CN109882551A - 一种单级大减速比齿轮减速器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种单级大减速比齿轮减速器，包括：行星轮机构、输入机构、输出机构和壳体机构；行星轮机构包括：至少一个行星齿轮；输入机构包括：中心齿轮；输出机构包括：输出齿轮；壳体机构包括：固定齿轮；中心齿轮为外齿轮，输出齿轮和固定齿轮为内齿轮；中心齿轮、输出齿轮和固定齿轮为同轴设置，并且分别同时与至少一个行星齿轮相啮合；通过外部扭矩带动中心齿轮旋转，输出齿轮用于输出单级大减速比齿轮减速器的输出扭矩。本发明的齿轮减速器，可以在更小的体积下提供与RV、谐波减速器相同的减速比；输出齿轮的支撑刚度好，回转精度高；能够实现无间隙传动，并能达到很高的传动精度；零件种类和数量少，可靠性高。

Description

一种单级大减速比齿轮减速器

技术领域

本发明涉及齿轮传动技术领域，尤其涉及一种单级大减速比齿轮减速器。

背景技术

减速器是机器人和伺服系统不可缺少的核心关键部件，用于将电机较小的力矩和较高的转速转化为较大力矩和较低转速驱动关节运动。目前，机器人和伺服系统减速器多采用RV减速器、谐波减速器。这两种减速器都存在各自问题：RV减速器的零件加工难度大，其中摆线轮的成型磨加工精度要求极高，并且RV减速器结构复杂、体积重量较大；谐波减速器因齿轮模数较小，机加工艺复杂效率低、对刀具要求较高，柔性零件在使用过程中容易产生疲劳破坏，寿命有限，谐波传动一般只能承受纯扭矩负载，复合负载能力差，当承受扭矩、弯矩和轴向力等的复合负载时，负载能力明显下降，甚至不能正常传动。这些问题造成机器人和伺服系统成本居高不下，使用和维护成本较高。因此，需要一种新型的减速器。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种单级大减速比齿轮减速器。

根据本发明的一个方面，提供一种单级大减速比齿轮减速器，包括：行星轮机构、输入机构、输出机构和壳体机构；所述行星轮机构包括：至少一个行星齿轮；所述输入机构包括：中心齿轮；所述输出机构包括：输出齿轮；所述壳体机构包括：固定齿轮；所述中心齿轮为外齿轮，所述输出齿轮和所述固定齿轮为内齿轮；所述中心齿轮、所述输出齿轮和所述固定齿轮为同轴设置，并且分别同时与所述至少一个行星齿轮相啮合；通过外部扭矩带动所述中心齿轮旋转，所述输出齿轮用于输出单级大减速比齿轮减速器的输出扭矩。

可选地，所述固定齿轮的结构为设置有第一空腔的壳体结构，在所述第一空腔的内壁上设置有用于与所述至少一个行星齿轮相啮合的内齿。

可选地，所述输出齿轮的结构为设置有第二空腔的壳体结构，在所述第二空腔的内壁上设置有用于与所述至少一个行星齿轮相啮合的内齿；所述输出机构包括：设置有第三空腔的前壳体；所述输出齿轮设置在所述第三空腔内，所述输出齿轮的外壁与所述第三空腔的内壁转动连接。

可选地，所述前壳体用于将所述输出齿轮与所述固定齿轮压合，所述前壳体与所述固定齿轮固定连接；其中，所述第一空腔和所述第二空腔围成减速器空腔，所述中心齿轮以及所述至少一个行星齿轮设置在所述减速器空腔内。

可选地，所述输出机构包括：输出法兰；所述前壳体设置有法兰安装通孔，所述输出法兰设置在所述法兰安装通孔中并且与所述输出齿轮连接，所述输出法兰用于输出单级大减速比齿轮减速器的输出扭矩。

