CN108386491A - 一种等线速减速机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种等线速减速机，属于减速机技术领域。它解决了现有的行星齿轮减速机单级的减速比例小等问题。本等线速减速机包括中心齿轮、定齿圈、第一星轮组、行星齿轮支架、第二星轮组和动齿圈，定齿圈、动齿圈和中心齿轮同轴设置，中心齿轮位于定齿圈、动齿圈的中心，第一行星齿轮设置在定齿圈与中心齿轮之间并完成与定齿圈和中心齿轮的机械啮合，第二行星齿轮设置在动齿圈与中心齿轮之间并完成与动齿圈和中心齿轮的机械啮合，第一行星轮和第二行星轮均通过各自的转轴转动连接在行星齿轮支架上。与现有技术相比，本等线速减速机的零部件加工工艺成熟，整体结构简单，对材料没有特殊要求，减速比范围大，成本低。

Description

一种等线速减速机

技术领域

本发明属于减速机技术领域，涉及一种等线速减速机。

背景技术

行星齿轮是指除了能像定轴齿轮那样围绕着自己的转动轴转动之外，它们的转动轴还随着行星架绕其它齿轮的轴线转动的齿轮系统。行星齿轮传动与普通齿轮传动相比，具有许多独特优点，其中最显著的特点是在传递动力时可以进行功率分流，并且输入轴和输出轴处在同一水平线上，所以行星齿轮传动现已被广泛应用于各种机械传动系统中的减速器、增速器和变速装置。

现有的行星齿轮减速机只是单纯地通过太阳轮和齿圈传递动力给行星齿轮，然后通过行星齿轮支架最终将动力输出，这种减速机的减速比一般不超过10:1，如果需要大减速比，则要多级并联，如此减速机的轴向尺寸较大，不能适应比较特殊的应用，比如关节机器人。

另外有两种适合关节机器人的减速机：谐波减速机和RV减速机，这两种减速机外形尺寸符合要求，但是对零件材料与加工要求极高，且分别被日本和欧洲企业垄断，使国产机器人的减速机成本居高不下。

发明内容

本发明的目的是针对现有行星齿轮减速机单级的减速比例小，多级的外形尺寸较大，不适合关节机器人，且采用谐波和RV减速机成本高的问题，而提出的一种独特的、具有两组行星齿轮和两组齿圈能达到双级减速效果的等线速减速机。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种等线速减速机，其特征在于，包括作为输入端的中心齿轮、固定设置的定齿圈、第一星轮组、行星齿轮支架、第二星轮组和作为输出端的动齿圈，所述的定齿圈、动齿圈和中心齿轮同轴设置，中心齿轮位于定齿圈、动齿圈的中心，第一星轮组至少包括一个第一行星齿轮，第一行星齿轮设置在定齿圈与中心齿轮之间并完成与定齿圈和中心齿轮的机械啮合，第二星轮组至少包括一个第二行星齿轮，第二行星齿轮设置在动齿圈与中心齿轮之间并完成与动齿圈和中心齿轮的机械啮合，第一行星齿轮和第二行星齿轮均通过各自的转轴转动连接在行星齿轮支架上。

所述的第一行星齿轮和第二行星齿轮分别设置在行星齿轮支架的两侧面上。由于第一星轮组和第二星轮组需要设置在两个具有一定距离且平行的基准面上，以分别啮合上述定齿圈和外齿圈，所以将第一行星齿轮和第二行星齿轮设置在行星齿轮支架的两侧面上更能合理利用空间，避免了两者设置在行星齿轮支架的同一侧面导致其中一种行星轮的转轴需要过度加长的情况。

所述行星齿轮支架的一侧面四周开设有若干第一缺口，上述第一行星齿轮一一对应设置在第一缺口内，行星齿轮支架的另一侧面四周开设有若干第二缺口，上述第二行星齿轮一一对应设置在第二缺口内。各第一行星齿轮和第二行星齿轮的结构排布更为紧密。

所述定齿圈和动齿圈相互贴靠设置，定齿圈贴靠动齿圈的一侧面上开设有一圈第一圈形槽，动齿圈贴靠定齿圈的一侧面上开设有一圈与第一圈形槽对称位置关系相互对称第二圈形槽，第一圈形槽和第二圈形槽叠加在一起形成圈形通道，该圈形通道内设有若干使定齿圈和动齿圈之间形成滚动摩擦的滚动件。

