CN112443638A - 变速器 - Google Patents

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Abstract

变速器，尤其是一种精密变速器。包括：外壳(1)、内壳(2)、驱动盘(3)、T型齿(4)、齿轮(5)、T型齿座(6)、可调螺母(7)、滚珠(8)、内道滚珠(9)、外道滚珠(10)、内护架(11)、外护架(12)、滚柱(13)、第一密封圈(14)、第二密封圈(15)、第三密封圈(16)。本变速器可以随时随意调整传动间隙，齿面接触是真正的面接触，几乎全部的齿都同时参与受力传动。因此变速器同时具备高精密度，高力学性能，长寿命的革命性特点。

Description

变速器
技术领域
本发明涉及一种变速器，尤其是一种低齿隙、长寿命、高力学性能的变速器。
背景技术
在机器人关节变速器、多轴数控机床领域，低齿隙、高力学性能的变速器是一种关键设备。现有可选择的设备中，以RV摆线轮变速器、谐波变速器最有代表性。但是RV摆线轮变速器制造材料、精度等要求极高，结构复杂，制造成本极高；除此之外，此类变速器无法调整传动间隙，在工作达到一定时长之后，由于磨损，传动间隙增大，超过系统容忍度将会报废。谐波变速器使用柔轮传动，柔性元件寿命较短，力学性能较低。
发明内容
本发明的目的是，提供一种长寿命、低齿隙、高性能的变速器。为此，本发明采用以下技术方案：
1、变速器，包括外壳(1)、内壳(2)、驱动盘(3)、T型齿(4)、齿轮(5)、T型齿座(6)、可调螺母(7)、滚珠(8)、内道滚珠(9)、外道滚珠(10)、内护架(11)、外护架(12)、滚柱(13)、第一密封圈(14)、第二密封圈(15)、第三密封圈(16)。
2、外壳(1)上部开有螺纹，此螺纹与可调螺母(7)配合，中部与T型齿座(6)刚性连接为一体，下部开有滚柱滚道，与滚柱(13)配合。
3、内壳(2)上部与第二密封圈(15)配合，下部被固定在齿轮(5)上。
4、驱动盘(3)上部与第一密封圈(14)、第二密封圈(15)配合，中部外面开有滚珠滚道，与滚珠(8)配合，下部底面开有滚珠内道和滚珠外道，滚珠内道上面有一部分安装有内护架(11)，滚珠外道上面有一部分安装有外护架(12)，两护架面对面分布，滚珠内道与内道滚珠(9)配合，滚珠外道与外道滚珠(10)配合。
5、内护架(11)、外护架(12)安装在驱动盘(3)上，其特征是：抱托住内道滚珠 (9)、外道滚珠(10)，不让滚珠与T型齿(4)接触。
6、内道滚珠(9)与驱动盘(3)配合，在无护架段，与T型齿(4)接触，外道滚珠 (10)与驱动盘(3)配合，在无护架段，与T型齿(4)接触。
7、T型齿(4)上面开有滚珠滚道，与内道滚珠(9)、外道滚珠(10)配合，中部穿过T型齿座(6)，与T型齿座(6)配合，下端部是圆柱螺旋面型齿，与齿轮(5)啮合。
8、齿轮(5)上面是圆柱螺旋面型齿，与T型齿(4)啮合，中部外面开有滚柱滚道，与滚柱(13)配合，下部外面与第三密封圈(16)配合。
9、可调螺母(7)与外壳(1)、第一密封圈(14)、滚珠(8)配合，其特征是：旋转螺母，变速器内部所有传动构件的间隙都可以被调整。
10、驱动盘(3)的滚珠滚道非安装护架段、T型齿(4)上面的滚珠滚道的特征曲线是圆柱螺旋线，内滚道和外滚道的旋向不同、螺距相同，驱动盘(3)的滚珠滚道安装护架段位置平滑升高，配合护架，使得此处滚珠平滑升高脱离与T型齿(4)接触。
11、设T型齿(4)的数量为n，则齿轮(5)的齿数为2n+1个或2n-1个，两种类型都可运转，输出方向即齿轮(5)的旋向不同。
12、根据权利要求1所述的变速器，齿轮(5)、T型齿(4)的齿形相同，都是圆柱螺旋面，此螺旋面的螺距等于驱动盘(3)或T型齿(4)的滚道特征圆柱螺旋线的螺距与齿轮(5)齿数的乘积，变速器的变速倍数等于齿轮(5)的齿数。
附图说明
本发明通过下文的详细描述并结合附图将能被完全理解，下述附图并不是对本发明的限定，而仅是为了便于解释和理解。
图1是变速器YZ平面的剖面图。
图2是变速器的立体外观图，变速器的外壳做了半透明处理。
图3是变速器的主要部件的空间构图。
图4是变速器的主要部件图，A、B、C、D表示内道滚珠(9)、外道滚珠(10)运行的空间曲线转换点。
图5是变速器的主要部件图，此图比较容易理解变速器运行原理。
图6是内道滚珠(9)、外道滚珠(10)实际排列图。
图7是主要部件的分开展示图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。
本发明图示的是一种典型结构。
