CN110425255B - 正弦平面二级活齿减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正弦平面二级活齿减速器，其包括主动轴、第一壳体、固定中心盘、中间外壳体、固定中心轮、第二壳体、二级激波器、等速转换架、行星盘、轴套和输出轴，组成了第一级齿差正弦活齿减速级、等速传动和第二级圆形激波正弦活齿减速级。现有的齿差活齿减速器的波形均为摆线型，该行星盘和固定中心盘的波形均为正弦形，正弦形具有较好的曲率性质，相同尺寸下其最大偏心距大于摆线型，故能够在传递中传递更大的力矩。该结构合理地运用等速机构将其一级行星盘减速后输出的自转速度以公转的形式传递给二级正弦活齿减速的激波器。该结构使用滚针轴承以及等速转换的集成结构，使该减速器具有整体结构小、传动精度高的特点。

Description

正弦平面二级活齿减速器

技术领域

本发明涉及机械传动中活齿减速器领域，特别涉及一种正弦平面二级活齿减速器。

背景技术

随着机械传动减速器的发展，活齿减速器因具有体积小和传动比大的特点而被广泛应用到航天、机器人和钻井平台等工业领域，并得到相关领域的认可。摆线型活齿减速器作为活齿减速的一种被人们所发现运用，但现存摆线活齿减速器因受到摆线性质的限制，传动比仅为行星盘摆线波数的一半，导致摆线活齿减速器传动比不足。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种正弦平面二级活齿减速器，该减速器弥补了摆线活齿减速器的不足，设计出一种正弦形波形的结构，此种正弦波形结构可以用于单齿差活齿减速器的结构，也可用于二齿差活齿减速器结构，且其曲率性质比摆线曲率性质较好。

一种正弦平面二级活齿减速器，其包括：主动轴、第一壳体、固定中心盘、中间外壳体、固定中心轮、第二壳体、二级激波器、等速转换架、行星盘、轴套和输出轴，所述第一壳体与所述固定中心盘的第一端相连，所述固定中心盘的第二端与所述中间外壳体的第一端相连，所述中间外壳体的第二端与所述固定中心轮的第一端相连，所述固定中心轮的第二端与所述第二壳体的第一端相连；所述固定中心盘的右端面与所述行星盘的左端面设有相互配合的正弦轨道，两个正弦轨道内设有一级钢球，所述主动轴为偏心阶梯轴，并通过深沟球轴承Ⅰ进行径向定位与支撑，所述行星盘通过滚针轴承IV进行径向定位与支撑；所述行星盘的右端面设有梯形轨道，所述等速转换架左端面设有圆型平面槽，所述行星盘的梯形轨道与所述等速转换架的圆型平面槽内设有等速钢球，所述等速转换架与所述中间外壳体间设有滚针轴承Ⅰ，所述滚针轴承Ⅰ对所述等速转换架进行径向定位与支撑，所述等速转换架右端的偏心轴与所述二级激波器间设有滚针轴承Ⅱ，所述等速转换架的偏心轴将偏心运动通过所述滚针轴承Ⅱ转换为所述二级激波器的偏心运动，所述等速转换架与所述输出轴之间设有滚针轴承Ⅲ，所述滚针轴承Ⅲ通过所述固定圈Ⅱ进行轴向定位，所述滚针轴承Ⅲ对所述输出轴进行径向支撑与轴向定位；所述二级激波器的右端面设有圆形轨道，所述固定中心轮的左端面设有正弦形轨道，所述二级激波器的圆形轨道与所述固定中心轮的正弦形轨道内设有二级钢球，所述固定中心轮通过深沟球轴承I与所述输出轴相连，并对所述输出轴进行径向定位与支撑。

优选地，所述行星盘的正弦轨道、所述固定中心盘的正弦轨道与所述一级钢球组成第一级齿差正弦活齿减速传动组合；所述行星盘的梯形轨道、所述等速转换架的圆型平面槽与所述等速钢球组成等速传动组合，以减小减速器的轴向尺寸；所述输出轴的中间部位设有二级传动活齿架，所述二级传动活齿架上设有均匀分布槽的圆形盘，所述二级激波器的圆形轨道、所述固定中心轮的正弦形轨道、所述输出轴与二级钢球组成第二级圆形激波正弦活齿减速传动组合。

优选地，在第一级齿差减速传动中，所述行星盘随所述主动轴的摆动公转转速作为输入，所述行星盘绕其几何中心自转的转速作为输出；在等速传动中，所述等速转换架的偏心轴将所述行星盘的自转运动转换为所述二级激波器的偏心运动；在第二级圆形激波活齿传动中，所述二级激波器的偏心运动作为输入，所述输出轴的转动作为输出。

