CN116292768A - 双联齿传动机构 - Google Patents

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CN116292768A CN202111500225.XA CN202111500225A CN116292768A CN 116292768 A CN116292768 A CN 116292768A CN 202111500225 A CN202111500225 A CN 202111500225A CN 116292768 A CN116292768 A CN 116292768A
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范正富
陈宇昊
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Ningbo Hansheng Transmission Technology Co ltd
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Ningbo Hansheng Transmission Technology Co ltd
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Abstract

本申请公开一种双联齿传动机构，其包括第一内齿轮、第二内齿轮、第一外齿轮、第二外齿轮和偏心轴。第一内齿轮和第二内齿轮分别具有内齿。第一外齿轮与第一内齿轮相啮合，形成第一级啮合。第二外齿轮与第二内齿轮相啮合，形成第二级啮合第一外齿轮与第二外齿轮同中心轴线组相连接，成为双联齿结构。偏心轴上设有偏心部，偏心轴能够使双联齿结构绕偏心部平动。第一内齿轮、第二内齿轮及偏心轴的中心轴线相同。双联齿结构满足下列条件：
Figure DDA0003402397140000011
本申请的双联齿传动机构通过双联齿结构，最大程度地实现偏心传动机构的动平衡，结构简单，零件数量少，传动链短。

Description

双联齿传动机构
技术领域
本申请涉及双联齿传动机构。
背景技术
传统偏心传动机构大多采用结构相同的两片外齿轮，其分别布置在偏心量相等，偏心方向180°对称布置的偏心轴上。通过采用销套结构输出外齿轮的转速和偏心扭矩，无论是外齿轮还是法兰，需要加工多个孔布置销套，对高精度需求的减速器，对孔的位置以及销套的精度要求及高，加工难度大，结构复杂。
发明内容
本申请的示例性实施例可以解决上述问题。本申请提供一种双联齿传动机构，其包括第一内齿轮、第二内齿轮、第一外齿轮、第二外齿轮和偏心轴。所述第一内齿轮和所述第二内齿轮分别具有内齿，所述第一内齿轮和所述第二内齿轮中的任意一个与固定侧连接，所述第一内齿轮和所述第二内齿轮中的另一个与输出侧连接。所述第一外齿轮与所述第一内齿轮相啮合，形成第一级啮合。所述第二外齿轮与所述第二内齿轮相啮合，形成第二级啮合，所述第一外齿轮与所述第二外齿轮同中心轴线组相连接，成为双联齿结构。所述偏心轴上设有偏心部，所述偏心轴能够使所述双联齿结构绕所述偏心部平动。所述第一内齿轮、第二内齿轮及所述偏心轴的中心轴线相同。所述双联齿结构满足下列条件：
Figure BDA0003402397120000011
其中，i1表示所述第一外齿轮与所述第一内齿轮之间的传动速比，
Figure BDA0003402397120000012
n2是所述第一内齿轮的齿数，n1是所述第一外齿轮的齿数。i2表示所述第二外齿轮与所述第二内齿轮之间的传动速比，/>
Figure BDA0003402397120000021
n是所述第二内齿轮的齿数，n3是所述第二外齿轮的齿数。
根据所述双联齿传动机构，所述双联齿结构满足下列条件：i2＝i1。
根据所述双联齿传动机构，所述第一外齿轮及所述第二外齿轮为摆线齿、次摆线齿或修型摆线齿，所述第一内齿轮及所述第二内齿轮为圆弧齿。
本申请的双联齿传动机构通过双联齿结构，最大程度地实现偏心传动机构的动平衡，结构简单，零件数量少，传动链短。
