CN112392921B - 一种可变速的传动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可变速的传动机构，属于减速机领域，包括输入组件和输出组件，所述输入组件包括输入轴和安装在所述输入轴上的偏心轮，所述输出组件包括输出轴和中心安装在所述输出轴上的两个以上的输出齿轮，所述输入轴与所述输出轴平行。本发明的有益效果是：利用两组以上齿轮之间的配合，不受齿数直径关系限制，在实现灵活改变传动比的情况下还能保持自身尺寸不会同步变大，达到变速传动的目的同时使用该传变速传动结构的机器还将更加小巧轻便。

Description

一种可变速的传动机构
技术领域
本发明涉及减速机领域，具体而言，涉及一种可变速的传动机构。
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，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，传统齿轮之间传动比例与齿轮直径存在对应关系，因此传统齿轮需要满足一定的直径关系，才能设计出符合传动要求的齿轮，并且齿轮的常规结构，还要求齿轮最少齿数必须满足一定值，齿轮齿数的限制以及齿轮直径的限制直接导致被动轮齿数直径过大，齿轮排布空间要求多，限制大，尤其使得采用多级级联的方式设计的可变速减速机更为笨重。面对如今越来越复杂的设计需求以及人们简洁化、轻便化的消费转向，使用传统齿轮已经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符合一定传动比必须符合一定的直径、齿数关系、被动轮齿数直径常常过大、齿轮排布空间限制多、多级级联减速机结构笨重等问题，本发明提供了一种可变速的传动机构，利用两组以上齿轮之间的配合，不受齿数直径关系限制，在实现灵活改变传动比的情况下还能保持自身尺寸不会同步变大，达到了变速传动的目的同时使用该传动机构设计的机器还将更加轻便小巧。具体技术方案如下：
一种可变速的传动机构，包括输入组件和输出组件，所述输入组件包括输入轴和安装在所述输入轴上的偏心轮，所述输出组件包括输出轴和中心安装在所述输出轴上的两个以上的输出齿轮，所述输入轴与所述输出轴平行。
利用输入组件上的偏心轮带动输出组件中的输出齿轮进行转动，齿合的输出齿轮不同，传动比不同，通过不同的输出齿轮带动输出轴达到变速的目的。
优选地，所述输入轴上安装有一个所述偏心轮，所述输出轴上的所述输出齿轮的偏心轮廓曲线中任一点M(xt，yt)满足如下公式：
Figure BDA0002814185630000021
Figure BDA0002814185630000022
其中，输出齿轮中心为原点，t＝(0，2N1π]，N1为对应输出齿轮齿数，且N1为大于1的整数，A为输入轴和输出轴的轴心距，B1为偏心轮的偏心距。
优选地，所述输出齿轮的轮廓曲线为所述输出齿轮的偏心轮廓曲线向内取等距曲线而得到，当偏心轮与所述输出轴上任意一个所述输出齿轮处于同一平面时，所述偏心轮外圆周面与对应所述输出齿轮的外圆周面齿合。
优选地，所述输出齿轮的轮廓曲线为所述输出齿轮的偏心轮廓曲线向内取距离为偏心轮半径的等距曲线而得到。
采用该公式设计的输出齿轮与偏心轮进行齿合，输出齿轮与偏心轮之间的传动不受直径限制，只与齿轮齿数相关，更加节省空间，齿轮安装排布时安装空间更加灵活，在实际使用中，可以使用线切割慢走丝直接加工，使用时也更加简单易懂，方便设计。
偏心轮圆周轮廓表面与输出齿轮每个齿的内凹中心接触时，输出齿轮受到的该偏心轮的摩擦力最小，当偏心轮圆周轮廓表面与输出齿轮每个齿的外凸中心接触时，输出齿轮受到的该偏心轮的摩擦力最大。
当偏心轮的偏心距B1越大时，输出齿轮圆周表面轮廓的凹凸效果越明显。
优选地，所述输出轴上每个输出齿轮的齿数均不相等。
安装不同齿数的输出齿轮，可以获得不同的齿轮传动比。
优选地，所述输出轴上每个输出齿轮的齿数为2-21齿。
优选地，所述输出轴上每个输出齿轮的齿数为3-8齿。
优选地，所述输出轴上输出齿轮的齿数从左到右逐渐增加或逐渐减少。
优选地，所述输入轴上与每个所述输出齿轮对应位置处均固定安装有一个所述偏心轮，且每个所述输出齿轮外圆周面与对应的所述偏心轮的外圆周面齿合。
