CN107355515B - 差速行星减速机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种差速行星减速机，包括减速机外壳和输出法兰盘，所述减速机外壳内设有齿轮传动机构和中心轴，所述中心轴穿过齿轮传动机构和输出法兰盘相连，其中，所述齿轮传动机构由二级行星齿轮组通过多点啮合形成转动输出，所述二级行星齿轮组通过不同的齿轮数和/或齿数形成差速运动。本发明提供的差速行星减速机，采用二级行星齿轮组通过多点啮合形成转动输出，所述二级行星齿轮组通过不同的齿轮数和/或齿数形成差速运动，既有行星减速机的原理，又能实现差速运动，速比范围大，使用寿命长，且承载力矩大，加工成本低。

Description

差速行星减速机

技术领域

本发明涉及一种减速机，尤其涉及一种差速行星减速机，适宜应用在工业机器人，智能机器人或汽车等智能化设备。

背景技术

随着机器人的快速发展，减速机在中国是一大难题，国产的主要是仿日本(帝人、住友)等，全球绝大多数市场份额都被日本企业占据：Nabtesco的RV减速器约占60％，Harmonica的谐波减速器约占15％。

值得一提的是，日本纳博特斯克公司从1980年代初提出RV型设计到1986年RV减速器研究获得实质性突破，花了6-7年时间；而国内率先出结果的南通振康和恒丰泰花费时间也为6-8年；可以看出，技术是没有捷径可走的。换句话说，国内RV减速器现在的发展水平还停留在日本八十年代后期。

据行业内不具名人士透露，ABB、发那科、安川、库卡等国际主流机器人整机厂商均由以上两家日本公司提供减速机，并且与两家公司有着非常苛刻的合作条件，即在使用这两家公司产品时不能再使用别家的产品，否则将解除合作关系。

南通振康去年的年产量是200多台，产品已被多家机器人厂商试用，包括国外的ABB、KUKA、发那科以及国内的埃夫特、埃斯顿等企业等。其中，埃夫特已经通过试用后购买了几百台RV减速器产品。

据行业人士介绍，一台精密减速器四大国际巨头采购价为3万元～5万元，卖给国内关系好的客户约7万元，而一般的普通客户约12万元，内资企业采购精密减速机的成本比国际巨头贵一倍还多，可见其间的利润差别有多大。

目前应用于机器人领域的减速机主要有两种，一种是RV减速器，另一种是谐波减速器。在关节型机器人中，由于RV减速器具有更高的刚度和回转精度，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置，而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部。对于高精度机器人减速器，日本具备绝对领先优势，目前全球机器人行业75％的精密减速机被日本的Nabtesco和HarmonicDrive两家垄断(业界俗称RV减速机和谐波减速机)，包括ABB、FANUC、KUKA等国际主流机器人厂商的减速器均由上述两家公司提供。其中HarmonicDrive在工业机器人关节领域拥有15％的市场占有率。

行星减速机缺点：1)传动比较小，多级传动体积比较大。2)传动力矩小。3)不方便用在机器人上。

RV减速机缺点：1)成本高。2)加工精度要求高，制造和装配难度大。3)供货周期长。

谐波减速机缺点：1)承载力矩小。2加)工难度大。3)使用寿命短。

由上可见，现有的不同类型的减速机都有各自的缺点，如何综合兼顾各种减速机的优点一直是本领域的研究热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种差速行星减速机，既有行星减速机的原理，又能实现差速运动，速比范围大，使用寿命长，且承载力矩大，加工成本低。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种差速行星减速机，包括减速机外壳和输出法兰盘，所述减速机外壳内设有齿轮传动机构和中心轴，所述中心轴穿过齿轮传动机构和输出法兰盘相连，其中，所述齿轮传动机构由二级行星齿轮组通过多点啮合形成转动输出，所述二级行星齿轮组通过不同的齿轮数和/或齿数形成差速运动。

