CN109268453A - 双环减速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双环减速器，包括中心轮、凸齿轮、环板摆轮、机架和外壳，机架包括两个端板以及连接在两个端板之间的穿杆；中心轮包括一体成型的中心轴和第一齿轮，中心轴两端分别通过支撑轴承安装在两端板上；凸齿轮包括一体成型的中空齿轮轴、第二齿轮和两个凸轮，第二齿轮位于两个凸轮之间，凸齿轮通过支承轴承套装在穿杆外，第二齿轮与第一齿轮啮合，凸齿轮分布在中心轮周围，环板摆轮上设置有外齿轮和内孔，内孔与凸齿轮的凸轮配合，外齿轮与外壳的内齿啮合。本发明的行星轮与曲轴合为一体形成凸齿轮，其结构刚性高，传递运动的精度更高，降低了加工误差对运动精度的影响。穿杆和凸齿轮同轴设置，刚度增大，使得双环减速器的功率大幅度提高。

Description

双环减速器

技术领域

本发明属于减速器技术领域，特别涉及一种双环减速器。

背景技术

2K-V型减速器的前级为普通的渐开线齿轮外啮合，后一级齿轮为内啮合，轮齿齿廓可采用渐开线或摆线，故分为渐开线2K-V型传动和摆线针齿2K-V型传动等类型，日本将后者称为RV(Rotary Vector)减速器。

RV减速器是一种在工业机器人上被广泛使用的精密减速器，是在传统针摆行星传动基础上发展起来的一种减速器，常用的RV减速器包括针齿壳，该针齿壳上设有通过连接元件将两个单体连接而成的行星架，两单体之间设有两个摆线轮，两单体上均环形阵列且相对应设置有三个圆锥滚子轴承的轴承位，三组相对应设置的轴承位上均设有与动力装置相连的曲柄轴，每个曲柄轴均穿过两摆线轮上的圆孔。采用该结构的机器人RV减速器首先将动力装置(太阳轮)同时传至三个曲柄轴的(行星轮)上，曲柄轴带动两摆线轮运转，摆线轮将动力传至针齿壳实现二级减速输出。

RV减速器存在以下缺点：因为有三个曲柄轴(即动力输入轴)进行传动，三个曲柄轴均通过圆锥滚子轴承在行星架的圆锥滚子轴承的轴承位上进行支撑，因此曲柄轴上圆锥滚子轴承轴承位的轴向精度和径向精度要求都非常严格，曲柄轴上两个偏心轮分别与摆线轮相适配，对两偏心轮的圆度、圆柱度、相位差要求非常严格，曲柄轴的端部还要通过花键安装行星轮，对花键槽与偏心轮之间的相位差要求非常严格，这些尺寸链大大增加了曲柄轴的加工难度，制造成本高，而且对曲柄轴的装配精度也有很高的要求；在使用过程中，圆锥滚子轴承容易磨损，导致配合精度降低，可靠性变差，进而使用寿命降低。

并且，现有技术中的2K-V型减速器，其连接行星架的固定拉杆与曲柄轴分别独立分布，分别占用了减速器内部的空间，减少了功率分流传递的流数；同时，行星传动位于曲柄传动的一端，造成减速器装配结构复杂，受力不对称，变形误差较大。因此有必要研究新型的传动机构克服上述不足。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种双环减速器，以实现小体积、大传动比、高承载能力和高效率传动的目的。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案如下：

一种双环减速器，包括中心轮、凸齿轮、具有外齿的环板摆轮、具有内齿的外壳，所述中心轮与分布中心轮周围的凸齿轮形成第一级行星减速传动；所述凸齿轮与环板摆轮形成第二级零齿差等比传动；所述环板摆轮与外壳形成第三级少齿差减速传动，所述机架包括两端板以及连接在两端板之间的穿杆，两个所述端板与所述外壳连接形成封闭空间，双环减速器的传动部件均位于该封闭空间内；所述中心轮包括中心轴以及位于中心轴上的第一齿轮，中心轴两端分别通过支撑轴承对应安装在两端板上，所述第一齿轮位于两支撑轴承之间；所述凸齿轮包括中空的齿轮轴以及一体成型于所述齿轮轴上的第二齿轮和两个凸轮，所述第二齿轮位于两个凸轮之间，所述齿轮轴两端通过支承轴承套装在穿杆外，所述第二齿轮与第一齿轮外啮合；所述环板摆轮为平行设置的两个，所述环板摆轮上设置与凸齿轮的凸轮配合的内孔，所述内孔套装在凸齿轮的凸轮外，所述环板摆轮的外齿与所述外壳的内齿啮合。