可选地，所述输出齿轮的一端设置有与所述第二空腔相连通的第一安装通孔，所述输出法兰设置有第二安装通孔，所述固定齿轮的一端设置有与所述第一空腔相连通的第三安装通孔；所述中心齿轮包括：输入轴、连接轴和齿轮本体；所述齿轮本体位于所述输入轴和所述连接轴之间；所述连接轴穿过所述第一安装通孔与所述第二安装通孔转动连接，所述输入轴与所述第三安装通孔转动连接；其中，所述输入轴用于输入所述外部扭矩。

可选地，包括：至少一个行星架组；每个行星架组都与一个所述行星齿轮对应设置；所述行星架组包括：前支架、后支架和行星轮轴；所述行星轮轴与所述行星齿轮的中心孔转动连接，所述前支架和所述后支架分别与所述行星轮轴的两端连接；所述前支架的一端和所述后支架的一端分别与所述输入轴和所述连接轴转动连接。

可选地，所述输出齿轮的外壁通过角接触球轴承与所述第三空腔的内壁转动连接；所述输入轴通过轴承与所述第三安装通孔转动连接，所述连接轴通过轴承与所述第二安装通孔转动连接；所述前支架的一端和所述后支架的一端分别通过轴承与所述输入轴和所述连接轴转动连接。

可选地，所述输入轴、所述连接轴和所述齿轮本体为一体成型。

可选地，所述行星齿轮的数量为多个，多个所述行星齿轮沿所述中心齿轮的周向均匀分布；所述单级大减速比齿轮减速器的减速比为50-30。

本发明的单级大减速比齿轮减速器，可以在同样甚至更小的体积下提供与RV减速器和谐波减速器相同的减速比；输出齿轮的支撑刚度好，回转精度高；能够实现无间隙传动，并能达到很高的传动精度；成本低，易于加工和检测；零件种类和数量少，可靠性高、寿命高，便于拆卸维修，具有重要实用价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图：

图1、2为根据本发明的单级大减速比齿轮减速器的一个实施例的整体示意图；

图3为根据本发明的单级大减速比齿轮减速器的一个实施例的剖视示意图；

图4为根据本发明的单级大减速比齿轮减速器的一个实施例的行星齿轮的布置示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。

下文中的“第一”、“第二”等为描述上相区别，并没有其它特殊的含义。

如图1-4所示，本发明提供一种单级大减速比齿轮减速器，包括：行星轮机构、输入机构、输出机构和壳体机构，行星轮机构、输入机构、输出机构和壳体机构可以有多种机构。例如，行星轮机构包括：至少一个行星齿轮。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，它们的转动轴还绕其它齿轮的轴线转动的齿轮，绕自己轴线的转动称为“自转”，绕其它齿轮轴线的转动称为“公转”。行星齿轮的数量可以为1、2、3、4个等，如果为多个行星齿轮，则为单排排列。

输入机构包括：中心齿轮；输出机构包括：输出齿轮；壳体机构包括：固定齿轮；中心齿轮为外齿轮，输出齿轮和固定齿轮为内齿轮。中心齿轮、输出齿轮和固定齿轮为同轴设置，并且分别同时与至少一个行星齿轮相啮合。通过外部扭矩带动中心齿轮旋转，输出齿轮用于输出单级大减速比齿轮减速器的输出扭矩。外部扭矩可以为电机等提供的扭矩，输出齿轮在至少一个行星齿轮、中心齿轮的驱动下，能够实现相对于固定齿轮的旋转动作，输出单级大减速比齿轮减速器的输出扭矩。

本发明的单级大减速比齿轮减速器的传动比范围为50-300，传动效率可以达到0.70-0.85，可以在有限的空间提供更大的传动比和更多的选择范围，在同样的电机力矩输入情况下，与RV减速器、谐波减速器相比较，能够输出一致或更大的力矩。

