CN107355524A - 一种微分差动减速器 - Google Patents

Abstract

一种微分差动减速器，包括机壳以及安装在其内的差动减速装置和驱动输入装置，差动减速装置包括定轮、动轮和差动轮，定轮和动轮为轮齿朝向轴心直径相同的齿环，其外侧通过动轮架连接输出轴，动轮与定轮同轴相邻安装，动轮与定轮之间的空腔安装差动轮架，差动轮架与输出轴内端传动连接，差动轮架上安装至少一个差动轮，初始状态时差动轮的一轮齿同时与动轮和定轮的一轮齿啮合，驱动输入装置与差动轮架传动连接；定轮和动轮的轮齿齿形相同、齿距不同，定轮的齿距弧度B2与动轮的齿距弧度B1的差为小于1的常数B；驱动输入装置为行星减速器、同步带轮、蜗轮蜗杆、摆线针轮或谐波传动装置。该减速器体积小、精度高、扭转刚度大，弹性回差小，减速比大。

Description

一种微分差动减速器

技术领域

本发明属于机械工程技术领域，涉及一种减速器，特别是一种微分差动减速器。

背景技术

随着社会和科学技术的发展，人力成本日益上升，机器人的需求越来越大，作为机器人核心部件的减速器，其成本约占总成本的三分之一左右，目前机器人所使用的减速器存在如下问题:

1. 较高端的机器人（如工业机器人）广泛使用RV减速器和谐波减速器，此类减速器技术复杂，对材料、机加工和热处理等加工工艺要求苛刻，国内厂家尚不能突破，大量需要向国外几个技术垄断的减速器生产厂家购买，导致国内整机价格居高不下，无法和进口机器人竞争，也很难由工业向民用推广，一般民用机器人（中端产品）无法承受；

2. 低端的机器人（如玩具机器人等）使用的行星减速器精度差、弹性回差大，不能满足民用机器人的要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种新型微分差动减速器，以克服已有技术所存在的上述不足。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种微分差动减速器，包括机壳以及安装在其内的微分差动减速装置和驱动输入装置；所述微分差动减速装置包括定轮、动轮和差动轮，所述定轮和动轮为直径相同、轮齿朝向轴心的齿环，定轮与动轮的轮齿的齿形相同或相似，其形状或为圆弧形、或为多边形、或为渐开线、摆线或双曲线形，定轮与动轮轮齿的齿数不同即齿距不同，定轮的齿距弧度B2与动轮的齿距弧度B1的差为小于1的常数B，即B＝B2－B1＜1；所述定轮的齿距弧度B2是指定轮相邻之两轮齿与齿环中心形成的夹角，动轮的齿距弧度B1是指动轮相邻之两轮齿与齿环中心形成的夹角，单位为度；

所述动轮与定轮同轴相邻安装，定轮直接与机壳连接，动轮通过动轮架连接输出轴，输出轴外端位于动轮架外侧并通过轴承与机壳连接，输出轴内端位于动轮架内侧，动轮架内侧与定轮之间的空腔安装差动轮架，差动轮架通过上轴承与位于动轮架内侧的输出轴内端转动连接，差动轮架上安装至少一个差动轮，初始状态时差动轮其中的一个轮齿同时与动轮齿环和定轮齿环的一个轮齿啮合；所述差动轮架与位于差动轮架一侧的驱动输入装置传动连接。

其进一步的技术方案是：

所述驱动输入装置为安装在差动轮架一侧的行星减速器，所述行星减速器包括电机、太阳轮和至少1个行星轮，太阳轮通过下轴承安装在输出轴内端并与电机的输入轴传动连接，行星轮通过行星轮轴安装在差动轮架上，所述行星轮同时与太阳轮和定轮齿环啮合；

工作时电机通过输入轴带动太阳轮转动，太阳轮带动行星轮转动，行星轮在自转的同时绕着定轮齿环的轮齿公转、并通过差动轮架带动差动轮在自转的同时绕着定轮齿环的轮齿公转，差动轮带动动轮转动。

另进一步的技术方案是：所述驱动输入装置为同步传动装置，包括电机、大同步轮和小同步轮，所述大同步轮与差动轮架连接，小同步轮与电机的输入轴连接，大同步轮与小同步轮通过传动带连接；

工作时电机通过小同步轮和传动带带动大同步轮转动，大同步轮通过差动轮架带动差动轮在自转的同时绕着定轮齿环的轮齿公转，差动轮带动动轮转动。

又进一步：所述驱动输入装置为电机轴齿轮、蜗轮蜗杆、摆线针轮或谐波传动装置，所述电机轴齿轮、蜗轮蜗杆、摆线针轮或谐波传动装置与差动轮传动连接。

由于采用上述结构，与现有技术相比，本发明之一种微分差动减速器具有以下有益效果：

1．本发明之一种微分差动减速器精度高，扭转刚度大，在额定转矩下，弹性回差小；其驱动为分段驱动，理论上可以实现零回程间隙（零回差）；

2．本发明之一种微分差动减速器传动比范围大，通过调节差动间距或减小太阳轮的齿数，可以实现更大的减速比；

3．本发明之一种微分差动减速器传动效率高； 传递同样转矩与功率时的体积小。

下面，结合附图和实施例对本发明之一种微分差动减速器的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1～图2为本发明之一种微分差动减速器的结构示意图（去掉机壳和驱动输入装置）：

