CN115163757B - 一种摆线针轮行星减速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种摆线针轮行星减速器，其包括输入齿轮轴和两级减速机构；所述两级减速机构包括由输入齿轮轴和内齿轮组成的内啮合第一级行星减速机构，以及由双片摆线轮、针齿壳、花键偏心轴组件、针齿、行星架组成的第二级二齿差摆线针轮行星减速机构。本发明减速器内的轴承内外圈滚道与零部件一体化设计，从而压缩减速机的体积，同时保证了轴承固有的承载能力。摆线轮与偏心轴套、行星架与针齿壳之间轴承的装配均采用从零件内侧面或外侧面装入钢球的方式，可有效且合理的增加钢球数量，进一步提升轴承的支承能力，保证了整机的刚性和强度。

Description

一种摆线针轮行星减速器
技术领域
本发明主要涉及机械传动领域，特别涉及到一种摆线针轮行星传动装置。
背景技术
摆线针轮行星减速器是一种应用行星式传动原理，采用摆线针齿啮合的传动装置。这种传动装置可分为输入、传动、输出三部分。其主要优点有传动比大、结构相对简单、体积小、重量轻、传递效率高、使用寿命长；传动平稳，承载能力高。这类减速器在各行各业被广泛使用，成为了一种不可或缺的机械传动装置。
现有的摆线针轮行星减速器存在的主要问题包括：
(1)减速器的轴向长度受轴承装配高限制。使减速器无法在保证性能的同时，结构更加紧凑。
(2)摆线针轮行星减速器，在使用单列角接触球轴承成对配置安装，减速器受径向力和单方向轴向力联合载荷时，仅由单个轴承承担轴向力，其轴向承载能力受限。
(3)现有摆线针轮行星减速器结构不够紧凑，体积偏大、重量偏重，使用寿命偏短。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种摆线针轮行星减速器，该减速器具有体积小、重量轻、高刚性和长使用寿命的特点。
本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种摆线针轮行星减速器，其包括输入齿轮轴和两级减速机构；所述两级减速机构包括由输入齿轮轴和内齿轮组成的内啮合第一级行星减速机构，以及由双片摆线轮、针齿壳、花键偏心轴组件、针齿、行星架组成的第二级二齿差摆线针轮行星减速机构；
所述输入齿轮轴的齿部与内齿轮的内齿啮合，内齿轮外圆加工有深沟球轴承内滚道，针齿壳加工有与之配合的深沟球轴承外滚道，两者通过钢球连接；花键偏心轴组件设置在减速器轴线上，并与内齿轮的中心连接形成第二级二齿差摆线针轮行星减速机构的动力输入；
摆线轮在花键偏心轴组件作用下做摆线运动；花键偏心轴组件包括花键轴与偏心轴套，偏心轴套的两处偏心外圆均加工有深沟球轴承内滚道，且分别与加工有深沟球轴承外滚道的两片摆线轮通过钢球连接；
所述行星架包括相连的输出行星架和输入行星架，输出行星架和输入行星架上均加工有四点角接触球轴承内滚道；针齿设置在针齿壳内，针齿壳由针齿壳a与针齿壳b连接而成；针齿壳a和针齿壳b的内圈均加工有四点角接触球轴承外滚道；输出行星架的内滚道与针齿壳b的外滚道通过钢球连接，输入行星架的内滚道与针齿壳a的外滚道通过钢球连接；
行星架在摆线轮、针齿、针齿壳啮合传动的作用下，由输出行星架输出转矩。
作为本发明的优选方案，所述花键偏心轴组件由花键轴与偏心轴套通过两个平键错开180°连接形成；偏心轴套沿轴线方向的两端设置有用于避免偏心轴套轴向窜动的垫片。
作为本发明的优选方案，偏心轴套与摆线轮之间的深沟球轴承结构的钢球通过偏心轴套内孔侧面上的通孔装入，再使用堵球块固定；花键偏心轴组件装配完成后，花键轴圆柱面保证堵球块在减速器工作时不发生径向窜动；且偏心轴套与摆线轮之间的轴承结构采用满装球轴承结构。