通过考虑下面的具体实施方式、附图和权利要求，本申请的其它的特征、优点和实施例可以被阐述或变得显而易见。此外，应当理解，上述发明内容和下面的具体实施方式均为示例性的，并且旨在提供进一步的解释，而不限制要求保护的本申请的范围。然而，具体实施方式和具体实例仅指示本申请的优选实施例。对于本领域的技术人员来说，在本申请的精神和范围内的各种变化和修改将通过该具体实施方式变得显而易见。
附图说明
本申请这些和其它特征和优点可通过参照附图阅读以下详细说明得到更好地理解，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件，其中：
图1A是根据本申请的双联齿传动机构从右向左看过去的立体图；
图1B是图1A所示的双联齿传动机构从左向右看过去的立体图；
图1C是图1A所示的双联齿传动机构的剖视图；
图2A是图1C所示的偏心轴的立体图；
图2B是图2A所示的偏心轴的侧视图；
图3是图1C所示的第一外齿轮和第二外齿轮的立体图；
图4是图1C所示的第一内齿轮108的立体图；
图5是图1C所示的输出法兰109的立体图；
图6是图1C所示的第二内齿轮102的立体图；
图7是图1A所示的输出端盖103的立体图；
图8是图1A所示的输入端盖104的立体图；
图9是图1C所示的轴承110的立体图；
图10是图1C所示的双联齿传动机构100的轴向剖视图；
图11A-11C显示出了第一外齿轮112和第二外齿轮116的受力分析图；
图12是本申请的双联齿传动机构的另一个实施例的剖视图。
具体实施方式
下面将参考构成本说明书一部分的附图对本申请的各种具体实施方式进行描述。应该理解的是，虽然在本申请中使用表示方向的术语，诸如“左”、“右”、“内”和“外”等方向或方位性的描述本申请的各种示例结构部分和元件，但是在此使用这些术语只是为了方便说明的目的，基于附图中显示的示例方位而确定的。由于本申请所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制。在以下的附图中，同样的零部件使用同样的附图号。
图1A是根据本申请的的双联齿传动机构100从右向左看过去的立体图，图 1B是图1A所示的双联齿传动机构100从左向右看过去的立体图，图1C是图1A 所示的双联齿传动机构100的剖视图，以示出双联齿传动机构100中更多的部件。如图1A-1C所示，双联齿传动机构100包括偏心轴106、第一内齿轮108、第二内齿轮102、第一外齿轮112、第二外齿轮116和输出法兰109。当双联齿传动机构100运行时，其动力传递关系大致如下所述：
偏心轴106与驱动机构(未示出)相连接。驱动机构驱动偏心轴106转动。偏心轴106的转动能够带动第一外齿轮112和第二外齿轮116平动。第一外齿轮112与第一内齿轮108啮合，形成第一级啮合，第二外齿轮116与第二内齿轮102啮合，形成第二级啮合，由于第一级啮合和第二级啮合的速比差，当偏心轴转动带动第一外齿轮112和第二外齿轮116平动时，第二级啮合使第二外齿轮116产生与偏心轴反方向旋转，由于第一外齿轮112与第二外齿轮116为一体，第一外齿轮112将同时与第二外齿轮116与偏心轴反方向旋转，旋转速比为i2,第一外齿轮112将带动第一内齿轮108以同样的速度旋转，同时第一外齿轮112的平动又驱动第一内齿轮108以i1速比与偏心轴同方向旋转，导致最终第一内齿轮108以速比
Figure BDA0003402397120000041
旋转，由于第一内齿轮108与输出法兰 109相连接，从而带动输出法兰109转动。输出法兰109与被驱动设备(未示出) 相连接，从而实现减速输出。
下面详述双联齿传动机构100中的各部件的具体结构：
图2A是图1C所示的偏心轴106的立体图。图2B是图2A所示的偏心轴106 的侧视图。如图2A-2B所示，偏心轴106包括偏心轴本体。其大致为圆柱体，并具有偏心轴中心轴线X1。驱动机构能够驱动偏心轴106绕其偏心轴中心轴线 X1转动。作为一个示例，驱动机构为电机。
