CN110067833B - 一种双圆弧有隙啮合少齿差行星传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双圆弧有隙啮合少齿差行星传动装置，包括箱体以及设置在箱体内的偏心轴，所述偏心轴的第一偏心部和第二偏心部上分别设置有两个外齿轮，所述外齿轮对应的箱体内壁上设置有内齿轮，所述内齿轮与外齿轮配合啮合，两个外齿轮之间还设置有多个驱动销，多个驱动销两端与两个端盘连接配合形成行星架结构并输出动力，所述内齿轮的齿廓、外齿轮的齿廓均为圆弧，所述内齿轮与外齿轮存在初始啮合间隙。本发明解决了复杂曲线高精度加工以及齿廓修形问题，并保持良好的精密运行效果。

Description

一种双圆弧有隙啮合少齿差行星传动装置

技术领域

本发明涉及齿轮传动技术领域，具体涉及一种双圆弧有隙啮合少齿差行星传动装置

背景技术

少齿差行星传动由于具有传动比大、结构紧凑、承载能力大和传动效率高等优点，已经在冶金、矿山和化工等动力传动领域得到广泛应用。该传动由于啮合齿数多，误差均化效应明显，近年来在机器人、航空航天和数控机床等精密传动领域也越来越受到广泛关注。

现有的实现方案有摆线针轮少齿差行星传动、渐开线少齿差行星传动等。

现有少齿差行星传动其共轭齿轮的齿廓分别为渐开线与渐开线、摆线与圆弧等复杂曲线，导致加工制造相对复杂且精度不易保证，特别是摆线轮的加工一般需要在专用的机床设备上进行，加工成本高，并且设计曲线与加工后的曲线很难匹配一致，这种高精度的修形方式一度被国外企业掌控。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种双圆弧有隙啮合少齿差行星传动装置，解决了复杂曲线高精度加工以及齿廓修形问题，并保持良好的精密运行效果。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双圆弧有隙啮合少齿差行星传动装置，包括箱体以及设置在箱体内的偏心轴，所述偏心轴的第一偏心部和第二偏心部上分别设置有两个外齿轮，所述外齿轮对应的箱体内壁上设置有内齿轮，所述内齿轮与外齿轮配合啮合，两个外齿轮之间还设置有多个驱动销，多个驱动销两端与两个端盘连接配合形成行星架结构并输出动力，所述内齿轮的齿廓、外齿轮的齿廓均为圆弧，所述内齿轮与外齿轮存在初始啮合间隙。

进一步的，所述内齿轮与外齿轮均具有圆弧状齿廓的轮齿。

进一步的，所述内齿轮的轮齿齿廓由设置在齿部上的内滚针获得，所述内滚针对应的齿部上设置有包容槽，所述外齿轮具有圆弧状齿廓的轮齿。

进一步的，所述外齿轮的轮齿齿廓由设置在齿部上的外滚针获得，所述外滚针对应的齿部上设置有包容槽，所述内齿轮具有圆弧状齿廓的轮齿。

进一步的，所述内齿轮的轮齿齿廓由设置在齿部上的内滚针获得，所述内滚针对应的齿部上设置有包容槽，所述外齿轮的轮齿齿廓由设置在齿部上的外滚针获得，所述外滚针对应的齿部上设置有包容槽。

进一步的，所述箱体内还设置有滚针限位挡圈。

一种双圆弧有隙啮合齿轮副形成方法，包括以下步骤：

步骤1)根据传动装置结构尺寸、传动比，确定外齿轮齿数z₁、内齿轮齿数z₂以及外齿轮齿廓的圆弧半径r_o，初步确定偏心距e、外齿轮分度圆半径R_o范围及初始值；

外齿轮圆弧齿廓方程为：

其中，θ为圆弧角变量；

步骤2)根据内齿轮和外齿轮相对运动规律，应用外齿轮齿廓的圆弧包络出与其共轭的内齿轮齿廓曲线，确定内齿轮共轭齿廓方程f(x₂,y₂)及啮合方程Φ，得到共轭齿廓组方程如下：

