CN111237395A - 支点精密减速机 - Google Patents

Abstract

支点精密减速机以不等臂杠杆原理突破现有减速机的减速比范围，采用闭合齿设计、多齿啮合、增加齿轮承载面积，提高了减速机的承载能力，同时改善了齿轮的接力性，实现了精密传递。增添了可变偏心度的偏心轴和可变心柔心轮的设计不但补偿了加工精度不足、和磨损所带来的背隙，延长支点精密减速机的使用寿命。支点精密减速机体积小、减速比大、承载能力高、成本低、接力性好等优点为减速机升级提供了捷径，同轴减速可增加空心轴设计、与电机衔接一体设计、扩展使用范围，结构简单零部件可互换率高、适合企业积木模式的批量生产。随着现代工业发展，作为机械的核心零部件减速机也必须面临升级换代，支点精密减速机的结构优势也必将是减速机企业的首选。

Description

支点精密减速机

技术领域：

本发明列属于减速机、变速箱行业，特别涉及高倍数减速机及精密减速机。

背景技术：

现有减速机原理上都属于径差减速原理，可以通过输入力点和输出力点直径换算减速比，在现有减速机中减速比最大的是摆线减速机和蜗轮蜗杆减速机，原因是这两种减速机可以把输入直径做到了最小单位(齿模数)1，已经是径差减速机的极限了，在径差原理减速机中减速比已经没有了提升空间了，在大比例减速时、径差原理减速机仍需要较大直径和体积。

现有减速机的结构造成齿轮啮合的形态不利于提升承载能力和做精密传递，以圆柱齿轮为例，齿形设计必须有一定的渐开线角度成弧形，否则根切，两弧形相交承载面积只能是一条线(线的长度为齿厚度)滚动时承载线在尺高上有变化，进而在输入直径和输出直径上有变化，使传动比发生波动，会造成齿轮的脉动性，间歇性也是噪音产生的主要原因，汽车变速箱采用斜齿加工实现多齿啮合，一进一出的接力方式解决了上述问题，但把承载面积从线、变成了点，点啮合使单位面积的压力增大，破坏性大，单从材料强度来解决已经遇到瓶颈，湝波减速机同样采用多齿啮合有序的啮入啮出实现精密传递的，但它把行星轮的轴心移位到结构中心，靠波发生器不断改变行星轮形状来解决啮合，柔性材料牺牲的还是承载能力，RV减速机中的摆线减速部分利用多摆轮交替接力、同样改善了齿轮的脉动性和间歇性，可是零部件多、装配精度高、加工技术难度大造成成本太高，少数企业掌握和垄断也使得销售价格太高，甚至影响二级市场(使用企业)利润，使精密减速机失去了市场化的动力(下游市场的利润)

发明目的：

(1)利用新的传递理论来实现单级传递超大减速比，

(2)采用闭合齿的设计、面啮合方式接收承载力，降低承载面单位面积的压力从而提高减速机承载能力。

(3)采用多齿啮合、一进一出的滚动接力过程，在滚动过程中任何时间上都要有两个齿以上保持啮合来保证传递精度。

(4)利用可变结构补偿齿轮在啮合中的加工精度，及磨损所带来的背细，控制回转，降低加工难度并且实现精密传递，并具有超长寿命。

发明内容：

支点减速是利用不等臂杠杆原理从而达到大比例减速的，支点原理有多种样式，本发明选用的是内齿啮合、大行星的行星结构，主要组成部分包括一个支点内齿圈、一个输出内齿圈、一个大的双联齿的行星轮、及一个偏心轴、4个主要零部件构成。它是由常见的行星结构(内齿圈、行星轮、太阳轮)衍生而来的，常见行星结构的行星轮轴心是个杠杆的支点，不能用简单的直径换算得到扭矩和传输比，但圆齿轮决定它是个等臂杠杆，支点精密减速机、取消了多行星轮的行星结构，没有了太阳轮，当行星轮的双联齿、齿数比为2/1时(同模数情况下)，常见行星结构的传输比换算公式同样适用，当双联齿的齿数比不是2/1时(同模数情况下)行星轮就成了一个不等臂杠杆，所以通过本发明的结构可以得到一个从几倍到万倍减速比的设计空间。