偏心轴106上设有具有偏心部212。偏心部212为相对于偏心轴106的中心轴线X1偏心设置的圆环形。偏心部212的外周面形成半径为D的圆周面。外周面具有中心轴线N。中心轴线N距离偏心轴中心轴线X1的距离为偏心量e。当偏心轴106绕其偏心轴中心轴线X1旋转时，偏心部212的中心轴线N围绕偏心轴中心轴线X1旋转。
图3是图1C所示的第一外齿轮112和第二外齿轮116的立体图。第一外齿轮112大致为环形，并且具有一定厚度。第一外齿轮112的外周具有第一外齿 312，用于与第一内齿轮108相啮合。第二外齿轮116大致为环形，并且具有一定厚度。第二外齿轮116的外周具有第二外齿314，用于与第二内齿轮102相啮合。第一外齿轮112和第二外齿轮116具有相同的中心轴线，并且连接成一个整体，成为双联齿结构。当双联齿结构套设在偏心部212上时，偏心部212的转动能够带动双联齿结构绕偏心部212平动。
图4是图1C所示的第一内齿轮108的立体图。如图4所示，第一内齿轮108 大致为环状，其具有第一内齿轮中心轴线X2。第一内齿轮108具有中空部412，其沿轴向贯穿第一内齿轮108。第一内齿轮108通过中空部412套设在第一外齿轮112上。第一内齿轮108的内壁设有第一内齿402，用于与第一外齿轮112的第一外齿312相啮合。作为一个示例，第一内齿402由滚针(例如，为圆弧齿) 形成。
图5是图1C所示的输出法兰109的立体图。输出法兰109大致为环状，并具有输出法兰中心轴线X3。输出法兰109设置在第一内齿轮108的左侧，并与第一内齿轮108相连接。在本申请的实施例中，输出法兰109与第一内齿轮108 通过螺栓连接。
图6是图1C所示的第二内齿轮102的立体图。如图6所示，第二内齿轮102 大致为环状，并具有第二内齿轮中心轴线X4。第二内齿轮102具有中空部612，其沿轴向贯穿第二内齿轮102。第二内齿轮102通过中空部612套设在第一外齿轮112上。第二内齿轮102的内壁包括沿轴向的第一部分和第二部分。其中，内壁的第一部分上设有第二内齿602，用于与第二外齿轮116的第二外齿314相啮合。作为一个示例，第二内齿602由滚针(例如，为圆弧齿)形成。
图7是图1A所示的输出端盖103的立体图。如图7所示，输出端盖103大致为环状，并具有外壳中心轴线X5。输出端盖103具有中空部712，其沿轴向贯穿输出端盖103。输出端盖103通过中空部712套设在第一内齿轮108上。输出端盖103设置在第二内齿轮102的左侧，并与第二内齿轮102连接。输出端盖103、第一内齿轮108和第二内齿轮102相配合形成环状空间，用于安装轴承 110。在本申请的实施例中，输出端盖103与第二内齿轮102通过螺栓连接。
图8是图1A所示的输入端盖104的立体图。如图8所示，输入端盖104大致为环状，并具有端盖中心轴线X6。输入端盖104设置在输入端，并与第二内齿轮102相连接，从而限制第二外齿轮116轴向移动。在本申请的实施例中，输入端盖104与第二内齿轮102通过螺栓连接。
图9是图1C所示的轴承110的立体图，以示出轴承110的具体结构。如图 9所示，轴承110为交叉滚子轴承。具体地，轴承110包括四十个滚柱901。每个滚柱901都为柱体。四十个滚柱901容纳在环状空间中，并且排布呈环形。作为一个示例，在本实施例中，相邻的两个滚柱901的轴线相互垂直。换句话说，四十个滚柱901中二十个滚柱901的轴线沿第一方向布置，另二十个滚柱 901的轴线沿第二方向布置，其中，第一方向垂直于第二方向。此外，在本实施例中，任意一个滚柱901的轴线均倾斜于偏心轴中心轴线X1。轴线倾斜于偏心轴中心轴线X1的滚柱901能够承担平行于偏心轴中心轴线X1的轴向力。
图10是图1C所示的双联齿传动机构100的轴向剖视图。如图10所示，在双联齿传动机构100装配到位时，偏心轴中心轴线X1、第一内齿轮中心轴线X2、输出法兰中心轴线X3、第二内齿轮中心轴线X4、输出端盖中心轴线X5和端盖中心轴线X6共轴设置。第一外齿轮112和第二外齿轮116套设在偏心部212上。第一外齿轮112和第二外齿轮116相连接，使得第一外齿轮112和第二外齿轮 116同步偏心平动并旋转。