进一步，所述中心轮的支撑轴承位于所述端板的中心。

进一步，同一所述凸齿轮上两个凸轮的相位互成180°。

进一步，所述环板摆轮为具有中心孔的环状结构，所述内孔为均布在环板摆轮的中心孔外围的槽孔，该槽孔与中心孔连通，所述槽孔与所述与凸齿轮的数量相同，并与所述凸齿轮的凸轮配合。

进一步，所述环板摆轮位于中心轮和凸齿轮的外围，所述凸齿轮经过环板摆轮的中心孔，径向装入所述环板摆轮的槽孔。

进一步，所述穿杆的数量至少为3个，所述凸齿轮的数量至少为1个；当凸齿轮的数量为2个以上时，均匀布置在所述中心轮外围。

进一步，所述穿杆的轴线与中心轴的轴线之间的距离为所述第一齿轮与所述第二齿轮正确啮合时的齿轮中心距。

进一步，所述外壳与机架的两端板围成封闭空间，所述双环减速器所有的传动部件均位于该封闭空间内。

进一步，所述机架呈鼠笼结构，机架的两个所述端板通过轴承支撑在外壳上，所述机架能够相对于外壳转动。

进一步，所述端板内侧中心设置有用于安装所述支撑轴承的台阶孔，所述端板上位于台阶孔外围设置有用于安装穿杆的安装孔，所述穿杆上设置有止挡台阶，所述穿杆的端部伸入端板的安装孔内与端板通过螺钉和压板锁紧，所述压板和止挡台阶压在端板的两侧。

进一步，所述端板上设置有定位台阶和螺纹连接孔。

本发明的有益效果是：本发明双环减速器的行星轮与曲轴合为一体形成凸齿轮，其结构刚性高，且消除了传统行星轮与曲轴之间由于花键连接产生的安装误差，传递运动的精度更高，减少了加工工序，降低了加工误差对运动精度的影响。传统减速器的行星轮在曲轴上为悬臂支撑，而本发明双环减速器的行星轮(第二齿轮)为简支梁支撑，因此结构的刚性更好，曲轴的变形更小。

穿杆和凸齿轮的齿轮轴同轴设置，并且凸齿轮的齿轮轴两端通过轴承安装在穿杆上，中心轮的中心轴两端通过支撑轴承安装在端板上，改善了构件受力状况，刚度增大，承载能力得到提高，使得双环减速器的功率大幅度提高；减速器传递的功率由多个齿轮分流传递，减小了齿面的载荷。

本发明双环减速器前级为普通的渐开线齿轮外啮合，后一级齿轮为渐开线内啮合，由于可以通过改变前后两级的齿轮齿数来获得不同的速比，因此其传动比变化范围很大(通常可达到20～300)。

附图说明

图1为现有技术2K-V型行星传动机构简图；

图2为本发明双环减速器传动机构简图；

图3为本发明实施例三流双环减速器结构示意图；

图4为本发明实施例三流双环减速器机架结构示意图；

图5为本发明实施例中心轮结构示意图；

图6为本发明实施例凸齿轮的结构示意图；

图7为本发明实施例三流双环减速器环板摆轮的结构示意图；

图8为本发明实施例的四流双环减速器传动结构示意图。

零件标号说明

1-太阳轮；2-行星轮；3-摆轮；4-齿圈；5-中心轮；51-中心轴；52-第一齿轮；6-凸齿轮；61-齿轮轴；62-第二齿轮；63-凸轮；7-环板摆轮；71-内孔；72-外齿轮；8-机架；81-端板；81a-螺纹连接孔；81b-定位台阶；82-穿杆；83-支承轴承；84-支撑轴承；85-压板；86-止挡台阶；87-螺钉；88-台阶孔；89-沉台；9-外壳；91-内齿；92-轴承。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

