该行星齿轮传动机构为满足各向受力要求的工况，使用了多个轴承组合，导致行星齿轮传动机构的整体结构仍较为复杂，体积较大，质量较重，加工及安装成本较高。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种结构更加紧凑、零件进一步减少、重量大幅度减轻的传动比较大的行星齿轮传动装置。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，包括
第一壳体，所述第一壳体设有第一管腔，与所述第一管腔相邻的第一壳体内壁设有第一内齿圈；
第二壳体，所述第二壳体的内壁设有第二内齿圈，所述第二壳体伸入所述第一管腔，所述第一内齿圈和第二内齿圈同轴依次设置；
太阳轮，所述的太阳轮与第一内齿圈和第二内齿圈同轴设置，受外部驱动装置驱动；
中间传动机构，所述的中间传动机构同时与太阳轮、第一内齿圈和第二内齿圈啮合，当第一内齿圈固定时，转动自第二内齿圈输出，当第二内齿圈固定时，转动自第一内齿圈输出；
端盖，所述的端盖与第一壳体固定连接，用于防止第二壳体在第一壳体内发生轴向窜动；
其特征在于，所述的第一壳体和第二壳体之间设有内嵌式轴承机构。
优选地是，所述的内嵌式轴承机构包括滚动体，所述的滚动体内嵌在滚道内，所述的滚道由设置在第一壳体、第二壳体和端盖相应位置的各滚动面合围构成，当第一壳体与第二壳体发生相对旋转时，所述的滚动体在滚道内滚动，与各滚动面均发生接触。
优选地是，所述的滚动体为球形滚珠，还包括保持块，所述的球形滚珠与保持块间隔安装在滚道内，所述构成滚道的滚动面包括设置在第一壳体内壁的第一弧形环槽、设置在第二壳体外壁的第二弧形环槽和设置在端盖相应位置的第三弧形环槽，所述的第一、第二、第三弧形环槽在同一截面上的轮廓线为位于同一圆周上的圆弧。
优选地是，所述的第一管腔半径与第二壳体外径的半径之差不大于所述球形滚珠直径的1/3。
优选地是，所述第一弧形环槽和第三弧形环槽截面圆弧的角度为处于70°至90°之间的任意角度，所述的第二弧形环槽截面圆弧的角度处于140°至180°之间的任意角度。
优选地是，所述的第一管腔半径与第二壳体外径的半径之差等于所述球形滚珠直径的1/3，所述第一弧形环槽和第三弧形环槽截面圆弧的角度为70°，所述的第二弧形环槽截面圆弧的角度为140°。
优选地是，所述的滚动体为交叉设置的圆柱滚子，圆柱滚子的高与直径相等，相邻的圆柱滚子的轴线相互垂直。
优选地是，所述构成滚道的滚动面包括设置在所述第一壳体内壁的第一圆锥面、设置在第二壳体内壁的90°V型环槽和设置在端盖相应位置的第二圆锥面构成，所述滚道剖面的轮廓线构成一个旋转45°的正方形的四边。
优选地是，所述的滚动体为交叉设置的圆锥滚子。
优选地是，其特征在于，所述的中间传动机构包括行星架，行星轮，行星轴，所述的行星架与太阳轮同轴设置，所述的行星轮通过行星轴安装在行星架上；所述的行星轮包括依次设置的第一轮齿组和第二轮齿组，所述的第一内齿圈与第一轮齿组啮合，所述的第二内齿圈与第二轮齿组啮合；当第一壳体固定、太阳轮与第一轮齿组啮合时，第二壳体将转动输出；当第二壳体固定、太阳轮与第二轮齿组传动啮合时，第一壳体将转动输出。
优选地是，所述的行星架为圆筒状，与所述的第一壳体和第二壳体转动连接，所述行星架与第一壳体和第二壳体之间设有第一轴承和第二轴承。
优选地是，所述行星架两端底部均设有通孔，所述的外部驱动装置可穿过通孔与太阳轮传动连接。
本发明的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，与传统的行星齿轮传动装置相比，传动比较大，传动性能更为稳定。同时由于在固定部件和输出部件之间内嵌一个可以承受各向受力的轴承机构，进一步减少了零件的数量，使传动装置整体重量得以减轻，同时有效地减小了传动装置的轴向尺寸和径向尺寸，使结构更加简单。
附图说明
图1是本发明实施例1的内部结构示意图。
图2是本发明实施例1另一角度的结构示意图。
图3是本发明实施例1的纵剖结构示意图
图4是本发明实施例1的相关零件分解图。
图5是本发明实施例1的第一壳体的立体图。
图6是本发明实施例1的第一壳体的剖面图。