图11A-11C显示出了第一外齿轮112和第二外齿轮116的受力分析。图11A 示出了第一内齿轮108与第一外齿轮112之间内齿与外齿之间的受力方向。当第一内齿轮108的外齿采用摆线、次摆线或修型摆线，第一外齿轮112的内齿采用滚针时，滚针与摆线齿的受力方向全部指向偏心方向的分度圆上，分度圆半径R1＝(i1-1)×e，其中，i1表示第一级啮合，即第一外齿轮112与第一内齿轮108之间的传动速比，，
Figure BDA0003402397120000071
n2是第一内齿轮108的齿数，n1是第一外齿轮112的齿数。e为偏心部212的偏心量。
图11A所示的第一级啮合中，当外力扭矩T以顺时针的方向通过输出法兰 109施加到第一内齿轮108上时，滚针与第一外齿轮112的摆线齿啮合受力的合成力X方向为Fx1，Y方向为Fy1，Fx1是能传递扭矩的有效合力，且满足：Fx1＝T/R1, 因此当输出扭矩确定，分度圆半径R1确定的情况下，Fx1也是确定的。
在本申请中，采用摆线修型的方式选择滚针与摆线齿的啮合数量，从而减少第一级啮合的滚针与摆线齿啮合力在Y方向的合力Fy1。在本申请中，第一级啮合采用4根滚针与摆线轮啮合，可以实现滚针啮合时Y方向的合力最小，既减少了第一外齿轮112与偏心轴106之间的偏心轴承的受力，提升轴承寿命，同时可以提升双联齿传动机构100的动平衡能力。
图11B所示的第二级啮合中，由于第二外齿轮116与第一外齿轮112相连接并传递扭矩，第二外齿轮116承受与第一外齿轮112同样大小的扭矩T，且方向一致，因此第二级啮合中滚针与第二外齿轮116的摆线齿啮合受力的合成力X 方向为Fx2，Y方向为Fy2，同样满足Fx2＝T/R2，其中R2＝i2×e。i2表示第二外齿轮 116与第二内齿轮102之间的传动速比。其中，
Figure BDA0003402397120000072
n4是第二内齿轮102 的齿数，n3是第二外齿轮116的齿数。在偏心量e相同的情况下，可以通过调整第二级啮合速比i2，使R1≈R2，从而实现Fx2≈Fx1。
在本申请中，采用摆线修型的方式选择滚针与摆线齿的啮合数量，从而减少第二级啮合的滚针与摆线齿啮合力在Y方向的合力Fy2。在本申请中，第二级啮合采用6根滚针与摆线轮啮合，可以实现滚针啮合时Y方向的合力最小，既减少了第二外齿轮116与偏心轴106之间的偏心轴承的受力，提升轴承寿命，同时可以提升双联齿传动机构100的动平衡能力。
图11C为第一级啮合和第二级啮合同时作用在偏心轴106上时的受力状态。此时Fx2≈Fx1，且方向相反，因此偏心轴106在X方向的合力达到最小，最大限度的实现X方向上双联齿传动机构100的动平衡。为了解决Y方向的偏心系统动平衡问题，通过摆线修型技术，调整滚针的啮合数量和位置，同时考虑单向偏心量以及单向偏心运转零部件在高速运转时引起的惯性力F惯性力＝m×d×ω2(其中m为偏心旋转零部件的质量、d为偏心量、ω为角速度)，惯性力的方向与偏心方向相同，即Y方向，可以最大限度的实现Y方向的合力：|Fy1|±|Fy2|±|F惯性力|≈0, 既有利于提升轴承寿命，又最大限度的解决了Y方向上双联齿传动机构100的动平衡问题。
进一步地，当Fx1和Fx2大约相等，有利于提升轴承寿命，解决双联齿传动机构100的动平衡问题。因此当双联齿结构满足：
Figure BDA0003402397120000081
可以实现X方向分力Fx1和分力Fx2接近，最大限度的实现双联齿传动机构100的动平衡。在另一个实施例中，可以使双联齿结构满足：i2＝i1，从而实现X方向分力Fx1和分力Fx2接近相等。
在传统的传动机构中，需要布置两片外齿轮，其分别布置在偏心量相等，偏心方向180°对称布置的偏心轴上，从而达成传动机构的动平衡。此外，在两片内轮的两侧还要设置法兰，通过采用销套结构输出外齿轮的转速和偏心扭矩，无论是外齿轮还是法兰，需要加工多个孔布置销套，对高精度需求的减速器，对孔的位置以及销套的精度要求及高，加工难度大，结构复杂。
本申请的双联齿传动机构100通过双联齿结构，最大程度地实现偏心传动机构的动平衡，结构简单，零件数量少，传动链短。
