CN108167392A - 摆轮曲杆内啮式减速机 - Google Patents

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CN108167392A CN201711443730.9A CN201711443730A CN108167392A CN 108167392 A CN108167392 A CN 108167392A CN 201711443730 A CN201711443730 A CN 201711443730A CN 108167392 A CN108167392 A CN 108167392A
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H1/20—Toothed gearings for conveying rotary motion without gears having orbital motion involving more than two intermeshing members
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H57/02—Gearboxes; Mounting gearing therein
    • F16H57/023—Mounting or installation of gears or shafts in the gearboxes, e.g. methods or means for assembly

Abstract

本发明公开的一种摆轮曲杆内啮式减速机，由输入轴(1)、啮合系、轴承架(10,11)、输出轴(12)与壳体(13,14)构成。输入轴(1)的下端有3段互为120度的圆柱形曲颈，其偏心距为e，分别与均布的两个一级摆轮组(2,3,4)啮合，一级摆轮组刚结到二级轴(5)上,两个相同的二级轴(5)的下端,也有曲杆与二级摆轮组(6,7,8)啮合，由于二级摆轮组是固定在机座(13)件，不旋转，其反作用迫二级轴(5)，反向运动，通过轴承(18)轴承架(10,11)及其与之固结的输出轴(12),输出低速大扭矩的动力。有自锁牲，提高运动刚度，保证精度和安全，非标件只有16种共计21件，传比大，体积小，重量轻，噪音低，温升微弱，工作可靠。

Description

摆轮曲杆内啮式减速机
技术领域
本发明涉及一种摆轮曲杆内啮合式减速机，可简称摆曲内啮式减速机,属于机械传动领域。凡是原来行星摆线针轮减速机存在的领域均可使用；更可提供无振动、无噪声、能自锁的特殊环境条件使用。
背景技术
现有技术中，对于广泛应用于起重、运输、矿山、冶金、石化、纺织、印染、轻工、制药、食品等各类传动机械，一般多采用行星摆线针轮减速机。虽然它与渐开线齿轮减速机相比，有速比大而体积小的优势，但是，它还是存在以下4个缺点：
1,传动效率受损：它的行星运动机构的传动链为：输入轴的两个偏心套→两个轴承→两个有若干圆孔的摆线轮→若干个销套→若干个销轴组成输出轴。其中，销套的外径必须小于孔径，其差值为偏心距的2倍。所以，不仅传动链较长，零件之问有间隙，而且滑动摩擦占一半以上，传动效率损失达10％左右。
2,结构复杂；由于是“少齿差传动”，其非标零件超过20种，另外还要按传动比的2倍,计算针齿销和针齿套的数量，由于主动齿轮和被动齿轮的齿数差，仅为1或2，接近相同齿数，而每一齿都必有1个针齿销和针齿套,结果其非标零件总数,常为数十件到百余件之多。