其中，分别为内外齿轮转角，λ＝ez₁/R_o；

步骤3)计算内齿轮齿廓啮合界限函数Φ_t并与啮合方程联立求解啮合界限值θ_t，可方程组如下：

求解可得，啮合界限值

步骤4)在[-θ_t,θ_t]范围内对拟合函数求解，得到内齿轮单齿圆弧齿廓半径r_i及圆心坐标(x_c,y_c)；

其中，(x_2j,y_2j)为内齿轮共轭齿廓坐标值，n为数据点个数；

步骤5)计算拟合间隙

步骤6)判断拟合间隙与初始啮合间隙限定值c₀的大小，如0＜c_i≤c₀，则该组设计参数满足设计要求，确定设计参数R_i、r_i，结束设计过程，反之，则需要改变优化参数偏心距e、外齿轮分度圆半径R_o，重新计算直到满足设计要求为止。

本发明的有益效果：

1、采用双圆弧齿廓啮合，能够避免复杂曲线的加工，圆弧加工难度低；加工工艺简单且精度高，具有较好的加工经济精度。

2、其有隙啮合齿轮副由共轭啮合齿廓等效获得，啮合运行状态良好；同时啮合齿数多且啮合范围大，承载能力高；误差均化效应明显，能够降低传动误差，提高传动精度。

3、本方法采用先计算外齿轮圆弧齿廓，根据外齿轮圆弧齿廓推导得出内齿轮的啮合共轭齿廓、圆弧齿廓、齿廓半径及圆形等参数，使得制备后的传动装置无需后期修形，在设计时即可保证间隙的存在并有效控制。

4、本传动装置采用简支支撑结构可以承受较大外加轴向力与径向力，可实现同轴双输出；采用油封进行完全密封，保证了良好的润滑条件。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明部分结构爆炸示意图；

图3是本发明齿轮副啮合示意图；

图4是本发明图3中顶隙示意图；

图5是本发明图3中底隙示意图；

图6是本发明图3中侧隙示意图；

图7是本发明图3中齿轮副的等效共轭啮合示意图；

图8是本发明一体轮齿结构示意图；

图9是本发明图8中顶隙示意图；

图10是本发明图8中底隙示意图；

图11是本发明图8中侧隙示意图；

图12是本发明具有内滚针的结构示意图；

图13是本发明图12中顶隙示意图；

图14是本发明图12中底隙示意图；

图15是本发明图12中侧隙示意图；

图16是本发明具有外滚针的结构示意图；

图17是本发明图16中顶隙示意图；

图18是本发明图16中底隙示意图；

图19是本发明图16中侧隙示意图；

图20是本发明双圆弧有隙啮合齿轮副形成流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1至图3所示，本发明的双圆弧有隙啮合少齿差行星传动装置的一实施例，包括箱体以及设置在箱体内的偏心轴1，偏心轴的第一偏心部2和第二偏心部3上分别设置有两个外齿轮4，外齿轮对应的箱体内壁上设置有内齿轮6，内齿轮与外齿轮配合啮合，两个外齿轮之间还设置有多个驱动销7，多个驱动销两端与两个端盘9连接配合形成行星架结构并输出动力；端盘通过油封10和轴承11固定，保证输出稳定性，匹配关系参见图1所示。

端盘可以为2，分别设置在偏心轴轴向两端上，形成双向输出效果。

偏心轴带动外齿轮偏心转动，外齿轮与内齿轮啮合，并形成少齿差转动输出的效果。将内齿轮轮齿的齿廓、外齿轮轮齿的齿廓均为圆弧，采用圆弧设计，即不存在复杂曲线修形的问题，圆弧是容易制备的，并且制备精度高，通过设计成形后，圆弧不需要进行弧形曲线修形，因此制备难度大大降低，参照图4至图6所示，圆弧结构装配后可产生初始啮合间隙，间隙稳定可控；并且双圆弧设计在啮合后能够提高啮合齿数，参照图7所示的共轭啮效果，啮合范围大，承载能力大大提高，并且还能够降低传动误差，提高传动精度。该结构设计中，相邻轮齿之间的齿槽是不参与啮合的(即相邻齿廓之间的齿槽)。