所述的第一圈形槽开设在定齿圈的外圈圈壁上，动齿圈朝向定齿圈的一侧面设有一圈呈环状的圈形凸起，该圈形凸起与动齿圈形成阶梯形，圈形凸起的内圈朝向外侧的圈线上设有倒角，该倒角倒掉的空缺即为上述第二圈形槽，所述动齿圈朝向定齿圈的一侧面上还可拆卸设有一固定环，装配完成固定环能将圈形通道封闭，定齿圈位于固定环之内。

所述的第一圈形槽的截面呈直角三角形状，上述圈形凸起的倒角为倒直角，第二圈形槽的截面也呈直角三角形状，固定环朝向动齿圈一侧的内圈圈线上开设有倒直角，第一圈形槽、第二圈形槽及固定环的倒直角部分共同形成密封的圈形通道，该圈形通道的截面呈方形，上述滚动件为滚柱，相邻两个滚柱的安装方式不同，相邻两个滚柱中轴线相互垂直。

所述的第一行星齿轮有若干个且等均辐射对称设置在定齿圈与中心齿轮之间。从机械角度讲：具有多个虚约束后能提高运动的可靠性。

所述的第二行星齿轮有若干个且等均辐射对称设置在动齿圈与中心齿轮之间。

与现有技术相比，本等线速减速机的零部件加工工艺成熟，整体结构简单，对材料没有特殊要求，减速比范围大，成本低。

附图说明

图1是本减速机的正面结构示意图。

图2是本减速机的背面结构示意图。

图3是本减速机的正面轴侧结构示意图。

图4是本减速机的剖面结构示意图。

图5是本减速机隐藏固定环后的剖面结构示意图。

图6是本减速机另一种部件排布方式的结构示意图。

图中，1、中心齿轮；2、定齿圈；3、行星齿轮支架；4、动齿圈；5、第一行星齿轮；6、第二行星齿轮；7、圈形通道；8、固定环；9、滚柱。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1～3所示，本等线速减速机包括作为输入端的中心齿轮1、固定设置的定齿圈2、第一星轮组、行星齿轮支架3、第二星轮组和作为输出端的动齿圈4，所述的定齿圈2、动齿圈4和中心齿轮1同轴设置，中心齿轮1位于定齿圈2、动齿圈4的中心，第一星轮组至少包括一个第一行星齿轮5，第一行星齿轮5设置在定齿圈2与中心齿轮1之间并完成与定齿圈2和中心齿轮1的机械啮合，第二星轮组至少包括一个第二行星齿轮6，第二行星齿轮6设置在动齿圈4与中心齿轮1之间并完成与动齿圈4和中心齿轮1的机械啮合，第一行星齿轮5和第二行星齿轮6均通过各自的转轴转动连接在行星齿轮支架3上。

本减速机的传动原理如下：

如图1所示的是本等线速减速机的正面结构示意图，电机主轴从图1视图的正面插入并与中心齿轮1连接，假设该面中心齿轮1的顺时针转动的，而由于定齿圈2的固定设置，根据行星齿轮的传递效果可得知行星齿轮支架3也是顺时针转动的，该处行星齿轮支架3的运动即为本等线速减速机正面的输出端，这里的行星齿轮支架3作为第一输出端完成了一级减速。然后再看图2，同2所示的是本等线速减速机的背面结构示意图，图2中的中心齿轮1是逆时针转动的，且行星齿轮支架3由上可推出也是逆时针转动的，假设行星齿轮支架3固定不动，根据行星齿轮的传递效果可得到的结果是动齿圈4顺时针转动，而且该动齿圈4的转动也已经完成了另一级减速，而本发明巧妙的地方正是在于这个行星齿轮支架3并非是固定的，而是逆时针转动的，由于最终动齿圈4作为输出端要完成的是顺时针转动，而传递其转动力的第二行星齿轮6所设置在的行星齿轮支架3却是逆时针转动的，所以，该行星齿轮支架3的逆时针转动过程便会变相地阻碍动齿圈4的转动，最终使动齿圈4的转动效果更慢。从图1正面示意图中的已经得出：行星齿轮支架3作为第一输出端已经完成了一级减速，另从图2背面示意图中的也可得出：动齿圈4作为第二输出端完成的了另一级减速，但是由于动齿圈4的减速效果是基于行星齿轮支架3的一级减速的基础之上，所以最终从动齿圈4输出的转速实际上为二级减速。

本减速机的传动过程如下：

电机驱动中心齿轮1高速旋转，由于第一行星齿轮5同时啮合于中心齿轮1和定齿圈2，根据行星齿轮减速原理，第一行星齿轮5、第二行星齿轮6和行星齿轮支架3同步以本减速机轴心为中心作减速旋转；第一行星齿轮5和第二行星齿轮6同时啮合于中心齿轮1，因此尽管第一行星齿轮5与第二行星齿轮6的齿数不等，但是两者的线速度是相等的；由于动齿圈4与第二行星齿轮6啮合，因此动齿圈4相对于定齿圈2的线速度也是相等的，但是动齿圈4的齿数与定齿圈2的齿数不等，所以动齿圈4相对于定齿圈2有一个角速度差。理论证明，角速度差和两者齿数差成正比关系，当齿数差很小且定齿圈2固定时，动齿圈4作低速旋转，从而达到减速目的。

