CN116201871A - 一种分段式内外啮合齿圈 - Google Patents

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石照耀
杨鑫雨
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Abstract

本发明公开了一种分段式内外啮合齿圈，包括齿圈本体和限位杆。齿圈本体外侧有一外齿轮的齿槽，齿槽侧面齿廓为渐开线，底面为圆弧面，齿圈本体内侧为较小模数的内齿轮，齿圈本体的侧面开有螺纹孔，限位杆一端通过该孔与齿圈本体连接，另一端可安装凸轮随动器等标准件用于导向。本发明提供的分段式内外啮合齿圈具有内外两侧的齿廓，同时实现内啮合和外啮合，能在较小空间内实现多级传动，将完整齿圈设计为分段式结构，通过限位杆控制不同段齿圈沿轴向独立运动，进而实现更复杂的传动。外侧的单个齿槽通过啮合的方式传动，当其为渐开线传动时，压力角不变，稳定性优于连杆等其他传动方式。

Description

一种分段式内外啮合齿圈
技术领域
本发明涉及机械传动领域，尤其涉及一种用于新型机器人关节减速器的关键齿轮零件。
背景技术
工业机器人关节减速器被广泛应用于自动化车间、精密机床、光伏设备、光学仪器、仿人机器人等各种尖端领域，要求其具有轻量化、高精度、大速比等特点，目前常见的机器人关节减速器主要有谐波减速器和RV减速器两种，谐波减速器关键部件柔轮加工技术要求高且易损坏，而基于摆线齿轮的RV减速器发展至今40余年，其精度水平和刚性指标并未得到显著提高，二者均受限于底层传动原理，因此，原理创新是国产减速器突破的方向和未来。
在机器人关节减速器中，齿轮是决定其整体性能的关键零部件，应用极为广泛。为实现关节减速器的输入输出共轴，常常要采用齿圈传动，而目前的减速器齿圈多为一体化单面结构。为满足新型减速器的传动要求，需要一种可以同时进行内、外啮合的分段式齿圈，更大程度利用空间，增大减速比，减小体积。
发明内容
本发明公开了一种应用于新型减速器的分段式内外啮合齿圈。与现有的减速器内齿圈相比，具有内外双面齿槽可同时与两个齿轮啮合，尤其是其外侧齿槽与单个齿啮合，替代曲柄连杆等机构传动，采用分段式布局能够改变同一圆周各段齿圈的轴向相对位置，进而满足减速器的传动要求。
通过以下技术方案来实现：
本发明为一种分段式可内外啮合的齿圈，包括齿圈本体1和限位杆2。所述齿圈本体1的外侧有一外齿轮的齿槽，齿槽侧面齿廓为渐开线，可与相同模数的单个外齿轮轮齿啮合，也可与齿数较少的特殊齿轮啮合，构成一对运动副，齿圈本体1为从动件，该运动副速比为轮齿和齿圈本体1的回转半径之比。齿槽的纵向长度大于轮齿齿厚，目的在于当两个构件产生轴向相对位移时，仍能正常啮合。齿槽底面为圆弧面，当与之啮合的外齿轮轮齿齿顶也为圆弧面时，两面接触可保证传动稳定。
所述齿圈本体1的内侧为较小模数的渐开线内齿轮齿廓，可与相同模数外齿轮啮合，形成另一对运动副，当齿圈本体1被外侧啮合的单个轮齿产生的推力驱动时，齿圈本体1作为该运动副中的主动件，推动下一级外齿轮。当下一级的外齿轮分度圆直径与齿圈本体1内齿的分度圆直径相同时，该运动副为等速传动。
所述齿圈本体1的侧面开有小孔，用于和限位杆的连接。
所述限位杆2通过螺纹孔齿圈本体连接，另一端，可安装在凸轮槽等导向槽内，用以控制沿同一圆周分布的多段齿圈按照导向槽约束产生轴向移动。
所述分段式内外齿圈本体1在运动过程中，与两侧分别啮合的齿轮面均保持接触，以此来实现径向的位置约束。为进一步保证传动过程中其在径向的位置不变，该齿圈本体沿轴向具有较大的高度，且下半部预留了一段未加工内齿的光滑圆柱弧面，当与主轴或其他柱形零件接触时，此段弧面既不会影响正常的内齿圈-外齿轮啮合，也可在一定程度上起到径向支承作用，增强了分段式齿圈结构的稳定性。
本发明有以下特点：
1.具有内外两侧的齿廓，同时实现内啮合和外啮合，能在较小空间内实现多级传动。
2.将完整齿圈设计为分段式结构，通过限位杆控制不同段齿圈沿轴向独立运动，进而实现更复杂的传动功能。
3.外侧的单个齿槽通过啮合的方式传动，运动副为线接触，且当其为渐开线传动时，压力角不变，稳定性优于连杆等其他传动方式。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为沿圆周方向分布的多段齿圈布局示意图。
图3为内啮合与外啮合示意图。
图4为应用本发明的一种传动结构示意图。
图中：1-齿圈本体，2-限位杆，3-输出齿轮，4-输入轮齿，5-输入齿轮。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不限定本发明。
如图1所示，本发明为一种分段式可内外啮合的齿圈，包括齿圈本体1和限位杆2。所述齿圈本体1为圆弧形片状齿，如图2所示，首先加工一完整内齿圈，再在其外侧加工出沿圆周均匀分布的多个齿槽，采用线切割将其等分为多段圆弧后在侧面钻孔，用于固定。
