CN112228527B - 一种可变齿厚的齿轮组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变齿厚的齿轮组件，包括相互啮合的球形齿轮和碗形齿轮，球形齿轮包括外齿壳和位于外齿壳内的安装座，外齿壳由多个外齿底片体、外齿顶片体和外齿面片体铰接组成，在安装座上固定安装有与外齿顶片体一一对应的第一线性电机；碗形齿轮包括内齿壳和位于内齿壳外的半球壳状的支撑壳，内齿壳由多个内齿底片体、内齿顶片体和内齿面片体铰接组成，在支撑壳上固定安装有与内齿底片体一一对应的第二线性电机。通过第一线性电机和第二线性电机伸缩杆的伸缩，可以调整球形齿轮和碗形齿轮的齿厚，从而使高速轻载传动与低速重载传动集于一体，同时兼具了球形齿轮与碗形齿轮传动的结构紧凑、占用空间小、既能多向摆动、又能转动的特点。

Description

一种可变齿厚的齿轮组件
技术领域
本发明属于传动齿轮技术领域,具体地讲,特别涉及一种可变齿厚的齿轮组件。
背景技术
目前,传动装置的输出动力基本是固定不变的，低速重载传动与高速轻载传动是一对矛盾体，很难在同一个传动装置中实现。现有技术中均通过更换不同的传动装置，来满足低速重载传动和高速轻载传动两种工况。
随着机器人在人类生活领域的应用越来越广泛，对机器人的操作灵活性、作业范围以及复杂作业的适应能力等各方面性能也提出了更高的要求。关节是机器人不可或缺的一个重要组成，关节主要用于实现输出轴的摆动和转动。传统的机器人关节只能实现摆动或转动的单一功能，使得复杂作业机器人的关节数量多，不仅整体结构复杂、不够紧凑、占用空间大，而且灵活性不够、动作响应慢。并且，传统的机器人关节只能实现单一平面内摆动角度的控制，而多向的摆动方向和摆动角度无法控制，只能自适应调节。为了解决上述问题，本申请人研发了一种结构紧凑、占用空间小、既能多向摆动、又能转动的腕形机器人关节，并向国家知识产权局递交了发明专利申请，申请号为202010646594.9，在该专利申请中公开了相互啮合的球形齿轮和碗形齿轮。
上述专利申请中的球形齿轮和碗形齿轮虽然解决了紧凑结构下既能多向摆动又能转动的问题，但是输出动力是固定的，无法在不更换传动装置的情况下实现高速轻载传动与低速重载传动的切换。
发明内容
本发明目的在于提供一种集高速轻载传动与低速重载传动于一体的可变齿厚的齿轮组件。
本发明的技术方案如下：一种可变齿厚的齿轮组件，包括相互啮合的球形齿轮和碗形齿轮，所述球形齿轮包括外齿壳和位于外齿壳内的安装座，所述外齿壳由多个外齿底片体、外齿顶片体和外齿面片体铰接组成，所述外齿底片体构成球形齿轮的齿底，所述外齿顶片体构成球形齿轮的齿顶，所述外齿面片体连接在外齿底片体与外齿顶片体之间，在所述安装座上固定安装有与外齿顶片体一一对应的第一线性电机，每一所述第一线性电机的伸缩杆延长线始终通过球形齿轮的球心，并且所述第一线性电机的伸缩杆与对应外齿顶片体固定；所述碗形齿轮包括内齿壳和位于内齿壳外的半球壳状的支撑壳，所述内齿壳由多个内齿底片体、内齿顶片体和内齿面片体铰接组成，所述内齿底片体构成碗形齿轮的齿底，所述内齿顶片体构成碗形齿轮的齿顶，所述内齿面片体连接在内齿底片体与内齿顶片体之间，在所述支撑壳上固定安装有与内齿底片体一一对应的第二线性电机，每一所述第二线性电机的伸缩杆延长线始终通过碗形齿轮的球心，并且所述第二线性电机的伸缩杆与对应内齿底片体固定。
采用上述结构，通过第一线性电机伸缩杆的伸缩，可以调整外齿顶片体与球形齿轮球心之间的距离，由于外齿顶片体、外齿面片体和外齿底片体之间铰接，当所有的外齿顶片体同时外扩或内缩时，带动外齿面片体和外齿底片体的角度和位置做出适应性调整，从而实现球形齿轮齿厚的调整；同样的道理，通过第二线性电机伸缩杆的伸缩，可以调整内齿底片体与碗形齿轮球心之间的距离，实现碗形齿轮齿厚的调整；当齿厚变化时，传动可以承受的最大载荷发生变化，从而使高速轻载传动与低速重载传动集于一体，同时兼具了球形齿轮与碗形齿轮传动的结构紧凑、占用空间小、既能多向摆动、又能转动的特点。
