CN112081879B

CN112081879B - 一种一齿差摆线针轮减速装置

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Publication number: CN112081879B
Application number: CN202010976747.6A
Authority: CN
Inventors: 李国斌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2040-09-16
Also published as: CN112081879A

Abstract

一种一齿差摆线针轮减速装置，包括外齿轮和内齿轮，内齿轮包括一个针齿壳和设置在针齿壳内圆周的两排针齿，外齿轮为与两排针齿对应的两个摆线轮，针齿为圆柱形，针齿通过设置在针齿壳内圆周上的针齿槽设置在针齿壳上，针齿中轴线相对于针齿壳中轴线具有一个倾斜角，且每个针齿朝向针齿壳轴向外部的一端向靠近针齿壳中轴线的方向倾斜，每排针齿整体呈锥形排列，两排针齿对称设置，摆线轮与相应排针齿相匹配为一个具有锥度的摆线轮，摆线轮的锥角为针齿倾斜角的二倍；在两个摆线轮之间设置有用于调整两个摆线轮位置的隔离件。能够达到零间隙啮合，实现零背隙传动的目的。显著调高了摆线针轮减速装置的传动精度。

Description

一种一齿差摆线针轮减速装置

技术领域

本发明涉及摆线针轮减速器技术领域，尤其是涉及一种一齿差摆线针轮减速装置。

背景技术

摆线针轮减速器由于具有体积小、扭矩大、定位精度高、振动小、抗冲击等诸多优点，被广泛应用于工业机器人领域和精密机械领域。

现有技术中的摆线针轮减速器，针齿在针齿壳内圆周上的布置均采用针齿与针齿轮中心轴线相平行设置的方式。这样结构的摆线针轮减速器，通常需要通过调整摆线轮与针齿之间的啮合过盈量来实现零背隙（即当输出轴固定不动时，输入轴能够被转动的角度为零。比相对于存在非零背隙的情况下的传递精度高）。采用这样的方式实现零背隙对摆线轮及针轮的制造精度要求都会比较高，因此大大增加了摆线针轮减速器的制造难度和制造成本。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种一齿差摆线针轮减速装置。

本发明为了解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种一齿差摆线针轮减速装置，包括外齿轮和内齿轮，内齿轮包括一个针齿壳和设置在针齿壳内圆周的两排数量相等的针齿，外齿轮为与两排针齿对应的两个摆线轮，摆线轮的齿数比相应排针齿的齿数少一个；在针齿壳轴向的两端分别可转动设有一个端板，两个端板之间通过贯穿摆线轮设置的连接件固定连接，在摆线轮上贯穿其轴向设有一个或多个曲柄安装孔，曲柄安装孔中安装有曲柄轴，曲柄轴可转动支撑在两个端板上，曲柄轴转动时能够带动摆线轮摆动转动与针齿壳内圆周上相应设置的针齿相啮合，所述的针齿为圆柱形，针齿通过设置在针齿壳内圆周上的针齿槽设置在针齿壳上，针齿中轴线相对于针齿壳中轴线具有一个倾斜角，每排针齿整体呈锥形排列，两排针齿对称设置或者两排针齿同方向倾斜设置，且两排针齿的角度排列位置相同；所述的摆线轮与相应排针齿共轭为一个具有锥度的摆线轮，所述摆线轮的锥角为针齿倾斜角的二倍；

当每个针齿朝向针齿壳轴向外部的一端向靠近针齿壳中轴线的方向倾斜设置时，在两个摆线轮之间设置有用于调整两个摆线轮位置的调整件；

当每个针齿朝向针齿壳轴向外部的一端向远离针齿壳中轴线的方向倾斜设置时，在每个摆线轮与对应的端板之间设置有用于调整两个摆线轮位置的调整件；

当两排针齿同方向倾斜设置时，在两排针齿整体排列锥形的大端以及两排针齿之间设置有用于调整两个摆线轮位置的调整件。

优选地，针齿中轴线相对于针齿壳中轴线倾斜角不大于12°。

作为一种具体实施方式，所述的调整件为弹性调整垫。

也可以，所述的调整件为推力轴承。

进一步地，摆线轮齿形可以通过针齿轮针齿上垂直于针齿壳中轴线的椭圆形截面齿形的运动轨迹获得。

有益效果：

根据本发明，圆柱形的针齿相对于针齿壳中轴线具有一个倾斜角，每排针齿整体呈锥形排列，两排针齿对称设置，摆线轮与相应排针齿共轭为一个具有锥度的摆线轮，在两个摆线轮之间设置有用于调整两个摆线轮位置的调整件从而可实现摆线齿与针齿之间的零间隙啮合，实现零背隙传动的目的，显著提高了摆线针轮减速装置的传动精度。

