CN112377596A - 一种齿轮传动单元 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种齿轮传动单元,属于减速机领域,包括一个主动偏心轮和一个被动齿轮,所述主动偏心轮与被动齿轮相互贴合,所述主动偏心轮带动被动齿轮进行旋转。本发明的有益效果是:利用主动偏心轮与被动齿轮之间的配合,不受齿数直径关系限制,在实现大传动比的情况下还能保持自身尺寸不会同步变大,甚至于最终让传动比与齿轮本身尺寸比无关,达到了高倍传动的目的。
Description
技术领域
本发明涉及减速机领域,具体而言,涉及一种齿轮传动单元。
背景技术
机器机械技术发展了几百年,各种各样的传动方式已经很丰富,纯机械的齿轮传动更是日臻完善,几乎各种机械设计需求都能找到成熟的解决办法,但是在最近十几年快速发展起来并被预测未来将会无处不在的机器人市场,传统的齿轮多级传动式减速器却处于边缘地位,大部分市场需求被高价昂贵的RV减速器与谐波减速器占据。而这本身就是现有齿轮传动的自身特性导致的,通常齿轮要达到比较高的传动比例减速比例的话,驱动轮被动轮必须符合直径齿数的倍数关系,而齿轮的常规结构,要求齿轮最少齿数必须满足一定值,导致被动轮齿数直径过大,在或者通过多级级联的方式,多级级联之后的减速机笨重,无法满足机器人减速自身结构要小要轻等等的额外要求。
发明内容
针对现有技术减速机齿轮传动结构存在的要达到较高传动比必须符合直径齿数的倍数关系、被动轮齿数直径过大、多级级联减速机结构笨重等问题,本发明提供了一种齿轮传动单元,利用主动偏心轮与被动齿轮之间的配合,不受齿数直径关系限制,在实现大传动比的情况下还能保持自身尺寸不会同步变大,甚至于最终让传动比与齿轮本身尺寸比无关,达到了高倍传动的目的。具体技术方案如下:
一种齿轮传动单元,包括一个主动偏心轮和一个被动齿轮,所述被动齿轮偏心轮廓曲线中任一点M(xt,yt)满足如下公式:
其中,被动齿轮中心为原点,t=(0,2Nπ],N为被动齿轮齿数,且N为大于1的整数,A为被动齿轮与主动偏心轮之间轴心距,B为主动偏心轮的偏心距。
优选地,所述被动齿轮的轮廓曲线为所述被动齿轮的偏心轮廓曲线向内取距离为主动偏心轮半径的等距曲线而得到。
优选地,所述被动齿轮齿数N为2-21齿。
优选地,所述被动齿轮的齿数N为4-8齿。
优选地,所述被动齿轮的齿数N为4齿。
优选地,所述被动齿轮的齿数N为5齿。
优选地,所述被动齿轮的齿数N为6齿。
优选地,所述被动齿轮的齿数N为8齿。
每个主动偏心轮均与被动齿轮上的某一个齿对应的曲线贴合,主动偏心轮的外圆周面与对应齿的曲线上不同位置接触且呈滚动连接。在主动偏心轮与所述被动齿轮对应齿轮接触过程中,所述主动偏心轮每旋转一周,被动齿轮旋转1/N周,然后该主动偏心轮再与被动齿轮上的下一个齿对应的曲线贴合并带动其旋转,达到减速传动的目的。
主动偏心轮圆周轮廓表面与被动齿轮每个齿的内凹中心接触时,被动齿轮受到的该主动偏心轮的摩擦力最小,当主动偏心轮圆周轮廓表面与被动齿轮每个齿的外凸中心接触时,被动齿轮受到的该主动偏心轮的摩擦力最大。
当主动偏心轮的偏心距B越大时,被动齿轮圆周表面轮廓的凹凸效果越明显。
本发明还提供了一种齿轮传动结构,包括上述齿轮传动单元。
有益效果:
采用本发明技术方案产生的有益效果如下:
(1)每个主动偏心轮均与所述被动齿轮上的某一个齿对应的曲线贴合,主动偏心轮的外圆周面与对应齿的曲线上不同位置接触且呈滚动连接。在主动偏心轮与被动齿轮对应齿轮接触过程中,主动偏心轮每旋转一周,被动齿轮旋转1/N周,然后该主动偏心轮再与被动齿轮上的下一个齿对应的曲线贴合并继续带动其旋转,达到减速传动的目的。
(2)主动偏心轮结构极为简化,本身结构是一个偏心轮,加工精度强度成本都可以做到很好的控制,等同于传动结构中一半的加工问题已经得到解决。
(3)采用本齿轮传动单元得到的减速机,其驱动齿轮与被驱动齿轮之间的传动不受齿数直径关系限制,在实现大传动比的情况下还能保持自身尺寸不会同步变大,甚至于最终让传动比与齿轮本身尺寸比无关,达到了高倍传动的目的,节省了减速机的利用空间,制造的减速机也更加轻便。