优选地，所述等速转换架的左端中心通过深沟球轴承II与所述主动轴相连，所述深沟球轴承II对所述主动轴进行轴向定位和径向支撑，所述等速转换架右内端面与所述二级激波器之间设有推力轴承，所述推力轴承对所述二级激波器进行轴向定位，所述等速转换架通过一件多用，使该减速器结构紧凑，整体尺寸减小。

优选地，所述第一壳体、所述固定中心盘、所述中间外壳体、所述固定中心轮与所述第二壳体的轴线均重合且外径均相等，所述主动轴左端直轴的轴线、所述输出轴的轴线均与所述固定中心盘的轴线重合。

优选地，所述行星盘梯形轨道的正弦波数为Z1，所述固定中心盘梯形轨道的正弦波数为Z₂，所述二级钢球的数量为Z₃，所述主动轴的输入转速为ω₁，所述输出轴的输出转速为ω₃，减速器的传动比为

本发明的有益效果如下：

(1)该结构将新型的正弦齿差减速与平面圆形激波器活齿减速相结合，使得活齿传动运用更加灵活；

(2)本发明采用调整垫圈，可以适当调节该结构的轴向尺寸，提高传递精度；

(3)本发明多出采用滚针轴承使得该结构整体径向尺寸大大减小；

(4)该结构中等速转换架一件多用，大大提高了该结构的空间利用率，使得该结构更加紧凑。

附图说明

图1为本发明所述的正弦平面二级活齿减速器装配体轴测剖视图；

图2为本发明所述的正弦平面二级活齿减速器装配体剖视图；

图3为本发明所述的正弦平面二级活齿减速器爆炸图。

附图标记：

主动轴1；紧固螺钉Ⅰ2；第一壳体3；固定中心盘4；一级钢球5；中间外壳体6；滚针轴承Ⅰ7；固定中心轮8；紧固螺钉Ⅱ9；第二壳体10；二级钢球11；二级激波器12；滚针轴承Ⅱ13；深沟球轴承Ⅰ14；固定圈Ⅰ15；滚针轴承Ⅲ16；等速钢球17；调整垫圈Ⅰ18；固定圈Ⅱ19；等速转换架20；推力轴承21；深沟球轴承Ⅱ22；调整垫圈Ⅱ23；行星盘24；轴套25；滚针轴承IV26；密封圈Ⅰ27；输出轴28。

具体实施方式

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。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。

本发明的目的是提供一种正弦平面二级活齿减速器，以解决现有技术存在的问题。为使本发明的上述目的，特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。为便于读者理解，依据图2中的方位，对装置进行描述。

本发明提供一种正弦平面二级活齿减速器，如图1、图2所示，包括主动轴1、紧固螺钉Ⅰ2、第一壳体3、固定中心盘4、一级钢球5、中间外壳体6、滚针轴承Ⅰ7、固定中心轮8、紧固螺钉Ⅱ9、第二壳体10、二级钢球11、二级激波器12、滚针轴承Ⅱ13、深沟球轴承Ⅰ14、固定圈Ⅰ15、滚针轴承Ⅲ16、等速钢球17、调整垫圈Ⅰ18、固定圈Ⅱ19、等速转换架20、推力轴承21、深沟球轴承Ⅱ22、调整垫圈Ⅱ23、行星盘24、轴套25、滚针轴承IV26、密封圈Ⅰ27和输出轴28。该装置一改传统摆线齿差传动结构，将新型的正弦齿差减速与平面圆形激波器活齿减速相结合。在图3中，主动轴1由直轴部分和偏心部分组成，直轴部分主要起到径向支撑和轴向定位的作用，偏心部分主要起到第一级齿差传动的偏心激波作用，其偏心距的大小为第一级齿差传动中的偏心距大小，该结构设有多个轴肩，起到轴向定位的作用。

第一壳体3的内壁处设有梯形轨道槽，以便于放置密封圈，从而来对该结构起到油封和防止外部灰尘进入的作用，第一壳体3在靠近最大外径处，设有6个均匀分布直径为3.3mm的孔，用于固定中心盘4和中间外壳体6的螺钉紧固配合，第一壳体3同时通过其凸起部分对深沟球轴承Ⅰ14的轴向定位。第二壳体10与第一壳体的结构和功能相似，不在此做详细叙述。

固定中心盘4与行星盘24形成正弦齿差传动，在配合处设有正弦轨道，正弦轨道内设有一级钢球5，固定中心轮8的左端面也设有正弦波轨道，固定中心盘4的正弦波轨道中心线的方程为

