CN110454552B - 一种空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，涉及机械传动技术领域，包括输入轴和输出轴；一级激波器与输入轴分体设计，通过转臂轴承传递输入轴输出转矩，将第一级的输出和第二级的输入集成设计成一级空心活齿架，二级激波器与一级空心活齿架分体设计，亦通过转臂轴承传递一级空心活齿架输出转矩，固定一、二级中心轮，输出轴作为整个减速器的输出端；输入轴右端与输出轴左端通过与轴承配合伸入到一级空心活齿架的孔中。第一级传动输入端为输入轴，输出端为一级空心活齿架；第二级传动输入端为一级空心活齿架，输出端为输出轴。本发明提供的空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，传动平稳，输入输出端刚度大，自激励力小，轴向结构紧凑。

Description

一种空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器
技术领域
本发明涉及机械传动技术领域，特别是涉及一种空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器。
背景技术
随着对活齿传动研究的不断发展，出现了许多传动结构形式，按结构特征粗略可分为摆动活齿传动和移动活齿传动两大类。平面活齿传动是移动活齿传动中极具代表性的传动类型，具有动平衡性好、传动比范围广、传动精度高、效率高等优点，且较其它传动类型在结构上具有轴向结构紧凑、可细分结构形式多样、无需等速输出机构的优点。使其在石油钻井平台和重载机器人驱动关节等受空间尺寸限制、所需驱动力矩较大、同时又要求具有较好综合传动性能的领域中具有一定的应用潜力。然而现有传动结构轴向尺寸大，输入与输出过程中功率损失大。
发明内容
本发明的目的是提供一种空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，以解决上述现有技术存在的问题，减小一、二级输入与输出端的功率损失。同时，通过对现有结构的优化创新，将第一级的输出和第二级的输入集成设计成一级空心活齿架，使得减速器总体轴向尺寸被大幅度的压缩，以满足空间尺寸的要求。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，包括输入轴和输出轴；所述输入轴上安装有输入端轴承端盖，所述输入端轴承端盖一端通过螺栓固定连接有左壳体，所述左壳体远离所述输入端轴承端盖的一端通过螺栓依次固定连接有中壳体、一级中心轮和二级中心轮，所述二级中心轮外侧固定连接有输出端轴承端盖，所述输出端轴承端盖安装于所述输出轴上；所述输入轴的偏心段上通过输入轴上转臂轴承安装有一级激波器，所述一级激波器位于所述中壳体内，所述一级激波器一侧开设有第一滚道，所述一级中心轮上开设有第二滚道，所述第一滚道和第二滚道相对设置；所述一级中心轮内通过外支撑轴承连接有一级空心活齿架，所述一级空心活齿架内侧通过内支撑轴承与所述输入轴和输出轴连接；所述一级空心活齿架一端设置有第一转盘，另一端为偏心结构，所述第一转盘的外沿上均匀开设有多个凹槽，所述转盘位于所述第一滚道和第二滚道之间，且所述第一滚道和第二滚道内设置有钢球；所述一级空心活齿架的偏心结构处通过一级偏心活齿架上转臂轴承连接有二级激波器，所述二级激波器一侧设置有第三滚道，所述二级中心轮内侧开设有与所述第三滚道对称的第四滚道，所述输出轴上固定安装有第二转盘，所述第二转盘结构与所述第一转盘结构相同，且所述第二转盘位于所述第三滚道和第四滚道之间，所述第三滚道和第四滚道内设置有钢球。
可选的，所述第一滚道、第一转盘和第二滚道构成一级钢球活齿系，所述第一滚道和第二滚道内的钢球能够带动所述第一转盘转动。
可选的，所述第三滚道、第二转盘和第四滚道构成二级钢球活齿系，所述第三滚道和第四滚道内的钢球能够带动所述第二转盘转动。
可选的，所述输入轴为偏心结构，包括连接有一级激波器的偏心段和通过输入轴轴承与所述左壳体连接的中心段。
可选的，所述一级激波器的第一滚道和二级激波器的第三滚道均为圆环形滚道。
可选的，所述一级中心轮的第二滚道和二级中心轮的第四滚道均为首尾相接的连续正弦半圆槽滚道。
可选的，所述第一滚道、第二滚道、第三滚道和第四滚道的横截面均为半圆形结构。