优选地，还包括输出齿轮箱，所述输出轴与所述输出齿轮箱两侧通过轴承连接，所述输出齿轮箱沿所述输出轴长度方向设置有若干容纳腔体，每个所述输出齿轮对应安装在一个所述容纳腔体内，所述容纳腔体靠近所述输入轴一侧形成有用于使所述输出齿轮与所述偏心轮贴合的开口。输出齿轮安装在容纳腔体上，通过控制输出轴与输出齿轮的安装方式，达到控制传动比的目的。
优选地，所述输出齿轮两侧形成有用于安装在所述容纳腔体并可沿所述输出轴轴线方向旋转的旋转支撑滑块，所述容纳腔体两侧壁上与所述旋转支撑滑块对应位置形成用于安装所述旋转支撑滑块的环形滑槽。
优选地，所述旋转支撑滑块为圆环形。
优选地，每个所述输出齿轮与所述输出轴之间均通过可控制所述输出齿轮在固定连接和活动连接两种状态间切换的输出齿轮轴承连接；在固定连接状态时，所述输出轴随所述输出齿轮旋转而旋转，在活动连接状态时，所述输出轴不随所述输出齿轮旋转而旋转。
优选地，每个所述输出齿轮与所述输出轴之间接触面上均形成有固定凹槽，所述输出轴上形成有与所述固定凹槽相配合并可套设在所述固定凹槽内的安装滑块。
优选地，所述安装滑块的长度大于等于所述输出齿轮的厚度，小于相邻两个所述输出齿轮之间的距离与输出齿轮厚度之差。
优选地，所述输入轴上固定安装有一个所述偏心轮，每个所述输出齿轮的形状和大小均相等，当所述偏心轮位于对应输出齿轮的正上方时，所述偏心轮的外圆周表面与所述输出齿轮的外圆周表面贴合。
优选地，每个所述偏心轮由偏心轮主体和套在所述偏心轮主体外围的滚动轴承组成，所述滚动轴承的外径与所述偏心轮直径相等。采用滚动轴承，阻力更小，作业时能够减少摩擦损失，并且使用维护更加方便。
有益效果：
采用本发明技术方案产生的有益效果如下：
(1)利用输入轴中的偏心轮与输出组中的输出齿轮相互齿合，由偏心轮带动输出齿轮进行运动，达到传输运动的目的。偏心轮与所述输出齿轮上的某一个齿对应的曲线齿合，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。在偏心轮与所述输出齿轮对应齿轮接触过程中，所述偏心轮每旋转一周，所述输出齿轮旋转1/N1周。当偏心轮同齿数不同的输出齿轮齿合，传动比不同，传输的速度不同，从而达到可变速的目的。
(2)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；并且在驱动齿轮与被驱动齿轮直径尺寸大致相同时，可实现不同传动比例输出的目的。
(3)输入轮和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。
(4)输出齿轮和被动齿轮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)输入轮与被动齿轮、偏心轮与输出齿轮之间的传动为滚动摩擦，而非滑动摩擦，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是本发明实施例一中可变速的传动机构示意图一；
图2是本发明较佳之输出齿轮轮廓曲线示意图；
图3是本发明实施例一中可变速的传动机构示意图二；
图4是本发明实施例一中固定凹槽和安装滑块配合关系图；
图5是本发明实施例一中输出齿轮结构图；
图6是本发明实施例二中可变速的传动机构示意图；
图7是本发明较佳之偏心轮结构示意图。
图中：1、输入组件；11、输入轴；12、偏心轮；121、偏心轮主体；122、滚动轴承；2、输出组件；21、输出轴；211、安装滑块；22、输出齿轮；221、旋转支撑滑块；222、输出齿轮轴承；223、固定凹槽；23、偏心轮廓曲线；24、输出齿轮轮廓曲线；25、输出齿轮箱；251、容纳腔体；252、开口；253、环形滑槽；26、轴承。
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。
本实施方式中齿轮传动结构利用两组以上齿轮之间的配合，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。具体实施内容如下：
如图1所示，可变速的传动机构包括输入组件1和输出组件2，所述输入组件1包括输入轴11和安装在所述输入轴11上的偏心轮12，所述输出组件2包括输出轴21和中心安装在所述输出轴21上的两个以上的输出齿轮22，所述输入轴11与所述输出轴21平行。利用输入组件上的偏心轮带动输出组件中的输出齿轮进行转动，齿合的输出齿轮不同，传动比不同，从而达到变速的目的。
