CN115523263A

CN115523263A - 一种速比可选范围广而构造简单的差齿减速机

Info

Publication number: CN115523263A
Application number: CN202210516933.0A
Authority: CN
Inventors: 郑如骏; 郑好
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-05-17
Filing date: 2022-05-17
Publication date: 2022-12-27
Also published as: WO2023221743A1

Abstract

本发明公开了一种速比可选范围广而构造简单的差齿减速机，其减速比与特定数学公式相符。本发明主要部件包括定轮，动轮和滚轮，所述定轮和动轮是内齿轮，所述滚轮是外齿轮。本发明的特征在于：所述滚轮分两部分，即与定轮啮合部分和与动轮啮合部分，所述滚轮的这两部分齿数也不相同，刚性连接成一体。多个相同的滚轮呈行星状安装在输入轮上，随着输入轮的转动，滚轮同时滚压定轮和动轮使动轮相对定轮转动。假设所述定轮齿数为a，所述动轮齿数为b，所述滚轮与定轮啮合部分齿数为m，所述滚轮与动轮啮合部分齿数为n，则速比i=‑bm/(an‑bm)。通过选择各轮的齿数a、b、m、n的值，来获取想要的速比，速比可选范围非常广泛。

Description

一种速比可选范围广而构造简单的差齿减速机

技术领域

本发明涉及一种差齿减速装置，其速比与特定数学公式相符。

背景技术

随着我国产业升级，高端制造业处于前所未有的发展阶段。重大装备及工业机器人需求出现爆发式增长，减速机作为这些装备的关键零部件，其需求也随着快速增长，减速机的制造技术也处于不断迭代更新之中，正沿着高精度、小型化、高速度、小震动、低噪声的方向发展。目前应用于工业机器人等高端装备的高精减速机无疑就是RV减速机和谐波减速机。RV减速机具有更高的疲劳强度、刚度和寿命，用于转矩大的关节，但其重量重，外形尺寸大，构造复杂，加工工艺要求高，价格昂贵。谐波减速机用于转矩较小的关节，由于柔轮的原因，随着使用时间增长，运动精度会显著降低，而制造柔轮要求的工艺技术要求高，价格也不菲。由于制造工艺复杂，价格昂贵，减速机成本在工业机器人本体成本的占比一直居高不下，妨碍了工业机器人的规模发展。

减速机行业的技术人员一直在寻求可行的替代技术方案，相关的发明创造也不断推陈出新。一种新型的减速原理被很多技术人员所青睐，其结构类似于行星减速机，其原理是利用行星轮滚压两个不同齿数内齿轮（一个内齿轮固定，一个内齿轮活动输出），同步内齿轮，从而使两个内齿轮发生相对旋转，达到变速的目的。这种设计无需柔轮，具有更高的疲劳强度、刚度和寿命。但是目前以这种原理设计的原型还无法达到实用程度，有很多问题没有解决。比如，两个内齿轮由于齿数不同，要使它们的齿顶圆相同以便滚压，它们的齿间距必然不同，而滚轮与定轮滚压部分和与动轮滚压部分无差别，会导致无论怎样设计齿轮都会存在无法消除的系统背隙。另外，用于滚压的行星轮数量选择也存在问题，若低于三个，不仅会使滚压面过小，增加磨损消耗，还会导致径向荷载不稳。若行星轮数量过多，则需要增加齿数差，使两个内齿轮产生与行星轮数量一样多的同步点，以便行星轮滚压，这样不仅会加大系统背隙，而且在同级别齿数的情况下会显著降低速比。本发明解决了以上存在的问题，并且发现了隐含在发明构造里面的速比公式，而速比可选范围非常广泛。

发明内容

为了解决目前这种以滚压同步原理设计的原型所存在的问题，提供一种速比可选范围广而构造简单的差齿减速机，本发明提供以下解决方案。

本发明将滚轮3分为两部分（如图2所示）：即与定轮啮合部分301和与动轮啮合部分302，所述滚轮的这两部分齿数不相同。所述滚轮两部分（301与302）的中心线重合，301的一个齿与302的一个齿对齐（或两者的其他部位对齐），暂命名为滚轮对齐点303，多个相同滚轮均如此标定对齐点。所述滚轮两部分（301与302）的齿轮参数各不相同，可以通过调整齿轮参数（如齿顶高系数、顶隙系数、变位系数等），使301与所述定轮1紧密啮合，使302与动轮2紧密啮合（如图1所示）。所述滚轮两部分（301与302）刚性连接或一体成型。滚轮分为两部分的方案可以有效消除系统背隙问题。