3,温升较高：由于传动链长，运动件多，滑动接触面大，散热条件差，运转时容易发热,即便设有降温装置,温升也在60℃左右。
4,不具备自锁功能：因为其行星装置是决定运动方向的前提，如果从输出端,输入足够大扭矩，行星装置必定先旋转起来,啮合副也会跟着运行,整个减速机进入工作状态。所以这种减速机，旣可正向传动，也可逆向传动,也就是：不具备“自锁”功能。
由于缺乏自锁性,能够逆向传动，会带来负面影响。如起重机、吊车、电梯……等，如果遇到意外停电，吊在空中的重物就成为动力，失控下墜,如果没有刹车装置就会造成重大安全事故。
针对上述情况，本发明创造了不同的结构,克服了上述缺点，
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种具有结构简单、体积小、重量轻、传动比大、机械效率高，过载能力强，温升小，独具自锁性的摆线曲杆内啮合式减速机。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种摆线曲杆内啮合式减速机，包括: 输入轴、啮合系、轴承架及其输出轴、机壳共4大部分组成。
输入轴通过上、下两个滚动轴承支撑在机壳和下轴承座的中间圆孔上，输入轴的下端接近轴承处有曲杆，曲杆有3个互为120°的圆柱形偏心曲颈段,4个同心圆盘；偏心曲颈段半径为r，其偏心距为e,而同心圆盘半径R≥r+e；圆盘解决结构強度和运动平衡，曲颈段传输动力；3个曲颈段同时与对称180°布置的两个一级摆轮组的6个摆线齿形曲线精密接触而无间隙啮合，实现相向滚动，并迫使其必须往输入轴相反的方向转动。
啮合系,由输入轴上的曲杆，两个一级摆轮组,两个二级轴，二级摆轮组构成；一级摆轮组,为三个相同几何参数的外啮合摆线齿轮，当其齿数为Z1时，每两个齿轮相互错位角β＝2π/Z1/3,其内部中心有轴孔和键槽,用普通平键分别固定在两个二级轴上；二级轴的下端，具有与输入轴相同结构特征的曲杆，其几何参数与二级摆轮组的参数相配合,曲杆的全部长度,伸入到二级摆轮组的孔内，其下端通过轴承安装在下轴承架的下两个圆孔中，其上端通过轴承安装在上轴承架的下两个圆孔中,两个二级轴的中心距为2A；
二级摆轮组也为三个相同几何参数的内啮合摆线齿轮，当其齿数为Z2时，每两个齿轮相互错位角β＝2π/Z2/3,其外部圆周上,有数个安装定位销的半圆槽,该全组零件被固定在机座上；当两个一级摆轮组同时受到输入轴的曲杆啮合驱动后，开始往相反方转动，通过刚接普通平键带动两个二级轴；
轴承架及其输出轴：轴承架,由上轴承架和下轴承架组成,每一个零件上,各有3个轴承的安装位置,共有6个轴承的安装位置，其中除有1处是一圈直角台阶外,其余5处均是圆孔。
上轴承架的上部平面为完整的圆形，外沿有一个圆形台阶,安装轴承的内圈，通过轴承的外圈在机盖上定位；上轴承架的上部平面中央,有一个直径略大于输入轴的过孔，是带着轴承时的输入轴也能通过的安装通道；上端平面两边对称位置按传动中心距的尺寸，加工有2个轴承孔，是减二轴的上端轴承位置,每个孔的上部尺寸收小，为轴承轴向定位；上端平面中部周围有4个安装螺钉的沉孔和过孔，并有1个通过配作成的定位销孔；上轴承架的下端外侧面,有两个对称的圆弧形缺口，其位置与轴承孔同心，缺口半径略大于减一摆轮组的半径；上
轴承架的下端中部有同轴中心沉孔,与下轴承架的上端圆柱体精密配合。