上述的差速行星减速机，其中，所述齿轮传动机构包括同轴旋转的第一级行星齿轮组和第二级行星齿轮组，所述第一级行星齿轮组中间设有啮合相连的第一级中心齿轮，所述第一级行星齿轮组的外圆周设有啮合相连的第一级内齿圈，所述第二级行星齿轮组中间设有啮合相连的第二级中心齿轮，所述第二级行星齿轮组的外圆周设有啮合相连的第二级内齿圈，所述第一级内齿圈和第二级内齿圈外套设有内齿圈固定架。

上述的差速行星减速机，其中，所述中心轴依次穿过第一级中心齿轮和第二级中心齿轮后与输出法兰盘相连。

上述的差速行星减速机，其中，所述中心轴为中空中心轴，所述第一级行星齿轮组和第二级行星齿轮组的齿轮数相同，并选取位置相对应的一对同轴齿轮通过输出法兰盘和齿轮电机直接相连。

上述的差速行星减速机，其中，所述第一级行星齿轮组和第二级行星齿轮组通过不同的齿轮数和/或齿数形成差速运动，所述第一级中心齿轮和第二级中心齿轮通过不同的齿数形成差速运动，所述第一级内齿圈和第二级内齿圈通过不同的齿数形成差速运动，总的速比范围为2：1～3000：1。

上述的差速行星减速机，其中，所述第一级行星齿轮组的齿轮数为3～6，所述第二级行星齿轮组的齿轮数为3～6。

上述的差速行星减速机，其中，所述第一级内齿圈和第二级内齿圈的轴心都固定在内齿圈固定架内。

上述的差速行星减速机，其中，所述第一级行星齿轮组与外壳固定，中心齿轮转动，第一级行星齿轮组直接传动到第一级行星内齿圈；所述第二级行星齿轮组与输出法兰盘固定，中心齿轮也与第二级行星齿轮组啮合传动；所述第二级行星内齿圈的轴心相对固定，并转动带动第二级行星齿轮组相对移动。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的差速行星减速机，采用二级行星齿轮组通过多点啮合形成转动输出，所述二级行星齿轮组通过不同的齿轮数和/或齿数形成差速运动，既有行星减速机的原理，又能实现差速运动，速比范围大，使用寿命长，且承载力矩大，加工成本低。

附图说明

图1为本发明3x3差速行星减速机结构示意图；

图2为本发明差速行星减速机的第一级行星齿轮组啮合转动示意图；

图3为本发明差速行星减速机的第二级行星齿轮组啮合转动示意图；

图4为本发明3x3中空轴差速行星减速机结构示意图；

图5为本发明3x6差速行星减速机结构示意图；

图6为本发明6x6差速行星减速机结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1为本发明3x3差速行星减速机结构示意图。

请参见图1，本发明提供的差速行星减速机，包括减速机外壳A和输出法兰盘N，所述减速机外壳A内设有齿轮传动机构和中心轴B，所述中心轴B穿过齿轮传动机构和输出法兰盘N相连，其中，所述齿轮传动机构由二级行星齿轮组通过多点啮合形成转动输出，所述二级行星齿轮组通过不同的齿轮数和/或齿数形成差速运动。所述齿轮传动机构包括同轴旋转的第一级行星齿轮组F和第二级行星齿轮组M，所述第一级行星齿轮组F中间设有啮合相连的第一级中心齿轮O，所述第一级行星齿轮组F的外圆周设有啮合相连的第一级内齿圈I，所述第二级行星齿轮组M中间设有啮合相连的第二级中心齿轮P，所述第二级行星齿轮组M的外圆周设有啮合相连的第二级内齿圈K，所述第一级内齿圈I和第二级内齿圈K外套设有内齿圈固定架J。第一级行星齿轮组F和第二级行星轮组M中均有3个齿轮，H为第一级行星齿轮组保持架，L为第二级行星齿轮组保持架，C为电机固定法兰，D为角接触轴承，E为小轴承，G为第一级内角接触轴承。

