CN106641111A - 一种弧齿摆线行星齿轮减速器 - Google Patents

Abstract

本发明及行星减速器技术领域内的一种弧齿摆线行星齿轮减速器，包括太阳轮、行星齿轮组件和与行星齿轮组件啮合的内齿圈，所述行星齿轮组件通过行星架支承连接，所述行星齿轮组件包括行星轴，所述行星轴两端与行星架固定支承连接，所述行星轴上转动连接有与太阳轮啮合的弧齿摆线齿轮，所述太阳轮的轮齿也为弧齿摆线齿轮，所述弧齿摆线齿轮轴向两侧的行星轴上对称设有直齿摆线齿轮，所述弧齿摆线齿轮与两侧的直齿摆线齿轮通过若干轴向贯穿各齿轮盘的锁紧螺栓固定，所述直齿摆线齿轮与外周的内齿圈啮合，所述太阳轮与输入轴一体设置，所述行星架与输出轴一体设置。本发明的减速器可以克服行星轮设置数量受限，磨损严重，寿命短的问题。

Description

一种弧齿摆线行星齿轮减速器

技术领域

本发明涉及一种弧齿摆线行星齿轮减速器，用于代替传统的渐开线行星齿轮减速器。

背景技术

行星减速器作为一种减速传动部件，承受的扭矩和冲击载荷较大，传统的渐开线齿轮的承载能力有限，在大的载荷下变形过大，因此传动的刚性较差，回转误差增大，限制了行星齿轮的传动能力和精度的提升。另外，增加行星减速器刚性的传统方法是增加行星轮的个数，但行星轮的个数受到装配条件与齿轮精度的限制。采用均布行星轮的装配条件是齿圈的齿数和太阳轮的齿数之和再除以行星轮个数的数值必须是整数，因而在满足装配条件下由于受安装空间的限制能安装的行星轮个数是有限的，行星轮越多制约的条件就越多，这难以适应高刚度减速器的需求。传统的行星齿轮减速器的行星轮既要同内齿圈啮合，又同时和中心轮啮合，磨损严重，寿命减短。

发明内容

本发明针对现有技术中行星齿轮减速器结构存在的问题。提供一种弧齿摆线行星齿轮减速器，以克服行星轮设置数量受限，磨损严重，寿命减短的问题。

本发明的目的是这样实现的，一种弧齿摆线行星齿轮减速器，包括太阳轮、行星齿轮组件和与行星齿轮组件啮合的内齿圈，所述行星齿轮组件通过行星架支承连接，所述行星齿轮组件包括行星轴，所述行星轴两端与行星架固定支承连接，所述行星轴上转动连接有与太阳轮啮合的弧齿摆线齿轮，所述太阳轮的轮齿也为弧齿摆线齿轮，所述弧齿摆线齿轮轴向两侧的行星轴上对称设有直齿摆线齿轮，所述弧齿摆线齿轮与两侧的直齿摆线齿轮通过若干轴向贯穿各齿轮盘的锁紧螺栓固定，所述直齿摆线齿轮与外周的内齿圈啮合，所述太阳轮与输入轴一体设置，所述行星架与输出轴一体设置。

本发明的弧齿摆线行星齿轮减速器与现有技术中渐形线行星齿轮减速器相比具有以下有益效果：采用弧齿摆线齿轮代替现有的渐开线齿轮，在相同的尺寸下提高了行星齿轮的传动刚性，增大了行星齿轮的承载能力，并且减小回转误差，提高传动精度；2)行星轮采用齿轮组的形式，分别设置与太阳轮和内齿圈跪倒的齿轮，减少行星轮的磨损，以提高齿轮的使用寿命，并且在有限的空间内可以实现均匀的安装更多个数的行星轮组，提高行星减速器的承载能力。

作为本发明的进一步改进，所述弧齿摆线齿轮沿轴向的齿形为圆弧形，所述弧齿摆线齿轮的齿峰轮廓是被分度圆所截的圆弧形，所述弧齿摆线齿轮的齿槽轮廓为与齿峰的圆弧形共轭的摆线形，所述齿峰轮廓位于分度圆外侧，所述齿谷轮廓位于分度圆内侧，并且齿峰轮廓和齿谷轮廓在分度圆处的压力角相等。采用本发明的弧齿摆线齿轮的齿轮副在啮合时，是齿峰与齿谷的啮合，也就是凹面与凸面的啮合，这有别于渐开线齿轮凸面与凸面的啮合，因此这样的啮合传动更加平稳，传动的功率更大。同时，本发明的弧齿线摆线轮，弥补由于摆线轮啮合重合度低，不能用作传动齿轮使用的缺点。

