CN112555356A - 一种齿轮加速传动单元 - Google Patents

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CN112555356A CN202011394466.6A CN202011394466A CN112555356A CN 112555356 A CN112555356 A CN 112555356A CN 202011394466 A CN202011394466 A CN 202011394466A CN 112555356 A CN112555356 A CN 112555356A
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陈晔
程议
贾天玖
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Abstract

本发明公开了一种齿轮加速传动单元，属于减速机领域，包括一个被动偏心轮和一个主动齿轮，所述主动齿轮的齿数大于等于2，所述被动偏心轮的外圆周表面与所述主动齿轮的外轮廓表面贴合，所述被动偏心轮的外圆周长度小于或等于所述主动齿轮对应一齿的轨迹长度。本发明的有益效果是：利用两组以上齿轮之间的配合，采用主动齿轮带动被动偏心轮旋转，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，达到加速传动的目的。

Description

一种齿轮加速传动单元
技术领域
本发明涉及减速机领域，具体而言，涉及一种齿轮加速传动单元。
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，传统齿轮制造的减速器却逐渐处于边缘地位，传统齿轮制造的减速器被逐渐淘汰，主要原因还是齿轮自身特性导致的，使得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。通常齿轮要达到比较高的传动比例的话，驱动轮被动轮必须符合直径齿数的倍数关系，并且齿轮的常规结构，要求齿轮最少齿数必须满足一定值，这些往往导致被动轮齿数直径过大，再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
针对现有技术齿轮加速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、多级级联结构笨重等问题，本发明提供了一种齿轮加速传动单元，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。具体技术方案如下：
一种齿轮加速传动单元，包括一个被动偏心轮和一个主动齿轮，所述主动齿轮的齿数大于等于2，所述被动偏心轮的外圆周表面与所述主动齿轮的外轮廓表面贴合，所述被动偏心轮的外圆周长度小于或等于所述主动齿轮对应一齿的轨迹长度。采用主动齿轮带动被动偏心轮旋转，达到加速传动的目的。
优选地，所述主动齿轮偏心轮廓曲线中任一点M(xt，yt)满足如下公式：
Figure BDA0002814183290000021
Figure BDA0002814183290000022
其中，主动齿轮中心为原点，t＝(0，2Nπ]，N为主动齿轮齿数，且N为大于1的整数，A为主动齿轮与被动偏心轮之间轴心距，B为被动偏心轮的偏心距。
优选地，所述主动齿轮轮廓曲线为主动齿轮偏心轮廓曲线向内取距离为被动偏心轮半径R1的等距曲线而得到。
优选地，所述主动齿轮齿数N为2-21齿。
优选地，所述主动齿轮的齿数N为4-8齿。
优选地，所述主动齿轮的齿数N为4齿。
优选地，所述主动齿轮的齿数N为5齿。
优选地，所述主动齿轮的齿数N为6齿。
优选地，所述主动齿轮的齿数N为8齿。
被动偏心轮圆周轮廓表面与主动齿轮每个齿的内凹中心接触时，被动偏心轮受到的该主动齿轮的摩擦力最小，当被动偏心轮圆周轮廓表面与主动齿轮每个齿的外凸中心接触时，被动偏心轮受到该输出齿轮的摩擦力最大。
当被动偏心轮的偏心距B1越大时，主动齿轮圆周表面轮廓的凹凸效果越明显。
优选地，每个所述被动偏心轮均由被动偏心轮主体和套在所述被动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被动偏心轮直径相等。
本发明还提供了一种齿轮加速传动结构，包括上述的齿轮加速传动单元。
有益效果：
采用本发明技术方案产生的有益效果如下：
(1)每个被动偏心轮均与所述主动齿轮上的某一个齿对应的曲线贴合，被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。在被动偏心轮与所述主动齿轮对应齿轮接触过程中，所述主动齿轮每旋转一周，所述被动偏心轮旋转N周，然后该主动齿轮上的下一个齿再带动所述被动偏心轮旋转，达到加速传动的目的。
(2)被动偏心轮和主动齿轮结构极为简化，被动偏心轮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)主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，使得制作的加速机器具有合适的经济价值。