为了增加滚压面积，减小磨损消耗，增强径向荷载稳定，本发明采用多个滚轮，一般为三个或三个以上滚轮，在径向受力要求不高的使用场合可以采用两个滚轮。所述多个滚轮呈行星状均匀分布在输入轮4上（如图3所示）。为了使定轮1的齿数能被滚轮个数整数分割，要求所述定轮的齿数为滚轮个数的整数倍；同理，所述动轮2的齿数也应为滚轮个数的整数倍。各齿轮齿数a、b、m、n的选择还应符合以下限定条件：即要保证多个滚轮都能包含在定轮和动轮里面，且滚轮与定轮啮合部分301的齿间距与定轮的齿间距要相匹配，滚轮与动轮啮合部分302的齿间距与动轮的齿间距也要相匹配，以便紧密啮合。所述滚轮3中心线与输入轮4的中心线之间距离可以根据各齿轮（定轮1、动轮2、滚轮3）的齿顶圆直径进行调整，使各齿轮紧密啮合，又不至于使各滚轮转动空间重合，选择这个间距时应优先考虑302与动轮2的紧密啮合，以消除输出背隙。

本发明的安装要点如图4所示，所述定轮1的齿数为所述滚轮个数（设为x）的整数倍，故可以将所述定轮1齿数分为x等分，此时定轮有x个等分点101，上述定轮等分点101与每个滚轮对齐点303均啮合对齐安装。如不对齐安装，则各滚轮的初始相位不同，会导致无法正常旋转。

本发明所指的一种速比可选范围广而构造简单的差齿减速机，其速比公式如下：假设所述定轮1齿数为a，所述动轮2齿数为b，所述滚轮与定轮啮合部分301齿数为m,所述滚轮与动轮啮合部分302齿数为n，则速比i=-bm/(an-bm)，速比为正值时，输出旋转方向与输入旋转方向相同，反之，速比为负值时，则输出旋转方向与输入旋转方向相反。暂命名为四环速比公式。

本发明的有益之处是解决了系统背隙，减小磨损消耗，增强径向荷载稳定，降低制造难度，在同等齿数或同等体积的情况下极大增加了速比，为机器人减速机的发展开辟新的路径。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为主要部件剖视图；

图2为滚轮示意图；

图3为输入轮示意图；

图4为滚轮对齐安装示意图；

图5为整体装配图。

图中标注如下：1-定轮；101-定轮等分点；2-动轮；3-滚轮；301-滚轮与定轮啮合部分；302-滚轮与动轮啮合部分；303-滚轮对齐点；4-输入轮；401-滚轮安装轴；402-D型孔；501-输入轮轴承；502-输出轮轴承；6-滚轮轴承；7-滚轮安装轴支撑架；8-垫片；9-输出轮。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式，本实施例作为本发明的一个例子，里面所述的各参数仅用于说明实施方式，权利保护范围如权利要求书所述。

实施本发明的第一步，首先要确定四环速比公式里面四个齿轮环的齿数a、b、m、n。本实施例采用计算机程序枚举方法，将在一定范围内符合四环速比公式的组合全部列举出来。为了优化枚举方法，排除一些无法实现的组合，如当滚轮个数为三个时，为保证三个滚轮都能包含在定轮和动轮里面，且滚轮与定轮啮合部分301的齿间距与定轮的齿间距要相匹配，滚轮与动轮啮合部分302的齿间距与动轮的齿间距也要相匹配，以便紧密啮合，则要求

，即约为a>2.155m；如当滚轮个数为四个时，则要

，即约为 a>2.414m。同理，b与n也需要符合这些限定条件。同时要限定定轮齿数a和动轮齿数b的相差不要太大。本实施例利用程序列举定轮齿数在150个以内的所有符合条件的组合，排除a、b 不是滚轮个数整数倍的组合，再排除速比较低的以及速比不是整数的组合。剩余的可用组合仍有很多可供选择，下面列举几个组合示例：