第一行星齿轮5和第二行星齿轮6分别设置在行星齿轮支架3的两侧面上。由于第一星轮组和第二星轮组需要设置在两个具有一定距离且平行的基准面上，以分别啮合上述定齿圈2和外齿圈，所以将第一行星齿轮5和第二行星齿轮6设置在行星齿轮支架3的两侧面上更能合理利用空间，避免了两者设置在行星齿轮支架3的同一侧面导致其中一种行星轮的转轴需要过度加长的情况。行星齿轮支架3的一侧面四周开设有若干第一缺口，上述第一行星齿轮5一一对应设置在第一缺口内，行星齿轮支架3的另一侧面四周开设有若干第二缺口，上述第二行星齿轮6一一对应设置在第二缺口内。各第一行星齿轮5和第二行星齿轮6的结构排布更为紧密。

如图4～5所示，定齿圈2和动齿圈4相互贴靠设置，定齿圈2贴靠动齿圈4的一侧面上开设有一圈第一圈形槽，动齿圈4贴靠定齿圈2的一侧面上开设有一圈与第一圈形槽对称位置关系相互对称第二圈形槽，第一圈形槽和第二圈形槽叠加在一起形成圈形通道7，该圈形通道7内设有若干使定齿圈2和动齿圈4之间形成滚动摩擦的滚动件。

如图4～5所示，第一圈形槽开设在定齿圈2的外圈圈壁上，动齿圈4朝向定齿圈2的一侧面设有一圈呈环状的圈形凸起，该圈形凸起与动齿圈4形成阶梯形，圈形凸起的内圈朝向外侧的圈线上设有倒角，该倒角倒掉的空缺即为上述第二圈形槽，动齿圈4朝向定齿圈2的一侧面上还可拆卸设有一固定环8，装配完成固定环8能将圈形通道7封闭，定齿圈2位于固定环8之内，第一圈形槽的截面呈直角三角形状，上述圈形凸起的倒角为倒直角，第二圈形槽的截面也呈直角三角形状，固定环8朝向动齿圈4一侧的内圈圈线上开设有倒直角，第一圈形槽、第二圈形槽及固定环8的倒直角部分共同形成密封的圈形通道7，该圈形通道7的截面呈方形，滚动件为滚柱9，相邻两个滚柱9的安装方式不同，相邻两个滚柱9中轴线相互垂直。

本设计中，定齿圈2是固定设置的，而动齿圈4相对定齿圈2转动设置，为了减少两者之间的摩擦，通常在两者即将接触的边缘设置一圈滚珠，以滚动方式来降低动力传递过程中的摩擦力和提高机械动力的传递效率，但是滚珠如果能嵌入上述第一圈形槽和第二圈形槽，那么要保证第一圈形槽和第二圈形槽的截面尺寸小于该滚珠截面尺寸的一半，滚珠在第一圈形槽和第二圈形槽安装过程会有局限，很容易导致滚珠散落，而且第一圈形槽和第二圈形槽在啮合的过程中任然会具有缝隙，该缝隙会导致滚珠与该缝隙的接触部分产生摩擦，久而久之会磨损滚珠。所以本设计为了更好的实现内部滚动件的安装及减少滚动件的磨损，采用了滚柱9作为滚动件，并且将第一圈形槽和第二圈形槽形成的圈形通道7的截面设计成了方形，这样只需保证方形具有一处能够放入和拿出滚柱9的缺口，便能便捷地放入或拿出滚柱9，然后通过固定环8将其封闭，本设计中，动齿圈4与固定环8可以看成一个整体，为了保证各接触面都能实现滚动，本设计将滚柱9的排列方式设计成了两两相互交错排布，其中奇数列的滚珠实现定齿圈2和动齿圈4的滚动，偶数列的滚珠实现定齿圈2和固定环8的滚动，方形圈形通道7的四个表面都能够形成滚动摩擦，使得机械动力的传递效率均匀可靠，而且圈形通道7边缘的缝隙不会接触到滚柱9的滚动截面，不会产生滚柱9的磨损。

