CN114001125B - 一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器 - Google Patents

一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器，属于机械传动装置领域。输入行星架上周向均设三个花键齿轮组件，其中花键齿轮轴的齿轮端置于输入行星架内部，行星齿轮安装在花键齿轮轴的轴端，位于输入行星架外部，用于与外部输入齿轮啮合传动，形成第一级传动；曲柄轴齿轮组件包括曲柄轴以及依次安装在曲柄轴上的中心齿轮和摆线轮；中心齿轮与花键齿轮轴的齿轮端啮合传动，形成第二级传动；曲柄轴带动摆线轮与针齿壳内的滚针啮合，形成第三级传动，摆线轮带动行星架实现动力输出。本发明第一级传动和第二级传动采用相同的行星轮均布在中心齿轮圆周方向的结构，使得整机布置极其紧凑，传递功率大，且三级传动具备超低速比。

Description

一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器
技术领域
本发明属于机械传动装置，具体涉及一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器。
背景技术
摆线针轮行星减速器主要由行星架、行星轮、中心轮、输出机构四部分组成。输入轴与固连在输入轴上面的偏心套一起构成行星传动的行星架。整机具有传动比大、结构简单、体积小、效率高、使用寿命长、传动平稳、承载能力高等优点。
摆线针轮行星减速器在较低传动比范围，且摆线轮采用传统的“一齿差”齿形使用时，同时啮合有效传力的齿数减少，承载能力降低，容易胶合。而“二齿差”齿形的运用则能克服“一齿差”在小传动比时的弱点，有效增加了啮合齿数，显著提高了承载能力，避免了齿面胶合。但是，由于摆线针轮行星减速器的输出轴不能承受较大的轴向力和径向力，整机的倾覆刚性较差，减速比难以实现进一步降低。
根据上述情况，基于摆线针轮行星传动原理，在强化其优点，优化其缺点的同时，进一步降低减速比，设计一种具有超低速比、高刚性、高精度的摆线行星传动减速器，以解决各领域对超低速比、高刚性、高精度减速器的需求。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明设计了一种整机具有第一级高速比增速传动、第二级低速比减速传动、第三级低速比“二齿差”摆线针轮传动的超低速比、高刚性、高精度的摆线针轮行星传动减速器，结构紧凑。
本发明所采用的具体技术方案如下：
一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器，包括曲柄轴齿轮组件、针齿壳、花键齿轮组件、设有中轴通孔的输入行星架和输出行星架；
所述的输入行星架上沿减速器中轴线的周向均匀设有三个花键齿轮组件安装孔，每一个花键齿轮组件由一个行星齿轮和一个花键齿轮轴构成；所述花键齿轮轴的齿轮端置于输入行星架内部，行星齿轮安装在花键齿轮轴的轴端，位于输入行星架外部，行星齿轮的内花键孔与外齿的中轴线重合，满足相位要求，三个行星齿轮用于与外部输入齿轮啮合传动；所述外部输入齿轮位于减速器中轴线上；
所述的曲柄轴齿轮组件安装在针齿壳内部，包括曲柄轴以及依次安装在曲柄轴上的中心齿轮、第一摆线轮和第二摆线轮；所述的中心齿轮与三个花键齿轮轴的齿轮端啮合传动，并带动曲柄轴转动；针齿壳的安装孔内壁周向均匀设置滚针，第一摆线轮和第二摆线轮的外侧壁设有一圈能够与所述滚针啮合传动的凸齿；
所述的输出行星架与第一摆线轮、第二摆线轮同步传动连接，输出行星架与输入行星架螺栓连接，两者同轴转动。
