CN109780142A - 一种活齿传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种活齿传动装置，它包括行星传动机构、活齿传动机构和摆线中心轮三部分，行星传动机构包括输入轴、小齿轮、行星轮、内齿轮、行星轮轴和行星轮架组成；活齿传动机构包括与行星轮架一体的激波轴、双相凸轮、活齿和活齿架组成；活齿装入左活齿保持架和右活齿保持架的径向槽中，活齿位于双相凸轮与摆线中心轮之间，内齿轮与左活齿保持架合为一体，左活齿保持架外圆柱与摆线中心轮之间装有第二球轴承，左活齿保持架内圆面与行星轮架之间装有第一球轴承，右活齿保持架与摆线中心轮之间装有第三球轴承。本发明实现了功率分流，提高了承载能力。

Description

一种活齿传动装置

技术领域

本发明属于机械传动精密减速器，具体涉及一种并联型复式双相激波全滚动活齿传动装置，用于实现两轴之间的大速比传动，具有较高的承载能力和传动精度，配置在航空、航天、机器人、精密机械等精密装备中。

背景技术

精密减速器主要有谐波传动、RV传动和活齿传动。谐波齿轮传动通过波发生器的运动迫使柔轮发生弹性变形并与钢轮啮合以实现运动传递。由于柔轮为薄壁结构，其在往复变形过程中承受较大的交变载荷，因而对柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理的要求很高，且工艺复杂，难以满足当前人们对高功率密度、高精度和高刚度传动的需求。在RV传动装置中，作为核心部件摆线内齿轮的齿形设计复杂。随着服役时间的增加，零部件磨损加剧，传动精度降低；曲轴同时承受输入和输出扭矩，使其支撑轴承承受很大的载荷，限制了该减速器的使用寿命和承载能力。活齿具有体积小、重量轻、功率密度高、刚度高、传动比范围大、效率高等优点。但是，现有活齿传动减速器普遍存在结构复杂、传动精度低和噪音大等关键技术问题，严重制约了活齿传动的长足发展。

中国专利文献CN1587743A公开了一种双相凸轮激波的复式滚动活齿传动装置，它包括行星传动机构、活齿传动机构和固齿齿轮三部分，行星传动机构由输入轴、小齿轮、行星轮、固定内齿轮、行星轮轴和行星轮架组成；活齿传动机构由激波轴、双向凸轮、活齿和活齿架组成，行星轮架与激波轴连接在一起；激波轴通过键与双向凸轮固定联结；活齿销轴与活齿组成活齿，左、右活齿半盘通过柱销连为一体构成活齿架；激波轴两端通过两个轴承支撑于左、右活齿半盘上，双向凸轮处在左、右活齿半盘中间，活齿装入左、右活齿半盘的径向槽中，活齿位于双向凸轮与固齿齿轮之间，活齿架连接输出轴。

动力直接由行星级传递到活齿传动机构的凸轮激波器，再由活齿架输出，它实现了受力自平衡，但它采用的是前级的行星传动与下一级的二齿差滚动活齿传动，是串联型传动，故无法形成功率分流，降低了系统承载能力，且增大了装置的体积。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种活齿传动装置，它的结构空间紧凑，能实现功率分流和提高承载能力。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，包括行星传动机构、活齿传动机构和摆线中心轮三部分，行星传动机构包括输入轴、小齿轮、行星轮、内齿轮、行星轮轴和行星轮架；活齿传动机构包括与行星轮架一体的激波轴、双相凸轮、活齿和活齿架；激波轴通过键与双相凸轮固定联结；活齿销轴与活齿组成活齿，左活齿保持架与右活齿保持架通过柱销连为一体构成活齿架；激波轴右端通过第四球轴承支撑于右活齿保持架上，双相凸轮处在左活齿保持架与右活齿保持架中间，活齿装入左活齿保持架和右活齿保持架的径向槽中，活齿位于双相凸轮与摆线中心轮之间，活齿架连接输出轴；

内齿轮与左活齿保持架合为一体，左活齿保持架外圆柱与摆线中心轮之间装有第二球轴承，左活齿保持架内圆面与行星轮架之间装有第一球轴承，右活齿保持架与摆线中心轮之间装有第三球轴承。