图1为主视图，图2为立体效果图；

图3～图7为实施例一之一种微分差动减速器的结构示意图：

图3为主视图，图4为图3之A-A半剖视图，图5为立体效果图，图6为去掉机壳及电机之微分差动减速器内部结构示意图，图7为差动轮架与行星减速器结构示意图；

图8为行星减速器与定轮结构示意图；

图9为定轮齿距弧度B2示意图；

图10为实施例二之一种微分差动减速器的结构示意图（剖视、去掉机壳）；

图11～图12为实施例三之一种微分差动减速器的结构示意图（剖视，去掉机壳、动轮和定轮）：

图11为主视图，图12为俯视图；

图中：

1—输出轴，101-输出轴外端，102-输出轴内端，2—动轮，21—动轮架，3—差动轮轴，4—差动轮架，5—差动轮，6—定轮，7—行星轮，8—行星轮轴，9—太阳轮，10—电机，11—上轴承，12—下轴承，13—机壳，14—小同步轮，15—大同步轮，16—传动带，17—电机轴齿轮。

具体实施方式

实施例一

一种微分差动减速器，包括机壳13以及安装在其内的微分差动减速装置和驱动输入装置；

所述微分差动减速装置包括定轮6、动轮2和差动轮5，所述定轮6和动轮2为直径相同、轮齿朝向轴心的齿环，所述定轮6与动轮2的轮齿的齿形相同或相似，其形状或为圆弧形、或为多边形、或为渐开线、摆线或双曲线形，定轮与动轮轮齿的齿数不同即齿距不同，定轮的齿距弧度B2与动轮的齿距弧度B1的差为小于1的常数B，即B＝B2－B1＜1；所述定轮的齿距弧度B2是指定轮相邻之两轮齿与齿环中心形成的夹角，动轮的齿距弧度B1是指动轮相邻之两轮齿与齿环中心形成的夹角，单位为度（参见附图9）；

所述动轮与定轮同轴相邻安装，定轮直接与机壳连接，动轮通过动轮架21连接输出轴1，输出轴外端101位于动轮架外侧并通过轴承与机壳连接，输出轴内端102位于动轮架21内侧，动轮架21内侧与定轮之间的空腔安装差动轮架4，差动轮架通过上轴承11与位于动轮架21内侧的输出轴内端102转动连接，差动轮架上安装至少一个差动轮5，初始状态时差动轮其中的一个轮齿同时与动轮齿环和定轮齿环的一个轮齿啮合；所述差动轮架4与位于差动轮架一侧的驱动输入装置传动连接。

所述驱动输入装置为安装在差动轮架4一侧的行星减速器，所述行星减速器包括电机10、太阳轮9和至少1个行星轮7，太阳轮9通过下轴承12安装在输出轴内端102并与电机的输入轴传动连接，行星轮7通过行星轮轴8安装在差动轮架4上，所述行星轮7同时与太阳轮9和定轮6的齿环啮合；

本实施例中，常数B的取值为0.15，此时动轮齿数为100，动轮的齿距弧度B1为3.6，定轮齿数为96，定轮的齿距弧度B2为3.75，定轮的齿距弧度B2与动轮的齿距弧度B1的差B=3.75-3.6=0.15。

工作时电机通过输入轴带动太阳轮9转动，太阳轮9带动行星轮7转动，行星轮在自转的同时绕着定轮齿环的轮齿公转、并通过差动轮架4带动差动轮5在自转的同时绕着定轮齿环的轮齿公转，差动轮5带动动轮2转动，由于定轮固定不动而定轮与动轮的轮齿齿距不同，差动轮每转一齿迫使（相当于带动）动轮转动的弧度为常数B（0.15度），差动轮绕着定轮公转一周使动轮转动的角度为：定轮齿数×常数B＝96×0.15＝14.4度（即减速比25），为使运转平稳，同时安装有四个差动驱动轮4，因此实现了100的减速比。

实施例二

一种微分差动减速器，其基本结构与实施例一相同，所不同的是：所述驱动输入装置为同步传动装置，包括电机10、大同步轮15和小同步轮14，所述大同步轮15与差动轮架4连接，小同步轮14与电机的输入轴连接，大同步轮15与小同步轮14通过传动带16连接；