下轴承架的中央,有向上突出的圆柱体,其直径略小于内啮摆轮组的内孔直径,伸入轴承上架的沉孔内实现精密配合；圆柱体顶面，加工有4个内螺纹孔和配作一个定位销孔，并保证与上轴承架的同心度不超标；圆柱体顶面中心,加工有中心圆孔,为输入轴的下端轴承位置,接下来的小通孔为工艺孔；圆柱体的下端，是一个完整圆盘，圆盘上加工有两个中心距互为2A的圆孔，与上轴承架的两个轴承孔同心，是减二轴下端轴承的安装位置；顺着这两个孔的方向和位置往上延伸到顶面，圆柱体侧面形成两个对称的半圆弧缺口，其缺口高度略大于内啮摆轮组的厚度；在下轴承架的下端完整圆盘底面上，加工有安装输出轴的法兰盘的圆形沉孔；沉孔周边除了部署两个轴承孔外，其剩余弧长段内，均布4个内六角螺钉的沉孔和过孔。
输出轴的上部为水平状圆形法兰盘,下部垂直多段台阶轴,其法兰盘与下轴承架的下端沉孔精密衔接,用螺钉紧固，实现与上轴承架、下轴承架的中轴线相重合；输出轴的下部中间一段,通过安装轴承与下轴承盖联结，最小一段上有键槽,并通过它输出转速和力矩。
机壳由机座、机盖、下轴承盖、上轴承盖组成，并用螺钉联结成刚性壳体。
机座为圆形筒体，筒体下部有向外突出的径向边沿上，加工有法兰盘式的过孔；向内突出的径向边沿上，有一圈均与下轴承盖固结的螺纹孔；筒体上部加厚，端面制有一圈均布的内螺文孔；筒体内、外有加強筋，筒体中部有一圈向内延伸径向平台，平台以上的筒体内壁上，加工有定位销的半圆弧形槽。
机盖的整体形状如像一个顶部有中心孔的圆形盒盖体，中心孔周围有一圈内螺纹孔，盒盖体下部有向外突出的径向边沿，其尺寸与机座的筒体上部尺寸吻合，并有穿螺钉的过孔；内、外有加強筋；顶部有中心孔,用螺钉固定的上轴承盖。
关于传动比计算公式：总传动比Z＝Z1*Z2；无论内、外啮合其最小传动比均为2，其最大传动比不宜超过25。
附图说明
为了更清楚地理解本发明，将通过实施例，同时参照附图，来描述本发明，其中：
图1是本发明摆线曲杆内啮合式减速机的构造示意图，也是图2的A-B-C轴向折线剖面图。
图2是图1的D—D径向剖视图。
图3是图1的E—E径向剖视图。
图4是由上轴承架和下轴承架构成的一个部件：轴承架。同时是图5的F—F轴向剖视图。
图5是图4的俯视图。
图6是上轴承架的J—J径向剖视图。
图7是图6的G—H—I轴向剖视图。
图8是下轴承架的L—M—N—O—P轴向剖视图。
图9是图8的K—K径向剖视图。
图中：1.输入轴，2.3.4.一级摆轮组，5.二级轴，6.7.8.二级摆轮组,9.垫圈,10.上轴承架,11.下轴承架,12.输出轴，13.机座，14.下轴承盖,15.机盖,16.上轴承盖，17.螺钉，18.滚动轴承，19.密封件，20.键,21.定位销，A中心距，R.圆盘半径,Z.齿数,i.传动比,r.曲颈半径,e.偏心距,ω.角速度。
具体实施方式
参阅图1—图9。在以下描述的实施例中，一种摆线曲杆内啮合式减速机，包括:输入轴、啮合系、轴承架及其输出轴、机壳共4大部分组成。
输入轴1通过上、下两个滚动轴承18支撑在机壳15和下轴承座11的中间圆孔上，见图1,输入轴1的下端接近轴承处有曲杆，曲杆有3个互为120°的圆柱形偏心曲颈段,4个同心圆盘；偏心曲颈段半径为r，其偏心距为e,而同心圆盘半径R≥r+e；圆盘解决结构強度和运动平衡，曲颈段传输动力；3个曲颈段同时与对称180°布置的两个一级摆轮组2.3.4的 6个摆线齿形曲线精密接触而无间隙啮合，实现相向滚动，并迫使其必须往输入轴相反的方向转动。
啮合系,由输入轴1上的曲杆，两个一级摆轮组2.3.4,两个二级轴5，二级摆轮组6.7.8.构成；一级摆轮组2.3.4,为三个相同几何参数的外啮合摆线齿轮，当其齿数为Z1时，每两个齿轮相互错位角β＝2π/Z1/3,其内部中心有轴孔和键槽,用普通平键20分别固定在两个二级轴5上；二级轴5的下端，具有与输入轴相同结构特征的曲杆，其几何参数与二级摆轮组 6.7.8