本发明的技术效果是：

本发明在传动过程中，内齿轮与活齿架固联，由于内齿圈可以绕中心轴转动，运动和动力可以通过内齿轮和行星架共同传输到输出轴，实现了传动机构的并联，完成功率分流，增加了系统的承载能力，并且结构紧凑，体积较小，传动比大。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构示意图；

图2本发明的左活齿保持架的结构示意图；

图3本发明的右活齿保持架的结构示意图；

图4本发明的活齿架的结构示意图；

图5本发明的双相凸轮的结构示意图；

图6本发明的摆线中心轮的结构示意图；

图7本发明的传动原理图。

图中：1、活齿销轴，2、活齿，3、左活齿保持架(内齿轮)，4、右活齿保持架，5、径向槽，6、小齿轮，7、行星轮架(激波轴)，8、行星轮，9、第一球轴承，10、双相凸轮，11、第二球轴承，12、第三球轴承，13、摆线中心轮，14、第四球轴承，15、键，16、柱销，17、内齿轮；18、输入轴；19、输出轴。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

本专利申请中，为了清楚描述各部件，在部件名称前添加了“左”和“右”以示区分，所述“左”、“右”是依据以上附图的布设位置来确定的，在本发明的实际安装位置发生改变，其方位的称谓随之改变，不能视为对专利保护范围的限制。

本专利申请中，术语“双相凸轮”是指用一个含有180°布置的两个波幅的盘状凸轮,由于两个波幅对称，其质心位于回转中心上，转动时不会产生离心惯性力，激波器本身是平衡的；双相凸轮的两条生成曲线所确定的两个啮合区是轴对称的，作用在激波器上的载荷大小相等、方向相反，相互抵消，双相激波器的受力平衡，不受附加力偶的约束。

如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明包括行星传动机构、活齿传动机构和摆线中心轮三部分，行星传动机构包括输入轴18、小齿轮6、行星轮8、内齿轮17、行星轮轴和行星轮架7；活齿传动机构包括与行星轮架7一体的激波轴、双相凸轮10、活齿2和活齿架；激波轴通过键15与双相凸轮10固定联结；活齿销轴1与活齿2组成活齿，左活齿保持架3与右活齿保持架4通过柱销16连为一体构成活齿架，左活齿保持架与右活齿保持架之间的距离由柱销外的套筒确定；激波轴右端通过第四球轴承14支撑于右活齿保持架4上，双相凸轮10处在左活齿保持架3与右活齿保持架4中间，活齿1装入左活齿保持架3和右活齿保持架4的径向槽5中，活齿1位于双相凸轮10与摆线中心轮13之间，活齿架连接输出轴19；

如图2所示，内齿轮17与左活齿保持架3合为一体，如图1所示，左活齿保持架3外圆柱与摆线中心轮13之间装有第二球轴承11，左活齿保持架3内圆面与行星轮架7之间装有第一球轴承9，右活齿保持架4与摆线中心轮13之间装有第三球轴承12。

行星轮8的数目为三个，并通过球轴承安装在沿行星轮架7周向均布的三个行星轮轴上。

本发明的工作过程是：

当输入轴18转动时，小齿轮6与行星轮8外啮合，行星轮8与内齿轮17内啮合，一方面，星轮轴推动行星轮架7转动，驱动固联于行星轮架7的双相凸轮10转动，双相凸轮10推动活齿2与摆线中心轮13啮合，将动力传递给活齿架；另一方面，内齿轮17与左活齿保持架3合为一体，行星轮8通过内齿轮17直接将动力传递给活齿架。这样，输入轴18的动力及运动经由活齿传动机构和行星传动机构的内齿轮17两套结构同时传递到活齿架上的输出轴，实现功率分流，增加了系统的承载能力。

如图1和图5所示，活齿传动机构具有一根激波轴和一片双相凸轮，双相凸轮无偏心的固联于激波轴上，双相凸轮10的轮廓曲线为标准椭圆曲线；活齿2和活齿销轴1的廓线为标准圆曲线；左活齿保持架和右活齿保持架上的径向槽5的廓线为槽口；摆线中心轮的廓线为活齿在双相凸轮10驱动下沿径向槽作径向运动、同时双相凸轮10与活齿架又按给定速比(该速比按工程需要的传动比确定)作等速转动时的包络曲线。

