CN116576224A - 一种并联型复合式活齿传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联型复合式活齿传动装置，包括一级行星传动和一级活齿传动，行星传动为输入级，活齿传动为输出级，通过将行星传动的内齿圈与活齿传动的活齿保持架、激波器活齿动盘和行星架固联一体，使得两级传动实现复合运动，在获得大传动比的同时实现了紧凑的结构。由于本装置实现了功率分流的传动形式，利用活齿传动的多齿啮合效应，因此具有较大的承载能力。由于内齿圈可以绕中心轴转动，运动和动力可以通过内齿圈和行星架共同传输到输出轴，实现了传动机构的并联，完成功率分流，传动比增大，并且采用了滚珠式活齿传动，在传动过程中让所有活齿都参加啮合，增加了系统的承载能力，且结构紧凑，体积较小。

Description

一种并联型复合式活齿传动装置

技术领域

本发明涉及变速比传动技术领域，尤其涉及一种并联型复合式活齿传动装置，用于实现两轴之间的大传动比传动，具有较高的传动比和承载能力，同时能实现功率分流，配置在工业机器人、精密器械等装备中。

背景技术

精密减速器是工业机器人必不可少的部件，而将齿轮传动用于传动系统的主要有谐波传动、RV传动和活齿传动等。由于谐波传动的柔轮采用的薄壁外齿轮结构，在使用过程中承受循环应力载荷与交变载荷而产生的弹性变形，故柔轮极易产生疲劳破坏，承载能力有限。在RV传动装置中，由于RV减速器结构复杂，故制造装配难度大。

其中活齿传动由少齿差行星传动演变而来，并省去了W输出机构，故具有结构紧凑、承载能力大、制造难度低和传动效率高等优点。

但是，现有单级活齿传动减速器普遍存在传动比较小的问题，同时串联复合式活齿传动装置没有实现功率分流的传动，承载能力不足；制约了活齿传动的应用。

基于此，本发明公开了一种并联型复合式活齿传动装置，在获得大传动比的同时实现了紧凑的结构。同时本装置采用了功率分流的传动形式，利用活齿传动的多齿啮合效应，提高了传动装置的承载能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种并联型复合式活齿传动装置，具有结构空间紧凑，能实现功率分流并提高传动比和承载能力。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种并联型复合式活齿传动装置，包括：

壳体，其为中空变径柱体，包括外壳和中心轮活齿定盘，所述壳体上设置有两个端口，在所述壳体的一端口通过输入轴端盖和轴承设置有输入轴，在所述壳体的一端口通过输出轴端盖和轴承设置有输出轴；

行星传动机构，包括设置在所述壳体内的太阳轮、行星轮、内齿圈、以及行星架，所述太阳轮安装在所述输入轴上；

活齿传动机构，包括设置在所述壳体内的激波器活齿动盘、活齿和活齿保持架；其中所述活齿保持架固定在所述输出轴上，所述活齿位于激波器活齿动盘与中心轮活齿定盘之间的所述活齿保持架内，在所述活齿保持架上设置有多个便于所述活齿活动的径向槽，所述活齿保持架还与所述内齿圈固定连接；所述激波器活齿动盘的一端侧轴向与所述行星架传动连接。

进一步的，所述行星轮为三个，并通过滑动轴承和销轴安装在沿所述行星架周向均布的三个孔上。

再进一步的，所述活齿传动机构包括一片激波器活齿动盘，所述激波器活齿动盘无偏心地固定连接在所述行星架上，所述激波器活齿动盘的活齿轨道轮廓曲线为标准椭圆曲线；

或/和，所述激波器活齿动盘的转轴与所述行星架之间通过花键连接。

再进一步的，所述活齿保持架与所述内齿圈之间通过多个销轴固定连接。

再进一步的，在所述激波器活齿动盘上和所述中心轮活齿定盘上分别设置有活齿轨道；

或/和，所述激波器活齿动盘的活齿轨道轮廓曲线为标准椭圆曲线。

再进一步的，根据差速行星齿轮传动和活齿传动特性可计算得到本发明的传动比，其步骤如下：

第一级行星级传动：

第二级活齿传动：

其中：

n₃＝n_G n_h＝n_j

综合上式，可计算得出传动比：

现有文献中串联型复式活齿传动传动比为：

以上公式中：Z₁代表太阳轮齿数，Z₃代表内齿圈齿数，Z_G代表活齿齿数，Z_K代表中心轮活齿定盘齿数。n₁代表输入轴或太阳轮转速，n₃代表内齿圈转速，n_H代表行星轮架转速，n_J代表激波器转速，n_G代表活齿架转速。

式(1)与式(2)相比，Z_K＞Z_G，增大传动比。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：本发明中在传动过程中，内齿圈与活齿保持架固联，由于内齿圈可以绕中心轴转动，运动和动力可以通过内齿圈和行星架共同传输到输出轴，实现了传动机构的并联，完成功率分流，传动比增大，并且采用了滚珠式活齿传动，在传动过程中让所有活齿都参加啮合，增加了系统的承载能力，且结构紧凑，体积较小。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1-1为本申请的结构示意图；

图1-2为本申请的结构侧视示意图

图2本发明的内齿圈的结构示意图；

图3本发明的活齿保持架的结构示意图；

图4本发明的激波器活齿动盘的结构示意图；

图5本发明的中心轮活齿定盘的结构示意图；

图6本发明的传动原理图。

图中：1、轴承一，2、输入轴，3、轴承二，4、输入轴端盖，5、滑动轴承，6、行星架，7、轴承三，8、轴承四，9、套筒，10、外壳，11、活齿，12、活齿保持架，13、激波器活齿动盘，14、输出轴端盖，15、输出轴，16、轴承五，17、轴承六，18、中心轮活齿定盘，19、销轴，20、内齿圈，21、行星轮，22、太阳轮。