如图3所示，所述齿圈本体1的外侧有一外齿轮的齿槽，齿槽侧面齿廓为渐开线，可与相同模数的单个外齿轮输入轮齿4啮合，构成一对运动副，齿圈本体1为从动件，该运动副速比为轮齿和齿圈本体1的回转半径之比。齿槽的纵向长度大于轮齿齿厚，目的在于当两个构件产生轴向相对位移时，仍能正常啮合。齿槽底面为圆弧面，当与之啮合的外齿轮轮齿齿顶也为圆弧面时，两面接触可保证传动稳定。如图3所示，所述齿圈本体1的内侧为较小模数的渐开线内齿轮齿廓，可与相同模数输出齿轮3啮合，形成另一对运动副，当齿圈本体1被外侧啮合的单个轮齿产生的推力驱动时，齿圈本体1作为该运动副中的主动件，推动下一级外齿轮。当下一级的外齿轮分度圆直径与齿圈本体1内齿的分度圆直径相同时，该运动副为等速传动。
如图1所示，所述齿圈本体1的侧面开有小孔，用于和限位杆的连接。所述限位杆2通过螺纹孔齿圈本体连接，另一端，可安装在凸轮槽等导向槽内，用以控制沿同一圆周分布的多段齿圈按照导向槽约束产生轴向移动。
如图3所示，所述分段式内外齿圈本体1在运动过程中，与两侧分别啮合的齿轮面均保持接触，以此来实现径向的位置约束。为进一步保证传动过程中其在径向的位置不变，该齿圈本体沿轴向具有较大的高度，且下半部预留了一段未加工内齿的光滑圆柱弧面，当与主轴或其他柱形零件接触时，此段弧面既不会影响正常的内齿圈-外齿轮啮合，也可在一定程度上起到径向支承作用，增强了分段式齿圈结构的稳定性。
如图4所示，作为本发明的一种具体实施例，所述传动结构包括：齿圈本体1，输出齿轮3，输入齿轮5。
本实施例中，输入齿轮5仅有一个齿廓为渐开线的轮齿，作为动力输入端，可在一定角度内旋转，齿圈本体1的外侧的渐开线齿槽与相同模数的输入齿轮5啮合，该运动副速比为输入齿轮5和齿圈本体1的回转半径之比。齿槽的纵向长度大于轮齿齿厚，目的在于当两个构件产生轴向相对位移时，仍能正常啮合。齿槽底面为圆弧面，与之啮合的输入齿轮5齿顶也为圆弧面，两面接触可使齿圈本体1固定在输出齿轮3和输入齿轮5之间，保证运动稳定。所述齿圈本体1的内侧为较小模数的渐开线内齿轮齿廓，与相同模数输出齿轮3啮合，输出齿轮3分度圆直径与齿圈本体1内齿的分度圆直径相同，这一级传动为等速传动。齿圈本体1被外侧啮合的单个轮齿产生的推力驱动，齿圈本体1推动输出齿轮3，实现该传动结构的减速传动功能。
上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种分段式双面啮合齿圈，其特征在于，包括齿圈本体和限位杆；所述齿圈本体的外侧设有一外齿轮的齿槽，齿槽侧面齿廓为渐开线，该渐开线与相同模数的单个外齿轮输入轮齿相啮合，构成一对运动副；所述齿圈本体为从动件，该从动件的运动副速比为轮齿和齿圈本体的回转半径之比；齿槽的纵向长度大于轮齿齿厚；齿槽底面为圆弧面；所述齿圈本体的内侧为小模数的渐开线内齿轮齿廓，与相同模数输出齿轮啮合，形成另一对运动副，当齿圈本体被外侧啮合的单个轮齿产生的推力驱动时，齿圈本体作为该运动副中的主动件，推动下一级外齿轮；当下一级的外齿轮分度圆直径与齿圈本体内齿的分度圆直径相同时，该运动副为等速传动；所述齿圈本体的侧面开有小孔，用于和限位杆的连接；所述限位杆通过螺纹孔齿圈本体连接，另一端，安装在凸轮槽等导向槽内，用以控制沿同一圆周分布的多段齿圈按照导向槽约束产生轴向移动；所述分段式双面齿圈本体在运动过程中，与两侧分别啮合的齿轮面均保持接触，实现径向位置约束；齿圈本体沿轴向具有高度，且下半部预留一段未加工内齿的光滑圆柱弧面。
2.根据权利要求1所述的一种分段式双面啮合齿圈，其特征在于：齿圈具有内、外两种齿廓，外侧为单个外齿槽，内侧为多个内齿轮轮齿，可同时实现内啮合和外啮合。
3.根据权利要求1所述的一种分段式双面啮合齿圈，其特征在于：外侧齿槽底面为圆弧面，起到径向支承作用。
4.根据权利要求1所述的一种分段式双面啮合齿圈，其特征在于：将完整齿圈设计为分段式结构，不同段齿圈运动相互独立。
5.根据权利要求1所述的一种分段式双面啮合齿圈，其特征在于：齿圈本体为圆弧形片状齿，由一完整齿圈经若干等分切割后得到多个零件安装在同一传动机构中，提高齿轮啮合的重合度。
6.根据权利要求1所述的一种分段式双面啮合齿圈，其特征在于：改变内外侧齿轮的模数和分度圆直径，实现不同减速比。
7.根据权利要求1所述的一种分段式双面啮合齿圈，其特征在于：齿圈本体安装有限位杆，通过导轨、凸轮槽等限位装置约束位置，控制多段齿圈的相对位置和运动。
8.根据权利要求1所述的一种分段式双面啮合齿圈，其特征在于：外侧齿槽替换为单个齿，相对应的输入轮齿为齿槽形式。
9.根据权利要求1所述的一种分段式双面啮合齿圈，其特征在于：外侧以啮合传动替代连杆结构，保证传动稳定。
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