其中，θ转角角度，x、y表示在轨道中心建立直角坐标系时，转过θ时，轨道上对应点在坐标系中的位置坐标。

固定中心盘4的内壁处通过深沟球轴承与主动轴1径向固定，靠近最大外径处设有直径为3.3mm、均匀分布的通孔，用于与第一壳体和中间外壳体的连接。固定中心盘4的右端设有正弦形轨道槽，行星盘24的内壁通过与滚针轴承IV26配合，同时滚针轴承IV26又与主动轴1的偏心轴段处配合，从而行星盘24随主动轴1的偏心轴段一起公转摆动，行星盘24的左端面设有正弦形轨道槽，行星盘24的正弦轨道、固定中心盘4的正弦轨道与一级钢球5组成第一级齿差减速传动，第一级齿差减速传动结构可设计为单齿差传动或二齿差传动。行星盘24的直线正弦形轨道截面为梯形，左端面与一级钢球5啮合，实现一级减速传动，减速前的速度为行星盘24随着主动轴1偏心部分的公转摆动，减速后的速度为行星盘24绕其自身几何中心的自转转动；行星盘24的右端面设有四个均匀分布的梯形直线槽，该梯形直线槽与等速转换架20通过等速钢球17啮合，实现等速传递，将第一级减速后的自转速度等速传递给等速转换架20。

中间外壳体6的左右端面分别通过螺钉与固定中心盘4和固定中心轮8相连固定，中间外壳体6的内部处通过滚针轴承Ⅰ7对等速转换架20起到径向定位与支撑作用，轴肩处对滚针轴承Ⅰ7进行轴向定位。

固定中心轮8的最大直径处，设有直径为2.2mm、均匀分布的通孔，该孔用于与第二壳体10和中间外壳体6的固定连接，中心通孔处与深沟球轴承Ⅰ14配合，深沟球轴承Ⅰ14与输出轴28进行配合，从而实现固定中心轮8与输出轴28的径向固定。

二级激波器12的左端面与推力轴承21配合，起到轴向定位的作用；二级激波器12的右端面与二级钢球11啮合，二级激波器12的右端面设有轨道中心线为圆形的轨道，轨道截面为梯形，圆形轨道中心线的半径为13mm，该轨道作为第二级传动的激波器。

等速转换架20最大外径轴面通过滚针轴承Ⅰ7固定，其偏左内壁处通过深沟球轴承Ⅱ22对主动轴径向定位，其偏右内壁处通过滚针轴承Ⅲ16对输出轴进行径向定位，其右内端面与推力轴承21配合来达到轴向定位的作用，其左端面设有圆槽，用于等速传动，其右端偏心轴处通过滚针轴承II 13配合，滚针轴承II 13又与二级激波器12配合，等速转换架20的偏心轴将偏心运动通过滚针轴承II 13转换为二级激波器12的偏心运动。

轴套25的左端面与主动轴1的偏心处轴肩对滚针轴承IV26轴向定位，其右端面与等速转换架20对深沟球轴承II22起轴向定位作用。

行星盘24的正弦波数为Z₁，固定中心盘4的正弦波数为Z₂，二级钢球11的数量为Z₃，减速器的传动比为

本发明的使用过程为如下所示：

行星盘24通过滚针轴承IV26安装在主动轴1偏心处，其行星盘24啮合左端面上的正弦波波数为Z₁。行星盘24的正弦轨道、固定中心盘4的正弦轨道与一级钢球5组成的第一级齿差减速传动，行星盘24随主动轴1的摆动为输入，行星盘24绕其几何中心自转的转速为输出。行星盘24右端面有四个梯形轨道槽，等速转换架20啮合左端面有四个半径大于一级偏心距a的槽，行星盘24右端面、等速钢球17、等速转换架20组成等速传递机构，将行星盘24绕自身的转速转换为等速转换架20右边的偏心运动。输出轴28齿架啮合部位装有均匀分布Z₃个二级钢球11，固定中心轮处的波数为Z₄，二级激波器12、输出轴28、固定中心轮8组成二级减速。二级减速的输入为二级激波器12绕等速转换架20偏心处的运动，输出为二级钢球11带动输出轴28的转动。

给定主动轴1一个初始角速度为ω₁的输入转速，经过第一级齿差减速传动，减速后的转速由等速转换架20传递给二级激波器12作为输入，再经过二级平面活齿传动，第二级减速后输出为带活齿架的输出轴28输出，输出转速为ω₃。

该结构的传动比的计算：

(1)当第一级活齿齿差传动为单齿差时，即Z₁-Z₂＝1，取行星盘24啮合左端面上的正弦波数Z₁＝7，则传动比为：

此时行星盘24左端面的正弦形轨道槽中心线方程式为

(2)当第一级活齿齿差传动为二齿差时，即Z₁-Z₂＝2，取行星盘24啮合左端面上的正弦波数Z₁＝7，则传动比为：

此时行星盘24左端面的正弦形轨道槽中心线方程式为

最后应说明的是：以上所述各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应该理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种正弦平面二级活齿减速器，其包括主动轴、第一壳体、固定中心盘、中间外壳体、固定中心轮、第二壳体、二级激波器、等速转换架、行星盘、轴套和输出轴，其特征在于：