可选的，所述第一转盘上的凹槽沿所述第一转盘的中心均匀对称分布，且所述凹槽的底部为弧形结构。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供的空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，采用一种转臂轴承的连接结构设计，减小一、二级输入与输出端的功率损失。同时，通过对现有结构的优化创新，将第一级的输出和第二级的输入集成设计成一级空心活齿架，使得减速器总体轴向尺寸被大幅度的压缩，以满足空间尺寸的要求，具有动平衡性好、传动比大、输出转矩大、传动精度高、效率高、传动比稳定等优点。一级激波器与输入轴偏心段分体，二级激波器与一级空心活齿架偏心段分体，便于加工装配。一级空心活齿架采用空心轴结构设计，使得减速器总体轴向尺寸大幅度减小。输入轴右端和输出轴左端伸入一级空心活齿架的孔中通过轴承得到支撑，增加了输入端与输出端的刚度，减小了减速器的自激振力。所述滚道截面为圆弧槽状，钢球活齿与滚道的啮合为微元面接触，使得减速器关键传动部件的强度更大。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，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他的附图。
图1为本发明空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器的等轴侧图；
图2为本发明空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器的装配图；
图3为本发明的输入轴主视图；
图4为本发明的一级激波器主视图；
图5为本发明的一级激波器滚道截面图；
图6为本发明的二级激波器的主视图；
图7为本发明的二级激波器滚道截面图；
图8为本发明的二级中心轮主视图；
图9为本发明的二级中心轮滚道截面图；
图10为本发明的输出轴主视图；
图11为本发明的输出轴侧视图；
图12为本发明的一级中心轮主视图；
图13为本发明的一级中心轮滚道截面图；
图14为本发明的一级空心活齿架主视图；
图15为本发明的一级空心活齿架侧视图；
图中：1、输入轴；2、输入端轴承端盖；3、输入轴轴承；4、一级激波器；5、中壳体；6、一级钢球活齿系；7、二级激波器；8、二级钢球活齿系；9、二级中心轮；10、输出端轴承端盖；11、输出轴轴承；12、输出轴；13、内支撑轴承；14、一级空心活齿架上转臂轴承；15、外支撑轴承；16、一级中心轮；17、一级空心活齿架；18、输入轴上转臂轴承；19、左壳体。
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，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。
本发明的目的是提供一种空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，以解决上述现有技术存在的问题，减小一、二级输入与输出端的功率损失。同时，通过对现有结构的优化创新，将第一级的输出和第二级的输入集成设计成一级空心活齿架，使得减速器总体轴向尺寸被大幅度的压缩，以满足空间尺寸的要求。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器如图1-图15所示，将第一级的输出和第二级的输入集成设计成一级空心活齿架，一级激波器与输入轴分体，输入轴设计成偏心轴，一级激波器右端面具有圆滚道，波数为ZH1，通过转臂轴承安装于输入轴偏心段上，减小偏心圆滚道因加工而产生的偏心误差；固定一级中心轮，一级中心轮左端面具有波数为ZK1的正弦滚道；一级活齿架上周向均布ZG1个活齿槽，槽中的钢球组成一级钢球活齿系，一级钢球活齿系在一级激波器右端面圆滚道和一级中心轮左端面连续正弦滚道内均匀分布、且分别与两滚道啮合，与一级空心活齿架保持高副接触，推动一级空心活齿架做定轴转动；二级激波器通过转臂轴承安装于一级空心活齿架偏心段上，二级活齿架上亦周向均布ZG1个活齿槽，槽中的钢球组成二级钢球活齿系，二级钢球活齿系在二级激波器右端面圆滚道和二级中心轮左端面连续正弦滚道内均匀分布、且分别与两滚道啮合，与输出轴保持高副接触，推动输出轴做定轴转动，二级中心轮固定，其左端面亦具有波数为ZK2的正弦滚道；输入轴右端和输出轴左端通过与轴承配合伸入一级空心活齿架的孔中，得到结构支撑。选定ZH1、ZH2后，在传动比大小相同的情况下，可通过改变ZK1与ZG1的相对大小，ZK2与ZG2的相对大小实现输出轴与输入轴的转向相同或相反。
