CN111396521A - 一种双输出二齿差摆线活齿传动单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种双输出二齿差摆线活齿传动单元，包括外摆线轮、活齿、活齿架、内摆线轮等。在原有具备两个啮合副的二齿差摆线活齿传动机构上进行机构变型，为其增添一个构件，从而得到具备三个啮合副的二齿差摆线活齿传动机构，该机构内摆线轮和外摆线轮轴线距离为活齿轨道幅值的二倍，增设的活齿架轴线分别与内、外摆线轮轴线相距一个活齿轨道幅值的大小，从而得到一个具备一个输入两个输出的新型摆线活齿传动机构。

Description

一种双输出二齿差摆线活齿传动单元

技术领域

本发明涉及活齿传动技术领域，特别涉及一种双输出二齿差摆线活齿传动单元。

背景技术

随着活齿传动技术的发展，各种活齿传动构型层出不穷，具备代表性的如推杆活齿传动、滚柱(钢球)活齿传动、摆线活齿传动、套筒活齿传动和平面钢球传动等；无论什么形式的活齿传动技术，其核心和实质均为活齿沿着其啮合曲线的运动，活齿沿着啮合曲线运动得到的空间轨迹曲面即为实际活齿啮合齿面，在传统的活齿设计中，其实际啮合齿面是连续的、且避免根切的。如专利号为CN201721031991.5提出了《一种摆线钢球减速装置及其机器人关节》，其说明书中就明确提出了啮合齿面需要避免根切及其相应的条件。如专利号为CN86104457提出了《无齿轮的差动减速器》，采用一对分别加工有内摆线滚道的盘和加工有外摆线滚道的盘为啮合传动副，两盘相对并在滚道中放入传动钢球，它利用了摆线传动的优点，并且钢球能循环运动，但传动比较小。高速运转后，相邻两滚珠之间的距离会发生变化，两滚珠会碰撞到一起，导致减速机卡死，运转时间长了以后会出现内膨胀等。

针对以上问题，打破常规思维，首先不限制活齿轨道根切条件，其次，针对二齿差摆线活齿传动机构，进行改进，将原有的拥有两个啮合副的二齿差摆线活齿传动机构，变成带有三个啮合副的传动机构，从而得到一种克服已有缺点的、且增加了新功能的新型二齿差摆线活齿传动机构。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种双输出二齿差摆线活齿传动单元，在原有具备两个啮合副的二齿差摆线活齿传动机构上进行机构变型，为其增添一个构件，从而得到具备三个啮合副的二齿差摆线活齿传动机构，该机构内摆线轮和外摆线轮轴线距离为活齿轨道幅值的二倍，增设的活齿架轴线分别与内、外摆线轮轴线相距一个活齿轨道幅值的大小，从而得到一个具备一个输入两个输出的新型摆线活齿传动机构。

本发明所使用的技术方案是：一种双输出二齿差摆线活齿传动单元，包括外摆线轮、活齿、活齿架、内摆线轮，外摆线轮上有外摆线轨道；内摆线轮上有内摆线轨道；内、外摆线轨道幅值相等；外摆线轮轴线与内摆线轮轴线平行，且二者之间的距离为外摆线轨道或内摆线轨道幅值的二倍；活齿架安装在外摆线轮和内摆线轮之间，其轴线分别与外摆线轮轴线内摆线轮轴线平行，且活齿架轴线到外摆线轮轴线或内摆线轮轴线的距离均等于外摆线轨道或内摆线轨道幅值；外摆线轮上有正整数个沿圆周均布的活齿槽；每个活齿槽内装配有一个活齿，且每个活齿同时与外摆线轨道和内摆线轨道啮合。