作为一种优选的实施方式，参见图2，所述输出轴21上的所述输出齿轮22的偏心轮廓曲线23中任一点M(xt，yt)满足如下公式：
Figure BDA0002814185630000061
Figure BDA0002814185630000062
其中，输出齿轮中心为原点，t＝(0，2N1π]，N1为对应输出齿轮齿数，且N1为大于1的整数，A为输入轴和输出轴的轴心距，B为偏心轮的偏心距。
作为一种优选的实施方式，所述输出齿轮轮廓曲线24为所述输出齿轮22的偏心轮廓曲线23向内取距离为偏心轮半径R1的等距曲线而得到，当偏心轮与所述输出轴上任意一个所述输出齿轮处于同一平面时，所述偏心轮12外圆周面与对应所述输出齿轮22的外圆周面齿合。
采用该公式设计的输出齿轮与偏心轮进行齿合，输出齿轮与偏心轮之间的传动不受直径限制，只与齿轮齿数相关，更加节省空间，齿轮安装排布时安装空间更加灵活，在实际使用中，使用时也更加简单易懂，方便设计。
偏心轮圆周轮廓表面与输出齿轮每个齿的内凹中心接触时，输出齿轮受到的该偏心轮的摩擦力最小，当偏心轮圆周轮廓表面与输出齿轮每个齿的外凸中心接触时，输出齿轮受到的该偏心轮的摩擦力最大。
当偏心轮的偏心距B1越大时，输出齿轮圆周表面轮廓的凹凸效果越明显。
作为一种优选的实施方式，所述输出轴上每个输出齿轮的齿数均不相等。
安装不同齿数的输出齿轮，可以获得不同的齿轮传动比。
作为一种优选的实施方式，所述输出轴上每个输出齿轮的齿数为2-21齿。
作为一种优选的实施方式，所述输出轴上每个输出齿轮的齿数为3-8齿。
作为一种优选的实施方式，所述输出轴21上输出齿轮22的齿数从左到右逐渐增加或逐渐减少。
要实现输出轴21变速的效果，那需要改变偏心轮12到输出轴21之间的传动关系，其中的关系有两种，一种是偏心轮12带动输出齿轮22转动，另一种是输出齿轮22带动输出轴21转动；传动的实现需要偏心轮传动指定的输出齿轮，并由指定的输出齿轮带动输出轴21转动，这里指定输出齿轮的方式有多种，这里例举如下：
(一)输出轴上与每个所述输出齿轮对应位置处均固定安装有一个所述偏心轮，且每个所述输出齿轮外圆周面与对应的所述偏心轮的外圆周面齿合，通过控制不同输出齿轮固定安装在所述输出轴上带动输出轴旋转，达到不同传动比的目的；这里改变的是输出齿轮与输出轴之间的传动关系。
(二)输出轴上固定安装有一个偏心轮，通过控制偏心轮与输出轴上不同输出齿轮贴合达到不同的传动比；这里改变的是偏心轮与输出齿轮之间的传动关系。
下面通过两组实施例对这两种情况的结构进行具体的描述。
实施例一：
参见图1、3-5所示，输入轴11上与每个所述输出齿轮22对应位置处均固定安装有一个所述偏心轮12，且每个所述输出齿轮22外圆周面与对应的所述偏心轮12的外圆周面齿合。
输出齿轮22外设有输出齿轮箱25，所述输出轴21与所述输出齿轮箱25两侧通过轴承26连接，所述输出齿轮箱25沿所述输出轴21长度方向设置有若干容纳腔体251，每个所述输出齿轮22对应安装在一个所述容纳腔体251内，所述容纳腔体251靠近所述输入轴11一侧形成有用于使所述输出齿轮22与所述偏心轮12贴合的开口252。输出齿轮22安装在容纳腔体251上，通过控制输出轴与输出齿轮的安装方式，达到控制传动比的目的。
输出齿轮22两侧形成有用于安装在所述容纳腔体251并可沿所述输出轴21轴线方向旋转的旋转支撑滑块221，所述容纳腔体251两侧壁上与所述旋转支撑滑块221对应位置形成用于安装所述旋转支撑滑块221的环形滑槽253，旋转支撑滑块221为圆环形。
每个所述输出齿轮22与所述输出轴21之间均通过可控制所述输出齿轮22在固定连接和活动连接两种状态间切换的输出齿轮轴承222连接；在固定连接状态时，所述输出轴随所述输出齿轮旋转而旋转，在活动连接状态时，所述输出轴不随所述输出齿轮旋转而旋转。由于可实现输出齿轮轴承222功能的结构有多种，而且是现有技术，不属于本次发明的重点，这里不再赘述。
每个所述输出齿轮22与所述输出轴21之间接触面上均形成有固定凹槽223，所述输出轴21上形成有与所述固定凹槽223相配合并可套设在所述固定凹槽223内的安装滑块211。
安装滑块211的长度大于等于所述输出齿轮22的厚度，小于相邻两个所述输出齿轮22之间的距离与输出齿轮厚度之差。