2K-V型行星传动机构简图如附图1所示(李充宁《2K-V型行星传动的结构和力的分析》，机械传动，2000第2期)，选取行星架H(V)固定，齿圈4输出，该减速机构的传动比为：

选取齿圈4固定，以构件V(H)输出，减速机构的传动比为：

其中，Z₁、Z₂、Z₃、Z₄分别是太阳轮1、行星轮2、摆轮3、齿圈4的轮齿齿数，H’为曲轴，H(V)和V(H)为行星架。

实施例1

如图3和图4所示，本发明提供一种双环减速器，包括具有内齿91的外壳9、机架8、中心轮5、凸齿轮6、环板摆轮7，其中机架8与外壳9通过轴承92装配连接；所述机架8包括两个端板81以及连接在两端板81之间的至少一根穿杆82，每根穿杆82的两端分别与两个端板81连接，使机架8呈鼠笼式结构，两个端板81通过轴承92支撑在外壳9上，使机架8能够相对于外壳9转动，其中外壳9与两个端板81围成封闭空间，该双环减速器的所有传动构件均位于该封闭空间内，其中，中心轮5布置在机架8中心，凸齿轮6布置于中心轮5周围，凸齿轮6与中心轮5啮合，环板摆轮7位于中心轮5和凸齿轮6的外围，与凸齿轮6和外壳9的内齿91分别传动配合。

如图4和图5所示，中心轮5包括中心轴51以及位于中心轴51上的第一齿轮52，第一齿轮52与中心轴51为一体结构，中心轴51两端分别通过支撑轴承84对应安装在两个端板81上，该第一齿轮52位于中心轴51的中间位置，支撑轴承84在中心轴51的两端，且位于端板81的中心位置，这样保证第一齿轮52为2K-V传动的太阳轮。第一齿轮52在两个支撑轴承84之间，以使得中心轮5两端被端板81稳定支撑。

如图4和图6所示，所述凸齿轮6包括齿轮轴61、第二齿轮62和两个凸轮63，其中齿轮轴61为中空轴，凸轮63和第二齿轮62均与齿轮轴61一体成型，即曲轴与行星轮为一体结构；所述第二齿轮62位于两个凸轮63之间，且两个所述凸轮63的相位互成180°，所述凸齿轮6的两端分别通过一个支承轴承83套装在穿杆82外，每个凸齿轮6的第二齿轮62均与第一齿轮52外啮合。本发明将凸齿轮6设置为空心轴并同轴地套设在穿杆82上，使得布置结构更紧凑，相较于传统结构，在相同的空间内，能够布置更多流的凸齿轮6。

所述凸齿轮6分布在中心轮5周围，并与中心轮5形成第一级多流行星减速传动；所述环板摆轮7为平行设置的两个，两个环板摆轮7上设置有外齿轮72以及与凸齿轮6的凸轮63配合的内孔71，该内孔71套装在凸齿轮6的凸轮63位置，凸齿轮6与环板摆轮7形成第二级零齿差等比传动；环板摆轮7的外齿轮72与外壳9的内齿91啮合，形成第三级少齿差减速传动。

其中，所述传动构件包括中心轮5的第一齿轮52，凸齿轮6的凸轮63和第二齿轮62，环板摆轮7的内孔71和外齿，外壳9的内齿91，这些传动构件均位于外壳9与端板81围成的空间内。

如图7所示，在一个实施方式中，所述环板摆轮7为具有中心孔的的环状结构，内孔71为开设在环板摆轮7上的槽孔，槽孔均匀分布在中心孔外围，每一个环板摆轮上槽孔的数量与凸齿轮的数量相同，槽孔呈半圆形结构，槽孔与中心孔连通，该结构能够实现凸齿轮6与环板摆轮7的等比传动；另一方面，由于环板摆轮7为中空环状结构，改变了凸齿轮6的安装方式，使得凸齿轮6能够环板摆轮7轴向装入环板摆轮7的中心孔，经过中心孔后沿环板摆轮7径向移动，使凸轮63装入所述槽孔中，与槽孔配合，这种装配方式相对于传统减速器的安装方式更方便。