作为本发明的优选方案，所述输入行星架与针齿壳a之间的轴承结构采用满装球轴承结构；所述输出行星架与针齿壳b之间的轴承结构采用满装球轴承结构。
作为本发明的优选方案，摆线轮的摆线齿廓由如下步骤得到：
1)摆线轮的初始摆线齿廓由两条相位差半个齿距的“一齿差”摆线轮齿形相交而成，其齿顶为一尖点；
2)有尖点的摆线齿廓曲线经过等距曲线去掉尖点部分，同时保留针齿与摆线齿廓的啮合动点，得到二齿差摆线轮的实际齿廓。
作为本发明的优选方案，输出行星架上设置有带螺纹柱的圆柱凸台，带螺纹柱的圆柱凸台穿过摆线轮上均布的通孔与输入行星架上的内孔通过六角螺母装配连接。
作为本发明的优选方案，所述输出行星架与输入行星架之间还通过内六角圆柱头螺钉进行轴向锁紧；内六角圆柱头螺钉上的圆柱段与输出行星架圆柱凸台的圆柱段上均装有圆柱滚子轴承的圆柱滚子、保持架以及钢套；使摆线轮到行星架的等速传动为滚动摩擦。
作为本发明的优选方案，行星架与针齿壳之间的两处四点角接触球轴承结构的钢球分别从针齿壳a和针齿b外圆侧面留有的塞球通孔装入，钢球全数装配后，再装入堵球销钉，使滚道填充完整，最后插入槽销，保证堵球销钉和针齿壳的滚道在工作过程中相对位置不发生变化；
所述堵球销钉靠近滚道的端面，加工有与针齿壳一致的滚道。
作为本发明的优选方案，针齿壳a与针齿壳b通过圆锥销定位、内六角圆柱头螺钉锁紧的方式装配成整体；针齿壳a与b装配后，在装配面处由针齿壳a形成了一个台阶面；针齿设置在针齿壳b内，针齿的一端由针齿壳a的台阶面进行限位，针齿的另一端设置有挡圈；挡圈与针齿壳b固定连接；由挡圈和针齿壳a共同限定和保证针齿的轴向位置。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果包括：
(1)本发明的内齿轮与针齿壳之间、偏心轴套与摆线轮之间的三处使用深沟球轴承均采用轴承内外圈滚道与零部件一体化的结构；这种设计进一步压缩减速机的体积，同时保证了轴承固有的承载能力。摆线轮与偏心轴套、行星架与针齿壳之间轴承的装配均采用从零件内侧面或外侧面装入钢球的方式，可有效且合理的增加钢球数量，进一步提升轴承的支承能力，保证了整机的刚性和强度。
(2)本发明的偏心轴套与摆线轮之间的深沟球轴承采用满装球轴承结构，同时保证轴承转动灵活，摩擦力矩较小。较普通深沟球轴承，增加了钢球数量，有效提高轴承的承载能力与刚性。该处深沟球轴承的使用有效限制两片摆线轮位置，防止摆线轮轴向窜动。此外，花键偏心轴组件装配完成后，花键轴圆柱面有效地保证了堵球块在减速器工作时不发生径向窜动。
(3)本发明的输入、输出行星架包含相同的四点角接触球轴承内滚道，针齿壳a、b包含相同的四点角接触球轴承外滚道，均通过相同的钢球连接。两处钢球分别从针齿壳a、b外圆侧面留有的塞球通孔装入。堵球销钉靠近滚道的端面，加工有与针齿壳一致的滚道。钢球全数装配后，再装入堵球销钉，使滚道填充完整，最后插入槽销，保证堵球销钉和针齿壳的滚道在工作过程中相对位置不发生变化。行星架作为重要的支承与输出机构，在该部分使用的轴承将直接影响到整机的刚性与承载能力。在该处采用轴承内外滚道与零部件一体化的结构，进一步压缩减速机的体积，同时保证了轴承固有的承载能力。四点角接触球轴承具有可同时承较大受径向力和倾覆力矩的特点，使得整机在减小的体积的同时且具有高刚性和高承载能力。
附图说明
图1为本发明输入齿轮轴与减速器装配示意图
图2为本发明减速器示意图
图3为摆线传动局部视图