输入轴11上固定安装有一个所述偏心轮12，每个所述输出齿轮22的形状和大小均相等，当所述偏心轮12位于对应输出齿轮22的正上方时，所述偏心轮12的外圆周表面与所述输出齿轮22的外圆周表面贴合。
实施例二：
参见图6所示，输入轴11上固定安装有一个所述偏心轮12，通过控制偏心轮12与输出轴21上不同输出齿轮22贴合达到不同的传动比；这里改变的是偏心轮与输出齿轮之间的传动关系。
这里输出轴上的每个输出齿轮的形状和大小需要完全一样。
作为一种优选的实施方式，上述两组实施例中每个所述偏心轮12由偏心轮主体121和套在所述偏心轮主体121外围的滚动轴承122组成，参见图7，所述滚动轴承122的外径与所述偏心轮12直径相等。采用滚动轴承，阻力更小，作业时能够减少摩擦损失，并且使用维护更加方便。
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 (13)

1.一种可变速的传动机构，其特征在于，包括输入组件和输出组件，所述输入组件包括输入轴和安装在所述输入轴上的偏心轮，所述输出组件包括输出轴和中心安装在所述输出轴上的两个以上的输出齿轮，所述输入轴与所述输出轴平行；所述输入轴上安装有一个所述偏心轮，所述输出轴上的所述输出齿轮的偏心轮廓曲线中任一点M(xt，yt)满足如下公式：
Figure FDA0003299183940000011
Figure FDA0003299183940000012
其中，输出齿轮中心为原点，t＝(0，2N1π]，N1为对应输出齿轮齿数，且N1为大于1的整数，A为输入轴和输出轴的轴心距，B1为偏心轮的偏心距；所述输入轴上与每个所述输出齿轮对应位置处均固定安装有一个所述偏心轮，且每个所述输出齿轮外圆周面与对应的所述偏心轮的外圆周面齿合。
2.根据权利要求1所述的一种可变速的传动机构，其特征在于，所述输出齿轮的轮廓曲线为所述输出齿轮的偏心轮廓曲线向内取等距曲线而得到，当偏心轮与所述输出轴上任意一个所述输出齿轮处于同一平面时，所述偏心轮外圆周面与对应所述输出齿轮的外圆周面齿合。
3.根据权利要求2所述的一种可变速的传动机构，其特征在于，所述输出齿轮的轮廓曲线为所述输出齿轮的偏心轮廓曲线向内取距离为偏心轮半径的等距曲线而得到。
4.根据权利要求3所述的一种可变速的传动机构，其特征在于，所述输出轴上每个输出齿轮的齿数均不相等。
5.根据权利要求3所述的一种可变速的传动机构，其特征在于，所述输出轴上每个输出齿轮的齿数为2-21齿。
6.根据权利要求3所述的一种可变速的传动机构，其特征在于，所述输出轴上每个输出齿轮的齿数为3-8齿。
7.根据权利要求5所述的一种可变速的传动机构，其特征在于，所述输出轴上输出齿轮的齿数从左到右逐渐增加或逐渐减少。
8.根据权利要求1所述的一种可变速的传动机构，其特征在于，还包括输出齿轮箱，所述输出轴与所述输出齿轮箱两侧通过轴承连接，所述输出齿轮箱沿所述输出轴长度方向设置有若干容纳腔体，每个所述输出齿轮对应安装在一个所述容纳腔体内，所述容纳腔体靠近所述输入轴一侧形成有用于使所述输出齿轮与所述偏心轮贴合的开口。
9.根据权利要求8所述的一种可变速的传动机构，其特征在于，所述输出齿轮两侧形成有用于安装在所述容纳腔体并可沿所述输出轴轴线方向旋转的旋转支撑滑块，所述容纳腔体两侧壁上与所述旋转支撑滑块对应位置形成用于安装所述旋转支撑滑块的环形滑槽。
10.根据权利要求9所述的一种可变速的传动机构，其特征在于，所述旋转支撑滑块为圆环形。
11.根据权利要求7所述的一种可变速的传动机构，其特征在于，每个所述输出齿轮与所述输出轴之间均通过可控制所述输出齿轮在固定连接和活动连接两种状态间切换的输出齿轮轴承连接；在固定连接状态时，所述输出轴随所述输出齿轮旋转而旋转，在活动连接状态时，所述输出轴不随所述输出齿轮旋转而旋转。
12.根据权利要求7所述的一种可变速的传动机构，其特征在于，每个所述输出齿轮与所述输出轴之间接触面上均形成有固定凹槽，所述输出轴上形成有与所述固定凹槽相配合并可套设在所述固定凹槽内的安装滑块。
13.根据权利要求12所述的一种可变速的传动机构，其特征在于，所述安装滑块的长度大于等于所述输出齿轮的厚度，小于相邻两个所述输出齿轮之间的距离与输出齿轮厚度之差。
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