所述的一、二级激波器右端面圆滚道以及一、二级中心轮的左端面连续正弦滚道的截面形状均为圆弧形，圆弧半径根据钢球活齿半径确定，为保证啮合特性较好，取1.1倍的活齿半径。
所述的一、二级中心轮左端面连续正弦滚道，其理论齿廓线参数方程为：
Figure BDA0002182181000000051
其中，a为输入轴(或一级空心活齿架)偏心段的偏心距，λ为激波系数，ZK为一、二级中心轮理论齿廓曲线正弦波数，θ为一级空心活齿架(或输出轴)转角；λ与一、二级激波器右端面圆滚道理论齿廓半径b有关，λ＝b/a
所述的传动比计算公式为：
第一级
Figure BDA0002182181000000052
若ZK1＞ZG1，则输入轴与一级空心活齿架的转向相反，反之亦然
第二级
Figure BDA0002182181000000053
若ZK2＜ZG2，则输出轴与一级空心活齿架的转向相同，反之亦然
所以，减速器总传动比计算公式为：i＝i1·i2
如附图1所示，为空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器的一个具体实施例的装配图，一级激波器4与输入轴1分体设计，通过转臂轴承传递输入轴输出转矩，将第一级的输出和第二级的输入集成设计成一级空心活齿架，二级激波器7与一级空心活齿架17分体设计，亦通过转臂轴承传递一级空心活齿架17输出转矩，固定一、二级中心轮，输出轴12作为整个减速器的输出端；输入轴1右端与输出轴12左端通过与轴承配合伸入到一级空心活齿架17的孔中，得到结构支撑，第一级传动部件和第二级传动部件可进行无干涉拆装。第一级传动，输入端为输入轴1，输出端为一级空心活齿架17；第二级传动，输入端为一级空心活齿架17，输出端为输出轴12。具体的，一级激波器4用输入轴上转臂轴承18支撑在输入轴1的偏心段上，二级激波器7用一级空心活齿架上转臂轴承14支撑在一级空心活齿架17的偏心段上，将第一级的输出和第二级的输入集成设计成一级空心活齿架17，一级中心轮16和二级中心轮9固定，输入轴1右端和输出轴12左端伸入一级空心活齿架17的孔中通过内支撑轴承13得到支撑。第一级传动部件和第二级传动部件可分别进行拆装。第一级传动，一级钢球活齿系6在一级激波器4右端面圆滚道和一级中心轮16左端面连续正弦滚道内均匀分布、且分别与两滚道啮合，与一级空心活齿架17保持高副接触，在一级激波器4和一级中心轮16的作用下，一级钢球活齿系6推动一级空心活齿架17转动，将第一级的动力传递到第二级，输入端为一级激波器4，输出端为一级空心活齿架17；第二级传动，二级钢球活齿系8在二级激波器7右端面圆弧槽圆滚道和二级中心轮9左端面连续正弦槽圆滚道内均匀分布、且分别与两滚道啮合，与输出轴12保持高副接触，推动输出轴12转动，输出系统动力。为提高加工效率，本发明的具体实施例中，第一级与第二级传动件的滚道理论轮廓参数取相同值，具体参数见表1：
表1具体实施例参数表
Figure BDA0002182181000000061
由表1知，本发明的具体实施例中ZK2＜ZG2，ZK1＜ZG1，因此输入轴与输出轴转向相同。根据表一参数，确定所述的具体实施例的最优结构尺寸。
以下结合附图1至图15对本发明提出的空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器的具体实施方式予以详细说明：
参照附图1，2根据本发明的空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，其包括输入轴1、输入端轴承端盖2、输入轴轴承3、一级激波器4、中壳体5、一级钢球活齿系6、二级激波器7、二级钢球活齿系8、二级中心轮9、输出端轴承端盖10、输出轴轴承11、输出轴12、内支撑轴承13、一级空心活齿架上转臂轴承14、外支撑轴承15、一级中心轮16、一级空心活齿架17、输入轴上转臂轴承18、左壳体19。