进一步的，外摆线轮上与外摆线轨道的轨道面相交的曲面为平面、柱面或圆锥面；内摆线轮上与内摆线轨道的轨道面相交的曲面为平面、柱面或圆锥面。

进一步的，活齿架形状为圆盘形、圆环形或圆锥环形。

进一步的，活齿数量比外摆线轨道的波数多一，比内摆线轨道的波数少一。

进一步的，活齿为旋转体，其外表面为平面内一条连续曲线绕着不穿过该曲线的直线旋转一周得到的曲面。

进一步的，外摆线轨道的啮合曲线为外摆线轨道啮合线；内摆线轨道的啮合曲线为内摆线轨道啮合线；外摆线轨道啮合线在平面直角坐标系中的参数方程为：

内摆线轨道啮合线在平面直角坐标系中的参数方程为：

以上各式中，R-啮合曲线径向半径；A-啮合曲线幅值；Z_c-啮合曲线波数。

进一步的，活齿与外摆线轨道啮合线或内摆线轨道啮合线相啮合的点为活齿的啮合点；外摆线轨道的轨道面是由活齿的啮合点沿着外摆线轨道啮合线运动一整周后，活齿外表面的轨迹包络面与外摆线轮的相交面；内摆线轨道的轨道面是由活齿的啮合点沿着内摆线轨道啮合线运动一整周后，活齿外表面的轨迹包络面与内摆线轮的相交面。

进一步的，外摆线轨道或内摆线轨道的轨道面，均为非根切面、根切面或组合齿面；当外摆线轨道或内摆线轨道的轨道面中有一个采用非根切面时，那么另一个可以是非根切面、根切面或组合齿面。

进一步的，外摆线轨道的轨道面采用组合齿面时，则外摆线轨道由正整数个齿面拼凑而成，且所有齿面对应的啮合曲线取并集，即得到一条完整的整周闭合的外摆线轨道啮合线；内摆线轨道的轨道面采用组合齿面时，则内摆线轨道由正整数个齿面拼凑而成，且所有齿面对应的啮合曲线取并集，即得到一条完整的整周闭合的内摆线轨道啮合线。

进一步的，活齿槽的槽面与活齿外表面之间相切、部分贴合或完全贴合。

由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：(1)一个输入，两个输出，可以进一步串联二自由度差动轮系；(2)同时参与啮合传力的活齿数目多，承载能力大，抗冲击能力强；(3)相比于传统二齿差摆线活齿传动单元，本单元不存在活齿卡死现象；(4)参数化设计，设计灵活多变，具备多种结构构型，适用于多种应用场合；(5)结构简单灵活，便于加工制造及装配。

附图说明

图1为本发明实施例一的传动单元总装剖视结构示意图。

图2、图3为本发明实施例一的传动单元结构分解示意图。

图4为本发明实施例一的外摆线轮零件结构示意图。

图5为本发明实施例一的活齿架零件结构示意图。

图6为本发明实施例一的内摆线轮零件结构示意图。

图7为本发明实施例二的传动单元总装剖视结构示意图。

图8、图9为本发明实施例二的传动单元结构分解示意图。

图10为本发明实施例二的外摆线轮零件结构示意图。

图11为本发明实施例二的活齿架零件结构示意图。

图12为本发明实施例二的内摆线轮零件结构示意图。

图13为本发明实施例三的传动单元总装剖视结构示意图。

图14、图15为本发明实施例三的传动单元结构分解示意图。

图16为本发明实施例三的外摆线轮零件结构示意图。

图17为本发明实施例三的活齿架零件结构示意图。

图18为本发明实施例三的内摆线轮零件结构示意图。

图19为本发明实施例四的传动单元总装剖视结构示意图。

图20、图21为本发明实施例四的传动单元结构分解示意图。

图22为本发明实施例四的外摆线轮零件结构示意图。

图23为本发明实施例四的活齿架零件结构示意图。

图24为本发明实施例四的内摆线轮零件结构示意图。

附图标号：1-外摆线轮；2-活齿；3-活齿架；4-内摆线轮；101-外摆线轨道；10101-外摆线轨道啮合线；301-活齿槽；401-内摆线轨道；40101-内摆线轨道啮合线。