为便于行星齿轮减速器的安装连接，所述弧齿摆线齿轮和两侧的直齿摆线齿轮的轴向内部固定连接有轴套，所述轴套内并排设有一对滚针轴承，所述滚针轴承与行星轴支承连接，两侧的直齿摆线齿轮的外侧分别设有挡圈，所述档圈与对应的直齿摆线齿轮固定连接，所述行星轴固定支承于行星架上。

为进一步便于行星轮和太阳轮安装， 所述行星架设有用于容纳太阳轮的中心腔，所述中心腔外周连通设有用于容纳行星齿轮组件的行星座，所述行星座的数量与行星齿轮组件的套数相同，所述中心腔沿轴向的一侧敞开，另一侧一体连接输出轴,所述行星架外周的前侧和后侧分别通过第一轴承与前外壳转动连接,所述太阳轮的中心轴前端和后端与行星架之间通过第二轴承支承连接,所述太阳轮的输入轴端外周设有后外壳,所述前外壳和后外壳的周向通过若干螺栓固定，所述内齿圈固定安装在前外壳的内周。

附图说明

图1为本发明的弧齿摆线行星齿轮减速器结构示意图。

图2为行星齿轮组件的结构示意图。

图3为行星齿轮组件的外形主视图。

图4为图3的左视图。

图5为弧齿摆丝齿轮的轴截面图。

图6为弧齿摆线齿轮的轴向展开图。

图7为弧齿摆线齿轮一个齿的局部放大图。

图8为一对弧齿摆线齿轮的啮合示意图。

图9为弧齿摆线齿轮旋转任意角度的齿谷曲线示意图。

图10为弧齿摆线齿轮的齿线坐标系。

图11为图10沿xoy平面所截的一个齿轮齿廓的示意图。

图12为弧齿摆线齿轮的周向展开图。

图13为弧齿摆线齿轮的齿形位置角θ的示意图。

其中，1 前外壳；2后外壳；3内齿圈；4行星齿轮组件；401弧齿摆线齿轮；401A齿峰；401B齿谷；401C分度圆；402直齿摆线齿轮；403轴套；404挡圈；405行星轴；406滚针轴承；407锁紧螺栓；5太阳轮；5A输入轴；6行星架；6A输出轴；7第一轴承；8第二轴承。

具体实施方式

如图1所示，为本发明的行星弧齿摆线行星齿轮减速器，包括太阳轮5、行星齿轮组件4和与行星齿轮组件4啮合的内齿圈3，行星齿轮组件4通过行星架6支承连接；如图1—图4所示，行星齿轮组4件包括行星轴405，行星轴405两端与行星架6固定支承连接，行星轴405上转动连接有与太阳轮5啮合的弧齿摆线齿轮401，太阳轮5的轮齿也为弧齿摆线齿轮，弧齿摆线齿轮401轴向两侧的行星轴405上对称设有直齿摆线齿轮402，弧齿摆线齿轮401与两侧的直齿摆线齿轮402通过若干轴向贯穿各齿轮盘的锁紧螺栓407固定，直齿摆线齿轮402与外周的内齿圈3啮合，太阳轮5与输入轴5A一体设置，行星架6与输出轴6A一体设置。

为提高传动的平衡性，本发明的弧齿摆线齿轮401如图3和图5所示，沿轴向的齿形为圆弧形，弧齿摆线齿轮401的齿峰401A轮廓是被分度圆401C所截的圆弧形，弧齿摆线齿轮401的齿槽401B轮廓为与齿峰401A的圆弧形共轭的摆线形，齿峰401A轮廓位于分度圆401C外侧，齿谷401B轮廓位于分度圆401C内侧，并且齿峰401A轮廓和齿谷401B轮廓在分度圆401C处的压力角α相等。如图8所示，本发明的弧齿摆线齿轮的齿轮副在啮合时，是齿峰与齿谷的啮合，也就是凹面与凸面的啮合，这有别于渐开线齿轮凸面与凸面的啮合，因此这样的啮合传动更加平稳，传动的功率更大。同时，本发明的弧齿线摆线轮，弥补由于摆线轮啮合重合度低，不能用作传动齿轮使用的缺点。