作为本发明的优选，所述的第一摆线轮和第二摆线轮通过圆柱滚子轴承安装在曲柄轴上。
作为本发明的优选，所述的中心齿轮与第一摆线轮之间设置垫片，避免中心齿轮与第一摆线轮接触。
作为本发明的优选，所述的输出行星架的内部端面上设有若干平行于减速器中轴线的连接爪，所述连接爪贯穿第一摆线轮和第二摆线轮上的摆线孔，并与输入行星架螺栓连接。
作为本发明的优选，所述的输出行星架上设有平行于减速器中轴线的销孔，所述销孔与连接爪交替分布，与第一摆线轮和第二摆线轮上的摆线孔一一对应。
作为本发明的优选，所述的摆线孔内设有无内、外圈的圆柱滚子轴承。
作为本发明的优选，位于输出行星架上的销孔与安装于输入行星架上的行星齿轮一一对应，位于同一轴线上。
作为本发明的优选，所述的输入行星架和输出行星架的外圆面是由大圆面和小圆面同轴形成的阶梯状，且大圆面位于减速器外端，小圆面上设有主轴承，主轴承的外圈抵接在针齿壳内壁上。
作为本发明的优选，所述的第一摆线轮、第二摆线轮与滚针之间为二齿差传动结构。
作为本发明的优选，所述的曲柄轴两端安装有圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承的外端面分别与输入行星架、输出行星架的中轴通孔内壁接触。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
(1)本发明采用的输出行星架为刚性带爪大圆盘结构，其径向采用主轴承(角接触轴承)支撑，极大地提高了整机的扭转刚性。动力输入后，第一级传动和第二级传动采用相同的行星轮均布在中心齿圆周方向的结构，使得整机布置极其紧凑，传递功率大，这些行星齿轮因公转产生的惯性离心力和齿廓间反作用力的径向分力又相互平衡，故其主轴承(角接触轴承)承受力小，从而其效率也高，且三级传动具备超低速比。
(2)本发明在针齿壳内安装滚针，使用“二齿差”结构的摆线轮与滚针为高副滚动，故摆线轮的磨损极小，使用寿命较长；运行过程中同时啮合传动齿数多，且齿廓的曲率半径大，故传动平稳，承载能力高，无齿廓重迭干涉现象，使小传动比摆线针轮行星传动齿面胶合的问题得到解决。
(3)本发明在连接输出行星架与输入行星架的爪和圆柱销上均套设圆柱滚子轴承，使得摆线轮与行星架等速传动时为滚动摩擦、轴向径向0游隙的配合，增加了其传动效率的同时，极大地提高了整机的传动精度。
附图说明
图1是本发明实施例示出的减速器结构示意图，(a)为减速器输入轴方向的示意图，作为前视图；(b)为减速器剖视图；(c)为减速器后视图。
图2是减速器剖视图的放大图。
图3是曲柄轴齿轮组件示意图(省去摆线轮)。
图4是第一、二级传动齿部啮合示意图。
图5是中心齿轮剖视图及局部放大图。
图6是中心齿轮结构示意图，(a)主视图，(b)剖视图。
图7是曲柄轴与中心齿轮组装示意图，(a)组装前的曲柄轴，(b)组装过程，(c)组装后。
图8是输入行星架和输出行星架结构示意图，(a)前视图，(b)剖视图，(c)后视图。
图9是行星齿轮结构示意图，(a)剖视图，(b)主视图。
图中：1-密封圈，2-输出行星架，201-连接爪，202-销孔，3-第一孔用弹性挡圈，4-圆柱销，5-第一主轴承，6-针齿壳，7-滚针，8-输入行星架，9-深沟球轴承，10-行星齿轮，11-花键齿轮轴，12-轴用弹性挡圈，13-套筒，14-第二孔用弹性挡圈，15-曲柄轴齿轮组件，1501-第一摆线轮，1502-第二摆线轮，1503-圆锥滚子轴承，1504-中心齿轮，1505-第一垫片，1506-圆柱滚子轴承，1507-曲柄轴，1508-第二垫片，16-圆柱滚子轴承，17-螺母，18-第二主轴承，19-输入齿轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例示出了一种结构紧凑、高刚性、高精度的摆线针轮行星传动减速器，具备第一级高速比增速传动、第二级低速比减速传动、第三级低速比“二齿差”摆线针轮传动的超低速比。本发明具有体积小、使用寿命长、传动平稳、噪声低、承载能力强、传递效率高等特点的同时，又具有较高的精度。其中摆线轮作为保证整机高扭转刚度，高传动精度的核心零部件，合理的齿形设计尤为重要。