(4)被动偏心轮为圆形，其可看成只有一个齿，为了使其被主动齿轮持续连续转动驱动，需要采用多层叠合结构。
(5)主动齿轮与被动偏心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。
(6)在实际应用中根据被动偏心轮的圆周周长与主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。当被动偏心轮的圆周周长与主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；当被动偏心轮的圆周周长大于主动齿轮对应的一段轮廓曲线长度时，即被动偏心轮旋转一周走过的长度大于主动齿轮其中一段轮廓曲线的长度，这时主动齿轮比较适合被带动；当被动偏心轮的圆周周长小于主动齿轮对应的一段轮廓曲线长度时，即被动偏心轮旋转一周走过的长度小于主动齿轮其中一段轮廓曲线的长度，这时主动齿轮同样可作为主动轮来带动被动偏心轮旋转，达到加速的目的。
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个齿数主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个齿数主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个齿数主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个齿数主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个齿数主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个齿数主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个齿数主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个齿数主动齿轮的齿轮传动单元结构示意图；
图9是本发明较佳之2个输出齿轮带动输出偏心轮结构示意图；
图10是本发明较佳之3个输出齿轮带动输出偏心轮结构示意图；
图11是本发明较佳之4个输出齿轮带动输出偏心轮结构示意图；
图12是本发明较佳之5个输出齿轮带动输出偏心轮结构示意图；
图13是本发明较佳之6个输出齿轮带动输出偏心轮结构示意图；
图14是本发明较佳之7个输出齿轮带动输出偏心轮结构示意图；
图15是本发明较佳之8个输出齿轮带动输出偏心轮结构示意图；
图16是本发明较佳之9个输出齿轮带动输出偏心轮结构示意图；
图17是本发明较佳之10个输出齿轮带动输出偏心轮结构示意图；
图18是本发明较佳之齿轮加速传动结构立体图一；
图19为本发明较佳之齿轮加速传动结构立体图二；
图20为本发明较佳之齿轮加速传动结构立体图三；
图21是本发明较佳之输出齿轮的偏心轮廓曲线示意图；
图22是本发明较佳之输入齿轮的偏心轮廓曲线示意图；
图23是本发明较佳之输出组件2倍加速传动结构示意图；
图24是本发明较佳之输出组件3倍加速传动结构示意图；
图25是本发明较佳之输出组件4倍加速传动结构示意图；
图26是本发明较佳之输出组件5倍加速传动结构示意图；
图27是本发明较佳之输出组件6倍加速传动结构示意图；
图28是本发明较佳之输出组件8倍加速传动结构示意图；
图29是本发明较佳之输出组件10倍加速传动结构示意图；
图30是本发明较佳之输出组件14倍加速传动结构示意图；
图中：1、输出组件；11、输出偏心轮组；12、输出齿轮组；101、被动偏心轮；102、主动齿轮；1011、输出偏心轮；1021、输出齿轮；103、输出齿轮偏心轮廓曲线；104、输出齿轮轮廓曲线；111、输出偏心轮主体；112、滚动轴承；2、输入组件；21、输入偏心轮组；22、输入齿轮组；201、输入齿轮；202、输入偏心轮；203、输入齿轮偏心轮廓曲线；204、输入齿轮轮廓曲线；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。
本实施方式中齿轮加速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1-8所示，齿轮加速传动单元包括一个被动偏心轮101和一个主动齿轮102，所述主动齿轮102的齿数大于等于2，所述被动偏心轮101的外圆周表面与所述主动齿轮的外轮廓表面贴合，所述被动偏心轮101的外圆周长度小于或等于所述主动齿轮102对应一齿的轨迹长度。采用主动齿轮带动被动偏心轮旋转，达到加速传动的目的。其中图1-8分别为2、3、4、5、6、8、10、14倍加速的结构示意图。
优选地，所述主动齿轮102偏心轮廓曲线中任一点M(xt，yt)满足如下公式：
Figure BDA0002814183290000051
Figure BDA0002814183290000052
其中，主动齿轮102中心为原点，t＝(0，2Nπ]，N为主动齿轮102齿数，且N为大于1的整数，A为主动齿轮102与被动偏心轮101之间轴心距，B为被动偏心轮101的偏心距。
优选地，所述主动齿轮102轮廓曲线为主动齿轮102偏心轮廓曲线向内取距离为被动偏心轮半径R1的等距曲线而得到。