在一个实施方式中，中心轮5的支撑轴承84位于机架8端板81的中心；具体地，端板81内侧中心设置有用于安装所述支撑轴承84的台阶孔88，中心轴51的两端为阶梯轴，该中心轴51通过支撑轴承84支撑在两个端板81上。

所述穿杆82的轴线与中心轴51的轴线之间的距离为所述第一齿轮52与所述第二齿轮62正确啮合时的齿轮中心距。

在一个实施方式中，所述端板81上位于台阶孔88外围设置有用于安装穿杆82的安装孔，端板81内外侧与安装孔对应的位置为沉台89，以便容纳支承轴承83和压板85等；穿杆82上设置有止挡台阶86，所述穿杆82的端部伸入端板81的安装孔内与端板81通过螺钉87锁紧，螺钉87将压板85压在端板81外侧沉台89上，止挡台阶86抵在端板81内侧的沉台89，使得穿杆82与端板81之间锁紧固定。

在一个实施方式中，所述端板81上设置有定位台阶81b和用于螺纹连接孔81a，用于对外连接，传递扭矩。

在一个实施方式中，所述穿杆82的数量至少为3个，以保证两端板81的稳定支撑；所述凸齿轮6的数量至少为1个，当凸齿轮6的数量为2个以上时，均匀布置在所述中心轮5外围。本例中以三流双环减速器进行说，三流表示凸齿轮6的流数。穿杆82和凸齿轮6均为三个，环板摆轮7有三个与凸轮63配合的内孔71(内孔71的数量与凸齿轮6的数量相同)，外齿轮72为渐开线修缘齿。

图2所示为本发明双环减速器的传动示意图，中心轮5与分布在中心轮5周围的凸齿轮6形成第一级三流行星减速传动，凸齿轮6与环板摆轮7形成第二级双流零齿差等比传动，环板摆轮7与外壳9的内齿91形成第三级双流少齿差减速传动。

当中心轮5作为高速输入、机架8固定、外壳9作为输出时，三流双环减速器的传动比为：

当中心轮5作为高速输入、外壳9固定、机架8作为输出时，三流双环减速器的传动比为：

其中，Z₅、Z₆、Z₇、Z₉分别是中心轮5的第一齿轮52、凸齿轮6的第二齿轮62、环板摆轮7的外齿轮72、外壳9的内齿91的轮齿齿数，i₅₈、i₅₉为本实施列三流双环减速器的减速比。

实施例2

图8所示为本发明实施例四流双环减速器结构示意图，凸齿轮6的数量和穿杆82的数量增加到4套，其余结构与实施列1相同。在减速器外形尺寸不变、传动比不变的情况下，可以获得比三流双环减速器更大的传动功率，在其他实施方式中，可以为1流、2流、5流、6流等。

本发明的双环减速器具有如下优点：

比较图1所示现有技术RV减速器与图2所示，从本发明双环减速器的传动机构简图可以看到，RV减速器的行星轮在曲轴上为悬臂支撑，而本发明双环减速器的行星轮为简支梁支撑，因此结构的刚性更好，曲轴的变形更小。

本发明双环减速器的行星轮与曲轴合为一体成为凸齿轮6，其结构刚性高，且消除了行星轮与曲轴之间由于花键连接产生的安装误差，传递运动的精度更高；并且减少了加工工序，降低了加工误差对运动精度的影响。

本发明双环减速器兼顾了多个行星轮功率分流和多齿内啮合功率分流两种方式，在结构布置上非常紧凑，比一般摆线针轮减速机刚性大，抗冲击性和过载能力均有很大提高。

本发明双环减速器与普通渐开线少齿差传动比较，传动比范围扩大；由于不用专用的W输出机构，使转臂轴承的受力大大减小；输出机构为两端支承，刚度增大，承载能力可以提高，使得双环减速器的功率可以大幅度提高。