在一个实施例中，固定齿轮可以采用多种结构。例如，固定齿轮11的结构为设置有第一空腔的壳体结构，为主壳体结构件。在第一空腔的内壁上设置有用于与至少一个行星齿轮34相啮合的内齿13。输出齿轮可以采用多种结构。例如，输出齿轮41的结构为设置有第二空腔的壳体结构，在第二空腔的内壁上设置有用于与至少一个行星齿轮相啮合的内齿44。输出机构包括：设置有第三空腔的前壳体43；输出齿轮41设置在第三空腔内，输出齿轮41的外壁与第三空腔的内壁转动连接，输出齿轮41的外壁可以通过背靠背角接触球轴承14与第三空腔的内壁转动连接。

前壳体43用于将输出齿轮41与固定齿轮11压合，前壳体43与固定齿轮11固定连接，可以采用螺纹连接、卡扣连接、焊接等连接方式。例如，固定齿轮11带有安装法兰12，用于与前壳体43螺纹连接，也可以可通过安装法兰12与其他机械设备连接。固定齿轮11的第一空腔和输出齿轮41的第二空腔围成减速器空腔，中心齿轮以及至少一个行星齿轮设置在减速器空腔内。输出机构包括：输出法兰42；前壳体43设置有法兰安装通孔，输出法兰42设置在法兰安装通孔中并且与输出齿轮41连接，输出法兰42用于输出单级大减速比齿轮减速器的输出扭矩。

输出齿轮41的一端设置有与输出齿轮41的第二空腔相连通的第一安装通孔，输出法兰42设置有第二安装通孔。固定齿轮11的一端设置有与固定齿轮11的第一空腔相连通的第三安装通孔。中心齿轮可以有多种结构，例如，中心齿轮包括：输入轴25、连接轴21和齿轮本体22，齿轮本体22位于输入轴25和连接轴21之间。

输入轴25、连接轴21和齿轮本体22相连接，输入轴25、连接轴21和齿轮本体22可以为一体成型。连接轴21穿过第一安装通孔与第二安装通孔转动连接，输入轴25与第三安装通孔转动连接。例如，连接轴21穿过第三安装通孔并通过前轴承23与第二安装通孔转动连接，输入轴25通过后轴承24与第三安装通孔转动连接。输入轴25用于输入外部扭矩。例如，输入轴25上设置有键槽，用于与电机连接，输入轴25在外力的作用下相对于固定齿轮11旋转，输出齿轮41输出低速旋转动作，实现减速作用。

本发明的单级大减速比齿轮减速器的零件种类与数量较少，并且例如固定齿轮11、输出齿轮41、前壳体43等零件大多为薄壁中空结构，因此可以在相同体积和性能的前提下，实现较轻的重量；单级大减速比齿轮减速器的行星齿轮的模数是相同减速比与外形尺寸的谐波齿轮的2至3倍，模数为0.1-5，较大的模数有利于提高传动副的传动刚度与承载能力，并且本发明的单级大减速比齿轮减速器中不存在谐波齿轮传动中的柔性元件，使用寿命更长、维护成本更低。

单级大减速比齿轮减速器的行星齿轮的模数相比谐波齿轮较大的模数，可以提高机加工艺性，不用采用特殊的小模数加工刀具。至少一个行星齿轮沿中心齿轮的周向均匀分布。如图4所示，行星齿轮可以设置为三个，行星齿轮34、行星齿轮38和行星齿轮39可以实现三对齿轮副同时啮合，减小传动间隙，提高传动精度。

在一个实施例中，设置有至少一个行星架组，每个行星架组都与一个行星齿轮对应设置。行星架组包括：前支架31、后支架32和行星轮轴35；行星轮轴35与行星齿轮的中心孔转动连接，前支架31和后支架分32别与行星轮轴35的两端连接。前支架31的一端和后支架32的一端分别与输入轴25和连接轴21转动连接。行星架组包括：支持轴承33、轮轴套管36、行星轮垫片37，前支架31的一端和后支架32的一端分别通过支持轴承33、轮轴套管36、行星轮垫片37与输入轴25和连接轴21转动连接。

