CN106122379A - 双蜗轮共轭减速机 - Google Patents

Abstract

双蜗轮共轭减速机，本发明属于机械变速传动领域，可以用于工业机器人、机床等要求高精密减速的领域，本发明提出了一种采用两个蜗轮在转矩输入端共轭同时也在转矩输出端共轭，的双蜗轮减速机，具体内容是：双蜗轮共轭减速机由壳体、蜗杆A、蜗杆B、蜗轮A、蜗轮B、齿轮A、齿轮B、输出齿轮组成，这种结构一次实现两级减速，如果把蜗杆A和蜗轮A的回差加上齿轮A和输出齿轮的回差命名为A路回差，蜗杆B和蜗轮B之间的回差加上齿轮B和输出齿轮之间的回差命名为B路回差，减速机的总回差就等于A路回差与B路回差中相对小的回差值减去蜗轮A与蜗轮B的相位差。

Description

双蜗轮共轭减速机

技术领域

本发明属于机械变速传动领域，具体涉及一种双蜗轮共轭减速机，可以用于工业机器人、机床等要求高精密减速的领域。

背景技术

减速机在工业和自动化领域的重要性不言而喻，例如目前工业机器人的成本中超过三分之一是减速机，减速机的负荷能力、减速比、回差（回程间隙）、体积等参数决定了减速机的优劣，目前主要的高精度减速机是谐波减速机和RV减速机，但理论上都做不到零回差，而且存在加工难度大的困扰，本发明提出了一种理论上可以实现不受符合影响的零回差减速机，而且结构简单，减速比大，加工制造难度低。

发明内容

本发明提出了一种采用两个蜗轮在转矩输入端共轭同时也在转矩输出端共轭，的双蜗轮减速机，具体内容如下。

双蜗轮共轭减速机由壳体、蜗杆A、蜗杆B、蜗轮A、蜗轮B、齿轮A、齿轮B、输出齿轮组成，其特征是，蜗杆A和蜗杆B同轴，蜗杆A和蜗杆B周向固定，蜗杆A和壳体径向固定，蜗杆A与壳体轴向固定或轴向弹性固定，蜗杆B与壳体或蜗杆A轴向固定或轴向弹性固定，蜗轮A和蜗轮B位于蜗杆A的同一侧，蜗轮A和壳体径向固定，蜗轮A和壳体轴向固定，蜗轮B和壳体径向固定，蜗轮B和壳体轴向固定，蜗杆A和蜗轮A啮合，蜗轮A和齿轮A同轴，蜗轮A和齿轮A周向固定，齿轮A和输出齿轮啮合，蜗杆B和蜗轮B啮合，蜗轮B和齿轮B同轴，蜗轮B和齿轮B周向固定，齿轮B和输出齿轮啮合，输出齿轮与壳体径向固定。这种结构一次实现两级减速，如果把蜗杆A和蜗轮A的回差加上齿轮A和输出齿轮的回差命名为A路回差，蜗杆B和蜗轮B之间的回差加上齿轮B和输出齿轮之间的回差命名为B路回差，减速机的总回差就等于A路回差与B路回差中相对小的回差值减去蜗轮A与蜗轮B的相位差。所述的固定和弹性固定是零件或构件空间位置关系的描述，具体可以间接的通过其他零件或部件间接固定或间接弹性固定来实现，例如齿轮可以通过轴或轴承固定到壳体上，蜗杆A和蜗杆B可以用键与一个共同的轴连接实现周向固定，也可以用键相互连接实现周向固定；有些情况还可以根据需要将一体转动的构件加工成一体的一个零件，蜗轮A和齿轮A可以是加工成一体的一个零件，蜗轮B和齿轮B可以加工成一体的一个零件，是否选用蜗杆轴、蜗轮轴A、蜗轮轴B和输出齿轮轴或使用什么形式的轴，以及是否使用轴承或什么形式的轴承，一般技术人员完全可以自行选定，不许要特指明， 例如输出齿轮可以用键连接输出轴，也可以选用内齿轮用齿轮端面输出转矩，内齿轮的外圈可以通过轴承和壳体固定，只要能持续在减速机的使用中能满足本发明描述的零件啮合关系和空间位置关系就可以，齿轮的形式也包括单不限于外齿轮、内齿轮和斜齿轮，壳体的意义在于相对固定的空间参照并为各种固定方式提供力的支点，可以是框架形式不一定局限于包裹形式。