(4)被动齿轮的结构略像带有凹边的多边形结构,与现在的齿轮齿结构形状完全不同,可以使用线切割慢走丝直接加工,制作成本低,配合结构简单的偏心驱动轮全套结构,可以做到在较低的成本情况下,使得制作的减速机具有合适的经济价值。
(5)主动偏心轮与被动齿轮之间的传动为滚动摩擦,而非滑动摩擦,通过揉动传动,进一步提高了传动的效率和精度,降低了对传动轮的损伤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案,下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明较佳之包括2个齿数被动齿轮的齿轮传动单元结构示意图;
图2是本发明较佳之包括3个齿数被动齿轮的齿轮传动单元结构示意图;
图3是本发明较佳之包括4个齿数被动齿轮的齿轮传动单元结构示意图;
图4是本发明较佳之包括5个齿数被动齿轮的齿轮传动单元结构示意图;
图5是本发明较佳之包括6个齿数被动齿轮的齿轮传动单元结构示意图;
图6是本发明较佳之包括8个齿数被动齿轮的齿轮传动单元结构示意图;
图7是本发明较佳之包括10个齿数被动齿轮的齿轮传动单元结构示意图;
图8是本发明较佳之包括14个齿数被动齿轮的齿轮传动单元结构示意图;
图9是本发明较佳之被动齿轮偏心轮廓曲线示意图;
图10是本发明较佳之齿轮传动结构立体图一;
图11为本发明较佳之齿轮传动结构立体图二;
图12为本发明较佳之齿轮传动结构立体图三;
图13是本发明较佳之输出齿轮的偏心轮廓曲线示意图;
图14是本发明较佳之输入齿轮偏心轮廓曲线示意图;
图15是本发明较佳之2倍传动减速结构示意图;
图16是本发明较佳之3倍传动减速结构示意图;
图17是本发明较佳之4倍传动减速结构示意图;
图18是本发明较佳之5倍传动减速结构示意图;
图19是本发明较佳之6倍传动减速结构示意图;
图20是本发明较佳之8倍传动减速结构示意图;
图21是本发明较佳之10倍传动减速结构示意图;
图22是本发明较佳之14倍传动减速结构示意图;
图23是本发明较佳之包括2个输入齿轮的输入组件结构示意图;
图24是本发明较佳之包括3个输入齿轮的输入组件结构示意图;
图25是本发明较佳之包括4个输入齿轮的输入组件结构示意图;
图26是本发明较佳之包括5个输入齿轮的输入组件结构示意图;
图27是本发明较佳之包括6个输入齿轮的输入组件结构示意图;
图28是本发明较佳之包括7个输入齿轮的输入组件结构示意图;
图29是本发明较佳之包括8个输入齿轮的输入组件结构示意图;
图30是本发明较佳之包括9个输入齿轮的输入组件结构示意图;
图31是本发明较佳之包括10个输入齿轮的输入组件结构示意图。
图中:101、主动偏心轮;102、被动齿轮;103、被动齿轮偏心轮廓曲线;
104、被动齿轮轮廓曲线;1、输入组件;11、输入偏心轮组;12、输入齿轮组;
1011、输入偏心轮;1021、输入齿轮;1031、输入齿轮偏心轮廓曲线;1041、输入齿轮轮廓曲线;111、输入偏心轮主体;112、滚动轴承;2、输出组件;21、输出齿轮组;22、输出偏心轮组;201、输出齿轮;202、输出偏心轮;203、输出齿轮偏心轮廓曲线;204、输出齿轮轮廓曲线;3、安装盘。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施方式中的附图,对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施方式是本发明一部分实施方式,而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。因此,以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本发明保护的范围。
如图1-9所示,齿轮传动单元包括一个主动偏心轮101和一个被动齿轮102,所述被动齿轮偏心轮廓曲线103中任一点M(xt,yt)满足如下公式:
其中,被动齿轮102中心为原点,t=(0,2Nπ],N为被动齿轮102齿数,且N为大于1的整数,A为被动齿轮102与主动偏心轮101之间轴心距,B为主动偏心轮101的偏心距。
作为一种优选的实施方式,所述被动齿轮轮廓曲线104为所述被动齿轮偏心轮廓曲线103向内取距离为主动偏心轮半径R1的等距曲线而得到。
作为一种优选的实施方式,所述被动齿轮102齿数N为2-21齿。
作为一种优选的实施方式,所述被动齿轮102的齿数N为4-8齿。
作为一种优选的实施方式,所述被动齿轮102的齿数N为4齿。
作为一种优选的实施方式,所述被动齿轮102的齿数N为5齿。
作为一种优选的实施方式,所述被动齿轮102的齿数N为6齿。
作为一种优选的实施方式,所述被动齿轮102的齿数N为8齿。
参见1-8,分别为被动齿轮102的齿数为2、3、4、5、6、8、10、14齿时被动齿轮102与主动偏心轮101之间的传动关系结构示意图。
在实施操作过程中发现,当被动齿轮102的齿数N为8齿时,其传动效率比较好。
每个主动偏心轮101均与所述被动齿轮102上的某一个齿对应的曲线贴合,主动偏心轮101的外圆周面与对应齿的曲线上不同位置接触且呈滚动连接。在主动偏心轮101与所述被动齿轮102对应齿轮接触过程中,所述主动偏心轮101每旋转一周,所述被动齿轮102旋转1/N周,然后该主动偏心轮101再与被动齿轮102上的下一个齿对应的曲线贴合并带动其旋转,达到减速传动的目的。
具体的,当被动齿轮102齿数分别是2、3、4、5、6、8、10、14个时,所述主动偏心轮101每旋转一周,所述每个被动齿轮102旋转1/N周,参见图1-8,因此,当被动齿轮102齿数为2、3、4、5、6、8、10、14个齿数时,主动偏心轮101旋转一周,被动齿轮102将旋转1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/8、1/10或1/14周。
主动偏心轮101圆周轮廓表面与被动齿轮102每个齿的内凹中心接触时,被动齿轮102受到的该主动偏心轮101的摩擦力最小,当主动偏心轮101圆周轮廓表面与被动齿轮102每个齿的外凸中心接触时,被动齿轮102受到的该主动偏心轮101的摩擦力最大。
当主动偏心轮101的偏心距B1越大时,被动齿轮102圆周表面轮廓的凹凸效果越明显。
本实施方式还提供了一种齿轮传动结构,包括一组以上的所述齿轮传动单元。
如图10-12所示,齿轮传动结构包括输入组件1和输出组件2,所述输出组件2包括输出齿轮201和均匀分布在所述输出齿轮201圆周方向并与所述输出齿轮201贴合的两个以上的输出偏心轮202。利用输出偏心轮202与输出齿轮201贴合带动输出齿轮201运动,达到齿轮减速传动的目的。
如图13所示,输出齿轮偏心轮廓曲线203中任一点M(xt,yt)满足如下公式:
其中,输出齿轮201中心为原点,t=(0,2N1π],N1为输出齿轮201齿数,且N1为大于1的整数,A为两轮的轴心距,B1为输出偏心轮202的偏心距。
作为一种优选的实施方式,输出齿轮轮廓曲线204为所述输出齿轮偏心轮廓曲线203向内取距离为输出偏心轮202半径R1的等距曲线而得到。
每个输出偏心轮202均与所述输出齿轮201上的某一个齿对应的曲线贴合,输出偏心轮202的外圆周面与对应齿的曲线上不同位置接触且呈滚动连接。在输出偏心轮202与所述输出齿轮201对应齿轮接触过程中,所述输出偏心轮202每旋转一周,所述输出齿轮201旋转1/N1周,然后该输出偏心轮202再对输出齿轮201上的下一个齿对应的曲线贴合,达到减速传动的目的。
采用上述公式得到的输出齿轮轮廓曲线204,可以使得输出齿轮的外圆周表面与输出偏心轮202一直保持贴合状态,而输出偏心轮202与输出齿轮201之间通过揉动传动。
作为一种优选的实施方式,输出齿轮201圆周方向上分布的输出偏心轮202数量可根据需要进行控制,综合考虑输出偏心轮202在输出齿轮201外圆周表面的占用空间及其传动的稳定性、传动效率等,这里采用几种比较优选的方案。