图7是本发明实施例1的第二壳体的立体图。
图8是本发明实施例1的第二壳体的剖面图。
图9是本发明实施例1的端盖立体图。
图10是本发明实施例1的端盖的剖面图。
图11是本发明的行星架立体图。
图12是本发明的行星架侧视图。
图13是本发明的行星架与行星轮装配立体图。
图14是本发明的行星架与行星轮装配侧视图。
图15是本发明实施例1的剖视图(未包含太阳轮)。
图16是本发明实施例1的内嵌式轴承机构的局部安装剖视图。
图17是本发明实施例1的内嵌式轴承机构的安装示意图。
图18是本发明实施例1的内嵌式轴承机构的局部安装示意图。
图19是本发明实施例1的内嵌式轴承机构的保持块剖面图。
图20是本发明实施例1的滚道结构示意图。
图21是本发明实施例2的内嵌式轴承机构的安装剖面示意图。
图22是本发明实施例3的内嵌式轴承机构的安装剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的描述：
如图1至图4所示，本发明的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，包括第一壳体1，端盖5，第一壳体1和端盖5固定装配在一起。太阳轮3、行星架2、第二壳体7依次设置在第一壳体1内部，具有共同的中心轴线。太阳轮3与外部电机的输出轴(图中未示出)相连接，为主动件。三个行星轮6围绕中心轴线均匀分布，通过3个行星轴8固定安装在行星架2内，可绕行星轴8自转，且均与太阳轮3啮合。行星架2、行星轮6、行星轴8共同构成中间传动机构。第一壳体1与第二壳体7之间设有内嵌式轴承机构9。
如图1至图6所示，第一壳体1为圆管状，一端设有第一凸缘103。第一凸缘103上均匀分布设置若干第一安装孔106，所述第一凸缘103的端面与内壁连接处设有第一弧形环槽104，其截面圆弧的角度为90°。第一壳体1的内壁上设有第一内齿圈101，第一壳体1内与第一内齿圈101相邻，靠近第一凸缘103的一侧设有第一管腔102，第一壳体1远离第一凸缘103的一端的内壁上设有第一轴承安装面105。
如图1至图4，图6、图7、图8所示，第二壳体7为圆管状，设有第二凸缘72和第一管段73。第二凸缘72上均匀分布设有若干第二连接孔，可用于与外部执行装置(图中未示出)连接。第一管段73的内壁上设有第二内齿圈71。如图3所示，第一管段73的外径小于第一壳体1的第一管腔102的内径，置于第一管腔102内，第二内齿圈71与第一内齿圈101邻接。如图8所示，第一管段73的外壁设有第二弧形环槽74，其截面圆弧的角度为180°，第二壳体7的内壁上还设有第二轴承安装面75。
如图9、图10、图15所示，端盖5为圆环状，与第一壳体1第一凸缘103相配合安装，周向均匀设有与第一安装孔106相对应的第三安装孔52，沿一侧端面向内壁方向设有第三弧形环槽52，其截面圆弧为90°，端盖5的内壁上还设有油封槽53，用于安装油封(图中未示出)。
如图11至图15所示，行星架2为开放的圆筒状，包括第一圆筒段26和第二圆筒段27，两端设有内凹的第一端面24，两个第一端面24上设有两个位于行星架轴线位置的中心通孔23，用于太阳轮3的安装；两个第一端面24上沿周向均布相对各设有三个行星轴孔22。如图13、图14所示，三个行星轮6置于行星架2内部，通过三个行星轴8安装在两个第一端面24上。如图15所示，行星轮6与行星轴8之间设有行星轮轴承11。
如图12、图15所示，行星架2的第一圆筒段26与第一轴承安装面105之间设有第一轴承4，第二圆筒段27的相应位置与第二轴承安装面75之间设有第二轴承10，其中第一圆筒段26的直径大于第二圆筒段27的直径；第二圆筒段27的周面相应位置均匀设有三个空窗21，三个空窗21的开设位置不与第二轴承10发生干涉。如图14、图15所示，行星轮6为双联齿轮，包括第一轮齿组61和第二轮齿组62，第一轮齿组61和第二轮齿组62伸出空窗21外，分别与第一内齿圈101和第二内齿圈71啮合且相互之间不干涉。