上所述的双蜗轮共轭减速机的转矩通过蜗杆A传递到蜗轮A和齿轮A，齿轮A传递到输出齿轮；或从蜗杆B传递到蜗轮B和齿轮B，齿轮B传递到输出齿轮。在考虑齿轮之间有回程间隙的情况下，两个转矩传导路径间隙不完全一致的情况下，正反两个旋转方向的转矩分别通过上述两个路径传导，当然还有一种情况就是两个路径上齿轮的回程间隙相等，两个蜗轮的相位差为零，正反两个方向的转矩都同时从上述两个路径传导。

上述的双蜗轮共轭减速机，其特征是，还设有至少一个涨紧部件，涨紧部件用于轴向固定或轴向弹性固定蜗杆A或蜗杆B，涨紧部件还用于调节蜗杆A和蜗杆B的轴向间距或轴向应力。涨紧部件可以通过螺栓或螺纹与壳体连接，通过旋转螺栓或螺纹来调整施加在蜗杆A和蜗杆B之间的轴向涨紧力或改变蜗杆A和蜗杆B之间的轴向间距，调整好之后使蜗杆A和蜗杆B之间的间距固定或弹性固定，由于蜗轮A和蜗轮B受到齿轮A和齿轮B与输出齿轮组成的齿轮副的限制，不能相对自由旋转，所以蜗杆A和蜗杆B的间距可变范围就是整个系统回程间隙的两倍；涨紧部件只需要微小的调整就可以涨紧整套齿轮系统；涨紧部件也可以是用螺纹固定在蜗杆A和蜗杆B同轴的转轴上的，对蜗杆A或蜗杆B施加轴向力；涨紧部件还可以是两个，对蜗杆A和蜗杆B分别从相反的两个方向涨紧整套齿轮系统，两个涨紧部件的结构有时候更容易加工，螺纹调节只是一种优选方案，当然还可以通孔其他形式调节涨紧部件。

上述的双蜗轮共轭减速机，所述涨紧部件使蜗杆A和蜗杆B之间的间距改变，带动蜗轮A和蜗轮B之间的同步相位差改变，齿轮A和齿轮B之间的同步相位差也同时改变，使齿轮A和齿轮B分别与输出齿轮向相反方向紧密啮合，同时蜗杆A和蜗杆B分别同蜗轮A和蜗轮B向将反方向紧密啮合。通过涨紧部件的调节本质上是利用蜗杆的轴向移动不影响蜗杆和蜗轮啮合的特点，通过改变两个蜗杆之间的间距来实现双蜗轮减速机理论上零回差，当涨紧部件刚性调节蜗轮A和蜗轮B 的间距时，在不来考虑齿轮的受力变形的前提下，减速机的零回差运转并没有很大的内应力也不会带来严重的运转磨损和扭矩损耗，同时负荷的改变并不会引起回差的改变。

上述的双蜗轮共轭减速机，其特征是，所述涨紧部件包含弹性零件，该弹性零件使涨紧部件能够调节蜗杆A和蜗杆B之间的轴向应力但不改变蜗杆A和蜗杆B的轴向间距。某些情况下不需要减速机绝对的零回差，某些加工精度不够的零件，钢性调节到零回差会带来较大的运转阻力，使用含有弹性零件的涨紧部件对零件的精度要求和涨紧调节的精度要求都相对更低，也可以避免因为调节过力造成的损坏，弹性零件可以是弹簧，蝶形弹垫，胶垫等。