作为一种优选的实施方式，其中主动齿轮102齿数N为2-21齿。
作为一种优选的实施方式，所述主动齿轮102的齿数N为4-8齿。
作为一种优选的实施方式，所述主动齿轮102的齿数N为4齿。
作为一种优选的实施方式，所述主动齿轮102的齿数N为5齿。
作为一种优选的实施方式，所述主动齿轮102的齿数N为6齿。
作为一种优选的实施方式，所述主动齿轮102的齿数N为8齿。
被动偏心轮101圆周轮廓表面与主动齿轮102每个齿的内凹中心接触时，被动偏心轮受到的该主动齿轮的摩擦力最小，当被动偏心轮圆周轮廓表面与主动齿轮每个齿的外凸中心接触时，被动偏心轮受到该输出齿轮的摩擦力最大。
当被动偏心轮101的偏心距B1越大时，主动齿轮102圆周表面轮廓的凹凸效果越明显。
这里在齿轮加速传动结构中，每个所述被动偏心轮101周围均匀分布有1个以上的主动齿轮102。为了提高齿轮加速会的稳定性，主动齿轮102的数量优选为2个以上，参见图9-16，输出偏心轮1011周围均匀分布有2-10个输出齿轮1021。
优选地，每个所述被动偏心轮均由被动偏心轮主体和套在所述被动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被动偏心轮直径相等。
本发明还提供了一种齿轮加速传动结构，包括上述的齿轮加速传动单元。
这里介绍一种齿轮加速传动结构，参见图17-19，包括输入组件2和输出组件1，所述输出组件1包括输出偏心轮1011和均匀分布在所述输出偏心轮1011圆周方向并与所述输出偏心轮1011外圆周面贴合的两个以上的输出齿轮1021。利用输出偏心轮与输出齿轮贴合带动输出偏心轮运动，达到齿轮加速传动的目的。
作为一种优选的实施方式，参见图20，输出齿轮偏心轮廓曲线1031中任一点M(xt，yt)满足如下公式：
Figure BDA0002814183290000071
Figure BDA0002814183290000072
其中，输出齿轮1021中心为原点，t＝(0，2N1π]，N1为输出齿轮1021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1011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1041为所述输出齿轮偏心轮廓曲线1031向内取距离为输出偏心轮半径R1的等距曲线而得到。
作为一种优选的实施方式，每个输出偏心轮1011均与所述输出齿轮1021上的某一个齿对应的曲线贴合，输出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。在输出偏心轮与所述输出齿轮对应齿轮接触过程中，所述输出齿轮旋转1/N周，所述输出偏心轮每旋转一周，然后该输出偏心轮再与输出齿轮上的下一个齿对应的曲线贴合，达到加速传动的目的。
作为一种优选的实施方式，所述输出偏心轮1011圆周方向均匀分布有N1个所述输出齿轮1021。
作为一种优选的实施方式，所述输出偏心轮1011圆周方向均匀分布有6个所述输出齿轮1021。参见图22-29，输出偏心轮1011圆周方向均匀分布的输出齿轮1021的齿数分别为2、3、4、5、6、8、10、14个。
作为一种优选的实施方式，所述输出齿轮1021的齿数N1为3-21齿。
作为一种优选的实施方式，所述输出齿轮1021的齿数N1为4-8齿。
作为一种优选的实施方式，所述输出齿轮1021的齿数N1为8齿。
作为一种优选的实施方式，所述输出偏心轮组11上每个所述输出偏心轮1011均由输出偏心轮主体111和套在所述输出偏心轮主体111外围的滚动轴承112组成，所述滚动轴承112的外径与所述输出偏心轮1011直径相等。
作为一种优选的实施方式，所述传动结构还包括安装盘3，所述输入组件2和所述输出组件1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1包括由W1个所述输出偏心轮1011同中心轴叠合而成的输出偏心轮组11和均匀分布在所述输出偏心轮组11圆周方向上的两组以上的输出齿轮组12，每组所述输出齿轮组12由W1个输出齿轮1021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11中每层所述输出偏心轮1011均均匀分布在所述输出齿轮组12中对应层输出齿轮1021外圆周方向并与对应层所述输出齿轮1021外圆周轮廓贴合。
作为一种优选的实施方式，所述输出齿轮组12中输出齿轮1021的个数W1为3-6个。
作为一种优选的实施方式，所述输出齿轮组12中输出齿轮1021的个数W1为4个。
采用多个输出齿轮叠合组成的输出齿轮组进行传动，同一组输出齿轮组中处于不同层的输出齿轮上凹凸边上与对应输出偏心轮的接触部位不同，大大提高了输出偏心轮组11与输出齿轮组之间的传动稳定性，从而实现输出偏心轮组11对输出齿轮组的稳定顺畅传动。
作为一种优选的实施方式，所述输出齿轮组12从上到下位于下方的所述输出齿轮1021圆周方向的位置为位于上方的所述输出齿轮绕中心轴顺时针旋转
Figure BDA0002814183290000081
而得到。
作为一种优选的实施方式，所述输出齿轮组12从上到下位于下方的所述输出齿轮1021圆周方向的位置为位于上方的所述输出齿轮绕中心轴逆时针旋转
