CN108757845A - 星轮减速器和机电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种星轮减速器和机电设备，所述星轮减速器包括用于与高速件连接的主轴、用于与低速件连接的输出内齿圈以及与所述主轴连接且与所述输出内齿圈啮合的星轮；所述星轮的轴线相对于所述主轴的轴线偏心且平行设置，所述星轮能够绕主轴做圆周运动和绕自身的中心轴做自旋转运动，且所述星轮能够将所述圆周运动和所述自旋转运动叠加传至所述输出内齿圈；其中，所述星轮和所述输出内齿圈的齿廓为少齿差时不易发生干涉的波浪梯形齿廓。本发明提供的星轮减速器，可以很好的解决传统的渐开线齿廓在少齿差时易发生干涉的问题，让齿差为1的内外齿啮合成为可能，能达到极高的传动比。

Description

星轮减速器和机电设备
技术领域
本发明涉及减速器技术领域，尤其涉及一种星轮减速器和设有该星轮减速器的机电设备。
背景技术
目前，减速器中的齿轮一般采用渐开线齿廓。渐开线齿廓具有较为尖锐的齿顶、齿底圆和渐开线区域，其压力角较为固定。想改变压力角通常是通过变位来实现。另外，采用渐开线齿廓的齿轮，在齿差较少时，如不进行修形和变位处理，齿轮在运行过程中，突出的尖锐区容易对啮合齿轮齿廓产生干涉、刮蹭。因此，传统的渐开线齿廓在少齿差(内外齿齿数差远小于内齿/外齿齿数)时易发生干涉，在设计上无法达到高传动比，限制了星轮减速器的应用范围。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种星轮减速器，能够保证传动比、且结构简单。本发明的另一目的是提供一种包括上述星轮减速器的机电设备，其星轮减速器能够保证传动比、且结构简单。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面提供了一种星轮减速器，该星轮减速器包括用于与高速件连接的主轴、用于与低速件连接的输出内齿圈以及与所述主轴连接且与所述输出内齿圈啮合的星轮；所述星轮的轴线相对于所述主轴的轴线偏心且平行设置，所述星轮能够绕主轴做圆周运动和绕自身的中心轴做自旋转运动，且所述星轮能够将所述圆周运动和所述自旋转运动叠加传至所述输出内齿圈；其中，所述星轮和所述输出内齿圈的齿廓为少齿差时不易发生干涉的波浪梯形齿廓。
波浪形齿廓在设计时，将对应渐开线齿廓较为尖锐的齿顶、齿底圆和渐开线区域(对应波浪形齿廓的升降区)交界处设置了过渡区，很大程度上减小了齿轮在运行过程中，突出的尖锐区容易对啮合齿轮齿廓产生干涉、进行刮蹭的可能性，且在此基础上无需对齿廓进行修型。另外，不同于通常渐开线齿轮设计中，压力角较为固定(20°和14.5°，其中20°较为常用)，想改变压力角通常是通过变位方式实现；而波浪形齿廓在设计时可根据需要任意设置压力角，无需对齿轮进行变位。
优选地，星轮减速器还包括固定设置的固定内齿圈，所述星轮包括用于与所述固定内齿圈啮合传动的第一级齿轮和用于与所述输出内齿圈啮合传动的第二级齿轮，所述第一级齿轮同轴且固定设置于所述第二级齿轮的一侧。
优选地，波浪梯形齿廓的齿顶/齿底和渐开线区域的交界处设置有平缓的过渡区。
优选地，波浪梯形齿廓的最小重复单元包括顺序连接的波峰-上过渡区-升降区-下过渡区-波谷-下过渡区-升降区-上过渡区-波峰；所述过渡区的齿廓线为连接波峰/波谷与升降区的起止点的弧线。
优选地，波浪梯形齿廓的形状以波峰中心线为中心左右两侧呈镜面对称。
优选地，波浪梯形齿廓的波峰和波谷的齿廓线形状为直线，或齿顶/齿底圆的一部分弧线。
优选地，升降区的齿廓线形状为连接所述上过渡区与所述下过渡区起止点的直线/齿轮基圆渐开线或近似的直线/齿轮基圆渐开线。
优选地，升降区齿廓线与齿轮分度圆法线的夹角为压力角α，其中，所述压力角α的范围可根据需要在0-90度之间任意设置。
优选地，压力角α的范围为20-50度。
根据本发明的另一个方面还提供了一种机电设备，该机电设备包括上述的星轮减速器。