下面结合实施例附图和具体实施例对本发明做进一步具体详细的说明。

附图说明

图1为本发明实施例一的主视结构示意图。

图2为图1中M处放大图。

图3为图1中I-I向剖视图，图示为针齿壳固定不动的情形。

图4为3中三个曲柄轴21的等效中央曲柄轴31状态图。

图5为图1中I-I向剖视图，图示为摆线轮固定不动的情形。

图6为图5中U 处针齿26运动轨迹示意图。

图7为实施例二的结构示意图。

图8为实施例三的结构示意图。

具体实施方式

实施例一。

如图1-5所示，一种一齿差摆线针轮减速装置，包括一个针齿壳02，在针齿壳02的内圆周设有两排数量相等的针齿槽25、27 ，且两排针齿槽的角度位置排列相同，在两排针齿槽中对应放置有两排针齿24、26，每排针齿的齿数均为40，两排针齿24、26朝向针齿壳02轴向外部的一端向靠近针齿壳02中轴线的方向倾斜设置，且对称设置。

在针齿壳02的轴向两端通过各自的球轴承03对应设有两个端板08、13，在其中一个端板08上设有多个朝向另一个端板13 延伸的柱状体11，柱状体11与设在两个摆线轮14上的对应通孔09间隙配合安装，在柱状体11上沿轴向设有螺栓安装孔，另一个端板13通过螺栓10和柱状体11上的螺栓安装孔与柱状体11固定连接，两个端板08、13一起构成本摆线针轮减速装置的支撑体07。

本实施例中，在两个摆线轮14上对应贯通设有3个曲柄轴孔15。3个曲柄轴孔的中心线距离各自摆线轮中心轴线的距离相等，且沿着摆线轮的周向均匀设置，同时与柱状体11（本实施例中，柱状体11也为3个）交错分布。曲柄轴孔15中设有曲柄轴21，曲柄轴21上的两个偏心轴颈17分别与两个摆线轮14对应安装。具体地，曲柄轴21上的偏心轴颈17通过一个针状滚柱轴承18安装在相应的曲柄轴孔内。

本实施例中，两个摆线轮14的摆线齿04、06的齿数n比针齿壳02上对应排针齿的齿数少1个（齿数差为1，称为一齿差）。并且，在摆线轮14与针齿轮01安装完成的状态下，摆线齿04、06与对应排的针齿 24、26相啮合。

但两个摆线轮14的与对应排针齿啮合最深的部位相位错开180°。这个180°通过曲柄轴21上两个偏心轴颈17在曲柄轴21圆周方向上错开180°来实现。两个偏心轴颈17的与曲柄轴中心线的偏心距均为e，以保证摆线轮14的中心线与针齿轮01的中心线偏心距为e，

曲柄轴21的两端分别通过一个圆锥滚柱轴承19对应支撑在两个端板08、13上。

本实施例中，输入轴20设置在贯穿两端板08、13以及两个摆线轮14设置的中心孔中，在输入轴20伸出其中一个端板08的一端设置有主动外齿轮12，在每根曲柄轴21的相应伸出端固定设置有与主动外齿轮12相啮合的被动外齿轮16。

实际设计时，针齿轮上针齿的间距采用1.5-2倍的针齿直径大小，其理由为，过密会导致针齿轮01强度降低，过疏将导致整个摆线针轮减速装置大型化，另外，如果使针齿的齿数在上述范围内，则在摆线轮14与针齿轮01啮合的前一级，设置的主动外齿轮12与被动外齿轮16构成的减速比为3 / 1～1 / 7的直齿圆柱齿轮减速机构，会使前后两级的减速比组合更加灵活，从而容易获得高的减速比和组合，而且还能够构成固有震动频率更高的高减速比的摆线针轮减速装置。本实施例中，针齿的齿数为40，摆线轮14上摆线齿的齿数Z为39。实际应用中，针齿的齿数可根据需要选择。

两排针齿24、26均为圆柱形，本实施例中，针齿槽25、27分别朝向针齿壳中轴线方向倾斜角为3°，从而保证对应放入的针齿24、26 与针齿壳02中轴线的的夹角α为3°。实际应用中，倾斜角大小可以根据需要进行选择，优选不大于12°。