具体的，上述的内齿轮的轮齿齿廓由设置在齿部上的内滚针41获得，外齿轮的轮齿齿廓由设置在齿部上的外滚针61获得，滚针外表面即为圆弧结构。进一步的，箱体内还设置有滚针限位挡圈12。滚针限位挡圈限制内滚针和外滚针的配合位置，防止脱出移动等。采用双滚针的结构时，滚针制备技术成熟，并且成本低；内齿轮、两个外齿轮均采用开槽的方式容置上述的内滚针和外滚针也极为便捷，即外滚针和内对应的齿部上均开设包容槽，采用常规的加工方式即可成型，加工精度高，难度低。并且在啮合运行过程中，内滚针和外滚针均可以进行自转运动，因此在外齿轮带动外滚针周转的同时，外滚针还能够与内滚针啮合产生自转运动，从而减少啮合转动时齿部的摩擦力，减少啮合损耗，提高输出能力。

在一实施例中，参照图8至图11所示，内齿轮与外齿轮均具有圆弧状齿廓的轮齿，内齿轮与其对应的轮齿之间以及外齿轮与其对应的轮齿之间均为一体成型结构，结构稳定，制备成本低，制备难度小。

在一实施例中，参照图12至图15所示，内齿轮的轮齿齿廓由设置在齿部上的内滚针获得，滚针外表面即为圆弧结构，内滚针对应的齿部上设置有包容槽，以安装容置内滚针，外齿轮具有圆弧状齿廓的轮齿，外齿轮和轮齿一体成型，制备成本低，制备难度小，并且内滚针有效降低啮合转动损耗。

在一实施例中，参照图16至图19所示，外齿轮的轮齿齿廓由设置在齿部上的外滚针获得，滚针外表面即为圆弧结构，外滚针对应的齿部上设置有包容槽，以安装容置外滚针，内齿轮具有圆弧状齿廓的轮齿，内齿轮和轮齿一体成型，制备成本低，制备难度小，并且外滚针有效降低啮合转动损耗。

参照图20所示，本申请还提供一种双圆弧有隙啮合齿轮副形成方法，包括以下步骤：

步骤1)根据传动装置结构尺寸、传动比，确定外齿轮齿数z₁、内齿轮齿数z₂以及外齿轮齿廓的圆弧半径r_o，初步确定偏心距e、外齿轮分度圆半径R_o范围及初始值；

先将外齿轮圆弧齿廓确定，参照下述的方程：

其中，θ为圆弧角变量；

步骤2)根据内齿轮和外齿轮相对运动规律，应用外齿轮齿廓的圆弧包络出与其共轭的内齿轮齿廓曲线，确定内齿轮共轭齿廓方程f(x₂,y₂)及啮合方程Φ，得到共轭齿廓组方程如下：

其中，分别为内外齿轮转角，λ＝ez₁/R_o；

步骤3)计算内齿轮齿廓啮合界限函数Φ_t并与啮合方程联立求解啮合界限值θ_t，可方程组如下：

求解可得，啮合界限值

步骤4)在[-θ_t,θ_t]范围内对拟合函数求解，得到内齿轮单齿圆弧齿廓半径r_i及圆心坐标(x_c,y_c)；

其中，(x_2j,y_2j)为内齿轮共轭齿廓坐标值，n为数据点个数；

步骤5)计算拟合间隙

步骤6)判断拟合间隙与初始啮合间隙限定值c₀的大小，如0＜c_i≤c₀，则该组设计参数满足设计要求，确定设计参数R_i、r_i，结束设计过程，反之，则需要改变优化参数偏心距e、外齿轮分度圆半径R_o，重新计算直到满足设计要求为止。