所述外齿顶片体和内齿底片体的数量均为偶数；并且所述外齿底片体、外齿顶片体和外齿面片体均为球径相同的球面状片体，所述内齿底片体、内齿顶片体和内齿面片体均为球径相同的球面状片体。这样一来，可以将外齿顶片体分为间隔的两组，其中一组外齿顶片体可以在对应第一线性电机的作用下由齿顶位置变换到齿底位置，使原来的一部分外齿底片体变换到齿面中部，使轮齿数量变为原来的一半，轮齿数量变为一半的新的球形齿轮仍然可以通过对应第一线性电机伸缩杆的伸缩实现齿厚的变化，同样的原理可以实现碗形齿轮的轮齿数量和齿厚的变化；从而不仅可以实现轮齿数量的变化，使差速比可变，还可以使齿厚具有更宽的变换范围，使可传动的载荷具有更大的范围。
所述第一线性电机分为间隔布置的A、B两组，在安装座上设有与A、B两组第一线性电机对应的P、Q两组安装位，P、Q两组安装位距离球形齿轮球心的距离不相等。这样布置第一线性电机的安装位，一方面有效避免第一线性电机之间的安装干涉；另一方面始终处于齿顶的外齿顶片体所对应的第一线性电机可以安装得更靠球面一些，当轮齿数量变为原来一半时，该部分外齿顶片体所对应的第一线性电机伸缩杆伸出的长度始终较短，对相应外齿顶片体的支撑更加稳定可靠，有利于低速重载状态下确保球形齿轮的稳定性。
有益效果：本发明通过将球形齿轮和碗形齿轮设置为齿厚可变的结构，使球形齿轮与碗形齿轮之间的传动可以在高速轻载与低速重载之间切换，使高速轻载传动与低速重载传动集于一体，同时兼具了球形齿轮与碗形齿轮传动的结构紧凑、占用空间小、既能多向摆动、又能转动的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明一实施例的结构示意图。
图2为本发明一实施例球形齿轮的结构示意图。
图3为图2球形齿轮轮齿数量变为一半的结构示意图。
图4为本发明一实施例碗形齿轮的结构示意图。
图5为图4碗形齿轮轮齿数量变为一半的结构示意图。
图6为本发明的使用状态示意图
附图标记：球形齿轮1、安装座111、第一线性电机112、外齿顶片体113、外齿面片体114、外齿底片体115、碗形齿轮2、支撑壳211、第二线性电机212、内齿底片体213、内齿面片体214、内齿顶片体215。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
本实施例提供一种可变齿厚的齿轮组件，包括相互啮合的球形齿轮1和碗形齿轮2，球形齿轮1与碗形齿轮2的传动示意如图6所示，具体结构与申请号为202010646594.9的专利申请相同，在此不做赘述。
如图1和图2所示，所述球形齿轮1包括外齿壳和位于外齿壳内的安装座111，所述外齿壳由多个外齿底片体115、外齿顶片体113和外齿面片体114铰接组成。所述外齿底片体115、外齿顶片体113和外齿面片体114的铰接结构不做限定，可以是通过铰链铰接。所述外齿底片体115构成球形齿轮1的齿底，所述外齿顶片体113构成球形齿轮1的齿顶，所述外齿面片体114连接在外齿底片体115与外齿顶片体113之间。在所述安装座111上固定安装有与外齿顶片体113一一对应的第一线性电机112，每一所述第一线性电机112的伸缩杆延长线始终通过球形齿轮1的球心，并且所述第一线性电机112的伸缩杆与对应外齿顶片体113固定，从而对整个外齿壳进行支撑、并确保外齿壳的形状。实际使用中，通过第一线性电机112伸缩杆的伸缩，可以调整外齿顶片体113与球形齿轮1球心之间的距离，由于外齿顶片体113、外齿面片体114和外齿底片体115之间铰接，当外齿顶片体113外扩或内缩时，带动外齿面片体114和外齿底片体115的角度和位置做出适应性调整，从而实现球形齿轮1齿厚的调整。
如图1和图4所示，所述碗形齿轮2包括内齿壳和位于内齿壳外的半球壳状的支撑壳211，所述内齿壳由多个内齿底片体213、内齿顶片体215和内齿面片体214铰接组成。所述内齿底片体213、内齿顶片体215和内齿面片体214的铰接结构不做限定，可以是通过铰链铰接。所述内齿底片体213构成碗形齿轮2的齿底，所述内齿顶片体215构成碗形齿轮2的齿顶，所述内齿面片体214连接在内齿底片体213与内齿顶片体215之间。在所述支撑壳211上固定安装有与内齿底片体213一一对应的第二线性电机212，每一所述第二线性电机212的伸缩杆延长线始终通过碗形齿轮2的球心，并且所述第二线性电机212的伸缩杆与对应内齿底片体213固定，从而对整个内齿壳进行支撑，并确保内齿壳的形状。实际使用中，通过第二线性电机212伸缩杆的伸缩，可以调整内齿底片体213与碗形齿轮2球心之间的距离，由于内齿顶片体215、内齿面片体214和内齿底片体213之间铰接，当内齿底片体213外扩或内缩时，带动内齿面片体214和内齿顶片体215的角度和位置做出适应性调整，从而实现碗形齿轮2齿厚的调整。事实上，所述内齿壳的支撑，还可以是通过线性电机伸缩杆与对应的内齿顶片体215固定以实现。