1、变速器，包括外壳(1)、内壳(2)、驱动盘(3)、T型齿(4)、齿轮(5)、T型齿座(6)、可调螺母(7)、滚珠(8)、内道滚珠(9)、外道滚珠(10)、内护架(11)、外护架(12)、滚柱(13)、第一密封圈(14)、第二密封圈(15)、第三密封圈(16)。
2、外壳(1)上部开有螺纹，此螺纹与可调螺母(7)配合，中部与T型齿座(6)刚性连接为一体，下部开有滚柱滚道，与滚柱(13)配合。
3、内壳(2)上部与第二密封圈(15)配合，下部被固定在齿轮(5)上。
4、驱动盘(3)上部与第一密封圈(14)、第二密封圈(15)配合，中部外面开有滚珠滚道，与滚珠(8)配合，下部底面开有滚珠内道和滚珠外道，滚珠内道上面有一部分安装有内护架(11)，滚珠外道上面有一部分安装有外护架(12)，两护架面对面分布，滚珠内道与内道滚珠(9)配合，滚珠外道与外道滚珠(10)配合。
5、内护架(11)、外护架(12)安装在驱动盘(3)上，其特征是：抱托住内道滚珠 (9)、外道滚珠(10)，不让滚珠与T型齿(4)接触。
6、内道滚珠(9)与驱动盘(3)配合，在无护架段，与T型齿(4)接触，外道滚珠 (10)与驱动盘(3)配合，在无护架段，与T型齿(4)接触。
7、T型齿(4)上面开有滚珠滚道，与内道滚珠(9)、外道滚珠(10)配合，中部穿过T型齿座(6)，与T型齿座(6)配合，下端部是圆柱螺旋面型齿，与齿轮(5)啮合。
8、齿轮(5)上面是圆柱螺旋面型齿，与T型齿(4)啮合，中部外面开有滚柱滚道，与滚柱(13)配合，下部外面与第三密封圈(16)配合。
9、可调螺母(7)与外壳(1)、第一密封圈(14)、滚珠(8)配合，其特征是：旋转螺母，变速器内部所有传动构件的间隙都可以被调整。
10、驱动盘(3)的滚珠滚道非安装护架段、T型齿(4)上面的滚珠滚道的特征曲线是圆柱螺旋线，内滚道和外滚道的旋向不同、螺距相同，驱动盘(3)的滚珠滚道安装护架段位置平滑升高，配合护架，使得此处滚珠平滑升高脱离与T型齿(4)接触。
11、设T型齿(4)的数量为n，则齿轮(5)的齿数为2n+1个或2n-1个，两种类型都可运转，输出方向即齿轮(5)的旋向不同。
12、根据权利要求1所述的变速器，齿轮(5)、T型齿(4)的齿形相同，都是圆柱螺旋面，此螺旋面的螺距等于驱动盘(3)或T型齿(4)的滚道特征圆柱螺旋线的螺距与齿轮(5)齿数的乘积，变速器的变速倍数等于齿轮(5)的齿数。
观察以附图5为主的所有附图，驱动盘(3)以逆时针转动时，正面外道滚珠(10) 有一个向下的分运动，分运动传递到T型齿(4)，T型齿(4)向下迫使齿轮(5)逆时针转动。在背面发生的则是：齿轮(5)逆时针转动，迫使T型齿(4)向上运动，迫使内道滚珠(9)向上运动靠近驱动盘(3)。为了便于观察，图5上仅显示个别滚珠，图6显示内外道全部滚珠。
观察以附图1为主的所有附图，附图1左边内护架(11)处的内道滚珠(9)，被护架托住，并不与T型齿(4)接触。此处通过外道滚珠(10)传动。右边外护架(12)处，则是由内道滚珠(9)传动，外道滚珠(10)被托起。观察附图4，T型齿(4)在啮合齿轮(5)的情况下，右边的外滚道，两个T型齿之间是平滑对齐的，左边的则是有台阶的，内滚道正好相反。所以只能用平滑对齐段，运行滚珠进行传动。为了让变速器运转更加平顺，只运用外滚道AB段、内滚道CD段进行传动，护架段不参与传动。曲线AB、曲线 CD是滚道的特征曲线，它们都是圆柱螺旋线，螺距相等，旋向相反，比如AB为右旋， CD则为左旋。护架段滚道曲线要求平滑连接非护架段，并且引导滚珠与T型齿脱离接触即可，并没有严格的数学要求。T型齿(4)上面的两条滚道旋向是相反的，所以任意时刻，只会有其中一条滚道参与传动。T型齿(4)与齿轮(5)的啮合齿面是圆柱螺旋面，T型齿与齿轮的啮合是真正的面啮合，参看附图5。此螺旋面的螺距等于T型齿(4)上面滚道圆柱螺旋线的螺距与齿轮(5)齿数的乘积。
本发明变速器，可以通过调整可调螺母(7)，压紧滚珠(8)，进而压紧驱动盘(3)，进而压紧内道滚珠(9)和外道滚珠(10)，进而压紧T型齿(4)，进而压紧齿轮(5)和T 型齿座(6)，进而压紧滚柱(13)，进而压紧外壳(1)，完成传力回归，所有构件的传动间隙都被消除。变速器制造完成之后，逐步调紧可调螺母(7)，进行磨合，可以通过自磨合提高自身精度，降低制造精度要求。在使用过程中，按需调整间隙抵消磨损，即可以获得比别的精密变速器高很多的使用寿命。
本发明变速器，所有构件离中心远端布置，结构简单紧凑，传力距离短刚度高。能实现大中空构造，非常方便机器人关节处布线布管。对于精密多轴机床来说，可以安装更多种形状的工件或构件。
本发明变速器，所述的所有滚珠构件，在需要的时候可以改型成滚柱构件。所述的T 型齿滚道和驱动盘滚道，在需要时可以做成多排滚道，传动原理是一样的。