本发明提供的差速行星减速机，采用二级行星齿轮组通过多点啮合形成转动输出，所述二级行星齿轮组通过不同的齿轮数和/或齿数形成差速运动，请继续参见图2和图3。图中的中间齿轮1是同轴，是主动轮，分别对应图1中的第一级中心齿轮O和第二级中心齿轮P；齿轮组2固定不动，对应图1中的第一级行星齿轮组F；齿轮3是外齿轮圈，第一级和第二级同轴,同时旋转，分别对应图1中的第一级内齿圈I和第二级内齿圈K。行星齿轮组4为转动输出，对应图1中的第二级行星轮组M。

本发明提供的差速行星减速机，采用两级传动，同轴齿轮齿数只要齿数不同就有差速，第一级和第二级就有速度差，输出齿轮就有差速运动。具体来说，第一级行星齿轮组F和第二级行星齿轮组M通过不同的齿轮数和/或齿数形成差速运动，同时第一级中心齿轮O和第二级中心齿轮P通过不同的齿数也可形成差速运动，此外所述第一级内齿圈I和第二级内齿圈K通过不同的齿数也可形成差速运动，因此调节非常灵活，总的速比范围为2：1～3000：1(电机转2圈～3000圈输出法兰转1圈)。所述第一级行星齿轮组的齿轮数优选为3～6，所述第二级行星齿轮组的齿轮数优选为3～6。

图2中第一级中心齿轮O等于33齿，用x5表示；第一级行星齿轮组F等于21齿，用x1表示；第一级内齿圈I等于93齿，用x2表示。图3中第二级中心齿轮P等于32齿，用x6表示；第二级行星齿轮组M等于21齿，用x4表示；第二级内齿圈K等于93齿，用x3表示。

第一级行星减速机的速比k1＝x2/x5＝93/33-1＝1.81818182；

第二级行星减速机的速比k2＝x3/x6＝93/32-1＝1.90625；

行星减速机速比k＝k1*k2＝3.46590909；

差速减速机速比k＝x6/(x3-x2/x5*x6)*(x3/x6-1)*x2/x5

＝32/(93-93/33*32)*(93/32-1)*93/33＝61。

以图1中3x3差速行星减速机为例，传动比计算如下：

第一级行星齿轮组F齿轮次数为x1，第一级内齿圈I齿轮次数为x2，第二级内齿圈K齿数x3，x2比x3齿数大1个齿。第二级行星齿轮组M齿轮齿数x4，第一级中心齿轮O齿数X5比第二级中心齿轮P齿数X6大1个齿。

假设：齿轮次数x2-x3＝1，x1＝x4，x1和x4都是3个齿轮组成的行星齿轮组；

则速比k＝x6/(x3-x2/x5*x6)*(x3/x6+1)*x2/x5。

本发明提供的差速行星减速机，所述中心轴B一般依次穿过第一级中心齿轮O和第二级中心齿轮P后与输出法兰盘N相连，如图1、图5和图6所示。当然，所述中心轴B也可采用中空中心轴，所述第一级行星齿轮组F和第二级行星齿轮组M的齿轮数相同，并选取位置相对应的一对同轴齿轮Q通过输出法兰盘和齿轮电机直接相连，如图4所示。传动比计算如下：

第一级行星齿轮组F齿轮次数为x1，第一级内齿圈I齿轮次数为x2，第二级内齿圈K齿数x3，x2比x3齿数大1个齿。第二级行星轮组M齿轮齿数x4，第一级中心齿轮O齿数X5比第二级中心齿轮P齿数X6大1个齿。第一级行星齿轮组Q齿轮次数为x7。

假设：齿轮次数x2-x3＝1，x1＝x4＝x7，x1和x4都是3个齿轮组成的行星齿轮组。x7电机主动轮；

则速比k＝x6/(x3-(x2/x7*x5)*x6)*(x3/x6+1)*x2/x5。

图5为本发明3x6差速行星减速机结构示意图。

请继续参见图6，传动比计算如下：

第一级行星齿轮组F齿轮次数为x1，第一级内齿圈I齿轮次数为x2，第二级内齿圈K齿数x3，第二级行星轮组M齿轮齿数x4，第一级中心齿轮O齿数X5比第二级中心齿轮P齿数X6大1个齿。