第一行星齿轮5有若干个且等均辐射对称设置在定齿圈2与中心齿轮1之间，第二行星齿轮6有若干个且等均辐射对称设置在动齿圈4与中心齿轮1之间。从机械角度讲：具有多个虚约束后能提高运动的可靠性，而本设计中所采用的第一行星齿轮5和第二行星齿轮6均有4个，不但能提高星轮机构的稳定性，而且对于设计整体的紧密型、合理性都具有良好的规划。

图1～5是将动齿圈4和定齿圈2放置在行星齿轮支架3两侧的规划形式，当然，本发明也可以将动齿圈4和定齿圈2的规划方式放置在行星齿轮支架3的一侧，如图6所示，这种规划方式能够使本等线速减速机的结构更为紧密，提高了内部空间的利用率。

应该理解，在本发明的权利要求书、说明书中，所有“包括……”均应理解为开放式的含义，也就是其含义等同于“至少含有……”，而不应理解为封闭式的含义，即其含义不应该理解为“仅包含……”。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种等线速减速机，其特征在于，包括作为输入端的中心齿轮(1)、固定设置的定齿圈(2)、第一星轮组、行星齿轮支架(3)、第二星轮组和作为输出端的动齿圈(4)，所述的定齿圈(2)、动齿圈(4)和中心齿轮(1)同轴设置，中心齿轮(1)位于定齿圈(2)、动齿圈(4)的中心，第一星轮组至少包括一个第一行星齿轮(5)，第一行星齿轮(5)设置在定齿圈(2)与中心齿轮(1)之间并完成与定齿圈(2)和中心齿轮(1)的机械啮合，第二星轮组至少包括一个第二行星齿轮(6)，第二行星齿轮(6)设置在动齿圈(4)与中心齿轮(1)之间并完成与动齿圈(4)和中心齿轮(1)的机械啮合，第一行星齿轮(5)和第二行星齿轮(6)均通过各自的转轴转动连接在行星齿轮支架(3)上。

2.根据权利要求1所述的一种等线速减速机，其特征在于，所述的第一行星齿轮(5)和第二行星齿轮(6)分别设置在行星齿轮支架(3)的两侧面上。

3.根据权利要求1或2所述的一种等线速减速机，其特征在于，所述行星齿轮支架(3)的一侧面四周开设有若干第一缺口，上述第一行星齿轮(5)一一对应设置在第一缺口内，行星齿轮支架(3)的另一侧面四周开设有若干第二缺口，上述第二行星齿轮(6)一一对应设置在第二缺口内。

4.根据权利要求1或2所述的一种等线速减速机，其特征在于，所述定齿圈(2)和动齿圈(4)相互贴靠设置，定齿圈(2)贴靠动齿圈(4)的一侧面上开设有一圈第一圈形槽，动齿圈(4)贴靠定齿圈(2)的一侧面上开设有一圈与第一圈形槽对称位置关系相互对称第二圈形槽，第一圈形槽和第二圈形槽叠加在一起形成圈形通道(7)，该圈形通道(7)内设有若干使定齿圈(2)和动齿圈(4)之间形成滚动摩擦的滚动件。

5.根据权利要求4所述的一种等线速减速机，其特征在于，所述的第一圈形槽开设在定齿圈(2)的外圈圈壁上，动齿圈(4)朝向定齿圈(2)的一侧面设有一圈呈环状的圈形凸起，该圈形凸起与动齿圈(4)形成阶梯形，圈形凸起的内圈朝向外侧的圈线上设有倒角，该倒角倒掉的空缺即为上述第二圈形槽，所述动齿圈(4)朝向定齿圈(2)的一侧面上还可拆卸设有一固定环(8)，装配完成固定环(8)能将圈形通道(7)封闭，定齿圈(2)位于固定环(8)之内。

6.根据权利要求5所述的一种等线速减速机，其特征在于，所述的第一圈形槽的截面呈直角三角形状，上述圈形凸起的倒角为倒直角，第二圈形槽的截面也呈直角三角形状，固定环(8)朝向动齿圈(4)一侧的内圈圈线上开设有倒直角，第一圈形槽、第二圈形槽及固定环(8)的倒直角部分共同形成密封的圈形通道(7)，该圈形通道(7)的截面呈方形，上述滚动件为滚柱(9)，相邻两个滚柱(9)的安装方式不同，相邻两个滚柱(9)中轴线相互垂直。

7.根据权利要求1或2所述的一种等线速减速机，其特征在于，所述的第一行星齿轮(5)有若干个且等均辐射对称设置在定齿圈(2)与中心齿轮(1)之间。

8.根据权利要求1或2所述的一种等线速减速机，其特征在于，所述的第二行星齿轮(6)有若干个且等均辐射对称设置在动齿圈(4)与中心齿轮(1)之间。