本发明的星轮减速器，通过采用波浪梯形齿廓，将对应渐开线齿廓较为尖锐的齿顶、齿底圆和渐开线区域的交界处设置了过渡区，可以很好的解决传统的渐开线齿廓在少齿差时易发生干涉的问题，让齿差为1的内外齿啮合成为可能，从而使装置能达到极高的传动比。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明一种实施方式的星轮减速器得结构示意图；
图2为本发明一种实施方式的波浪梯形齿廓的形状示意图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
附图标记说明：1-主轴、2-星轮、201-第一级齿轮、202-第二级齿轮、3-固定内齿圈、4-输出内齿圈、O1-主轴轴线、O2-星轮中心轴轴线；O-中心线、α-压力角、F-波峰、G-波谷、B-下过渡区、U-上过渡区、S-升降区。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，为本发明一种实施方式的星轮减速器得结构示意图，该星轮减速器包括用于与高速件连接的主轴1、用于与低速件连接的输出内齿圈4以及与主轴1连接且与输出内齿圈4啮合的星轮2。星轮2的轴线O2相对于主轴1的轴线O1偏心且平行设置。星轮2能够绕主轴1做圆周运动和绕自身的中心轴做自旋转运动，且星轮2能够将圆周运动和自旋转运动叠加传至输出内齿圈4。星轮2和输出内齿圈4的齿廓为少齿差时不易发生干涉的波浪梯形齿廓。
星轮减速器还包括固定设置的固定内齿圈3，星轮2包括用于与固定内齿圈3啮合传动的第一级齿轮201和用于与输出内齿圈4啮合传动的第二级齿轮202，第一级齿轮201同轴且固定设置于第二级齿轮202的一侧。在上述的星轮减速器中，各级部件的连接方式均为内齿轮啮合。各齿轮的齿廓均为波浪梯形。这样，通过主轴1带动星轮2转动以及星轮2与固定内齿圈3之间的配合，星轮2进行绕主轴1的圆周运动和自转两种运动，且此两种运动叠加传至输出内齿圈4，从而可以使该星轮减速器具有较大的传动比。该星轮减速器结构简单，便于加工、重量轻成本低，具有广阔的应用前景。进一步地，通过采用波浪梯形齿廓，将对应渐开线齿廓较为尖锐的齿顶、齿底圆和渐开线区域的交界处设置了过渡区，可以很好的解决传统的渐开线齿廓在少齿差时易发生干涉的问题。
在本发明的一个具体的实施方式中，设固定内齿圈3的齿数为NH、输出内齿圈4的齿数为No、星轮第一级齿轮201的齿数为N1、第二级齿轮202的齿数为N2，则根据几何法则：No＝NH+N2-N1
星轮相对于固定坐标系做两种运动，第一种为星轮绕主轴做角速度等于主轴角速度ωi的圆周运动；第二种是星轮的自转，该自转的角速度为：
在第二级齿轮与输出内齿圈啮合过程中，星轮的两种运动叠加作用于输出内齿圈，则
则该星轮减速器的减速比为：
其中，ωi为输入端角速度，ωo为输出端角速度。
例如，在NH＝100、N1＝40、N2＝39时No＝99，减速比为66∶1；又如，NH＝100、N1＝80、N2＝79时No＝99，减速比为396∶1；再如NH＝100、N1＝99、N2＝98时No＝99，减速比为9801∶1。由此可见，该星轮减速器可以在较小的空间内，通过实现范围极大的减速配比。
如图2所示，为本发明一种实施方式的波浪梯形齿廓的形状示意图。波浪梯形齿廓的形状以波峰中心线O为中心左右两侧呈镜面对称。波峰中心线O为过波峰的中点的垂线。波浪梯形齿廓从左至右依次包括：波谷G-下过渡区B-升降区S-上过渡区U-波峰F-上过渡区U-升降区S-下过渡区B-波谷G。上过渡区U和下过渡区B的齿廓线为连接波峰F/波谷G与升降区S的起止点的弧线，呈一小段圆弧状。这样，圆弧可以将波峰F/波谷G与升降区S之间平缓过渡，使得齿廓线没有突出的尖锐区，进而减小了齿轮在运行过程中，尖锐区对啮合齿轮齿廓产生干涉、刮蹭的可能性。