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。

实施例为统一尺寸并横向比较，本发明的实施例一到实施例四均采用相同的轨道参数，相同的活齿个数，外摆线轨道啮合线方程为：

内摆线轨道啮合线方程为：

以上两式中x和y的单位均为毫米。

对于前述发明内容中的任意外摆线轨道啮合线或内摆线轨道啮合线，在其曲线参数确定的情况下，其曲线的曲率半径ρ可由下式求出：

活齿为空间旋转体，其外表面为平面内连续曲线绕着一条不穿过该曲线的轴线旋转得到的，该连续曲线到轴线的最大距离设为D_max，D_max若满足关系式：

D_max≤ρ_min

则对应的外摆线轨道或内摆线轨道的轨道面为非根切面。

D_max若满足关系式：

D_max＞ρ_min

则对应的外摆线轨道或内摆线轨道的轨道面为根切面或组合齿面。

以上各式中，ρ_min-外摆线轨道啮合线或内摆线轨道啮合线的曲率半径ρ的最小值。

组合齿面由多种齿面组合而成，每一种齿面对应一段啮合曲线，所有齿面组合在一起后，其所有啮合曲线将取并集且构成一条完整的外摆线轨道啮合线或内摆线轨道啮合线。

实施例一到实施例三活齿均为标准球体，半径为3mm；实施例四的活齿为标准圆柱体，柱面半径为3mm；四个实施例的活齿个数均为12个。在上述参数下，所有轨道面均为非根切面。

图1～图6为本发明的实施例一，在该实施例中，外摆线轨道和内摆线轨道分别处于外摆线轮和内摆线轮的一个平面上；活齿架为一个圆盘形的构件；该结构的优点是所有活齿在传动过程中均啮合传力，缺点是应用时占据较大的径向空间。

图7～图12为本发明的实施例二，在该实施例中，外摆线轨道和内摆线轨道分别处于外摆线轮和内摆线轮的一个圆柱面上；活齿架为一个圆环形的构件；该结构的优点是在应用时极大的节约了径向空间，缺点是传动时只有一半左右的活齿在同时传递动力。

图13～图18为本发明的实施例三，在该实施例中，外摆线轨道和内摆线轨道分别处于外摆线轮和内摆线轮的一个圆锥面上；活齿架为一个圆锥形的构件；该结构的优点是在折中了实施例一和二的应用时的空间占用情况，且所有活齿在传动时均同时传递动力，缺点是活齿架的加工工艺相对复杂。

图19～图24为本发明的实施例四，在该实施例中，外摆线轨道和内摆线轨道分别处于外摆线轮和内摆线轮的一个摆线形柱面上；活齿架为一个圆盘形的构件；该结构的优点是零件加工工艺简单，缺点是传动时只有一半左右的活齿在同时传递动力。特别的，对于本实施例，可以加一个虚约束，即同时用两个活齿架，所有活齿两端各有一个活齿架，这样承载载荷时受力更均匀，在外接传动机构时用法也更加灵活。