结构优点：

(1)所有啮合为内啮合，内啮合可以设计出闭合齿，闭合是指齿轮啮合后无论是压力面，背细面，齿顶面，都完全重叠，没有任何缝隙，齿轮闭合是以面的形势接受和承载压力，和圆柱齿轮相比承载面积有非常大的增大，很大程度提高了齿轮的承载能力。

(2)大行星可以把动力臂做到最长，从而得到最大减速比。

(3)大行星和内齿圈啮合可同时得到多个同步啮合齿，和多个不同程度啮合齿，使齿轮的接力性达到最完美状态，从而提高了传递精度。

(4)大行星的另一个好处是有足够空间来设计可变偏心度的偏心轴和可变心柔心轮，补偿修复加工精度不足或磨损后的背细，实现精密传递，延长使用寿命。

附图说明：

图1支点精密减速机结构刨面图：

1偏心轴、2双联行星齿轮、3支点内齿圈、4输出内齿圈

图2大行星轮与内齿圈啮合俯视图：

1大行星齿轮、2内齿圈、3中间线、4啮入区、5啮出区

图3可变偏心度的偏心轴与行星轮结构俯视图

1偏心轴方轴、2方孔轴承座、3压力弹簧、4轴承、5行星齿轮

图4柔心轮俯视图：

1轴承、2柔性材料垫环、3钢性外齿圈

实施案例：

下面结合说明书附图，分步骤对本发明的实施例中的技术方案、及解决的问题进行清楚、完整的描述，实施例中不对具体参数做限定，本领域的技术人员获得的所有符合本发明结构特点的、无论参数怎么变化，都属于本发明的保护范围。

如图1所示：输入偏心轴(1)的转动带动双联行星轮(2)公转，双联齿(2)起到杠杆作用以固定内齿圈(3)为支点、撬动输出齿圈(4)，其中双联齿(2)的齿数差(同模数的情况下)为阻力臂F2，双联齿中的小齿齿数为动力臂F1，所以通过支点原理的减速比是F2/F1，在本结构中也有径差减速原理，其中输入力点直径为内齿圈与所啮合行星轮的齿数差R1，输出直径为输出内齿圈的齿数R2，通过径差原理的减速比为R1/R2，总的减速比为F2/F1*R1/R2，由于双联齿(2)的齿差数可以做到1(同模数情况下)，所以支点减速机的最大减速比、比现有减速机中减速比最大的摆线减速机还要大几十倍。还可以双联齿不同模数把两齿的直径差做到最小，减速比会更大。

如图2所示，从图中可以看出，内齿圈(2)的齿廓渐开线的弧形为凹弧、行星轮(1)的齿廓渐开线的弧形是凸弧，啮合后两齿的齿面完全重叠，没有任何间隙，观察啮入和啮出齿也没有相交处，证明内齿啮合可以闭合是合理的，大行星以中线(3)为中心可以得到至少3到5个可以视作闭合的齿、很好的保证了传递过程中速比的稳定、不产生波动，啮入区(4)有多个贴近啮合面的啮入齿，啮出区(5) 有多个贴近背隙面的啮出齿，实际上啮入区(4)与啮出区(5)形成的齿夹角把行星轮束缚在内齿圈的内壁上、行星轮即使没有偏心轴固定也只能沿着内齿圈的内壁滚动、不能脱离啮合关系，决定了内齿圈和大行星轮啮合不可能有较大的背隙问题。本结构解决了直齿轮传递过程中速比的浮动，及间歇性接力的问题，并且能很好的控制背隙，对比其它结构，本发明结构有着传递精度高、接力性好、承载面积大承载能力高、背隙小等优点。