在一个实施例中，可以根据传动比等参数设计中心齿轮、固定齿轮和输出齿轮的齿数等。单级大减速比齿轮减速器为一种单极大减速比单级大减速比齿轮减速器，减速比为50至300。中心齿轮、输出齿轮和固定齿轮以及至少一个行星齿轮组成齿轮传动副，中心齿轮、输出齿轮和固定齿轮以及至少一个行星齿轮可以都为变位齿轮，采取变位以保证各齿轮副中心距匹配。

采用改变刀具与被加工齿轮相对位置来加工齿轮的方法称为变位修正法，采用变位修正法加工的齿轮称为变位齿轮，包括切向变位、径向变位等变位。例如，中心齿轮、输出齿轮和固定齿轮以及至少一个行星齿轮的模数为0.1-5、变位系数为0.01-3。中心齿轮、输出齿轮和固定齿轮以及至少一个行星齿轮的表面可以涂有航空润滑脂，例如为宽温航空润滑脂等。

在一个实施例中，行星齿轮34等可以绕行星轮轴承35旋转，连接轴21、输入轴25与中心齿轮的齿轮本体22固定连接，中心齿轮在通过输入轴25输入的外力作用下旋转，带动与中心齿轮的齿轮本体22啮合的行星齿轮34等旋转。行星齿轮34等同时与固定齿轮11的内齿13和输出齿轮41的内齿44啮合，输出齿轮41的内齿44的齿数比固定齿轮11的内齿13多，行星齿轮34等数量为输出齿轮41的内齿44与固定齿轮11的内齿13的齿数差。

由于输出齿轮41的内齿44和固定齿轮11的内齿13齿数差的存在，行星齿轮34与两者啮合转动过程中，输出齿圈41与固定齿轮11存在较小的转速差，将固定齿轮11固定，输出齿轮41就随着输入轴25和行星齿轮34等转动，而且转动速度远远小于输入轴25的转速。行星齿轮34为了与齿数不同的输出齿轮41和固定齿轮11同时啮合，行星齿轮34等、输出齿轮41和固定齿轮11同时采用变位设计，实现行星齿轮34等与输出齿轮41的中心距与行星齿轮34等和固定齿轮11的中心距相等。

输出齿轮41的外壁可以通过背靠背角接触球轴承14与前壳体43的第三空腔的内壁转动连接，使输出齿轮41可以承受轴向力和径向力，从而扩大减速器使用范围。使用时，将电机的输出轴与输入轴25连接，将输出法兰42与被驱动设备相连，电机输出旋转动作，带动输入轴25旋转，经过减速器减速后通过输出法兰42带动被驱动设备旋转。

上述实施例中提供的单级单级大减速比齿轮减速器，可以提供单级大减速比和较宽的减速比范围，可以在同样甚至更小的体积下提供与RV减速器和谐波减速器相同的减速比；输入轴可以为中空结构，方便电机轴安装，输入轴和连接轴通过轴承分别支撑在输出法兰、前支架、后支架和前壳体上，实现输入轴轴向定位与径向支撑；输出齿轮通过角接触轴承实现轴向定位与径向支撑，该种轴系支撑方案，支撑刚度好，回转精度高；通过对各个齿轮副的变位参数进行精确匹配，可以实现行星齿轮与输出齿轮、行星齿轮与固定齿轮、行星齿轮与中心齿轮的啮合中心距相等，从而实现无间隙传动，并能达到很高的传动精度。

上述实施例中提供的单级单级大减速比齿轮减速器相对于现有的RV减速器、谐波减速器，具有结构简单、易于加工制造的特点，无需制造RV减速器的高精度成型磨削，也不采用加工谐波减速器小模数齿轮所用的低效的特殊刀具，只需保证普通变位齿轮的加工精度即可，成本低，易于加工和检测；零件种类和数量少，可靠性高、寿命高，便于拆卸维修；采用密封设计，在输出法兰侧安装有密封圈，并使用防尘密封轴承，可防止外界环境多余物进入减速器内部，大大提高减速器环境适应性；具有重要的实用价值，使用寿命更长、维护成本更低。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种单级大减速比齿轮减速器，其特征在于，包括：