参数相配合,曲杆的全部长度,伸入到二级摆轮组6.7.8的孔内，其下端通过轴承18安装在下轴承架11的下两个圆孔中，其上端通过轴承18安装在上轴承架10的下两个圆孔中,两个二级轴5的中心距为2A,见图4--图9；
二级摆轮组6.7.8也为三个相同几何参数的内啮合摆线齿轮，当其齿数为Z2时，每两个齿轮相互错位角β＝2π/Z2/3,其外部圆周上,有数个安装定位销21的半圆槽,该全组零件被固定在机座13上,见图1--图3；
当两个一级摆轮组2.3.4同时受到输入轴1的曲杆啮合驱动后，开始往相反方转动，通过刚接普通平键20带动两个二级轴5,两个二级轴5,
轴承架及其输出轴,见图4--图9；轴承架,是由上轴承架10和下轴承架11组成，见图4，其俯视见图5；这两个零件上各有3个轴承的安装位置,共有6个轴承的安装位置，其中除有1处是一圈直角台阶外,其余5处均是圆孔。
上轴承架10的上部平面为完整的圆形，外沿有一个圆形台阶,见图6、图7，安装轴承18的内圈，通过轴承18的外圈在机盖15上定位，见图1；上轴承架10的上部平面中央, 有一个直径略大于输入轴1的过孔，是带着轴承时的输入轴也能通过的安装通道；上端平面两边对称位置按传动中心距A的尺寸，加工有2个轴承孔，是减二轴5的上端轴承位置,每个孔的上部尺寸收小，为轴承轴向定位；上端平面中部周围有4个安装螺钉17的沉孔和过孔，并有1个通过配作成的定位销孔；上轴承架10的下端外侧面,有两个对称的圆弧形缺口，见图5、图6，其位置与轴承孔同心，缺口半径略大于减一摆轮组2、3、4的半径；上轴承架10的下端中部有同轴中心沉孔,与下轴承架11的上端圆柱体精密配合,见图4、图7。
下轴承架11的中央,有向上突出的圆柱体,其直径略小于内啮摆轮组6、7、8的内孔直径,伸入轴承上架10的沉孔内实现精密配合,见图4--图9；圆柱体顶面，加工有4个内螺纹孔和配作一个定位销孔，并保证与上轴承架10的同心度不超标；圆柱体顶面中心,加工有中心圆孔,为输入轴1的下端轴承位置,接下来的小通孔为工艺孔；圆柱体的下端，是一个完整圆盘，圆盘上加工有两个中心距互为2A的圆孔，与上轴承架10上的两个轴承孔同心，是减二轴5下端轴承18的安装位置；顺着这两个孔的方向和位置往上延伸到顶面，圆柱体侧面形成两个对称的半圆弧缺口，其缺口高度略大于内啮摆轮组6、7、8的厚度,见图4、图 8和图9；在下轴承架11下端完整圆盘底面上，加工有安装输出轴12的法兰盘的圆形沉孔；沉孔周边除了部署两个轴承孔外，其剩余弧长段内，均布4个内六角螺钉的沉孔和过孔,见图1、图4和图9。
输出轴12的上部为水平状圆形法兰盘,下部垂直多段台阶轴,其法兰盘与下轴承架11 的下端沉孔精密衔接,用螺钉17紧固，实现与上轴承架10、下轴承架11的中轴线相重合；输出轴12的下部中间一段,通过安装轴承18与下轴承盖14联结，最小一段上有键槽,并通过它输出转速和力矩。
机壳由机座13、机盖15、下轴承盖14、上轴承盖16组成，并用螺钉17联结成刚性壳体。
机座13为圆形筒体，筒体下部有向外突出的径向边沿上，加工有法兰盘式的过孔；向内突出的径向边沿上，有一圈均与下轴承盖14固结的螺纹孔；筒体上部加厚，端面制有一圈均布的内螺文孔；筒体内、外有加強筋，筒体中部有一圈向内延伸径向平台，平台以上的筒体内壁上，加工有定位销21的半圆弧形槽。
机盖15的整体形状如像一个顶部有中心孔的圆形盒盖体，中心孔周围有一圈内螺纹孔，盒盖体下部有向外突出的径向边沿，其尺寸与机座13的筒体上部尺寸吻合，并有穿螺钉的过孔；内、外有加強筋；顶部有中心孔,用螺钉17固定的上轴承盖16。关于传动比计算公式：总传动比i＝Z1*Z2；无论内啮合、外啮合其最小传动比均为2，其最大传动比不宜超过25。