为便于行星齿轮减速器的安装连接，如图2，图3和图4所示，本实施例的弧齿摆线齿轮401和两侧的直齿摆线齿轮402的轴向内部固定连接有轴套403，轴套403内并排设有一对滚针轴承406，滚针轴承406与行星轴405支承连接，两侧的直齿摆线齿轮402的外侧分别设有挡圈404，档圈404与对应的直齿摆线齿轮402固定连接，行星轴405固定支承于行星架6上。

为进一步便于行星轮和太阳轮5安装， 行星架6设有用于容纳太阳轮5的中心腔，中心腔外周连通设有用于容纳行星齿轮组件4的行星座，行星座的数量与行星齿轮组件4的套数相同，中心腔沿轴向的一侧敞开，另一侧一体连接输出轴6A,行星架6外周的前侧和后侧分别通过第一轴承7与前外壳1转动连接,太阳轮5的中心轴前端和后端与行星架6之间通过第二轴承8支承连接,太阳轮5的输入轴端外周设有后外壳2,外壳1和后外壳2的周向通过若干螺栓固定，内齿圈3固定安装在前外壳1的内周。

本发明的弧齿摆线行星齿轮减速器与现有技术中渐形线行星齿轮减速器相比具有以下有益效果：采用弧齿摆线齿轮代替现有的渐开线齿轮，在相同的尺寸下提高了行星齿轮的传动刚性，增大了行星齿轮的承载能力，并且减小回转误差，提高传动精度；2)行星轮采用齿轮组的形式，分别设置与太阳轮和内齿圈跪倒的齿轮，减少行星轮的磨损，以提高齿轮的使用寿命，并且在有限的空间内可以实现均匀的安装更多个数的行星轮组，提高行星减速器的承载能力。

本发明的弧齿摆线齿轮的啮合原理，如图5所示其主要的啮合特征为，齿峰为一个标准的圆弧段，齿谷为与之配对啮合的齿峰圆弧的共轭摆线，齿峰和齿谷在分度圆处平滑连接，同时也满足轮齿在分度圆处的周向齿厚等于齿槽宽。如图6所示，该齿轮的齿线是一段半径为Rz的圆弧，每个轮齿沿齿线的法向齿厚相等。弧齿摆线齿轮的基本参数有：模数m，齿数z,分度圆压力角α，齿廓圆弧半径r和齿轮圆心到齿轮齿峰圆心的距离b，齿线圆弧半径Rz。如图7所示，弧齿摆线齿轮副在啮合时是齿峰与齿谷的啮合，也就是凹面与凸面的啮合，这有别于渐开线齿轮凸面与凸面的啮合，因此这样的啮合传动更加平稳，传动的功率更大。

弧齿摆线齿轮分度处的圆压力α的角计算（在本专利中提到的角度均为弧度制）。如图7所示，二分之一个齿峰所对应的圆心角为β=π/2z，二分之一齿谷所对应的圆心角也为β=π/2z，对应的分度圆半径为a=mz/2，对应的分度圆压力角为α，角度γ与压力角互余。由三角形正弦定理得：

对式（1）整理得：

二分之一齿峰方程，如图8所示，假如齿轮1和齿轮2齿数之比z₁/z₂=1:k,以齿轮1圆心O₁建立坐标系，令齿轮1为主动小齿轮，分度圆半径为a₁,则齿轮2分度圆半径为k a₁，则两齿轮中心距为O₁O₂=(1+k) a₁，齿轮1齿顶圆半径为R_a1齿轮1中心到其齿峰圆弧圆心距离为b₁，齿轮1齿峰圆弧半径为r₁，齿轮2齿峰圆弧半径为r₂，齿轮1二分之一齿峰所占角度为β=π/2z₁。在△O₁O₃S₁中，由三角形余弦定理得：

如图9所示，在坐标系xO₁y中，二分之一齿峰圆弧的参数方程:

式中：， 为分度圆处的压力角。

二分之一齿谷方程，如图9所示,在坐标系xO₁y，当齿轮1沿圆心O₁顺时针任意旋转角度θ，则齿轮2绕圆心O₂沿逆时针旋转的角度。假设齿轮1不动，齿轮2绕齿轮1逆时针旋转，齿轮2的齿峰T₂S₂与齿轮1的齿谷Q₁S₁相互啮合，啮合点为G（x ₂ ,y ₂）。啮合点G处的公法线一定通过两齿轮的节点P，并且通过齿轮2齿峰圆弧T₂S₂的圆心，点G、P、三点必然是共线的。过点O₁直线O₁M‖O₄G交直线O₂O₄延长线于M点，O₁M与x轴的夹角为。过点作垂直于x轴于点B，过点作平行于x轴交直线O₂B于点A，过点G作平行于y轴的线交O₄A延长线于点C，过点M作平行于y轴交x轴于点N，过点M作平行于x轴交O₂B的延长线于点D。

由图中关系得：

在△O₁MN中有：

因此，啮合点G（x₂,y₂）在坐标系xO₁y中的坐标方程为：

（4）

式中0≤θ≤π/2z₁，啮合点为齿轮1齿谷O₁S₁摆线的方程。

弧齿线半径Rz与圆弧齿廓齿线位置角的确定：如图10所示，建立坐标系W(O,X,Y, Z)，XOY面通过齿根圆圆柱的中间截面，Z轴通过齿根圆圆柱的轴线，齿面∑可以认为如图11所示的一个轮齿齿廓，沿图10所示的弧线V扫描切除形成，弧线半径为Rz。当h不同时，所对应的圆弧齿廓齿线位置角θ不同，把不同位置齿廓投影到同一平面进行计算，其投影展开图如下图12所示，根据图12计算出位置角。

图12中L是图13中 θ为弧齿线位置角所对应弧长，通过图12计算出弧长L:

通过图13计算出对应不同位置时h所对用的弧齿线位置角θ:

。

Claims (4)

1.一种弧齿摆线行星齿轮减速器，包括太阳轮、行星齿轮组件和与行星齿轮组件啮合的内齿圈，所述行星齿轮组件通过行星架支承连接，其特征在于，所述行星齿轮组件包括行星轴，所述行星轴两端与行星架固定支承连接，所述行星轴上转动连接有与太阳轮啮合的弧齿摆线齿轮，所述太阳轮的轮齿也为弧齿摆线齿轮，所述弧齿摆线齿轮轴向两侧的行星轴上对称设有直齿摆线齿轮，所述弧齿摆线齿轮与两侧的直齿摆线齿轮通过若干轴向贯穿各齿轮盘的锁紧螺栓固定，所述直齿摆线齿轮与外周的内齿圈啮合，所述太阳轮与输入轴一体设置，所述行星架与输出轴一体设置。

2.根据权利要求1所述的弧齿摆线行星齿轮减速器，其特征在于，所述弧齿摆线齿轮沿轴向的齿形为圆弧形，所述弧齿摆线齿轮的齿峰轮廓是被分度圆所截的圆弧形，所述弧齿摆线齿轮的齿槽轮廓为与齿峰的圆弧共轭的摆线，所述齿峰轮廓位于分度圆外侧，所述齿谷轮廓位于分度圆内侧，所述齿峰轮廓和齿谷轮廓在分度圆处相接并且压力角相等。

3.根据权利要求1所述的弧齿摆线行星齿轮减速器，其特征在于，所述弧齿摆线齿轮和两侧的直齿摆线齿轮的轴向内部固定连接有轴套，所述轴套内并排设有一对滚针轴承，所述滚针轴承与行星轴支承连接，两侧的直齿摆线齿轮的外侧分别设有挡圈，所述档圈与对应的直齿摆线齿轮固定连接，所述行星轴固定支承于行星架上。

4.根据权利要求1所述的弧齿摆线行星齿轮减速器，其特征在于，所述行星架设有用于容纳太阳轮的中心腔，所述中心腔外周连通设有用于容纳行星齿轮组件的行星座，所述行星座的数量与行星齿轮组件的套数相同，所述中心腔沿轴向的一侧敞开，另一侧一体连接输出轴,所述行星架外周的前侧和后侧分别通过第一轴承与前外壳转动连接,所述太阳轮的中心轴前端和后端与行星架之间通过第二轴承支承连接,所述太阳轮的输入轴端外周设有后外壳,所述前外壳和后外壳的周向通过若干螺栓固定，所述内齿圈固定安装在前外壳的内周。