降低了加工难度：RV减速机的第一级传递是圆柱齿轮，圆柱齿轮啮合过程是点在齿根到齿顶的移动过程，所以每一个点的绝对精度都可以影响总得传递精度，这对于加工设备的要求来说是绝对苛刻的，目前能够批量快速的生产齿轮的设备，插齿机和滚齿机都难以完成任务，插齿机和滚齿机能够对齿的分度，渐开线的曲面进行准确切削，但无法精确到点，本发明的齿轮可以闭合，传递中是面啮合，个别点的缺失或误差对于面啮合来说根本无影响，所以现有的普及设备滚齿和插齿机都可以完成加工任务。

一级传递可完成大比例减速，零部件少，体积小不但可以提高传递效率还可以减少材料成本，降低加工难度减少设备和人工成本，以 RV减速机为例，齿轮以点啮合方式，在长时间工作中的负载很容易磨损和损伤，所以必须采用高耐磨，高强度材料，加上体积和重量上的对比，材料成本是支点减速机的5倍以上，零部件加工难度是支点减速的4倍以上，装配精度是支点减速的2倍以上，那么根据工业生产成本计算，5*4*2＝40，RV减速机成本是支点减速机的40倍，实际生产还要远远高于这个数值。

支点精密减速机的零部件相似度高可互换，只需要改变一个零部件的参数就可以改变速比，列如对常用的几种速比采用同模数、同齿差设计，在两个齿圈不做任何改动的情况下，装配不同参数(齿差数必须相同)的双联齿行星轮，就可得到你想要的速比，这种模块化，积木式搭建的生产模式非常适合企业组织规模化生产。

闭合齿的设计对于加工精度不足，和磨损后出现的背细可进行修复和补偿，长时间的负载磨损并不会改变齿廓渐开线的弧形，大行星内部也有一定的空间设计装配可变偏心度的偏心轴，和可变心柔心轮，利用可变偏心度的偏心轴和可变心柔心轮增加啮入深度就可以修复从新闭合，而RV减速机中第一级传递中的圆柱齿轮的点啮合方式，一旦某一点磨损了、齿廓渐开线的弧形就会改变而不能修复、所以支点减速机的寿命更长。

根据内啮合的可修复性、为了提高传递精度和更长的使用寿命，本发明增添了可变偏心度的偏心轴、和可变心柔心轮的设计，为了不降低齿轮的承载能力仍采用硬齿面钢轮的啮合方式。

可变偏心度的偏心轴：

如图3所示，可变偏心度的偏心轴由偏心方轴(1)、方孔轴承座(2)、弹簧(3)三部分组成，偏心方轴(1)限定了方孔轴承座(2)的可移动方向和范围，压缩弹簧(3)可改变齿轮(5)对外(内齿圈)的啮入深度，自动完成背隙修复、保持0背隙运转。

可变心柔心轮

如图4所示：可变心柔心轮由轴承(1)、柔性材料环(2)，与齿轮(3) 三部分构成，在偏心轴钢性不可变的情况下，柔性材料环(2)受到齿轮(3)的压力有一定变量。进而改变齿轮(3)的对外啮入深度，也可自动修复啮合背隙。

Claims (4)

1.本发明支点减速机的主体结构特征，包括支点内齿圈3，输出内齿圈4，一个双联大行星轮2，所组成的内啮合的行星结构，及偏心轴1驱动双联齿的方式，其中大行星是指行星轮的齿数等于或大于所啮合齿圈的齿数的1/2，对具体数值不坐限定，改变啮合样式如斜齿、蜗齿啮合均属于本本发明权利要求范围内。

2.权利要求1的结构中使用可变偏心度的偏心轴，或可变心柔心轮来补偿背细的方法，利用本方法实现0背细传递，解决加工精度问题，或磨损带来的背细问题。

3.可变偏心度的偏心轴的结构组成特征：包括偏心方轴1，方孔轴承座2，弹簧3。

4.可变心柔心轮的组成特征：包括轴承1、柔性材料环2、钢性外齿圈3。

Images