上述的双蜗轮共轭减速机，还设有涨紧部件、轴承A和轴承B，涨紧部件通过螺纹与壳体连接，旋转螺纹可以使涨紧部件通过轴承A轴向推蜗杆A，涨紧部件连接轴承A的定圈，蜗杆A连接轴承A的动圈，蜗杆B通过轴承B与壳体连接，蜗杆B连接轴承B的动圈，壳体连接轴承B的定圈。如附图1所示。当使用轴承固定蜗杆A的径向并润滑蜗杆A和蜗杆B的旋转时可以同时使用轴承轴向固定蜗杆A和蜗杆B并使其保持间距。螺纹可以是涨紧部件的零件上加工的螺纹和壳体上加工的螺纹配合，也可以是涨紧部件上的螺栓和壳体上的螺孔或螺母配合。使用螺纹调节是一般技术人员的公知常识，只要能达到旋转调节使涨紧部件调节蜗杆A和蜗杆B的轴向间距或轴向应力的结构都可以。

上述的双蜗轮共轭减速机，还设有至少一个弹性零件，弹性零件在蜗杆A的轴向上受力能够弹性形变，弹性零件的弹性变形量和蜗杆A与蜗杆B之间的间距改变量或应力改变量相关。弹性涨紧可以通过是将一个弹性零件装在蜗杆A的轴向上，弹性零件可以是蝶形弹垫，胶垫或螺旋弹簧等，弹性零件的加入能够改善加工精度不高造成的回差不稳定，好处是能降低加工要求并提高抗冲击能力，这样就算不使用可调节的涨紧部件也能实现在较低负载的情况下零回差运转，但是这时的减速机在较大负荷下可能由于弹性零件压缩会产生回差。

上述的双蜗轮共轭减速机，所述蜗杆A加工成至少一端带有轴，蜗杆B轴心加工成孔，蜗杆B套装在蜗杆A伸出的轴上并用键固定。为了进一步优化零件结构，蜗杆A和蜗杆B可以加工成不同的形状相互套在一起，并保持间距可以调节的状态，相互之间通过键来实现周向固定，因为既然是周向固定的，转矩从蜗杆A和蜗杆B输入并没有区别，蜗杆A或蜗杆B的端面上还可以加工出转盘方便链接输入转矩。

上所述的双蜗轮共轭减速机，还包括零件蜗杆轴、蜗轮轴A和蜗轮轴B，蜗杆轴和蜗杆A同轴，蜗轮轴A和蜗轮A同轴，蜗轮轴B和蜗轮B同轴。蜗杆轴可以和蜗杆A用键周向固定也可以和壳体周向固定蜗杆A和蜗杆B相对于蜗杆轴周向运动；蜗轮轴A可以和蜗轮A周向固定也可以和壳体周向固定蜗轮A和齿轮A相对于蜗轮轴A周向运动。；蜗轮轴B可以和蜗轮B周向固定也可以和壳体周向固定蜗轮B和齿轮B相对于蜗轮轴B周向运动。

上所述的双蜗轮共轭减速机，所述齿轮A和壳体轴向固定，齿轮B和壳体轴向固定，输出齿轮和壳体轴向固定。当使用斜齿轮的时候齿轮A或齿轮B相对于输出齿轮的轴向运动会造成运动偏差，因为斜齿轮啮合时的啮合应力有轴向的分量，所以当选用啮合时的啮合应力有轴向的分量的齿轮时齿轮A、齿轮B和输出齿轮的轴向固定成为保证减速机精度的必要条件。

本发明申请文件中对于有些一般技术人员可以根据本发明的描述自行选用的零件并没有特别之处，只要能满足本发明说描述的空间位置关系和传动关系的零件选择都是可以的，实现转轴的形式和涨紧调节的形式以及旋转润滑的形式比较多，一般技术人员完全可以根据需要自行选择使用，不需要特别说明，例如内齿轮没有明显的轴零件，是通过外圆面与壳体径向固定并通过端面链接并传递转矩的，还有些情况可以使用油脂润滑或石墨润滑等方式实现无轴承旋转，最重要是本发明的核心发明点是有两个带有同轴且周向相对固定的齿轮的蜗轮，在输入端通过与同轴且周向相对固定的两个蜗杆分别啮合共轭，同时在输出端通过两个齿轮与输出齿轮同时啮合共轭，并且利用轴向调节蜗杆不影响蜗杆和蜗轮的啮合关系但能改变蜗轮的相位的原理，将两个共轭路径向相反方向涨紧，实现了可以调节回差间隙的减速机结构。