通过具体实施后，实现本技术后具有如下有益效果：
本发明取消了摆线针轮行星减速机(简称“它”下同)的行星机构，带来下列优点：
1,缩短了传动链，由曲杆与摆线轮直接接触，而且70％以上是滚动摩擦，比它多出20％，提高传动效率，节省能源消耗。
2,取消了它的“类四杆机构”，如果逆向传动，被动轴是曲杆,而且要求曲杆的角速度等于传动比的倍数,即ω＝i*2π.在没有其它推力的情况下，实现这个角速度是不可能的。反而会出现3个互为120O的曲颈将从3方抱死一个摆线齿，无法运动，这就是具有了“结构原理性自锁”功能，己经过三种样机的试验所证实。可以扩大使用范围，不用安装停电制动器即刹车，就能在吊车、电梯等领域使用,并确保安全。
3,全部啮合件之间都是相向滚动，没有冲击和振动,噪声更小。而且这种相向滚动容易夾持润滑脂并行成油膜，延长使用寿命。
本发明将它的少齿差传动,改进为多齿差传动，出现下列优点：
4,由曲杆构成的输入轴,就是只有1个齿的“齿轴”，曲杆转一周，摆线轮只转一齿，带来体积小而速比大,结构简约紧凑，非标零件很少，无论传比大小,非标准件都只有16种共21件, 体积小,重量轻,降低生产成本。
5,曲颈的周长与每段摆线的线长,只相差25％左右，以滚动摩擦为主，所以不易发热，温升比较低。
以上所述的仅是本发明的优选实施例，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，作出的若干变形和改进，如将立式安装改为卧式安装等也应视为属于本发明专利权的保护范围。

Claims (6)

1.一种摆轮曲杆内啮合式减速机，包括:输入轴、啮合系、轴承架及其输出轴、机壳共4大部分构成，其特征在于，由轴(1)、4件滑套(2)、2件轴承(3)构成高速组部件：输入轴(1)通过上、下两个滚动轴承(18)支撑在机壳(15)和下轴承座(11)的中间圆孔上，输入轴(1)的下端接近轴承处有曲杆，曲杆有3个互为120°的圆柱形偏心曲颈段,4个同心圆盘；偏心曲颈段半径为r，其偏心距为e,而同心圆盘半径R≥r+e；圆盘解决结构強度和运动平衡，曲颈段传输动力；3个曲颈段同时与对称180°布置的两个一级摆轮组(2.3.4)的6个摆线齿形曲线精密接触而无间隙啮合，实现相向滚动，并迫使其必须往输入轴(1)往相反的方向转动。
2.按权利要求1所述的摆轮曲杆内啮合式减速机，其特征在于，啮合系,由输入轴(1)上的曲杆，两个一级摆轮组(2.3.4,)两个二级轴(5)，二级摆轮组(6.7.8.)构成；一级摆轮组(2.3.4,)为三个相同几何参数的外啮合摆线齿轮，当其齿数为Z1时，每两个齿轮相互错位角β＝2π/Z1/3,其内部中心有轴孔和键槽,用普通平键20分别固定在两个二级轴(5)上；二级轴(5)的下端，具有与输入轴相同结构特征的曲杆，其几何参数与二级摆轮组(6.7.8)的参数相配合,曲杆的全部长度,伸入到二级摆轮组(6.7.8)的孔内，其下端通过轴承(18)安装在下轴承架(11)的下面两个圆孔中，其上端通过轴承(18)安装在上轴承架(10)的上两个圆孔中,两个二级轴(5)的中心距为2A；二级摆轮组(6.7.8)也为三个相同几何参数的内啮合摆线齿轮，当其齿数为Z2时，每两个齿轮相互错位角β＝2π/Z2/3,其外部圆周上,有数个安装定位销(21)的半圆槽,该全组零件被固定在机座(13)上；当两个一级摆轮组(2.3.4,)同时受到输入轴(1)的曲杆啮合驱动后，开始往相反方转动，通过刚接普通平键(20)带动两个二级轴(5)。