本发明双环减速器前级为普通的渐开线齿轮外啮合，后一级齿轮为渐开线内啮合，由于可以通过改变前后两级的齿轮齿数来获得不同的速比，因此其传动比变化范围很大(通常可达到20～300)。

本发明双环减速器的后一级环板摆轮7与外壳9之间可以为摆线针齿传动。本发明双环减速器应用于一般动力传动场合，无论采用渐开线或摆线齿廓，都可以实现小体积、大传动比、高承载能力和高效率的传动。本发明双环减速器用于高精度的工业机器人、精密传动和机电控制装置上，采用高精度加工制造的环板摆轮7，可以实现无侧隙啮合，能得到很高的回转精度，所以有广阔的发展前景。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种双环减速器，包括中心轮、凸齿轮、机架、具有外齿的环板摆轮、具有内齿的外壳，所述中心轮与分布中心轮周围的凸齿轮形成第一级行星减速传动；所述凸齿轮与环板摆轮形成第二级零齿差等比传动；所述环板摆轮与外壳形成第三级少齿差减速传动，其特征在于：所述机架包括两端板以及连接在两端板之间的穿杆，两个所述端板与所述外壳连接形成封闭空间，双环减速器的传动部件均位于该封闭空间内；所述中心轮包括中心轴以及位于中心轴上的第一齿轮，中心轴两端分别通过支撑轴承对应安装在两端板上，所述第一齿轮位于两支撑轴承之间；所述凸齿轮包括中空的齿轮轴以及一体成型于所述齿轮轴上的第二齿轮和两个凸轮，所述第二齿轮位于两个凸轮之间，所述齿轮轴两端通过支承轴承套装在穿杆外，所述第二齿轮与第一齿轮外啮合；所述环板摆轮为平行设置的两个，所述环板摆轮上设置与凸齿轮的凸轮配合的内孔，所述内孔套装在凸齿轮的凸轮外，所述环板摆轮的外齿与所述外壳的内齿啮合。

2.根据权利要求1所述的双环减速器，其特征在于：所述中心轮的支撑轴承位于所述端板的中心。

3.根据权利要求1所述的双环减速器，其特征在于：同一所述凸齿轮上两个凸轮的相位互成180°。

4.根据权利要求1所述的双环减速器，其特征在于：所述环板摆轮为具有中心孔的环状结构，所述内孔为均布在环板摆轮的中心孔外围的槽孔，该槽孔与中心孔连通，所述槽孔与所述与凸齿轮的数量相同，并与所述凸齿轮的凸轮配合。

5.根据权利要求4所述的双环减速器，其特征在于：所述环板摆轮位于中心轮和凸齿轮的外围，所述凸齿轮经过环板摆轮的中心孔，径向装入所述环板摆轮的槽孔。

6.根据权利要求1所述的双环减速器，其特征在于：所述穿杆的数量至少为3个，所述凸齿轮的数量至少为1个；当凸齿轮的数量为2个以上时，均匀布置在所述中心轮外围。

7.根据权利要求1所述的双环减速器，其特征在于：所述穿杆的轴线与中心轴的轴线之间的距离为所述第一齿轮与所述第二齿轮正确啮合时的齿轮中心距。

8.根据权利要求1所述的双环减速器，其特征在于：所述机架的两个端板通过轴承支撑在外壳上，所述机架能够相对于外壳转动。

9.根据权利要求1所述的双环减速器，其特征在于：所述端板内侧中心设置有用于安装所述支撑轴承的台阶孔，所述端板上位于台阶孔外围设置有用于安装穿杆的安装孔，所述穿杆上设置有止挡台阶，所述穿杆的端部伸入端板的安装孔内与端板通过螺钉和压板锁紧，所述压板和止挡台阶压在端板的两侧。

10.根据权利要求1所述的双环减速器，其特征在于：所述端板上设置有定位台阶和螺纹连接孔。