Claims (12)

1.变速器，包括外壳(1)、内壳(2)、驱动盘(3)、T型齿(4)、齿轮(5)、T型齿座(6)、可调螺母(7)、滚珠(8)、内道滚珠(9)、外道滚珠(10)、内护架(11)、外护架(12)、滚柱(13)、第一密封圈(14)、第二密封圈(15)、第三密封圈(16)。
2.根据权利要求1所述的变速器，外壳(1)上部开有螺纹，此螺纹与可调螺母(7)配合，中部与T型齿座(6)刚性连接为一体，下部开有滚柱滚道，与滚柱(13)配合。
3.根据权利要求1所述的变速器，内壳(2)上部与第二密封圈(15)配合，下部被固定在齿轮(5)上。
4.根据权利要求1所述的变速器，驱动盘(3)上部与第一密封圈(14)、第二密封圈(15)配合，中部外面开有滚珠滚道，与滚珠(8)配合，下部底面开有滚珠内道和滚珠外道，滚珠内道上面有一部分安装有内护架(11)，滚珠外道上面有一部分安装有外护架(12)，两护架面对面分布，滚珠内道与内道滚珠(9)配合，滚珠外道与外道滚珠(10)配合；滚珠内道、外道未安装护架段，其特征是：滚道的走向即其特征是一段圆柱螺旋线；安装有护架段，其特征是：平滑相切连接前述螺旋线，引导滚珠平滑脱离与T型齿(4)接触。
5.根据权利要求1所述的变速器，内护架(11)、外护架(12)安装在驱动盘(3)上，其特征是：抱托住内道滚珠(9)、外道滚珠(10)，不让滚珠与T型齿(4)接触。
6.根据权利要求1所述的变速器，内道滚珠(9)与驱动盘(3)配合，在无护架段，与T型齿(4)接触，外道滚珠(10)与驱动盘(3)配合，在无护架段，与T型齿(4)接触。
7.根据权利要求1所述的变速器，T型齿(4)上面开有滚珠滚道，与内道滚珠(9)、外道滚珠(10)配合，中部穿过T型齿座(6)，与T型齿座(6)配合，下端部是圆柱螺旋面型齿，与齿轮(5)啮合。
8.根据权利要求1所述的变速器，齿轮(5)上面是圆柱螺旋面型齿，与T型齿(4)啮合，中部外面开有滚柱滚道，与滚柱(13)配合，下部外面与第三密封圈(16)配合。
9.根据权利要求1所述的变速器，可调螺母(7)与外壳(1)、第一密封圈(14)、滚珠(8)配合，其特征是：旋转螺母，变速器内部所有传动构件的间隙都可以被调整。
10.根据权利要求1所述的变速器，驱动盘(3)的滚珠滚道非安装护架段、T型齿(4)上面的滚珠滚道的特征曲线是圆柱螺旋线，内滚道和外滚道的旋向不同、螺距相同，驱动盘(3)的滚珠滚道安装护架段位置平滑升高，配合护架，使得此处滚珠平滑升高脱离与T型齿(4)接触。
11.根据权利要求1所述的变速器，设T型齿(4)的数量为n，则齿轮(5)的齿数为2n+1个或2n-1个，两种类型都可运转，输出方向即齿轮(5)的旋向不同。
12.根据权利要求1所述的变速器，齿轮(5)、T型齿(4)的齿形相同，都是圆柱螺旋面，此螺旋面的螺距等于驱动盘(3)或T型齿(4)的滚道特征圆柱螺旋线的螺距与齿轮(5)齿数的乘积，变速器的变速倍数等于齿轮(5)的齿数。
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