图4为摆线轮啮合传动示意图
图5为内齿圈示意图
图6为偏心轴套示意图
图7为针齿壳a、b示意图
图8为针齿壳组件示意图
图9为摆线轮齿廓形成过程示意图
图10为针齿壳与滚针装配后的局部视图、输入输出行星架装配局部视图
图中，1-输入齿轮轴；2-针齿壳a；3-针齿壳b；4-内六角圆柱头螺钉a；5-钢球a；6-油封、7-输出行星架；8-圆锥滚子轴承；9-内六角圆柱头螺钉b；10-圆柱滚子；11-保持架a；12-钢套；13-挡圈；14-针齿；15-圆锥销；16-保持架b；17-钢球b；18-保持架c；19-内齿轮；20-孔用弹性挡圈；21-六角螺母；22-输入行星架；23-花键轴；24-偏心轴套；25-钢球c；26-堵球块；27-垫片；28-摆线轮；29-平键；30-堵球销钉a；31-槽销a；32-密封圈a；33-堵球销钉b；34-槽销b；35-密封圈b。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。所述实施例仅是本公开内容的示范且不圈定限制范围。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
本实施例提供的摆线针轮行星减速器，其包括输入齿轮轴和两级减速机构；所述两级减速机构包括由输入齿轮轴和内齿轮组成的内啮合第一级行星减速机构，以及由双片摆线轮、针齿壳、花键偏心轴组件、针齿、行星架组成的第二级二齿差摆线针轮行星减速机构。
如图1和2所示，输入齿轮轴1与外部电机连接形成动力输入，输入齿轮轴1的齿部与内齿轮19的内齿啮合，形成第一级行星减速传动；如图5所示，内齿轮19外圆加工有深沟球轴承内滚道，通过钢球17、保持架18与针齿壳2上的深沟球轴承外滚道连接。该部分深沟球轴承对内齿轮起径向支承、轴向限位的作用。整体满足传统深沟球轴承的设计方式与组装方式。
内齿轮19通过内花键与花键轴23的外花键连接，形成第二级减速传动的动力输入。如图3、4和6所示，花键轴23与偏心轴套24通过两个平键29错开180°连接形成花键偏心轴组件。偏心轴套24带动摆线轮28做摆线啮合传动。偏心轴套24的两处偏心外圆均加工有深沟球轴承内滚道，且分别与加工有深沟球轴承外滚道的两片摆线轮通过钢球25连接。该部分采用满装球轴承结构，同时保证轴承转动灵活，摩擦力矩较小。较普通深沟球轴承，增加了钢球数量，有效提高轴承的承载能力与刚性。该处深沟球轴承的使用有效限制两片摆线轮位置，防止摆线轮轴向窜动。钢球25通过偏心轴套24内孔侧面上的通孔装入，再使用堵球块26固定，使其成为滚道的一部分，，待钢球装入后，再装入堵球块，将滚道补充完整。花键偏心轴组件装配完成后，花键轴圆柱面有效地保证了堵球块在减速器工作时不发生径向窜动。如图3所示，偏心轴套24沿轴线方向的两端设置有垫片27，垫片27的使用有效的避免了偏心轴套23轴向窜动。
以上内齿轮与针齿壳之间、偏心轴套与摆线轮之间的三处使用深沟球轴承均采用轴承内外圈滚道与零部件一体化的结构；这种设计进一步压缩减速机的体积，同时保证了轴承固有的承载能力。轴承的装配均采用从零件内侧面或外侧面装入钢球的方式，可有效且合理的增加钢球数量，进一步提升轴承的支承能力，保证了整机的刚性和强度。
如图4所示，摆线轮28在偏心轴套24的作用下做摆线运动。如图9所示，摆线齿廓由两条相位差半个齿距的“一齿差”摆线轮齿形相交而成，故其齿顶为一尖点。尖点会使齿廓顶部强度不足，传动时引起噪声，因此需要进行齿顶修形去掉尖点，使得齿形工作部分通过圆滑曲线相连。本发明将有尖点的摆线齿廓部分曲线MAN经过等距曲线EF去掉尖点A部分，同时保留针齿与摆线齿廓的啮合动点G，得到二齿差摆线轮的实际齿廓。