附图说明

图1隐藏壳体的双蜗轮共轭减速机立体图1。

图2隐藏壳体的双蜗轮共轭减速机立体图2。

图3隐藏壳体的双蜗轮共轭减速机主视图。

图4隐藏壳体的双蜗轮共轭减速机后视图。

图5隐藏壳体的双蜗轮共轭减速机俯视图。

图6双蜗轮共轭减速机剖面图。

图7隐藏壳体的带有涨紧部件的双蜗轮共轭减速机立体图。

图8带有涨紧部件的双蜗轮共轭减速机剖面图。

图9带有涨紧部件和弹性部件的双蜗轮共轭减速机剖面图。

图中标记含义如下：

1，壳体；2，蜗杆轴；3，蜗轮轴A；4，蜗轮轴B；5，输出轴；6，蜗杆A；7，蜗杆B；8，蜗轮A；9，蜗轮B；10，齿轮A；11，齿轮B；12，输出齿轮；13，涨紧部件；14，涨紧部件上的调节螺栓；15，蜗杆轴轴承A；16，蜗杆轴轴承B；17，蜗轮轴轴承；18，输出轴轴承；19，弹性零件。

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。

实施例1，如图1到图5所示，双蜗轮共轭减速机由壳体（1），蜗杆A（6）、蜗杆B（7）、蜗轮A（8）、蜗轮B（9）、齿轮A（10）、齿轮B（11）、输出齿轮（12）组成，其中壳体（1）由两部分组成，为了便于观察内部结构有的图中没有显示，蜗杆A（6）和蜗杆B（7）为一体加工而成的一个零件并且两端加工成轴，蜗杆A（6）和蜗杆B（7）一端固定在壳体（1）的圆孔上，另一端固定在壳体（1）的圆形凹槽上，并用油脂润滑，蜗轮A（8）和蜗轮B（9）位于蜗杆A（6）的同一侧，蜗轮A（8）和齿轮A（10）为一体加工而成的一个零件并且两端加工有轴固定在壳体（1）的圆形凹槽上并用油脂润滑，蜗轮B（9）和齿轮B（11）为一体加工而成的一个零件并且两端加工有轴固定在壳体（1）的圆形凹槽上，蜗杆A（6）和蜗轮A（8）啮合，齿轮A（10）和输出齿轮（12）啮合，蜗杆B（7）和蜗轮B（9）啮合，齿轮B（11）和输出齿轮（12）啮合，输出齿轮（12）两端加工有轴，轴的一端固定在壳体（1）的圆形凹槽上并用油脂润滑，另一固定在壳体（1）上的圆孔上并伸出壳外。转矩从蜗杆A（6）或蜗杆B（7）的一端输入，从输出齿轮（12）上的轴输出。作为本发明的极简化方案，蜗杆A（6）和蜗杆B（7）间距不能调整但也同样能实现比一般的两级减速部件更小回差的效果，这点在说明书中双蜗轮共轭减速机总回差计算的描述时候已经阐述了。