输出齿轮201圆周方向可以均匀分布有N1个所述输出偏心轮202;所述输出齿轮201的齿数N1可以为3-21齿,优选地,输出齿轮201的齿数N1可以为4-8齿。
在实施操作过程中发现,当输出齿轮201的齿数N1为8齿时,其传动效率比较好。
输出偏心轮202圆周轮廓表面与输出齿轮201每个齿的内凹中心接触时,输出齿轮201受到的该输出偏心轮202的摩擦力最小,当输出偏心轮202圆周轮廓表面与输出齿轮201每个齿的外凸中心接触时,输出齿轮201受到的该输出偏心轮的摩擦力最大。
容易理解的是,当输出偏心轮202的偏心距B1越大时,输出齿轮201圆周表面轮廓的凹凸效果越明显。
在实现操作过程中,为了确保输出齿轮201受到输出偏心轮202力的作用的均匀性,当某输出偏心轮202圆周轮廓表面处于输出齿轮201上齿的内凹中心位置时,如果输出齿轮201的齿数为奇数,其位于其对面的输出偏心轮202圆周轮廓表面与输出齿轮201上齿的外凸中心接触;如果输出齿轮201的齿数为偶数,则可通过在其对面左右两侧设置两个输出偏心轮202,呈三角形排布,用于弥补该处摩擦力不足的问题。
在实现操作过程中,输出偏心轮202的数量与输出齿轮201的齿数存在一定的相关性,一半或等于输出齿轮201的齿数,以输出齿轮201齿数的一半为宜,如输出齿轮201的齿数为8齿时,输出偏心轮202的数量优选为4个;如输出齿轮201的齿数为6齿时,输出偏心轮202的数量可以是3个或6个。
作为一种优选的实施方式,如图10-12所示,所述传动结构还包括安装盘3,所述输入组件1和所述输出组件2分别安装在所述安装盘3两侧面。
作为一种优选的实施方式,所述输出组件2包括由W1个所述输出齿轮201同中心轴叠合而成的输出齿轮组21和均匀分布在所述输出齿轮组21圆周方向上的两组以上的输出偏心轮组22,每组所述输出偏心轮组22由W1个输出偏心轮202刚性同轴连接而成,且W1为大于等于2的整数;
输出偏心轮组22中每层所述输出偏心轮202均均匀分布在所述输出齿轮组21中对应层输出齿轮201外圆周方向并与对应层所述输出齿轮201外圆周轮廓贴合。
作为一种优选的实施方式,输出齿轮组21中输出齿轮201的个数W1为3-6个。
采用多个输出齿轮叠合形成输出齿轮组和多个输出偏心轮叠合形成输出偏心轮组,目的是为了提高传动稳定性。在试验过程中,当输出齿轮组21中输出齿轮201的个数W1为4个时,其传动稳定性较佳。
采用多个输出齿轮201叠合组成的输出齿轮组21进行传动,同一组输出齿轮组21中处于不同层的输出齿轮201上凹凸边上与对应输出偏心轮202的接触部位不同,大大提高了输出偏心轮组22与输出齿轮组21之间的传动稳定性,从而实现输出偏心轮组22对输出齿轮组21的稳定顺畅传动。
作为一种优选的实施方式,如图10-12所示,所述输入组件1包括输入偏心轮1011和均匀分布在所述输入偏心轮1011圆周方向并与所述输入偏心轮1011外圆周轮廓贴合的输入齿轮1021,每个所述输入齿轮1021中心轴均与一个所述输出偏心轮202中心轴刚性同轴连接。输入偏心轮1011发散驱动输入齿轮1021,形成稳固的单级驱动结构,而后输入齿轮1021通过输出偏心轮202重新聚集向内回驱,驱动输出齿轮201旋转,形成完整的两级传动驱动结构,两次传动就完成了大传动比的减速机全部的传动过程。
如图14所示,所述输入齿轮偏心轮廓曲线1031中任一点M2(xt,yt)满足如下公式:
其中,输入齿轮1021中心为原点,t=(0,2N2π],N2为输入齿轮1021齿数,且N2为大于1的整数,A为两轮的轴心距,B2为输入偏心轮1011的偏心距。
作为一种优选的实施方式,所述被动齿轮的轮廓曲线为所述被动齿轮的偏心轮廓曲线向内取距离为主动偏心轮半径R3的等距曲线而得到。
作为一种优选的实施方式,所述输入齿轮1021齿数N2与输出齿轮201齿数相等。
作为一种优选的实施方式,所述输入组件1包括W2个所述输入偏心轮1011同中心轴叠合而成的输入偏心轮组11和均匀分布在所述输入偏心轮组11圆周方向上的两组以上的输入齿轮组12,每组所述输入齿轮组12由W2个输入偏心轮组11同轴连接而成,且W2为大于等于2的整数;