如图10所示，输出行星架7上带有螺纹柱的圆柱凸台穿过摆线轮28上均布的通孔与输入行星架22连接形成行星架。输出行星架圆柱凸台的部分与输入行星架上的通孔精密装配，保证两者相对位置；内六角圆柱头螺钉9与六角螺母21对行星架进行轴向锁紧。螺钉上的圆柱段与输出行星架凸台的圆柱段均装有圆柱滚子轴承的圆柱滚子10、保持架11、以及钢套12；使摆线轮到行星架的等速传动为滚动摩擦，进一步提高整机传动精度。
如图7所示，行星架两端的轴承内滚道分别与针齿壳2、3上的轴承外滚道通过钢球5连接，形成四点角接触球轴承。钢球5均通过针齿壳外圆侧面的通孔装入，使用带有相同滚道的堵球销钉30保证装配后轴承滚道的完整，套装在堵球销钉30、33上的密封圈32、35保证了堵球销钉径向装配状态，槽销保证堵球销钉轴向装配状态。
在一个具体实施例中，所述输入、输出行星架包含相同的四点角接触球轴承内滚道，针齿壳a、b包含相同的四点角接触球轴承外滚道，均通过相同的钢球连接。两处钢球分别从针齿壳a、b外圆侧面留有的塞球通孔装入。堵球销钉靠近滚道的端面，加工有与针齿壳一致的滚道。输入行星架与针齿壳a之间的轴承结构采用满装球轴承结构；输出行星架与针齿壳b之间的轴承结构采用满装球轴承结构。钢球全数装配后，再装入堵球销钉，使滚道填充完整，最后插入槽销，保证堵球销钉和针齿壳的滚道在工作过程中相对位置不发生变化。
行星架作为重要的支承与输出机构，在该部分使用的轴承将直接影响到整机的刚性与承载能力。在该处采用轴承内外滚道与零部件一体化的结构，进一步压缩减速机的体积，同时保证了轴承固有的承载能力。四点角接触球轴承具有可同时承较大受径向力和倾覆力矩的特点，使得整机在减小的体积的同时且具有高刚性和高承载能力。
上述三处使用深沟球轴承、两处使用四点角接触球轴承，均采用轴承内外圈与零部件一体化的方式，极大限度的减小了减速器的体积与重量；摆线轮与偏心轴套、行星架与针齿壳之间轴承的装配均采用从零件内侧面或外侧面装入钢球的方式，可有效且合理的增加钢球数量，进一步提升轴承的支承能力，保证了整机的刚性和强度。
如图8和10所示，行星架在摆线轮28、针齿14、针齿壳2、3啮合传动的作用下，由输出行星架7输出转矩。针齿壳组件由针齿壳2、3通过圆锥销15定位，内六角圆柱头螺钉4锁紧的方式装配成整体。针齿壳a与b装配后，在装配面处由针齿壳a形成了一个台阶面；针齿设置在针齿壳b内，针齿的一端由针齿壳a的台阶面进行限位，针齿的另一端设置有挡圈；挡圈与针齿壳b固定连接；由挡圈和针齿壳a共同限定和保证针齿的轴向位置。
在本发明中轴承的性能与寿命是影响整机承载能力与使用寿命主要因素。零件滚道的沟曲率半径系数大小是影响轴承载荷能力、寿命、刚性以及轴向与接触角的重要参数。在本发明中应根据减速机的使用工况，决定轴承的使用性能要求，再进行计算、分析与选取。轴承的沟曲率半径计算公式：
R＝fDw
f：沟曲率半径系数，Dw：钢球直径。
沟曲率半径系数f增大，滚道与球的密合度减小，接触面积减小，摩擦力矩减小，而接触应力增大，载荷能力下降；f减小，则结果相反。因此，经综合分析后，合理地选取曲率半径系数，有利于整机增大载荷容量，增长使用寿命，减小摩擦力矩。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种摆线针轮行星减速器，其特征在于，包括输入齿轮轴和两级减速机构；所述两级减速机构包括由输入齿轮轴和内齿轮组成的内啮合第一级行星减速机构，以及由双片摆线轮、针齿壳、花键偏心轴组件、针齿、行星架组成的第二级二齿差摆线针轮行星减速机构；