由于复杂曲线为少齿差传动多齿啮合的特点，理论上全部齿对接触，一半齿轮参与力矩转递，重合度大，导致在实际应用过程中需要对共轭齿廓进行修形，以防止由于加工、装配误差导致齿廓干涉，修形提供啮合间隙以形成润滑油膜，改善润滑条件，而在修形后，会降低啮合齿数；采用上述方式进行成型的圆弧形内齿轮和外齿轮能够直接配合使用，间隙值以存在，并且加工时由于不是复杂曲线，因此加工精度高，在设计的间隙值内能够直接使用，无需修形，因此该设计的新型双滚针有隙啮合齿轮替代复杂曲线构成的齿轮副，从根本上接解决杂曲线高精度加工以及齿廓修形问题。降低制造难度及加工成本，同时保证在啮合间隙存在形况下，同时啮合齿数多，重合度大，保持较高的承载能力。

以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (1)

1.一种双圆弧有隙啮合少齿差行星传动装置，包括箱体以及设置在箱体内的偏心轴，所述偏心轴的第一偏心部和第二偏心部上分别设置有两个外齿轮，所述外齿轮对应的箱体内壁上设置有内齿轮，所述内齿轮与外齿轮配合啮合，其特征在于，两个外齿轮之间还设置有多个驱动销，多个驱动销两端与两个端盘连接配合形成行星架结构并输出动力，所述内齿轮的齿廓、外齿轮的齿廓均为圆弧，所述内齿轮与外齿轮存在初始啮合间隙；

所述内齿轮与外齿轮均具有圆弧状齿廓的轮齿；

所述内齿轮的轮齿齿廓由设置在齿部上的内滚针获得，所述内滚针对应的齿部上设置有包容槽，所述外齿轮具有圆弧状齿廓的轮齿；

所述外齿轮的轮齿齿廓由设置在齿部上的外滚针获得，所述外滚针对应的齿部上设置有包容槽，所述内齿轮具有圆弧状齿廓的轮齿；

所述内齿轮的轮齿齿廓由设置在齿部上的内滚针获得，所述内滚针对应的齿部上设置有包容槽，所述外齿轮的轮齿齿廓由设置在齿部上的外滚针获得，所述外滚针对应的齿部上设置有包容槽；

所述箱体内还设置有滚针限位挡圈；

上述双圆弧有隙啮合齿轮副形成方法，包括以下步骤：

步骤1)根据传动装置结构尺寸、传动比，确定外齿轮齿数z₁、内齿轮齿数z₂以及外齿轮齿廓的圆弧半径r_o，初步确定偏心距e、外齿轮分度圆半径R_o范围及初始值；

外齿轮圆弧齿廓方程为：

其中，θ为圆弧角变量；

步骤2)根据内齿轮和外齿轮相对运动规律，应用外齿轮齿廓的圆弧包络出与其共轭的内齿轮齿廓曲线，确定内齿轮共轭齿廓方程f(x₂,y₂)及啮合方程Φ，得到共轭齿廓组方程如下：

其中，分别为内外齿轮转角，λ＝ez₁/R_o；

步骤3)计算内齿轮齿廓啮合界限函数Φ_t并与啮合方程联立求解啮合界限值θ_t，可方程组如下：

求解可得，啮合界限值

步骤4)在[-θ_t,θ_t]范围内对拟合函数求解，得到内齿轮单齿圆弧齿廓半径r_i及圆心坐标(x_c,y_c)；

其中，(x_2j,y_2j)为内齿轮共轭齿廓坐标值，n为数据点个数；

步骤5)计算拟合间隙

步骤6)判断拟合间隙与初始啮合间隙限定值c₀的大小，如0＜c_i≤c₀，则该组设计参数满足设计要求，确定设计参数R_i、r_i，结束设计过程，反之，则需要改变优化参数偏心距e、外齿轮分度圆半径R_o，重新计算直到满足设计要求为止。