实施例2，如图6到图8所示，双蜗轮共轭减速机由壳体（1），蜗杆轴（2）、蜗轮轴A（3）、蜗轮轴B（4）、输出轴（5）、蜗杆A（6）、蜗杆B（7）、蜗轮A（8）、蜗轮B（9）、齿轮A（10）、齿轮B（11）、输出齿轮（12）和涨紧部件（13）组成，其中壳体（1）由两部分组成，蜗杆A（6）和蜗杆B（7）通过键和蜗杆轴（2）周向固定，蜗轮A（8）和齿轮A（10）通过键和蜗轮轴A（3）固定，蜗轮B（9）和齿轮B（11）通过键和蜗轮轴B（4）固定，输出齿轮（12）通过键和输出轴（5）固定，蜗轮轴A（3）两端通过蜗轮轴轴承（17）固定在壳体（1）上，蜗轮轴轴承（17）选用圆锥辊子轴承，蜗轮轴B（4）两端也通过蜗轮轴轴承（17）固定在壳体（1）上，输出轴（5）的两端通过输出轴轴承（18）固定在壳体（1）上，输出轴轴承（18）选用深沟球轴承，涨紧部件（13）由一个片型零件和6个螺栓（14）组成，螺栓（14）与壳体（1）上的螺纹孔连接，在涨紧部件（13）和蜗杆A（6）之间装有一个蜗杆轴轴承A（15），蜗杆轴轴承A（15）选用圆锥辊子轴承，同时蜗杆轴轴承A（15）径向固定在壳体（1）上，涨紧部件（13）连接蜗杆轴轴承A（15）的定圈，蜗杆A（6）连接蜗杆轴轴承A（15）的动圈，旋转螺栓（14）可以使涨紧部件（13）通过蜗杆轴轴承A（15）推动蜗杆A（6），将蜗杆A（6）压紧并固定，在蜗杆轴（2）的另一端装有蜗杆轴轴承B（16），蜗杆B（7）通过蜗杆轴轴承B（16），与壳体（1）连接，蜗杆B（7）连接蜗杆轴轴承B（16）的动圈，蜗杆轴轴承B（16）的定圈固定在壳体（1）上。转矩从蜗杆轴（2）输入，减速后的转矩从输出轴（5）输出。

实施例3，如图9所示，双蜗轮共轭减速机由壳体（1），蜗杆轴（2）、蜗轮轴A（3）、蜗轮轴B（4）、输出轴（5）、蜗杆A（6）、蜗杆B（7）、蜗轮A（8）、蜗轮B（9）、齿轮A（10）、齿轮B（11）、输出齿轮（12）、涨紧部件（13）和弹性零件（19）组成，其中壳体（1）由两部分组成，蜗杆A（6）和蜗杆B（7）通过键和蜗杆轴（2）周向固定，蜗轮A（8）和齿轮A（10）通过键和蜗轮轴A（3）固定，蜗轮B（9）和齿轮B（11）通过键和蜗轮轴B（4）固定，输出齿轮（12）通过键和输出轴（5）固定，蜗轮轴A（3）两端通过蜗轮轴轴承（17）固定在壳体（1）上，蜗轮轴轴承（17）选用圆锥辊子轴承，蜗轮轴B（4）两端也通过蜗轮轴轴承（17）固定在壳体（1）上，输出轴（5）的两端通过输出轴轴承（18）固定在壳体（1）上，输出轴轴承（18）选用深沟球轴承，涨紧部件（13）由一个片型零件和6个螺栓（14）组成，螺栓（14）与壳体（1）上的螺纹孔连接，在涨紧部件（13）和蜗杆A（6）之间装有一个蜗杆轴轴承A（15），蜗杆轴轴承A（15）选用圆锥辊子轴承，同时蜗杆轴轴承A（15）径向固定在壳体（1）上，涨紧部件（13）连接蜗杆轴轴承A（15）的定圈，轴承A的动圈连接弹性零件（19），弹性零件（19）选用蝶形弹簧，蜗杆A（6）连接弹性零件（19），旋转螺栓（14）可以使涨紧部件（13）通过蜗杆轴轴承A（15）和弹性零件（19）推动蜗杆A（6），将蜗杆A（6）压紧并弹性固定，蜗杆A（6）和蜗杆B（7）之间的间距弹性固定，在蜗杆轴（2）的另一端装有蜗杆轴轴承B（16），蜗杆B（7）通过蜗杆轴轴承B（16），与壳体（1）连接，蜗杆B（7）连接蜗杆轴轴承B（16）的动圈，蜗杆轴轴承B（16）的定圈固定在壳体（1）上。转矩从蜗杆轴（2）输入，减速后的转矩从输出轴（5）输出。

本发明使用较少数量的普通零件实现了高减速比的绝对零回差减速，本发明的双蜗轮共轭减速机可以广发的应用于工业机器人等需要精密减速机的领域，能够替代RV减速机和谐波减速机并且加工难度和成本都相对较低，并且实现了输入和输出轴的90度转角的同时还可以尽可能的靠近输入轴和输出轴的轴心，对于某些需要对输入输出方向转角的领域可以更方便的使用。