如图16至图19所示，本实施例的内嵌式轴承机构9的滚动体为若干四点角接触球轴承使用的球形滚珠91，内嵌式轴承机构9还包括若干设置在相邻球形滚珠91之间的保持块92。保持块92为两个端面设有球面凹槽921的圆柱体结构，球面凹槽921与球形滚珠91相配合。滚道由第一弧形环槽104、第二弧形环槽52和第三弧形环槽74三个滚动面合围而成。内嵌式轴承机构9安装在滚道内。所有的球形滚珠均与各滚动面点接触。第一弧形环槽104、第二弧形环槽52和第三弧形环槽74的截面圆弧处于同一圆周上，本实施例中，如第一壳体1与第二壳体7的在径向上的间隙d为0，第一弧形环槽104和第三弧形环槽74的截面圆弧的角度理论最大可以为90°，第二弧形环槽52的截面圆弧的角度理论上最大可以为180°。实践中，随着第一壳体1与第二壳体7径向间隙d的增大，以及考虑到在第一壳体1与端盖5之间设置隔套等因素，相应的各截面圆弧在同一圆周上所占的角度将随之减小。
目前市售的轴承厂家生产的四点接触角轴承的接触角一般不小于35°,为了使本发明的内嵌式轴承机构可以实现市售的四点接触角轴承的功能，如图20所示，若本发明的内嵌式轴承机构的接触角为35°，则第一弧形环槽104和第三弧形环槽74的截面圆弧的角度，即对应的圆心角应为70°，第二弧形环槽52的截面圆弧的角度应为140°，经数学推算，当第一壳体1与第二壳体7的间隙值d为球形滚珠直径的1/3时，可以满足接触角α≈35°。计算公式为接触角α＝1/2(90°-arcsin1/3)≈35°，当d值越小时时，接触角α的值越大，相应的第一弧形环槽104、第二弧形环槽52和第三弧形环槽74的截面圆弧的角度也越大。
综上，本发明实施例1中，第一弧形环槽104和第三弧形环槽74的截面圆弧的角度处于70°至90°的范围内,同时第二弧形环槽52的截面圆弧的角度处于140°至180°范围内时，均可以保证本发明的正常工作，并达到预期的技术效果。
实施例2
以实施例1为基础，如图21所示，本发明的内嵌式轴承机构9的滚动体也可以若干交叉圆柱滚子93。相邻的交叉圆柱滚子93交叉呈十字配置，即滚子轴线成90°，使一半的交叉圆柱滚子93(相间配置)承受一个方向的轴向载荷，而相反方向的轴向载荷由另一半滚子承受。而构成滚道的滚动面包括设置在第一壳体内壁上的第一圆锥面107、设置在第二壳体上的90°V形环槽77和设置在端盖相应位置的第二圆锥面54构成，整个滚道的截面可以看成一个正方形旋转45°，正方形的边长与交叉圆柱滚子93的直径相配合。
实施例3
以实施例2为基础，如图22所示，本发明的内嵌式轴承机构9的滚动体也可以若干交叉圆锥滚子94。相邻的交叉圆锥滚子94交叉呈十字配置，即滚子轴线成90°，其与实施例2的区别在于，构成滚道的各滚动面的截面之间的角度应由交叉圆锥滚子94具体的圆锥角度来决定。
本发明的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，将一个轴承机构内嵌入传动装置内部，在第一壳体1、第二壳体7以及端盖5上设置轴承滚道，实现了原来两个轴承功能，从而减少了零件；同时还使本发明的第一壳体1和第二壳体7尺寸进一步减小，即减小了行星架的包络面，更从整体上减轻传动机构的重量。
本发明以太阳轮3作为主动件，可以第一壳体1为固定件，即第一内齿圈101固定上，不发生旋转，将太阳轮3与行星轮6的第一轮齿组61啮合，第二内齿圈71，即第二壳体7将转动输出，可以实现减速传动；反之，以第二壳体为固定件，同样可以实现减速传动。实践中可以工作环境的需要，自由选取。
本发明行星轮6的第一轮齿组61和第二轮齿组62分别与第一内齿圈103和第二内齿圈71啮合，可以通过齿数的安排实现无限种可能的传动比。在实现较大传动比的同时，减少了第二太阳轮，缩小了传动机构的体积，提高了传动的精度。
本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (12)

1.一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，包括
第一壳体，所述第一壳体设有第一管腔，与所述第一管腔相邻的第一壳体内壁设有第一内齿圈；
第二壳体，所述第二壳体的内壁设有第二内齿圈，所述第二壳体伸入所述第一管腔，所述第一内齿圈和第二内齿圈同轴依次设置；
太阳轮，所述的太阳轮与第一内齿圈和第二内齿圈同轴设置，受外部驱动装置驱动；