具体地，以其中一排针齿槽27以及对应的针齿26为例说明其在针齿壳内圆周上的分布规律。用360°除以针齿26的设计齿数，得到齿距角P（在垂直于针齿壳中轴线的截面上，针齿心所在圆上，相邻针齿心之间圆弧所对中心角为P），如图3图4中所示，本实施例中，齿距角P=360/40=9°。

也就是说，本实施例中，每排针齿均按照9°的齿距角在针齿壳02的内圆周上设置。

两排针齿24、26活动放置于对应的两排针齿槽25、27中，与针齿壳02一起构成针齿轮01（也称内齿轮）。

在针齿轮01内部设两个摆线轮14（也称外齿轮），两个摆线轮14与两排针齿24、26对应设置。

摆线轮14与相应排针齿相匹配为一个具有锥度的摆线轮，所述摆线轮的锥角为针齿倾斜角的二倍。

本实施例中，摆线轮14的锥角度为6°。

摆线轮14的摆线齿符合下列条件：

1）、针齿壳02静止不动时（如图3图4所示），摆线针齿减速装置的传动速比等于摆线轮的齿数，摆线轮14的转动方向与等效中央曲柄轴31（参看图4，多个曲柄轴的等效中央曲柄轴31，本实施例中则为三个曲柄轴21的等效中央曲柄轴）的转向相反；或摆线针齿减速装置的传动减速比等于1/摆线轮的摆线齿齿数n（即摆线齿齿数n的倒数），摆线轮14转动方向与等效中央曲柄轴的转向相反。

2）、摆线轮14静止不动时（如图5图6所示），摆线针轮减速装置的传动速比等于针齿轮01的针齿数n+1，针齿轮01转动方向与等效中央曲柄轴31的转向相同；或摆线针轮减速装置的传动减速比等于1/针齿轮的针齿数（n+1），针齿轮轮转动方向与等效中央曲柄轴的转向相同。

实际应用中，针齿中轴线相对于针齿壳中轴线倾斜角α优选在不大于12°的范围内选择。因为如果这个倾斜角太大，则会导致摆线轮与针齿轮啮合时，轴向分力偏大，降低传递效率。另外，这个倾斜角太大的话会影响到摆线针轮减速装置的装配，即有可能会发生安装干涉。

当针齿与针齿壳中轴线的夹角α非零时（优选0<α≤12°）时，假圆柱形针齿的半径为r（直径d=2r）在垂直于针齿壳中轴线的截面上，针齿的截面呈椭圆形，以下称为椭圆形截面，椭圆形截面的短半轴长b等于针齿的半径r；椭圆形截面的长半轴长a等于r/cosα。

针齿上距离针齿端面W（0<W<K，K=L cosα，L为针齿的长度）处的椭圆形截面（指的是垂直于针齿壳02中轴线的截面）的分布圆半径Rw（针齿的椭圆形截面中心到针齿轮中轴线的距离）为：

Rw=R0+Wtanα;

其中，R0为针齿端面（29、30）处（位于摆线轮小端的端面）分布圆半径。

如图6所示，假定摆线轮14不动，针齿轮绕摆线轮旋转的同时自转过程中，针齿轮中针齿26的运动轨迹，也就是实际工作中相应摆线轮对应摆线齿齿形的轮廓线（图中t1、t2、 t3为三个特殊点），w处的针齿椭圆截面绕摆线轮摆动且自转的齿廓轨迹线，如图中从左到右分别是针齿26相对等效中央曲柄轴转动0角（对应t1点）、90度角（对应t2点）和180度角（对应t3点）时的齿廓运动示意图（这个齿廓运动轨迹为针齿公转和自转运动合成的包络线，本领域技术人员根据现有技术可以很容易得出），该针齿齿廓运动轨迹线即为摆线轮14的w处截面的摆线轮的齿形。

将0到K段的所有截面都按此方法逐一得到，由于从0到K的所有截面的针齿的椭圆形截面的分布圆半径Rw逐渐变大或逐渐变小,所以形成的摆线轮呈锥形体形状, 现有技术人员可根据该运动轨迹建立数学模型计算出摆线轮的加工尺寸（具体可以采用现有技术的算法，本处不再赘述）。从而得到一个完整三维的摆线轮齿形。