3.按权利要求1所述的摆轮曲杆内啮合式减速机，其特征在于，轴承架,是由上轴承架(10)和下轴承架(11)组成，这两个零件上各有3个轴承(18)的安装位置,共有6个轴承的安装位置，其中除有1处是一圈直角台阶外,其余5处均是圆孔；
(1)上轴承架(10)的上部平面为完整的圆形，外沿有一个圆形台阶，安装轴承(18)的内圈，通过轴承(18)的外圈在机盖(15)上定位；上轴承架(10)的上部平面中央,有一个直径略大于输入轴(1)的过孔，是带着轴承时的输入轴也能通过的安装通道；上端平面两边对称位置按传动中心距A的尺寸，加工有2个轴承孔，是减二轴(5)的上端轴承(18)位置,每个孔的上部尺寸收小，为轴承轴向定位；上端平面中部周围有4个安装螺钉(17)的沉孔和过孔，并有1个通过配作成的定位销孔；上轴承架(10)的下端外侧面,有两个对称的圆弧形缺口，其位置与轴承孔同心，缺口半径略大于减一摆轮组(2、3、4)的半径；上轴承架(10)的下端中部有同轴中心沉孔,与下轴承架(11)的上端圆柱体精密配合；
(2)下轴承架(11)的中央,有向上突出的圆柱体,其直径略小于内啮摆轮组(6,7,8,)的内孔直径,伸入轴承上架(10)的沉孔内实现精密配合；圆柱体顶面，加工有4个内螺纹孔和配作一个定位销孔，并保证与上轴承架(10)的同心度不超标；圆柱体顶面中心,加工有中心圆孔,为输入轴(1)的下端轴承位置,接下来的小通孔为工艺孔；圆柱体的下端，是一个完整圆盘，圆盘上加工有两个中心距互为2A的圆孔，与上轴承架(10)上的两个轴承孔同心，是减二轴(5)下端轴承(18)的安装位置；顺着这两个孔的方向和位置往上延伸到顶面，圆柱体侧面形成两个对称的半圆弧缺口，其缺口高度略大于内啮摆轮组(6,7,8,)的厚度；在下轴承架(11)下端完整圆盘底面上，加工有安装输出轴(12)的法兰盘的圆形沉孔；沉孔周边除了部署两个轴承孔外，其剩余弧长段内，均布4个内六角螺钉的沉孔和过孔。
4.按权利要求1所述的摆轮曲杆内啮合式减速机，其特征在于，输出轴(12)的上部为水平状圆形法兰盘,下部垂直多段台阶轴,其法兰盘与下轴承架(11)的下端沉孔精密衔接,用螺钉(17)紧固，实现与上轴承架(10)、下轴承架(11)的中轴线相重合；输出轴(12)的下部中间一段,通过安装轴承(18)与下轴承盖(14)联结，最小一段上有键槽,并通过它输出转速和力矩。
5.按权利要求1所述的摆轮曲杆内啮合减速机，其特征在于，机壳由机座(13)、机盖(15)、下轴承盖(14)、上轴承盖(16)组成，并用螺钉(17)联结成刚性壳体；
(1)机座(13)为圆形筒体，筒体下部有向外突出的径向边沿上，加工有法兰盘式的过孔；向内突出的径向边沿上，有一圈均与下轴承盖(14)固结的螺纹孔；筒体上部加厚，端面制有一圈均布的内螺文孔；筒体内、外有加強筋，筒体中部有一圈向内延伸径向平台，平台以上的筒体内壁上，加工有定位销(21)的半圆弧形槽，(2)机盖(15)的整体形状如像一个顶部有中心孔的圆形盒盖体，中心孔周围有一圈内螺纹孔，盒盖体下部有向外突出的径向边沿，其尺寸与机座(13)的筒体上部尺寸吻合，并有穿螺钉的过孔；内、外有加強筋；顶部有中心孔,用螺钉(17)固定的上轴承盖(16)。
6.按权利要求1所述的摆轮曲杆内啮合减速机，其特征在于，传动比计算公式：总传动比i＝Z1*Z2；无论内啮合、外啮合其最小传动比均为2，其最大传动比不宜超过25。
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