其中，输入端轴承端盖2与左壳体19通过螺栓连接；左壳体19与中壳体5通过螺栓连接；中壳体5与一级中心轮16通过螺栓连接；二级中心轮9与中壳体5通过螺栓连接；输入轴1左端通过与输入轴轴承3连接，在左壳体19的孔中得到支撑，输入轴1偏心段与输入轴上转臂轴承18连接，用于支撑一级激波器4，输入轴1右端与内支撑轴承13连接，在一级空心活齿架17的孔中得到支撑；外支撑轴承15与一级空心活齿架17连接，在一级中心轮16的孔中得到支撑；一级空心活齿架17的偏心段与一级空心活齿架上转臂轴承14连接，用于支撑二级激波器7；输出轴12左端与内支撑轴承13连接，在一级空心活齿架17的孔中得到支撑，输出轴12右端通过与输出轴轴承11连接，在二级中心轮9的孔中得到支撑；第一级传动，一级钢球活齿系6在一级激波器4右端面圆滚道即第一滚道和一级中心轮16左端面连续正弦滚道即第二滚道内均匀分布、且分别与两个滚道啮合，并通过第一转盘的凹槽与一级空心活齿架17保持高副接触，在一级激波4和一级中心轮16的作用下，一级钢球活齿系6的钢球在第一转盘的凹槽内运动，从而推动一级空心活齿架17转动，将第一级的动力传递到第二级；第二级传动，二级钢球活齿系8在二级激波器7右端面圆弧槽圆滚道即第三滚道和二级中心轮9左端面连续正弦槽圆滚道即第四滚道内均匀分布、且分别与两滚道啮合，并与输出轴12通过第二转盘的凹槽保持高副接触，推动输出轴12转动，输出系统动力。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，其特征在于：包括输入轴和输出轴；所述输入轴上安装有输入端轴承端盖，所述输入端轴承端盖一端通过螺栓固定连接有左壳体，所述左壳体远离所述输入端轴承端盖的一端通过螺栓依次固定连接有中壳体、一级中心轮和二级中心轮，所述二级中心轮外侧固定连接有输出端轴承端盖，所述输出端轴承端盖安装于所述输出轴上；所述输入轴的偏心段上通过输入轴上转臂轴承安装有一级激波器，所述一级激波器位于所述中壳体内，所述一级激波器一侧开设有第一滚道，所述一级中心轮上开设有第二滚道，所述第一滚道和第二滚道相对设置；所述一级中心轮内通过外支撑轴承连接有一级空心活齿架，所述一级空心活齿架内侧通过内支撑轴承与所述输入轴和输出轴连接；所述一级空心活齿架一端设置有第一转盘，另一端为偏心结构，所述第一转盘的外沿上均匀开设有多个凹槽，所述第一转盘位于所述第一滚道和第二滚道之间，且所述第一滚道和第二滚道内设置有钢球；所述一级空心活齿架的偏心结构处通过一级空心活齿架上转臂轴承连接有二级激波器，所述二级激波器一侧设置有第三滚道，所述二级中心轮内侧开设有与所述第三滚道对称的第四滚道，所述输出轴上固定安装有第二转盘，所述第二转盘结构与所述第一转盘结构相同，且所述第二转盘位于所述第三滚道和第四滚道之间，所述第三滚道和第四滚道内设置有钢球。
2.根据权利要求1所述的空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，其特征在于：所述第一滚道、第一转盘和第二滚道构成一级钢球活齿系，所述第一滚道和第二滚道内的钢球能够带动所述第一转盘转动。
3.根据权利要求1所述的空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，其特征在于：所述第三滚道、第二转盘和第四滚道构成二级钢球活齿系，所述第三滚道和第四滚道内的钢球能够带动所述第二转盘转动。
4.根据权利要求1所述的空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，其特征在于：所述输入轴为偏心结构，包括连接有一级激波器的偏心段和通过输入轴轴承与所述左壳体连接的中心段。
5.根据权利要求1所述的空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，其特征在于：所述一级激波器的第一滚道和二级激波器的第三滚道均为圆环形滚道。
6.根据权利要求1所述的空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，其特征在于：所述一级中心轮的第二滚道和二级中心轮的第四滚道均为首尾相接的连续正弦半圆槽滚道。
7.根据权利要求1所述的空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，其特征在于：所述第一滚道、第二滚道、第三滚道和第四滚道的横截面均为半圆形结构。
8.根据权利要求1所述的空心活齿架耦合的双级平面活齿减速器，其特征在于：所述第一转盘上的凹槽沿所述第一转盘的中心均匀对称分布，且所述凹槽的底部为弧形结构。
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