在两个摆线轮之间设置有用于调整两个摆线轮位置的调整件28。

本实施例中，所述的调整件28为弹性调整垫，比如可以使用波形弹垫或者能够实现同样功能的其余结构的调整垫（实际应用中，还可以是推力轴承）。针齿在对应针齿槽中安装后受针齿壳02两端球轴承03的限制，针齿的轴向位置是不能动的，实际制作中，优选为，摆线轮的厚度与调整件工作厚度一半之和略小于针齿长度的cosα倍（即L cosα）。这样的话，可以保证安装完成的摆线针轮减速器各相邻部件尤其是摆线轮14与轴向相邻部件(比如球轴承03、端板08、13等)留一点间隙避免发生轴向干涉。实际应用中，也可以是摆线轮的厚度与调整件工作厚度一半之和等于或大于针齿长度的cosα倍（即L cosα），这种情况下，可以通过改变其余部位的尺寸以避免可能出现的干涉，本处不再详述。

当通过调整件将摆线轮向两端推动，摆线轮会将针齿向对应的针齿槽槽底推进，同时摆线轮自身向对应排针齿构成的锥形的小端行进，因而可轻易地实现摆线齿与针齿之间啮合间隙的消除，从而最终实现零背隙。提高了摆线针轮减速装置的传动精度。

本发明工作原理（如图4所示，以针齿壳01固定不动进行阐述）：

将针齿壳01固定于相应的机械设备上，当电动机驱动输入轴20或等效中央曲柄轴31时，主动外齿轮12旋转，主动外齿轮12带动被动外齿轮16旋转，被动外齿轮16带动曲柄轴21围绕自身的中心轴自转即，曲柄轴21的偏心轴颈17在摆线轮14上的曲柄轴孔 15内偏心旋转，同时曲柄轴21带动摆线轮14沿图4中箭头方向偏心摆动旋转。此时，针齿24、26与摆线齿04、06各自对应互相接触啮合，当等效中央曲柄轴31转动ω角时，支撑体07输出的转动角速度ω1按减速比关系传动减速，因此支撑体07输出的转动角速度ω1等于等效中央曲柄轴31的角速度ω除以摆线轮齿数。

实际应用中，也可以是，每个针齿朝向针齿壳轴向外部的一端向远离针齿壳中轴线的方向倾斜设置，采用这种方案时，如图7所示的实施例二。当每个针齿朝向针齿壳轴向外部的一端向远离针齿壳中轴线的方向倾斜设置时，在每个摆线轮与对应的端板08、13之间设置有用于调整两个摆线轮位置的调整件；

当两排针齿同方向倾斜设置时，如图8所示的实施例三，在两排针齿整体排列锥形的大端以及两排针齿之间设置有用于调整两个摆线轮位置的调整件。

实施例二和实施例三的其余部分结构，与实施例一类似，本处不再赘述。

需要说明的是，上述实施例仅用来说明本发明，但本发明并不局限于上述实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种一齿差摆线针轮减速装置，包括外齿轮和内齿轮，内齿轮包括一个针齿壳和设置在针齿壳内圆周的两排数量相等的针齿，外齿轮为与两排针齿对应的两个摆线轮，摆线轮的齿数比相应排针齿的齿数少一个；在针齿壳轴向的两端分别可转动设有一个端板，两个端板之间通过贯穿摆线轮设置的连接件固定连接，在摆线轮上贯穿其轴向设有一个或多个曲柄安装孔，曲柄安装孔中安装有曲柄轴，曲柄轴可转动支撑在两个端板上，曲柄轴转动时能够带动摆线轮摆动转动与针齿壳内圆周上相应设置的针齿相啮合，其特征在于：所述的针齿为圆柱形，针齿通过设置在针齿壳内圆周上的针齿槽设置在针齿壳上，针齿中轴线相对于针齿壳中轴线具有一个倾斜角，每排针齿整体呈锥形排列，两排针齿对称设置或者两排针齿同方向倾斜设置，且两排针齿的角度排列位置相同；所述的摆线轮与相应排针齿共轭为一个具有锥度的摆线轮，所述摆线轮的锥角为针齿倾斜角的二倍，其中，摆线轮齿形通过针齿轮针齿上垂直于针齿壳中轴线的椭圆形截面齿形的运动轨迹获得；

2.根据权利要求1所述的一种一齿差摆线针轮减速装置，其特征在于：针齿中轴线相对于针齿壳中轴线倾斜角不大于12°。

3.根据权利要求1所述的一种一齿差摆线针轮减速装置，其特征在于：所述的调整件为弹性调整垫。

4.根据权利要求1所述的一种一齿差摆线针轮减速装置，其特征在于：所述的调整件为推力轴承。