如图1、图3和图5所示，所述外齿顶片体113和内齿底片体213的数量均为偶数；并且所述外齿底片体115、外齿顶片体113和外齿面片体114均为球径R1相同的球面状片体，所述内齿底片体213、内齿顶片体215和内齿面片体214均为球径R2相同的球面状片体。这样一来，可以将球形齿轮1的外齿顶片体113分为间隔的两组，通过控制第一线性电机112可以将其中一组外齿顶片体113拉近安装座111，使该部分外齿顶片体113调整到齿底，使原来的一部分外齿底片体115调整到齿面，球形齿轮1的轮齿数量变为原来的一半，轮齿数量变为一半的新球形齿轮1仍然可以通过对应第一线性电机112伸缩杆的伸缩实现齿厚的变化。同样的原理可以实现碗形齿轮2的轮齿数量和齿厚的变化。变换前后球形齿轮1的轮齿齿面呈球径R1的球面、碗形齿轮2的轮齿齿面呈球径R2的球面。
为了便于布置，所述第一线性电机112分为间隔布置的A、B两组，在安装座111上设有与A、B两组第一线性电机112对应的P、Q两组安装位，P、Q两组安装位距离球形齿轮1球心的距离不相等，同一组内的安装位距离球形齿轮1球心的距离是相等的。并且这样一来可以将始终处于齿顶的外齿顶片体113所对应的第一线性电机112安装在距离球面较远的安装位，在球形齿轮1轮齿数变为原来一半时，仍然处于齿顶的外齿顶片体113所对应的第一线性电机112的伸缩杆伸出长度较短，对外齿顶片体113的支撑更加稳定可靠。
需要说明的是，配套使用的球形齿轮1的轮齿数量应比碗形齿轮2的轮齿数量少，使其形成如图1和图6的传动。图2中球形齿轮的轮齿数量与图4中碗形齿轮的轮齿数量均为12，仅由于发明人为了方便制图所导致；实际上图2中球形齿轮1配套使用的碗形齿轮2的轮齿数量应多于12，图4中碗形齿轮2配套使用的球形齿轮1的轮齿数量应少于12。

Claims (3)

1.一种可变齿厚的齿轮组件，包括相互啮合的球形齿轮和碗形齿轮，其特征在于：所述球形齿轮包括外齿壳和位于外齿壳内的安装座，所述外齿壳由多个外齿底片体、外齿顶片体和外齿面片体铰接组成，所述外齿底片体构成球形齿轮的齿底，所述外齿顶片体构成球形齿轮的齿顶，所述外齿面片体连接在外齿底片体与外齿顶片体之间，在所述安装座上固定安装有与外齿顶片体一一对应的第一线性电机，每一所述第一线性电机的伸缩杆延长线始终通过球形齿轮的球心，并且所述第一线性电机的伸缩杆与对应外齿顶片体固定；
所述碗形齿轮包括内齿壳和位于内齿壳外的半球壳状的支撑壳，所述内齿壳由多个内齿底片体、内齿顶片体和内齿面片体铰接组成，所述内齿底片体构成碗形齿轮的齿底，所述内齿顶片体构成碗形齿轮的齿顶，所述内齿面片体连接在内齿底片体与内齿顶片体之间，在所述支撑壳上固定安装有与内齿底片体一一对应的第二线性电机，每一所述第二线性电机的伸缩杆延长线始终通过碗形齿轮的球心，并且所述第二线性电机的伸缩杆与对应内齿底片体固定。
2.根据权利要求1所述的一种可变齿厚的齿轮组件，其特征在于：所述外齿顶片体和内齿底片体的数量均为偶数；并且所述外齿底片体、外齿顶片体和外齿面片体均为球径相同的球面状片体，所述内齿底片体、内齿顶片体和内齿面片体均为球径相同的球面状片体。
3.根据权利要求1或2所述的一种可变齿厚的齿轮组件，其特征在于：所述第一线性电机分为间隔布置的A、B两组，在安装座上设有与A、B两组第一线性电机对应的P、Q两组安装位，P、Q两组安装位距离球形齿轮球心的距离不相等。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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