输入齿轮组12中每层所述输入齿轮1021均均匀分布在所述输入偏心轮组11中对应层输入偏心轮1011外圆周方向并与对应层所述输入偏心轮1011外圆周轮廓贴合。
作为一种优选的实施方式,输入偏心轮组11上每个所述输入偏心轮1011均由输入偏心轮主体111和套在所述输入偏心轮主体111外围的滚动轴承112组成,所述滚动轴承112的外径与所述输入偏心轮1011直径相等。
如图23-31所示,采用本齿轮传动结构得到的减速机,其驱动齿轮与被驱动齿轮直径尺寸可大致相同,可以在一个传动轮传动N倍齿轮时,其周围还可同时环绕驱动多个N倍齿轮,避免了传统单级传动大齿轮比的齿轮传动时,驱动齿周围因空间不足而导致单个齿轮无法同时在同一平面驱动多个大齿轮的问题。
如图15-22所示,输入齿轮1021齿数分别是2、3、4、5、6、8、10、14个的输入组件1结构示意图,输入偏心轮1011均与每个输入齿轮1021上的某一个齿对应的曲线贴合,输入偏心轮1011的外圆周面与对应齿的曲线上不同位置接触且呈滚动连接。在输入偏心轮1011与所述输入齿轮1021对应齿轮接触过程中,所述输入偏心轮1011每旋转一周,所述每个输入齿轮1021旋转1/N2周,因此,当输入齿轮1021齿数为2、3、4、5、6、8、10、14个齿数时,输入偏心轮1011旋转一周,输入齿轮1021将旋转1/2、1/3、1/4、1/5、1/6、1/8、1/10或1/14周,达到减速传动的目的。
在应用时,控制输入组件1中的输入偏心轮1011旋转,输入偏心轮1011发散驱动输入齿轮1021,形成稳固的单级驱动结构,使驱动齿轮旋转速度变为输入偏心轮1011转速的1/N2,而后输入齿轮1021通过输出偏心轮202重新聚集向内回驱,驱动输出齿轮201旋转,形成完整的两级传动驱动结构,此时输出齿轮201的旋转速度为输入偏心轮1011旋转速度的1/(N1*N2),两次传动就完成了大传动比的减速机全部的传动过程,带动输入偏心轮1011周围的根据传动比的要求,还可以将本发明中的二级齿轮传动变为三级或四级等,大大节省了传动结构占用的空间。
在实际应用中根据主动偏心轮的圆周周长与被动齿轮对应的一段轮廓曲线之间的长度关系,其揉动的方式也不同。当主动偏心轮的圆周周长与被动齿轮对应的一段轮廓曲线之间的长度相等时,其接触的每个点都正好处于滚动静摩擦状态;当主动偏心轮的圆周周长大于被动齿轮对应的一段轮廓曲线长度时,即主动偏心轮旋转一周走过的长度大于被动齿轮其中一段轮廓曲线的长度,这时被动齿轮比较适合被带动;当主动偏心轮的圆周周长小于被动齿轮对应的一段轮廓曲线长度时,即主动偏心轮旋转一周走过的长度小于被动齿轮其中一段轮廓曲线的长度,这时被动齿轮同样可作为主动轮来带动主动偏心轮旋转,即可以从输出端往输入端传动,达到加速的目的。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。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 (9)
2.根据权利要求1所述的一种齿轮传动单元,其特征在于,所述被动齿轮的轮廓曲线为所述被动齿轮的偏心轮廓曲线向内取距离为主动偏心轮半径的等距曲线而得到。
3.根据权利要求1所述的一种齿轮传动单元,其特征在于,所述被动齿轮齿数N为2-21齿。
4.根据权利要求3所述的一种齿轮传动单元,其特征在于,所述被动齿轮的齿数N为4-8齿。
5.根据权利要求4所述的一种齿轮传动单元,其特征在于,所述被动齿轮的齿数N为4齿。
6.根据权利要求4所述的一种齿轮传动单元,其特征在于,所述被动齿轮的齿数N为5齿。
7.根据权利要求4所述的一种齿轮传动单元,其特征在于,所述被动齿轮的齿数N为6齿。
8.根据权利要求4所述的一种齿轮传动单元,其特征在于,所述被动齿轮的齿数N为8齿。
9.一种齿轮传动结构,其特征在于,包括如权利要求1-8任一项所述的齿轮传动单元。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20210219 |