中间传动机构，所述的中间传动机构同时与太阳轮、第一内齿圈和第二内齿圈啮合，当第一内齿圈固定时，转动自第二内齿圈输出，当第二内齿圈固定时，转动自第一内齿圈输出；
端盖，所述的端盖与第一壳体固定连接，用于防止第二壳体在第一壳体内发生轴向窜动；
其特征在于，所述的第一壳体和第二壳体之间设有内嵌式轴承机构。
2.根据权利要求1所述的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述的内嵌式轴承机构包括滚动体，所述的滚动体内嵌在滚道内，所述的滚道由设置在第一壳体、第二壳体和端盖相应位置的各滚动面合围构成，当第一壳体与第二壳体发生相对旋转时，所述的滚动体在滚道内滚动，与各滚动面均发生接触。
3.根据权利要求2所述的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述的滚动体为球形滚珠，还包括保持块，所述的球形滚珠与保持块间隔安装在滚道内，所述构成滚道的滚动面包括设置在第一壳体内壁的第一弧形环槽、设置在第二壳体外壁的第二弧形环槽和设置在端盖相应位置的第三弧形环槽，所述的第一、第二、第三弧形环槽在同一截面上的轮廓线为位于同一圆周上的圆弧。
4.根据权利要求3所述的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述的第一管腔半径与第二壳体外径的半径之差不大于所述球形滚珠直径的1/3。
5.根据权利要求4所述的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述第一弧形环槽和第三弧形环槽截面圆弧的角度为处于70°至90°之间的任意角度，所述的第二弧形环槽截面圆弧的角度处于140°至180°之间的任意角度。
6.根据权利要求4所述的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述的第一管腔半径与第二壳体外径的半径之差等于所述球形滚珠直径的1/3，所述第一弧形环槽和第三弧形环槽截面圆弧的角度为70°，所述的第二弧形环槽截面圆弧的角度为140°。
7.根据权利要求2所述的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述的滚动体为交叉设置的圆柱滚子，圆柱滚子的高与直径相等，相邻的圆柱滚子的轴线相互垂直。
8.根据权利要求7所述的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述构成滚道的滚动面包括设置在所述第一壳体内壁的第一圆锥面、设置在第二壳体内壁的90°V型环槽和设置在端盖相应位置的第二圆锥面构成，所述滚道剖面的轮廓线构成一个旋转45°的正方形的四边。
9.根据权利要求2所述的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述的滚动体为交叉设置的圆锥滚子。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述的中间传动机构包括行星架，行星轮，行星轴，所述的行星架与太阳轮同轴设置，所述的行星轮通过行星轴安装在行星架上；所述的行星轮包括依次设置的第一轮齿组和第二轮齿组，所述的第一内齿圈与第一轮齿组啮合，所述的第二内齿圈与第二轮齿组啮合；当第一壳体固定、太阳轮与第一轮齿组啮合时，第二壳体将转动输出；当第二壳体固定、太阳轮与第二轮齿组传动啮合时，第一壳体将转动输出。
11.根据权利要求10所述的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述的行星架为圆筒状，与所述的第一壳体和第二壳体转动连接，所述行星架与第一壳体和第二壳体之间设有第一轴承和第二轴承。
12.根据权利要求10所述的一种具有内嵌式轴承机构的行星齿轮传动装置，其特征在于，所述行星架两端底部均设有通孔，所述的外部驱动装置可穿过通孔与太阳轮传动连接。
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