本发明提出的不仅仅是一个机械结构的描述，更是提出了一种双共轭的变速转矩传递方法，依据本发明的双共轭方法，双蜗轮共轭减速机还可以有很多的衍设计。

Claims (10)

1.双蜗轮共轭减速机由壳体、蜗杆A、蜗杆B、蜗轮A、蜗轮B、齿轮A、齿轮B、输出齿轮组成，其特征是，蜗杆A和蜗杆B同轴，蜗杆A和蜗杆B周向固定，蜗杆A和壳体径向固定，蜗杆A与壳体轴向固定或轴向弹性固定，蜗杆B与壳体或蜗杆A轴向固定或轴向弹性固定，蜗轮A和蜗轮B位于蜗杆A的同一侧，蜗轮A和壳体径向固定，蜗轮A和壳体轴向固定，蜗轮B和壳体径向固定，蜗轮B和壳体轴向固定，蜗杆A和蜗轮A啮合，蜗轮A和齿轮A同轴，蜗轮A和齿轮A周向固定，齿轮A和输出齿轮啮合，蜗杆B和蜗轮B啮合，蜗轮B和齿轮B同轴，蜗轮B和齿轮B周向固定，齿轮B和输出齿轮啮合，输出齿轮与壳体径向固定。

2.根据权利要求1所述的双蜗轮共轭减速机，其特征是，所述减速机的扭矩通过蜗杆A传递到蜗轮A和齿轮A，齿轮A传递到输出齿轮；或从蜗杆B传递到蜗轮B和齿轮B，齿轮B传递到输出齿轮。

3.根据权利要求1所述的双蜗轮共轭减速机，其特征是，还设有至少一个涨紧部件，涨紧部件用于轴向固定或轴向弹性固定蜗杆A或蜗杆B，涨紧部件还用于调节蜗杆A和蜗杆B的轴向间距或轴向应力。

4.根据权利要求3所述的双蜗轮共轭减速机，其特征是，所述涨紧部件的调节使蜗杆A和蜗杆B之间的间距改变，带动蜗轮A和蜗轮B之间的同步相位差改变，齿轮A和齿轮B之间的同步相位差也同时改变，使齿轮A和齿轮B分别与输出齿轮向相反方向紧密啮合，同时蜗杆A和蜗杆B分别同蜗轮A和蜗轮B向将反方向紧密啮合。

5.根据权利要求3所述的双蜗轮共轭减速机，其特征是，所述涨紧部件包含弹性零件，该弹性零件使涨紧部件能够调节蜗杆A和蜗杆B之间的轴向应力但不改变蜗杆A和蜗杆B的轴向间距。

6.根据权利要求1所述的双蜗轮共轭减速机，其特征是，还设有涨紧部件、轴承A和轴承B，涨紧部件通过螺纹与壳体连接，旋转螺纹可以使涨紧部件通过轴承A轴向推蜗杆A，涨紧部件连接轴承A的定圈，蜗杆A连接轴承A的动圈，蜗杆B通过轴承B与壳体连接，蜗杆B连接轴承B的动圈，壳体连接轴承B的定圈。

7.根据权利要求1所述的双蜗轮共轭减速机，其特征是，上述的双蜗轮共轭减速机，还设有至少一个弹性零件，弹性零件在蜗杆A的轴向上受力能够弹性形变，弹性零件的弹性变形量和蜗杆A与蜗杆B之间的间距改变量或应力改变量相关。

8.根据权利要求1所述的双蜗轮共轭减速机，其特征是，所述蜗杆A加工成至少一端带有轴，蜗杆B轴心加工成孔，蜗杆B套装在蜗杆A伸出的轴上并用键固定。

9.根据权利要求1所述的双蜗轮共轭减速机，其特征是，还包括零件蜗杆轴、蜗轮轴A和蜗轮轴B，蜗杆轴和蜗杆A同轴，蜗轮轴A和蜗轮A同轴，蜗轮轴B和蜗轮B同轴。

10.根据权利要求1所述的双蜗轮共轭减速机，其特征是，所述齿轮A和壳体轴向固定，齿轮B和壳体轴向固定，输出齿轮和壳体轴向固定。