所述输入齿轮轴的齿部与内齿轮的内齿啮合，内齿轮外圆加工有深沟球轴承内滚道，针齿壳加工有与之配合的深沟球轴承外滚道，两者通过钢球连接；花键偏心轴组件设置在减速器轴线上，并与内齿轮的中心连接形成第二级二齿差摆线针轮行星减速机构的动力输入；
摆线轮在花键偏心轴组件作用下做摆线运动；花键偏心轴组件包括花键轴与偏心轴套，偏心轴套的两处偏心外圆均加工有深沟球轴承内滚道，且分别与加工有深沟球轴承外滚道的两片摆线轮通过钢球连接；
所述行星架包括相连的输出行星架和输入行星架，输出行星架和输入行星架上均加工有四点角接触球轴承内滚道；针齿设置在针齿壳内，针齿壳由针齿壳a与针齿壳b连接而成；针齿壳a和针齿壳b的内圈均加工有四点角接触球轴承外滚道；输出行星架的内滚道与针齿壳b的外滚道通过钢球连接，输入行星架的内滚道与针齿壳a的外滚道通过钢球连接；
行星架在摆线轮、针齿、针齿壳啮合传动的作用下，由输出行星架输出转矩。
2.根据权利要求1所述的摆线针轮行星减速器，其特征在于，所述花键偏心轴组件由花键轴与偏心轴套通过两个平键错开180°连接形成；偏心轴套沿轴线方向的两端设置有用于避免偏心轴套轴向窜动的垫片。
3.根据权利要求1所述的摆线针轮行星减速器，其特征在于，偏心轴套与摆线轮之间的深沟球轴承结构的钢球通过偏心轴套内孔侧面上的通孔装入，再使用堵球块固定；花键偏心轴组件装配完成后，花键轴圆柱面保证堵球块在减速器工作时不发生径向窜动；且偏心轴套与摆线轮之间的轴承结构采用满装球轴承结构。
4.根据权利要求1所述的摆线针轮行星减速器，其特征在于，所述输入行星架与针齿壳a之间的轴承结构采用满装球轴承结构；所述输出行星架与针齿壳b之间的轴承结构采用满装球轴承结构。
5.根据权利要求1所述的摆线针轮行星减速器，其特征在于，摆线轮的摆线齿廓由如下步骤得到：
1)摆线轮的初始摆线齿廓由两条相位差半个齿距的“一齿差”摆线轮齿形相交而成，其齿顶为一尖点；
2)有尖点的摆线齿廓曲线经过等距曲线去掉尖点部分，同时保留针齿与摆线齿廓的啮合动点，得到二齿差摆线轮的实际齿廓。
6.根据权利要求1所述的摆线针轮行星减速器，其特征在于，输出行星架上设置有带螺纹柱的圆柱凸台，带螺纹柱的圆柱凸台穿过摆线轮上均布的通孔与输入行星架上的内孔通过六角螺母装配连接。
7.根据权利要求6所述的摆线针轮行星减速器，其特征在于，所述输出行星架与输入行星架之间还通过内六角圆柱头螺钉进行轴向锁紧；内六角圆柱头螺钉上的圆柱段与输出行星架圆柱凸台的圆柱段上均装有圆柱滚子轴承的圆柱滚子、保持架以及钢套；使摆线轮到行星架的等速传动为滚动摩擦。
8.根据权利要求1所述的摆线针轮行星减速器，其特征在于，行星架与针齿壳之间的两处四点角接触球轴承结构的钢球分别从针齿壳a和针齿b外圆侧面留有的塞球通孔装入，钢球全数装配后，再装入堵球销钉，使滚道填充完整，最后插入槽销，保证堵球销钉和针齿壳的滚道在工作过程中相对位置不发生变化；
所述堵球销钉靠近滚道的端面，加工有与针齿壳一致的滚道。
9.根据权利要求1所述的摆线针轮行星减速器，其特征在于，针齿壳a与针齿壳b通过圆锥销定位、内六角圆柱头螺钉锁紧的方式装配成整体；针齿壳a与b装配后，在装配面处由针齿壳a形成了一个台阶面；针齿设置在针齿壳b内，针齿的一端由针齿壳a的台阶面进行限位，针齿的另一端设置有挡圈；挡圈与针齿壳b固定连接；由挡圈和针齿壳a共同限定和保证针齿的轴向位置。
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