其还包括紧固螺钉Ⅰ、一级钢球、滚针轴承Ⅰ、紧固螺钉Ⅱ、二级钢球、滚针轴承Ⅱ、深沟球轴承Ⅰ、固定圈Ⅰ、滚针轴承Ⅲ、等速钢球、调整垫圈Ⅰ、固定圈Ⅱ、推力轴承、深沟球轴承Ⅱ、调整垫圈Ⅱ、滚针轴承IV、密封圈Ⅰ；

所述第一壳体与所述固定中心盘的第一端相连，所述固定中心盘的第二端与所述中间外壳体的第一端相连，所述中间外壳体的第二端与所述固定中心轮的第一端相连，所述固定中心轮的第二端与所述第二壳体的第一端相连；

所述固定中心盘的右端面与所述行星盘的左端面设有相互配合的正弦轨道，两个正弦轨道内设有一级钢球，所述主动轴为偏心阶梯轴，并通过深沟球轴承Ⅰ进行径向定位与支撑，所述行星盘通过滚针轴承IV进行径向定位与支撑；

所述行星盘的右端面设有直线梯形轨道，所述等速转换架左端面设有圆型平面槽，所述行星盘的梯形轨道与所述等速转换架的圆型平面槽内设有等速钢球，所述等速转换架与所述中间外壳体间设有滚针轴承Ⅰ，所述滚针轴承Ⅰ对所述等速转换架进行径向定位与支撑，所述等速转换架右端的偏心轴与所述二级激波器间设有滚针轴承Ⅱ，所述等速转换架的偏心轴将偏心运动通过所述滚针轴承Ⅱ转换为所述二级激波器的偏心运动，所述等速转换架与所述输出轴之间设有滚针轴承Ⅲ，所述滚针轴承Ⅲ通过所述固定圈Ⅱ进行轴向定位，所述滚针轴承Ⅲ对所述输出轴进行径向支撑与轴向定位；

所述二级激波器的右端面设有圆形轨道，所述固定中心轮的左端面设有正弦形轨道，所述二级激波器的圆形轨道与所述固定中心轮的正弦形轨道内设有二级钢球，所述固定中心轮通过深沟球轴承Ⅰ与所述输出轴相连，并对所述输出轴进行径向定位与支撑；

所述行星盘的正弦轨道、所述固定中心盘的正弦轨道与所述一级钢球组成第一级齿差正弦活齿减速传动组合；

所述行星盘的梯形轨道、所述等速转换架的圆型平面槽与所述等速钢球组成等速传动组合，以减小减速器的轴向尺寸；

所述输出轴的中间部位设有二级传动活齿架，所述二级传动活齿架上设有均匀分布槽的圆形盘，所述二级激波器的圆形轨道、所述固定中心轮的正弦形轨道、所述输出轴与二级钢球组成第二级圆形激波正弦活齿减速传动组合；

所述等速转换架的左端中心通过深沟球轴承Ⅱ与所述主动轴相连，所述深沟球轴承Ⅱ对所述主动轴进行轴向定位和径向支撑，所述等速转换架右内端面与所述二级激波器之间设有推力轴承，所述推力轴承对所述二级激波器进行轴向定位，所述等速转换架通过一件多用，使该减速器结构紧凑，整体尺寸减小。

2.根据权利要求1所述的正弦平面二级活齿减速器，其特征在于：在第一级齿差减速传动中，所述行星盘随所述主动轴的摆动公转转速作为输入，所述行星盘绕其几何中心自转转速作为输出；

在等速传动中，所述等速转换架的偏心轴将所述行星盘的自转运动转换为所述二级激波器的偏心运动；

在第二级圆形激波活齿传动中，所述二级激波器的偏心运动作为输入，所述输出轴的转动作为输出。

3.根据权利要求2所述的正弦平面二级活齿减速器，其特征在于：所述第一壳体、所述固定中心盘、所述中间外壳体、所述固定中心轮与所述第二壳体的轴线均重合且外径均相等，所述主动轴左端直轴的轴线、所述输出轴的轴线均与所述固定中心盘的轴线重合。

4.根据权利要求3所述的正弦平面二级活齿减速器，其特征在于：所述行星盘梯形轨道的正弦波数为Z1，所述固定中心盘梯形轨道的正弦波数为Z2，所述二级钢球的数量为Z3，所述主动轴的输入转速为ω₁，所述输出轴的输出转速为ω₃，减速器的传动比为

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