行星轮机构、输入机构、输出机构和壳体机构；所述行星轮机构包括：至少一个行星齿轮；所述输入机构包括：中心齿轮；所述输出机构包括：输出齿轮；所述壳体机构包括：固定齿轮；所述中心齿轮为外齿轮，所述输出齿轮和所述固定齿轮为内齿轮；所述中心齿轮、所述输出齿轮和所述固定齿轮为同轴设置，并且分别同时与所述至少一个行星齿轮相啮合；通过外部扭矩带动所述中心齿轮旋转，所述输出齿轮用于输出单级大减速比齿轮减速器的输出扭矩。

2.如权利要求1所述的单级大减速比齿轮减速器，其特征在于，

所述固定齿轮的结构为设置有第一空腔的壳体结构，在所述第一空腔的内壁上设置有用于与所述至少一个行星齿轮相啮合的内齿。

3.如权利要求2所述的单级大减速比齿轮减速器，其特征在于，

所述输出齿轮的结构为设置有第二空腔的壳体结构，在所述第二空腔的内壁上设置有用于与所述至少一个行星齿轮相啮合的内齿；

所述输出机构包括：设置有第三空腔的前壳体；所述输出齿轮设置在所述第三空腔内，所述输出齿轮的外壁与所述第三空腔的内壁转动连接。

4.如权利要求3所述的单级大减速比齿轮减速器，其特征在于，

所述前壳体用于将所述输出齿轮与所述固定齿轮压合，所述前壳体与所述固定齿轮固定连接；其中，所述第一空腔和所述第二空腔围成减速器空腔，所述中心齿轮以及所述至少一个行星齿轮设置在所述减速器空腔内。

5.如权利要求4所述的单级大减速比齿轮减速器，其特征在于，

所述输出机构包括：输出法兰；所述前壳体设置有法兰安装通孔，所述输出法兰设置在所述法兰安装通孔中并且与所述输出齿轮连接，所述输出法兰用于输出单级大减速比齿轮减速器的输出扭矩。

6.如权利要求4所述的单级大减速比齿轮减速器，其特征在于，

所述输出齿轮的一端设置有与所述第二空腔相连通的第一安装通孔，所述输出法兰设置有第二安装通孔，所述固定齿轮的一端设置有与所述第一空腔相连通的第三安装通孔；

所述中心齿轮包括：输入轴、连接轴和齿轮本体；所述齿轮本体位于所述输入轴和所述连接轴之间；所述连接轴穿过所述第一安装通孔与所述第二安装通孔转动连接，所述输入轴与所述第三安装通孔转动连接；其中，所述输入轴用于输入所述外部扭矩。

7.如权利要求6所述的单级大减速比齿轮减速器，其特征在于，包括：

至少一个行星架组；每个行星架组都与一个所述行星齿轮对应设置；所述行星架组包括：前支架、后支架和行星轮轴；所述行星轮轴与所述行星齿轮的中心孔转动连接，所述前支架和所述后支架分别与所述行星轮轴的两端连接；所述前支架的一端和所述后支架的一端分别与所述输入轴和所述连接轴转动连接。

8.如权利要求7所述的单级大减速比齿轮减速器，其特征在于，

所述输出齿轮的外壁通过角接触球轴承与所述第三空腔的内壁转动连接；

所述输入轴通过轴承与所述第三安装通孔转动连接，所述连接轴通过轴承与所述第二安装通孔转动连接；

所述前支架的一端和所述后支架的一端分别通过轴承与所述输入轴和所述连接轴转动连接。

9.如权利要求6所述的单级大减速比齿轮减速器，其特征在于，

所述输入轴、所述连接轴和所述齿轮本体为一体成型。

10.如权利要求1至9任一项所述的单级大减速比齿轮减速器，其特征在于，

所述行星齿轮的数量为多个，多个所述行星齿轮沿所述中心齿轮的周向均匀分布；

所述单级大减速比齿轮减速器的减速比为50-300。