如图1-2所示，减速器包括曲柄轴齿轮组件15、针齿壳6、花键齿轮组件、设有中轴通孔的输入行星架8和输出行星架2。
所述的输入行星架8上沿减速器中轴线的周向均匀设有三个花键齿轮组件安装孔，三个花键齿轮组件整体绕减速器中轴线圆周均布，每一个花键齿轮组件由一个行星齿轮10和一个花键齿轮轴11构成；所述花键齿轮轴11的齿轮端置于输入行星架8内部，行星齿轮10安装在花键齿轮轴11的轴端，位于输入行星架8外部，如图9所示，行星齿轮10的内花键孔与外齿的中轴线重合，满足相位要求，三个行星齿轮用于与外部输入齿轮啮合传动；所述外部输入齿轮位于减速器中轴线上；
所述的曲柄轴齿轮组件15安装在针齿壳6内部，且在其中轴线上，包括曲柄轴1507以及依次安装在曲柄轴上的中心齿轮1504、第一摆线轮1501和第二摆线轮1502，所述的中心齿轮1504的中轴线与针齿壳6的中轴线重合，如图6所示，中心齿轮的中心为方形和圆形结合的异形孔结构，异形孔的中轴线与外齿的中轴线重合，一对摆线轮装配在曲柄轴的凸轮部位；所述的中心齿轮1504与三个花键齿轮轴的齿轮端啮合传动，并带动曲柄轴1507转动；针齿壳6的安装孔内壁周向均匀设置滚针7，滚针安装在针齿壳6内壁的半圆槽内，第一摆线轮1501和第二摆线轮1502的外侧壁设有一圈能够与所述滚针7啮合传动的凸齿；针齿壳6上圆周均布的孔与使用设备接口一致，其用于保证减速器与设备的装配。
本发明中使用曲柄轴取代传统摆线针轮传动中双偏心套固连输入轴的结构，减少零部件加工以及装配过程中带来的误差，从而提高了整机的传动精度。
所述的输出行星架2与第一摆线轮1501、第二摆线轮1502同步传动连接，输出行星架2穿过摆线轮上的通孔与输入行星架8螺栓连接，两者同轴转动。针齿壳装配在行星架外，通过一对主轴承(角接触轴承)连接。
在本实施例中，花键齿轮轴11与输入行星架8通过深沟球轴承9连接，深沟球轴承9安装在行星架周向等分的轴承孔中，套设在花键齿轮轴11的轴部，对花键齿轮轴起支承和避免轴向窜动的作用，同时能保证花键轴承轴轴向等分。两侧通过一对第二孔用弹性挡圈限位；在深沟球轴承9与行星齿轮10之间设有套筒13，在花键齿轮轴11的轴端通过轴用弹性挡圈12固定行星齿轮。
如图3所示，曲柄轴上的中心齿轮与第一摆线轮之间装有第一垫片1505，避免中心齿轮1504与第一摆线轮1501接触，与中心齿轮1504存在足够的间隙，避免摩擦力产生。曲柄轴凸轮上装有圆柱滚子轴承1506(无内、外圈)，第一摆线轮1501和第二摆线1502轮通过圆柱滚子轴承1506安装在曲柄轴上。圆柱滚子轴承使得摆线轮与行星架等速传动时为滚动摩擦，0游隙的配合，增加了其传动效率的同时极大地提高了整机的传动精度。曲柄轴两端安装有圆锥滚子轴承1503，圆锥滚子轴承的外端面分别与输入行星架、输出行星架的中轴通孔内壁接触，通过一对第一孔用弹性挡圈3限位。
第一摆线轮、第二摆线轮与滚针之间为二齿差传动结构。使用“二齿差”结构的摆线轮16与滚针7为高副滚动，故摆线轮的磨损极小，使用寿命较长；运行过程中同时啮合传动齿数多，且齿廓的曲率半径大，故传动平稳，承载能力高；并无齿廓重迭干涉现象；也使小传动比摆线针轮行星传动齿面胶合的问题得到解决。