由于应用齿廓的主体结构可能是齿条、内齿轮、外齿轮、方齿轮或其他形状齿轮等。当主体结构为齿条时，波浪梯形齿廓的波峰F和波谷G的齿廓线形状为直线，而当主体结构为齿轮时，波浪梯形齿廓的波峰F和波谷G的齿廓线形状为齿顶/齿底圆的一部分弧线。
升降区S的齿廓线形状为连接上过渡区U与下过渡区B起止点的直线/齿轮基圆渐开线或近似的直线/齿轮基圆渐开线。升降区S齿廓线与齿轮分度圆法线的夹角为压力角α，其中，压力角α的范围可根据需要在0-90度之间任意设置。分度圆是齿轮在啮合运动过程中，可以等效相当于两个相接触的圆柱体依靠静摩擦力进行无相互滑动的滚动传动的虚拟圆，是为了便于齿轮设计和制造而选择的一个尺寸参考。压力角是齿面传导力与齿轮周向运动切线的夹角。压力角增大，摩擦力矩增大，在实际运行中传导效率会降低，齿廓变平缓，内齿啮合的情况下发生干涉的可能性变小，齿根部受应力变小，更不易产生疲劳和断裂。压力角减小，摩擦力矩减小，在实际运行中传导效率升高，齿廓变尖锐，内齿啮合的情况下发生干涉的可能性变大，齿根部受应力变大，较易产生疲劳和断裂。
优选地，压力角α的范围为20-50度或21-50度，较佳角度为40度。这样，既可以保证齿轮具有一定的传导效率又可以防止内齿啮合发生干涉，产生疲劳和断裂。
本发明还提供了一种机电设备，该机电设备包括上述的星轮减速器。该机电设备由于采用了上述星轮减速器，其星轮减速器能够保证传动比、且结构简单。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种星轮减速器，其特征在于包括：用于与高速件连接的主轴（1）、用于与低速件连接的输出内齿圈（4）以及与所述主轴（1）连接且与所述输出内齿圈（4）啮合的星轮（2）；所述星轮（2）的轴线相对于所述主轴（1）的轴线偏心且平行设置，所述星轮（2）能够绕主轴（1）做圆周运动和绕自身的中心轴做自旋转运动，且所述星轮（2）能够将所述圆周运动和所述自旋转运动叠加传至所述输出内齿圈（4）；其中，所述星轮（2）和所述输出内齿圈（4）的齿廓为少齿差时不易发生干涉的波浪梯形齿廓。
2.根据权利要求1所述的星轮减速器，其特征在于，所述星轮减速器还包括固定设置的固定内齿圈（3），所述星轮（2）包括用于与所述固定内齿圈（3）啮合传动的第一级齿轮（201）和用于与所述输出内齿圈（4）啮合传动的第二级齿轮（202），所述第一级齿轮（201）同轴且固定设置于所述第二级齿轮（202）的一侧。
3.根据权利要求1所述的星轮减速器，其特征在于，所述波浪梯形齿廓的齿顶/齿底和渐开线区域的交界处设置有平缓的过渡区（B、U）。
4.根据权利要求1所述的星轮减速器，其特征在于，所述波浪梯形齿廓的最小重复单元包括顺序连接的波峰（F）—上过渡区（U）—升降区（S）—下过渡区（B）—波谷（G）—下过渡区（B）—升降区（S）—上过渡区（U）—波峰（F）；所述过渡区（B、U）的齿廓线为连接波峰（F）/波谷（G）与升降区（S）的起止点的弧线。
5.根据权利要求1所述的星轮减速器，其特征在于，所述波浪梯形齿廓的形状以波峰中心线（O）为中心左右两侧呈镜面对称。
6.根据权利要求4所述的星轮减速器，其特征在于，所述波浪梯形齿廓的波峰（F）和波谷（G）的齿廓线形状为直线，或齿顶/齿底圆的一部分弧线。
7.根据权利要求4所述的星轮减速器，其特征在于，所述升降区（S）的齿廓线形状为连接所述上过渡区（U）与所述下过渡区（B）起止点的直线/齿轮基圆渐开线或近似的直线/齿轮基圆渐开线。
8.根据权利要求4所述的星轮减速器，其特征在于，所述升降区（S）齿廓线与齿轮分度圆法线的夹角为压力角α，其中，所述压力角α的范围可根据需要在0-90度之间任意设置。
9.根据权利要求8所述的星轮减速器，其特征在于，所述压力角α的范围为20-50度。
10.一种机电设备，其特征在于，所述机电设备包括如权利要求1-9中任意一项所述的星轮减速器。
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