本发明的工作原理：本发明除了活齿之外的传动件只有三个，即外摆线轮、活齿架和内摆线轮，固定这三个件中的任意一个，驱动另外两个的轴线绕着固定件的轴线公转，则在活齿与其啮合元素，包括外摆线轨道、活齿槽和内摆线轨道的相互作用下，会反作用于两个运动件，驱使它们绕着自身轴心自转，自转速度即完成了变速。以固定外摆线轮为例，驱动内摆线轮轴线和活齿架轴线以相同的速度和转向分别绕着外摆线轮轴线公转，则在活齿与其啮合元素的相互作用下，内摆线轮轴线每绕着外摆线轮轴线公转一周，则内摆线轮轴线绕着自身轴线转过两个内摆线轨道的波；活齿架轴线每绕着外摆线轮轴线公转一周，则活齿架轴线绕着自身轴线转过一个活齿；从而分别完成两路减速，该两路减速运动可以直接分别输出，也可以直接外联二自由度差动轮系，作为二自由度差动轮系的两个输入；抑或是作为其他传动机构的输入，总之应用场景灵活多变。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双输出二齿差摆线活齿传动单元，包括外摆线轮、活齿、活齿架、内摆线轮，其特征在于：外摆线轮上有外摆线轨道；内摆线轮上有内摆线轨道；内、外摆线轨道幅值相等；外摆线轮轴线与内摆线轮轴线平行，且二者之间的距离为外摆线轨道或内摆线轨道幅值的二倍；活齿架安装在外摆线轮和内摆线轮之间，其轴线分别与外摆线轮轴线内摆线轮轴线平行，且活齿架轴线到外摆线轮轴线或内摆线轮轴线的距离均等于外摆线轨道或内摆线轨道幅值；外摆线轮上有正整数个沿圆周均布的活齿槽；每个活齿槽内装配有一个活齿，且每个活齿同时与外摆线轨道和内摆线轨道啮合。

2.如权利要求1所述的一种双输出二齿差摆线活齿传动单元，其特征在于：外摆线轮上与外摆线轨道的轨道面相交的曲面为平面、柱面或圆锥面；内摆线轮上与内摆线轨道的轨道面相交的曲面为平面、柱面或圆锥面。

3.如权利要求1所述的一种双输出二齿差摆线活齿传动单元，其特征在于：活齿架形状为圆盘形、圆环形或圆锥环形。

4.如权利要求1所述的一种双输出二齿差摆线活齿传动单元，其特征在于：活齿数量比外摆线轨道的波数多一，比内摆线轨道的波数少一。

5.如权利要求1所述的一种双输出二齿差摆线活齿传动单元，其特征在于：活齿为旋转体，其外表面为平面内一条连续曲线绕着不穿过该曲线的直线旋转一周得到的曲面。

6.如权利要求1所述的一种双输出二齿差摆线活齿传动单元，其特征在于：外摆线轨道的啮合曲线为外摆线轨道啮合线；内摆线轨道的啮合曲线为内摆线轨道啮合线；外摆线轨道啮合线在平面直角坐标系中的参数方程为：

内摆线轨道啮合线在平面直角坐标系中的参数方程为：

以上各式中，R-啮合曲线径向半径；A-啮合曲线幅值；Z_c-啮合曲线波数。

7.如权利要求6所述的一种双输出二齿差摆线活齿传动单元，其特征在于：活齿与外摆线轨道啮合线或内摆线轨道啮合线相啮合的点为活齿的啮合点；外摆线轨道的轨道面是由活齿的啮合点沿着外摆线轨道啮合线运动一整周后，活齿外表面的轨迹包络面与外摆线轮的相交面；内摆线轨道的轨道面是由活齿的啮合点沿着内摆线轨道啮合线运动一整周后，活齿外表面的轨迹包络面与内摆线轮的相交面。

8.如权利要求7所述的一种双输出二齿差摆线活齿传动单元，其特征在于：外摆线轨道或内摆线轨道的轨道面，均为非根切面、根切面或组合齿面；当外摆线轨道或内摆线轨道的轨道面中有一个采用非根切面时，那么另一个可以是非根切面、根切面或组合齿面。

9.如权利要求8所述的一种双输出二齿差摆线活齿传动单元，其特征在于：外摆线轨道的轨道面采用组合齿面时，则外摆线轨道由正整数个齿面拼凑而成，且所有齿面对应的啮合曲线取并集，即得到一条完整的整周闭合的外摆线轨道啮合线；内摆线轨道的轨道面采用组合齿面时，则内摆线轨道由正整数个齿面拼凑而成，且所有齿面对应的啮合曲线取并集，即得到一条完整的整周闭合的内摆线轨道啮合线。

10.如权利要求1或5所述的一种双输出二齿差摆线活齿传动单元，其特征在于：活齿槽的槽面与活齿外表面之间相切、部分贴合或完全贴合。

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