图12是本申请的双联齿传动机构的另一个实施例的剖视图。图12所示的双联齿传动机构与图10所示的双联齿传动机构100大致相同，其不同之处在于：在双联齿传动机构100中，输出端盖103、第一内齿轮108和第二内齿轮102相配合形成环状空间，用于安装轴承110，而在图12所示的双联齿传动机构中，输出端盖103、第二内齿轮102和第一内齿轮108围合形成第一环状空间，用于安装第一轴承1201，并且第二内齿轮102和第一内齿轮108围合形成第二环状空间，用于安装第二轴承1202。作为一个示例，第一轴承1201和第二轴承1202也为交叉滚子轴承，但第一轴承1201和第二轴承1202中的滚柱的轴线方向垂直于或平行于偏心轴中心轴线X1布置。
需要说明的是，本申请示出了通过第一级啮合和第二级啮合的串联方式，实现结构简单的减速机构。在此基础上，在输入端也可以增加一级或两级行星结构的传动用于降低偏心轴的旋转速度，以达到减少摩擦，降低温升的效果。虽然未在本申请中示出，但所有采用增加一级或两级传动的设计都在本申请的保护范围内。
还需要说明的是，虽然本申请中示出偏心轴106与驱动机构(未示出)相连接，并且输出法兰109与被驱动设备(未示出)相连接。但第一内齿轮和第二内齿轮中的任意一个与固定侧连接，第一内齿轮和第二内齿轮中的另一个与输出侧连接都在本申请的保护范围中。
尽管已经结合以上概述的实施例的实例描述了本公开，但是对于本领域中至少具有普通技术的人员而言，各种替代方案、修改、变化、改进和/或基本等同方案，无论是已知的或是现在或可以不久预见的，都可能是显而易见的。另外，本说明书中所描述的技术效果和/或技术问题是示例性而不是限制性的；所以本说明书中的披露可能用于解决其他技术问题和具有其他技术效果和/或可以解决其他技术问题。因此，如上陈述的本公开的实施例的实例旨在是说明性而不是限制性的。在不背离本公开的精神或范围的情况下，可以进行各种改变。因此，本公开旨在包括所有已知或较早开发的替代方案、修改、变化、改进和/ 或基本等同方案。

Claims (3)

1.一种双联齿传动机构(100)，其特征在于包括：
第一内齿轮(108)和第二内齿轮(102)，所述第一内齿轮(108)和所述第二内齿轮(102)分别具有内齿，所述第一内齿轮(108)和所述第二内齿轮(102)中的任意一个与固定侧连接，所述第一内齿轮(108)和所述第二内齿轮(102)中的另一个与输出侧连接；
第一外齿轮(112)，所述第一外齿轮(112)与所述第一内齿轮(108)相啮合，形成第一级啮合；
第二外齿轮(116)，所述第二外齿轮(116)与所述第二内齿轮(102)相啮合，形成第二级啮合，所述第一外齿轮(112)与所述第二外齿轮(116)同中心轴线固定连接成一体，成为双联齿结构；以及
偏心轴(106)，所述偏心轴(106)上设有偏心部(212)，所述偏心轴(106)能够使所述双联齿结构绕所述偏心部(212)平动，所述第一内齿轮(108)、第二内齿轮(102)及所述偏心轴(106)的中心轴线相同；
所述双联齿结构满足下列条件：
Figure FDA0003402397110000011
其中，i1表示所述第一外齿轮(112)与所述第一内齿轮(108)之间的传动速比，
Figure FDA0003402397110000012
n2是所述第一内齿轮(108)的齿数，n1是所述第一外齿轮(112)的齿数，i2表示所述第二外齿轮(116)与所述第二内齿轮(102)之间的传动速比，/>
Figure FDA0003402397110000013
n4是所述第二内齿轮(102)的齿数，n3是所述第二外齿轮(116)的齿数。
2.根据权利要求1所述的双联齿传动机构(100)，其特征在于：
所述双联齿结构满足下列条件：i2＝i1。
3.根据权利要求1所述的双联齿传动机构(100)，其特征在于：
所述第一外齿轮(112)及所述第二外齿轮(116)为摆线齿、次摆线齿或修型摆线齿，所述第一内齿轮(108)及所述第二内齿轮(102)为圆弧齿。
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