工作时电机通过小同步轮14和传动带16带动大同步轮15转动，大同步轮15通过差动轮架4带动差动轮5在自转的同时绕着定轮齿环的轮齿公转，差动轮5带动动轮2转动。

实施例三

一种微分差动减速器，其基本结构与实施例一相同，所不同的是：所述驱动输入装置为电机轴齿轮，与电机输出轴连接的电机轴齿轮17与差动轮架传动连接，工作时电机输出轴带动电机轴齿轮17转动，电机轴齿轮通过差动轮架4带动差动轮5在自转的同时绕着定轮齿环的轮齿公转，差动轮5带动动轮2转动。

作为上述实施例的变换：

1．所述驱动输入装置也可为蜗轮蜗杆、摆线针轮或谐波传动装置，所述蜗轮蜗杆、摆线针轮或谐波传动装置与差动轮架传动连接，差动轮架并通过带动差动轮在自转的同时绕着定轮齿环的轮齿公转，差动轮带动动轮转动。

2．所述常数B的取值可根据实际需要而定，一般B的取值为0.6、0.5、0.4、0.3、0.25、0.2或0.15等，数值越小、差动间距越小其分辨率（精度）越高。

常数B影响每次差动微分的精度，精度越大则越平滑，在同一常数B值下，调节定轮和动轮的齿数差，则可以调节其减速比，例如当B=0.3时，定轮动轮有两组可选，分别为（50齿、48齿），和（80齿、75齿），显然前者的减速比要大，即差动轮转一圈时，动轮转2B，而后者是5B；B的数值和定轮动轮齿数的正确选择，可通过数学模型由计算机计算而得。

另外通过调节太阳轮和输入轴的齿数比，也可实现更大的减速比（行星齿轮的原理）。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步说明，不能认定本发明的具体实施只局限于此，对于本发明所属技术领域，在不脱离本发明构思的前提下，做出简单推演或替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种微分差动减速器，其特征在于：包括机壳（13）以及安装在其内的微分差动减速装置和驱动输入装置；

所述微分差动减速装置包括定轮（6）、动轮（2）和差动轮（5），所述定轮（6）和动轮（2）为直径相同、轮齿朝向轴心的齿环，定轮（6）与动轮（2）的轮齿的齿形相同或相似，其形状或为圆弧形、或为多边形、或为渐开线、摆线或双曲线形，定轮与动轮轮齿的齿数不同即齿距不同，定轮的齿距弧度B2与动轮的齿距弧度B1的差为小于1的常数B，即B＝B2－B1＜1；所述定轮的齿距弧度B2是指定轮相邻之两轮齿与齿环中心形成的夹角，动轮的齿距弧度B1是指动轮相邻之两轮齿与齿环中心形成的夹角，单位为度；

所述动轮与定轮同轴相邻安装，定轮直接与机壳连接，动轮通过动轮架（21）连接输出轴（1），输出轴外端（101）位于动轮架（21）外侧并通过轴承与机壳连接，输出轴内端（102）位于动轮架（21）内侧，动轮架内侧与定轮之间的空腔安装差动轮架（4），差动轮架通过上轴承（11）与位于动轮架内侧的输出轴内端（102）转动连接，差动轮架上安装至少一个差动轮（5），初始状态时差动轮其中的一个轮齿同时与动轮齿环和定轮齿环的一个轮齿啮合；所述差动轮架（4）与位于差动轮架一侧的驱动输入装置传动连接。

2.如权利要求1所述的一种微分差动减速器，其特征在于：所述驱动输入装置为安装在差动轮架4一侧的行星减速器，所述行星减速器包括电机（10）、太阳轮（9）和至少1个行星轮（7），太阳轮（9）通过下轴承（12）安装在输出轴内端（102）并与电机的输入轴传动连接，行星轮（7）通过行星轮轴（8）安装在差动轮架（4）上，所述行星轮同时与太阳轮和定轮齿环啮合；

工作时电机通过输入轴带动太阳轮（9）转动，太阳轮（9）带动行星轮（7）转动，行星轮在自转的同时绕着定轮齿环的轮齿公转，并通过差动轮架（4）带动差动轮（5）在自转的同时绕着定轮齿环的轮齿公转，差动轮（5）带动动轮（2）转动。

3.如权利要求1所述的一种微分差动减速器，其特征在于：所述驱动输入装置为同步传动装置，包括电机（10）、大同步轮（15）和小同步轮（14），所述大同步轮（15）与差动轮架（4）连接，小同步轮（14）与电机的输入轴连接，大同步轮（15）与小同步轮（14）通过传动带（16）连接；

工作时电机通过小同步轮（14）和传动带（16）带动大同步轮（15）转动，大同步轮（15）通过差动轮架（4）带动差动轮（5）在自转的同时绕着定轮齿环的轮齿公转，差动轮（5）带动动轮（2）转动。

4.如权利要求1所述的一种微分差动减速器，其特征在于：所述驱动输入装置为电机轴齿轮、蜗轮蜗杆、摆线针轮或谐波传动装置，所述电机轴齿轮、蜗轮蜗杆、摆线针轮或谐波传动装置与差动轮传动连接。