假设：齿轮次数x2＝x3，x1＝x4，x1是3个齿轮组成的行星齿轮组；x4都是6个齿轮组成的行星齿轮组；

则速比k＝x3/x6-1。

图6为本发明6x6差速行星减速机结构示意图。

请继续参见图6，传动比计算如下：

第一级行星齿轮组F齿轮次数为x1，第一级内齿圈I齿轮次数为x2，第二级内齿圈K齿数x3，第二级行星轮组M齿轮齿数x4，第一级中心齿轮O齿数X5比第二级中心齿轮P齿数X6大1个齿。

假设：齿轮次数x2＝x3，x1＝x4，x1和x4都是6个齿轮组成的行星齿轮组；

则速比k＝x6/(x3-x2/x5*x6)*(x3/x6-1)*x2/x5。

综上所述，本发明提供的差速行星减速机，既有行星减速机的原理，但是速比是差速原理，速比范围大(2-3000：1)。使用寿命比谐波要长，承载力矩比谐波大很多，谐波是2点啮合，本减速机是多点啮合，齿轮齿模数也比谐波齿模数大n倍。Rv减速机是3级传动，本发明是2级传动，速比比RV还大，减速机齿轮和轴都为圆形，加工成本要低。具体优点如下：1)有行星减速机的精度，速比不是多级传动；2)传动力矩和齿轮模数没有直接关系，所以传动力矩更大；3)都是齿轮传动，所有工件是旋转运动，也是圆形结构，没有偏心或椭圆零件，加工相对简单。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种差速行星减速机，包括减速机外壳和输出法兰盘，所述减速机外壳内设有齿轮传动机构和中心轴，所述中心轴穿过齿轮传动机构和输出法兰盘相连，其特征在于，所述齿轮传动机构由二级行星齿轮组通过多点啮合形成转动输出，所述二级行星齿轮组通过不同的齿轮数和/或齿数形成差速运动；

所述齿轮传动机构包括同轴旋转的第一级行星齿轮组和第二级行星齿轮组，所述第一级行星齿轮组中间设有啮合相连的第一级中心齿轮，所述第一级行星齿轮组的外圆周设有啮合相连的第一级内齿圈，所述第二级行星齿轮组中间设有啮合相连的第二级中心齿轮，所述第二级行星齿轮组的外圆周设有啮合相连的第二级内齿圈，所述第一级内齿圈和第二级内齿圈外套设有内齿圈固定架；

所述中心轴依次穿过第一级中心齿轮和第二级中心齿轮后与输出法兰盘相连；

所述中心轴为中空中心轴，所述第一级行星齿轮组和第二级行星齿轮组的齿轮数相同，并选取位置相对应的一对同轴齿轮通过输出法兰盘和齿轮电机直接相连。

2.如权利要求1所述的差速行星减速机，其特征在于，所述第一级行星齿轮组和第二级行星齿轮组通过不同的齿轮数和/或齿数形成差速运动，所述第一级中心齿轮和第二级中心齿轮通过不同的齿数形成差速运动，所述第一级内齿圈和第二级内齿圈通过不同的齿数形成差速运动，总的速比范围为2：1～3000：1。

3.如权利要求2所述的差速行星减速机，其特征在于，所述第一级行星齿轮组的齿轮数为3～6，所述第二级行星齿轮组的齿轮数为3～6。

4.如权利要求2所述的差速行星减速机，其特征在于，所述第一级内齿圈和第二级内齿圈的轴心都固定在内齿圈固定架内。

5.如权利要求3所述的差速行星减速机，其特征在于，所述第一级行星齿轮组与外壳固定，中心齿轮转动，第一级行星齿轮组直接传动到第一级行星内齿圈；所述第二级行星齿轮组与输出法兰盘固定，中心齿轮也与第二级行星齿轮组啮合传动；所述第二级行星内齿圈的轴心相对固定，并转动带动第二级行星齿轮组相对移动。

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