Figure BDA0002814183290000082
而得到。
作为一种优选的实施方式，所述输入组件2包括输入齿轮201和均匀分布在所述输入齿轮201圆周方向并与所述输入齿轮201外圆周轮廓贴合的两个以上的输入偏心轮202，每个所述输入偏心轮202中心轴均与一个所述输出齿轮1021中心轴刚性同轴连接。输入齿轮201发散驱动输入偏心轮202，形成稳固的单级驱动结构，而后输出齿轮1021通过输入偏心轮202重新聚集向内回驱，驱动输出偏心轮旋转，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传动过程。
如图22所示，作为一种优选的实施方式，参见图21，所述输入齿轮心轮廓曲线203中任一点M2(xt，yt)满足如下公式：
Figure BDA0002814183290000083
Figure BDA0002814183290000084
其中，输入齿轮201中心为原点，t＝(0，2N2π]，N2为输入齿轮齿数，且N2为大于1的整数，A为两轮的轴心距，B2为输入偏心轮202的偏心距。
如图21所示，作为一种优选的实施方式，所述输入齿轮轮廓曲线204为输入齿轮心轮廓曲线203向内取距离为输入偏心轮202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201齿数N2与输出齿轮齿数相等。
作为一种优选的实施方式，所述输入组件2包括W2个所述输入齿轮201同中心轴叠合而成的输入齿轮组21和均匀分布在所述输入齿轮组21圆周方向上的两组以上的输入偏心轮组22，每组所述输入偏心轮组22由W2个输入偏心轮202同轴连接而成，且W2为大于等于2的整数；
输入偏心轮组22中每层所述输入偏心轮202均均匀分布在所述输入齿轮组21中对应层输入齿轮201外圆周方向并与对应层所述输入齿轮201外圆周轮廓贴合。
作为一种优选的实施方式，所述输入齿轮组21从上到下位于下方的所述输入齿轮201圆周方向的位置为位于上方的所述输入齿轮201绕中心轴顺时针旋转
Figure BDA0002814183290000091
而得到。
作为一种优选的实施方式，所述输入齿轮组21从上到下位于下方的所述输入齿轮201圆周方向的位置为位于上方的所述输入齿轮201绕中心轴逆时针旋转
Figure BDA0002814183290000092
而得到。
在应用时，控制输入齿轮201发散驱动输入偏心轮101，形成稳固的单级驱动结构，而后输出齿轮201通过输入偏心轮101重新聚集向内回驱，驱动输出偏心轮202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加速机器的全部的传动过程。此时输出偏心轮202的旋转速度为输入齿轮201旋转速度的(N1*N2)，两次传动就完成了大传动比的加速的传动过程，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。
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 (11)

1.一种齿轮加速传动单元，其特征在于，包括一个被动偏心轮和一个主动齿轮，所述主动齿轮的齿数大于等于2，所述被动偏心轮的外圆周表面与所述主动齿轮的外轮廓表面贴合，所述被动偏心轮的外圆周长度小于或等于所述主动齿轮对应一齿的轨迹长度。
2.根据权利要求1所述的一种齿轮加速传动单元，其特征在于，所述主动齿轮偏心轮廓曲线中任一点M(xt，yt)满足如下公式：
Figure RE-FDA0002940233290000011
Figure RE-FDA0002940233290000012
其中，主动齿轮中心为原点，t＝(0，2Nπ]，N为主动齿轮齿数，且N为大于1的整数，A为主动齿轮与被动偏心轮之间轴心距，B为被动偏心轮的偏心距。
3.根据权利要求2所述的一种齿轮加速传动单元，其特征在于，所述主动齿轮轮廓曲线为所述主动齿轮偏心轮廓曲线向内取距离为被动偏心轮半径的等距曲线而得到。
4.根据权利要求3所述的一种齿轮加速传动单元，其特征在于，所述主动齿轮齿数N为2-21齿。
5.根据权利要求3所述的一种齿轮加速传动单元，其特征在于，所述主动齿轮的齿数N为4-8齿。
6.根据权利要求3所述的一种齿轮加速传动单元，其特征在于，所述主动齿轮的齿数N为4齿。
7.根据权利要求4所述的一种齿轮加速传动单元，其特征在于，所述主动齿轮的齿数N为5齿。
8.根据权利要求4所述的一种齿轮加速传动单元，其特征在于，所述主动齿轮的齿数N为6齿。
9.根据权利要求4所述的一种齿轮加速传动单元，其特征在于，所述主动齿轮的齿数N为8齿。
10.根据权利要求1所述的一种齿轮加速传动单元，其特征在于，每个所述被动偏心轮均由被动偏心轮主体和套在所述被动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被动偏心轮直径相等。
11.一种齿轮加速传动结构，其特征在于，包括如权利要求1-10任一项所述的齿轮加速传动单元。
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