各齿轮的齿数选择完毕后，下面说明本实施例的结构设计和安装方法。如图5所示（注：为了简化描述结构，这里零件装配紧固时所用到的销、螺丝等紧固件及紧固方法予以省略），定轮1与装置外壳刚性连接或一体成型，输入轮4内嵌于输入轮轴承501，输入轮4与输入轮轴承501的内钢圈刚性连接，输入轮轴承501连着输入轮一起嵌在外壳内并排在定轮1左边（如图5所示），输入轮轴承501外钢圈与装置外壳刚性连接。如图3所示，401为滚轮安装轴，402为D型孔作为输入接口（也可以改为其他输入方式，如D型轴等）。滚轮轴承6内套在滚轮3之内，将6、3组合件安装在滚轮安装轴401上，如图4所示，安装时定轮等分点101与滚轮对齐点303必须对齐安装，三个滚轮均需如此对齐安装。滚轮安装完毕后，再套上滚轮安装轴支撑架7，滚轮安装轴支撑架7与滚轮安装轴401刚性连接，安装滚轮安装轴支撑架7的目的是为了增加滚轮安装轴401的径向承受力，到此完成前半部分的组合件安装。输出轮9左半部分内套在输出轮轴承502里面，与输出轮轴承502内钢圈刚性连接，右半部分可以是法兰盘输出或其他方式输出。动轮2、垫片8、输出轮9刚性连接，垫片8的作用是将输出轮轴承502卡住不至于轴向移动，2、8、502、9四个零件的组合完成后的组合件，与前半部分的组合件套接，套接后输出轮轴承502的外钢圈与装置外壳刚性连接。

以上就是本实施例的结构设计和安装方法，本实施例已通过3D打印输出各零部件，完成以上表格中组合2、组合3、组合4的结构以及安装过程验证，装置运行稳定可靠，速比完全符合四环速比公式。

Claims

1.一种速比可选范围广而构造简单的差齿减速机，主要部件包括定轮，动轮和滚轮，所述定轮和动轮是内齿轮，所述滚轮是外齿轮。

2.本发明的特征在于：所述滚轮分两部分，即与定轮啮合部分和与动轮啮合部分，所述滚轮的这两部分齿数不相同，所述滚轮的这两部分刚性连接成一体。

3.多个相同的滚轮呈行星状安装在输入轮上，随着输入轮的转动，滚轮同时滚压定轮和动轮使动轮相对定轮转动，输出轮与动轮刚性连接，输出旋转运动。

4.假设定轮齿数为a，动轮齿数为b，滚轮与定轮啮合部分齿数为m，滚轮与动轮啮合部分齿数为n，则速比i=-bm/(an-bm)，速比为正值时，输出旋转方向与输入旋转方向相同，反之，速比为负值时，则输出旋转方向与输入旋转方向相反，本发明的特征在于：通过选择各轮的齿数a、b、m、n的值，来获取想要的速比，速比可选范围非常广泛。

5.所述各齿轮齿数a、b、m、n的选择符合以下限定条件：即要保证多个滚轮都能包含在定轮和动轮里面，且滚轮与定轮啮合部分的齿间距与定轮的齿间距要相匹配，滚轮与动轮啮合部分的齿间距与动轮的齿间距也要相匹配，以便紧密啮合。

6.进一步地，所述滚轮两部分（即与定轮啮合部分和与动轮啮合部分）的中心线重合，两部分的其中一个齿对齐（或其他部位对齐），暂命名为滚轮对齐点，多个相同滚轮均如此标定对齐点。

7.进一步地，所述的一种速比可选范围广而构造简单的差齿减速机，其特征在于：所述定轮的齿数为滚轮个数的整数倍，所述动轮的齿数也为滚轮个数的整数倍，所述多个滚轮呈行星状均匀分布在输入轮上。

8.进一步地，所述的一种速比可选范围广而构造简单的差齿减速机，其安装特征在于：如权利要求7所述，所述定轮的齿数为所述滚轮个数（设为x）的整数倍，故可以将所述定轮齿数分为x等分，此时定轮有x个等分点，上述等分点与所述权利要求6里的滚轮对齐点啮合对齐安装。