本发明中输出机构即为两端支撑的行星架(输入、输出行星架固连的整体)，如图8所示，左端的输出行星架为刚性带爪圆盘结构，其内部端面上设有若干平行于减速器中轴线的连接爪201，所述连接爪贯穿第一摆线轮和第二摆线轮上的摆线孔，并与输入行星架螺栓连接，端面上设置若干端面螺纹孔用于与工作机构固连，其扭转刚性远大于传统摆线针轮传动减速器的输出机构。此外，输出行星架上设有平行于减速器中轴线的销孔202，所述销孔与连接爪交替分布，与第一摆线轮和第二摆线轮上的摆线孔一一对应。如图5所示，摆线孔内设有无内、外圈的圆柱滚子轴承，可见，本发明中输出行星架的爪以及固连输出行星架上的圆柱销，均套装上了圆柱滚子轴承，滚针轴承使摆线轮到行星架的等速传动为滚动摩擦，曲柄轴外圆、滚针轴承、摆线轮内孔的0游隙配合，提高传动精度。
输入行星架和输出行星架的外圆面是由大圆面和小圆面同轴形成的阶梯状，且大圆面位于减速器外端，小圆面上设有主轴承，该输出机构使用配对主轴承(角接触轴承)通过针齿壳、输入输出行星架保障轴向径向的游隙，主轴承的外圈抵接在针齿壳内壁上，从而保证了整机的倾覆刚性。主轴承外部设置密封圈，保证注入减速器的油脂在减速器运行过程不发生泄露。
本发明采用三个完全相同的行星齿轮均布在中心齿圆周方向的结构，使得机构紧凑、传递功率较大；并且这些行星齿轮因公转产生的惯性离心力和齿廓间反作用力的径向分力又相互平衡，故其主轴承(角接触轴承)承受力小，从而其效率也高。
本发明有三级传动机构。一二级均为行星齿轮渐开线传动：一级传动机构是由输入齿轮与行星齿轮组成的增速传动机构；第二级传动机构是由花键齿轮轴与中心齿轮组成的传动机构，该机构可根据齿数的分配实现速比的增速或者减速。第三级传动机构是由针齿壳、摆线轮、滚针组成的摆线针轮减速传动机构。在摆线针轮传动中采用“二齿差”结构。通过合理控制每级传动机构的传动比，整机便能得到一个较低的减速传动比，通过合理的分布每级传动机构的传动，可将速比范围控制在为1至10。
本发明中，工作过程如下：
如图4所示，输入齿轮19与3个圆周均布的行星齿轮10啮合，输入齿轮齿数大于行星轮齿数，使传动比极大限度小于1，形成第一级增速传动。
行星齿轮10与花键齿轮轴11通过花键固连，形成同步转动，行星齿轮设有环形与方形相结合的异形孔，异形孔中轴线与齿部存在相位要求，来满足行星齿轮与输入齿轮的正常啮合；花键齿轮轴11的齿轮与中心齿轮1504啮合，中心齿轮齿数大于花键齿轮轴上齿轮齿数，形成传动比略大于1的第二级减速传动。
中心齿轮1504与曲柄轴1507固连(中心齿轮与曲柄轴装配部位结构见图5、图6)，曲柄轴1507转动，带动摆线轮16与滚针7啮合，形成第三级摆线减速传动。
圆柱滚子轴承16在摆线轮作用下，带动行星架(输出行星架2与输入行星架8固连的整体，图8)转动，输出行星架2实现输出。整机采用第一级高速比增速传动，第二级低速比减速传动，第三级低速比“二齿差”摆线针轮传动，从而实现超低减速速比。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本发明保护范围也包括本领域技术人员在权利要求范围内做出的各种变形或修改。

Claims (10)

1.一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器，其特征在于，包括曲柄轴齿轮组件(15)、针齿壳(6)、花键齿轮组件、设有中轴通孔的输入行星架(8)和输出行星架(2)；