行星传动机构有两个自由度，输入轴确定一个自由度，活齿架和内齿轮17速度一样，反过来也确定一个自由度，内齿轮17的自由度确定一个速比，即活齿架与行星轮之间的速比。

本发明具有以下优点：

1、本发明由一级差动行星传动和一级椭圆双相凸轮激波全滚动活齿传动有机结合而形成的一种两级级并联的传动机构，属于并联传动的构型和无曲轴化结构，使传动减速器在结构空间布置上更加紧凑，具有更高的功率密度和承载能力。

2、由于第一级是差动轮系，在相同轮齿齿数配比的情况下具有更大的传动比。

本发明的传动原理如图7所示，运动由输入轴输入并传递给小齿轮，小齿轮、行星轮与内齿轮组成差动行星轮系，一方面，行星轮架驱动双相凸轮转动，双相凸轮推动活齿与摆线中心轮啮合，将动力传递给活齿架；另一方面，由于内齿轮与左活齿保持架合为一体，活齿架的运动又将确定内齿轮的运动。这样，输入轴的动力及运动经由活齿传动机构和行星传动机构的内齿轮两套结构同时传递到活齿架上的输出轴。

根据差速行星齿轮传动和活齿传动特性可计算得到本发明的传动比为，步骤如下：

第一级行星级传动：

第二级活齿传动：

其中：

n₃＝n_G n_h＝n_j

综合上式，可计算得出传动比：

根据文献“凸轮激波复式活齿传动的结构及齿形分析[J]”，董新蕊,李剑锋,王新华,中国机械工程,2006,17(16)，文献中给出了串联复式活齿传动的传动比的计算过程及其最终表达式，串联复式活齿传动的传动比为：

以上公式中：Z₁代表小齿轮齿数，Z₃代表内齿圈齿数，Z_G代表活齿齿数，Z_K代表摆线中心轮齿数。n₁代表输入轴或小齿轮转速，n₃代表内齿轮转速，n_h代表行星轮架转速，n_j代表双相凸轮激波器转速，n_G代表活齿架转速。

式(1)与式(2)相比，Z_K＞Z_G,所以本发明的传动比增大。

3、利用双相激波双相凸轮，使其在载荷传递过程中实现自平衡，极大减小了系统动载荷，提高其承载能力和传动精度。

Claims (3)

1.一种活齿传动装置，包括行星传动机构、活齿传动机构和摆线中心轮三部分，行星传动机构包括输入轴（18）、小齿轮（6）、行星轮（8）、内齿轮（17）、行星轮轴和行星轮架（7）；活齿传动机构包括与行星轮架（7）一体的激波轴、双相凸轮（10）、活齿（2）和活齿架；激波轴通过键（15）与双相凸轮（10）固定联结；活齿销轴（1）与活齿（2）组成活齿，左活齿保持架（3）与右活齿保持架（4）通过柱销（16）连为一体构成活齿架；激波轴右端通过第四球轴承（14）支撑于右活齿保持架（4）上，双相凸轮（10）处在左活齿保持架（3）与右活齿保持架（4）中间，活齿（1）装入左活齿保持架（3）和右活齿保持架（4）的径向槽（5）中，活齿（1）位于双相凸轮（10）与摆线中心轮（13）之间，活齿架连接输出轴（19）；其特征是：

内齿轮（17）与左活齿保持架（3）合为一体，左活齿保持架（3）外圆柱与摆线中心轮（13）之间装有第二球轴承（11），左活齿保持架（3）内圆面与行星轮架（7）之间装有第一球轴承（9），右活齿保持架（4）与摆线中心轮（13）之间装有第三球轴承（12）。

2.根据权利要求1所述的活齿传动装置，其特征是：所述行星轮（8）的数目为三个，并通过球轴承安装在沿行星轮架（7）周向均布的三个行星轮轴上。

3.根据权利要求1或2所述的活齿传动装置，其特征是：所述活齿传动机构具有一根激波轴和一片双相凸轮，双相凸轮无偏心地固联于激波轴上，双相凸轮（10）的轮廓曲线为标准椭圆曲线。