所述的输入行星架(8)上沿减速器中轴线的周向均匀设有三个花键齿轮组件安装孔，每一个花键齿轮组件由一个行星齿轮(10)和一个花键齿轮轴(11)构成；所述花键齿轮轴(11)的齿轮端置于输入行星架(8)内部，行星齿轮(10)安装在花键齿轮轴(11)的轴端，位于输入行星架(8)外部，行星齿轮(10)的内花键孔与外齿的中轴线重合，满足相位要求，三个行星齿轮用于与外部输入齿轮啮合传动；所述外部输入齿轮位于减速器中轴线上；
所述的曲柄轴齿轮组件(15)安装在针齿壳(6)内部，包括曲柄轴(1507)以及依次安装在曲柄轴上的中心齿轮(1504)、第一摆线轮(1501)和第二摆线轮(1502)；所述的中心齿轮(1504)与三个花键齿轮轴的齿轮端啮合传动，并带动曲柄轴(1507)转动；针齿壳(6)的安装孔内壁周向均匀设置滚针(7)，第一摆线轮(1501)和第二摆线轮(1502)的外侧壁设有一圈能够与所述滚针(7)啮合传动的凸齿；
所述的输出行星架(2)与第一摆线轮(1501)、第二摆线轮(1502)同步传动连接，输出行星架(2)与输入行星架(8)螺栓连接，两者同轴转动。
2.根据权利要求1所述的一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器，其特征在于，所述的第一摆线轮(1501)和第二摆线轮(1502)轮通过圆柱滚子轴承(1506)安装在曲柄轴上。
3.根据权利要求1所述的一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器，其特征在于，所述的中心齿轮与第一摆线轮之间设置垫片，避免中心齿轮与第一摆线轮接触。
4.根据权利要求1所述的一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器，其特征在于，所述的输出行星架的内部端面上设有若干平行于减速器中轴线的连接爪(201)，所述连接爪贯穿第一摆线轮和第二摆线轮上的摆线孔，并与输入行星架螺栓连接。
5.根据权利要求4所述的一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器，其特征在于，所述的输出行星架上设有平行于减速器中轴线的销孔(202)，所述销孔与连接爪交替分布，与第一摆线轮和第二摆线轮上的摆线孔一一对应。
6.根据权利要求5所述的一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器，其特征在于，所述的摆线孔内设有无内、外圈的圆柱滚子轴承。
7.根据权利要求5所述的一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器，其特征在于，位于输出行星架上的销孔与安装于输入行星架上的行星齿轮一一对应，位于同一轴线上。
8.根据权利要求1所述的一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器，其特征在于，所述的输入行星架和输出行星架的外圆面是由大圆面和小圆面同轴形成的阶梯状，且大圆面位于减速器外端，小圆面上设有主轴承，主轴承的外圈抵接在针齿壳内壁上。
9.根据权利要求1所述的一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器，其特征在于，所述的第一摆线轮、第二摆线轮与滚针之间为二齿差传动结构。
10.根据权利要求1所述的一种超低速比高刚性高精度摆线针轮行星传动减速器，其特征在于，所述的曲柄轴两端安装有圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承的外端面分别与输入行星架、输出行星架的中轴通孔内壁接触。
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