具体实施方式

本实施例中公开了一种并联型复合式活齿传动装置，包括：

壳体，其为中空变径柱体，包括外壳10和中心轮活齿定盘18，所述壳体上预设有两个端口，在所述壳体的一端口通过输入轴端盖4和轴承设置有输入轴2，在所述壳体的一端口通过输出轴端盖14和轴承设置有输出轴15；

行星传动机构，包括安装在所述壳体内的太阳轮22、行星轮21、内齿圈20、以及行星架6，所述太阳轮22安装在所述输入轴2上；

活齿传动机构，包括安装在所述壳体内的激波器活齿动盘13、活齿11和活齿保持架12；其中所述活齿保持架12固定在所述输出轴15上，所述活齿11位于激波器活齿动盘13与中心轮活齿定盘18之间的所述活齿保持架12内，在所述活齿保持架12上安装有多个便于所述活齿11活动的径向槽，所述活齿保持架12还与所述内齿圈20固定连接；所述激波器活齿动盘13的一端侧轴向与所述行星架6传动连接。

具体地，所述行星轮21为三个，并通过滑动轴承和销轴安装在沿所述行星架6周向均布的三个孔上。

其中所述活齿传动机构包括一片激波器活齿动盘13，所述激波器活齿动盘13无偏心地固定连接在所述行星架16上，所述激波器活齿动盘13的活齿轨道轮廓曲线为标准椭圆曲线；

具体地，所述激波器活齿动盘13的转轴与所述行星架6之间通过花键连接。

本实施例中，所述活齿保持架12与所述内齿圈20之间通过多个销轴19固定连接。

本发明中，激波器活齿动盘13中的，术语“动盘”是指用一个含有椭圆槽轨迹的的盘状凸轮,由于其质心位于回转中心上，转动时不会产生离心惯性力，所以激波器活齿动盘是平衡的；由于采用滚珠型活齿，故定盘与动盘所确定的啮合区包含全部活齿，作用在激波器上的载荷大小相等、方向相反，激波器的受力平衡，不受附加力偶的约束。

具体地，如图1-1和1-2、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明包括行星传动机构、活齿传动机构两部分，行星传动机构包括输入轴2、太阳轮22、行星轮21、内齿圈20和行星轮架6；活齿传动机构包括与行星架6一体的激波器活齿动盘13、活齿11和活齿保持架12；行星架6通过花键与激波器活齿动盘13固定联结；内齿圈20与活齿保持架12通过销轴19连为一体；行星架右端通过轴承16支撑于活齿保持架12上，激波器活齿动盘13处在内齿圈20与活齿保持架12中间，活齿11装入活齿保持架12的径向槽中，活齿10位于激波器活齿动盘13与中心轮活齿定盘18之间，活齿保持架12与输出轴15固连为一体；

其中所述中心轮活齿定盘18的轨道是钢球活齿11在激波器活齿动盘13的轨道推动下沿活齿保持架12径向槽移动并同时随活齿保持架12作圆周转动过程中形成的活齿运动轨迹。

如图1所示，内齿圈20外圆柱与外壳10之间装有轴承8，内齿圈20内圆面与行星架6之间装有轴承7，输出轴15与中心轮活齿定盘18之间装有轴承17。

行星轮21的数目为三个，并通过滑动轴承和销轴安装在沿行星轮架6周向均布的三个行星轮孔上。

本发明的工作过程是：

当输入轴2转动时，太阳轮22与行星轮21外啮合，行星轮21与内齿圈20内啮合，一方面，行星轮轴推动行星轮架6转动，驱动固联于行星轮架6的激波器活齿动盘13转动，激波器活齿动盘13推动活齿11与中心轮活齿定盘18啮合，将动力传递给活齿保持架；另一方面，内齿圈20与活齿保持架12合为一体，行星轮22通过内齿圈20直接将动力传递给活齿保持架。这样，输入轴2的动力及运动经由行星传动机构的行星架6和内齿圈20两套结构同时传递到活齿保持架上的输出轴，实现功率分流，增加了系统的承载能力。

如图1和图4所示，活齿传动机构具有与行星架固联的激波器活齿动盘，激波器活齿动盘13的活齿轨道轮廓曲线为标准椭圆曲线；活齿11为球形活齿；活齿保持架上的径向槽的廓线为槽口；中心轮活齿定盘的活齿轨道廓线为活齿在激波器活齿动盘13驱动下沿径向槽作径向运动、同时激波器活齿动盘13与活齿保持架又按给定速比(该速比按工程需要的传动比确定)作等速转动时的包络曲线；其中轨道齿廓形状属于现有设计；激波器活齿动盘的椭圆轨道作用是推动活齿运动，中心轮活齿定盘的轨道是第二级活齿传动定比转动时，钢球活齿在激波器活齿动盘齿廓推动下沿活齿保持架径向槽移动并同时随活齿架作圆周转动过程中形成的活齿运动轨迹。

行星传动机构有两个自由度，分别由输入轴和内齿圈确定，行星传动可以确定一个传动比，活齿保持架与内齿圈固联，也可以确定一个传动比，故可以确定系统的总传动比。

本发明具有以下优点：

1、本发明由一级差动行星传动和一级椭圆激波活齿传动结合而形成的一种复合式传动机构，属于并联传动的构型，使传动减速器传递更大的减速比，具有更高的功率密度和承载能力。

2、由于第一级是差动轮系，行星轮承载较小且转速较小，啮合处选取滑动轴承。

3、由于第二级采用钢球活齿传动，在相同的情况下具有更好的啮合精度和紧凑的结构。传动时全部的钢球都参与啮合，使钢球传动的同时参加啮合的钢球数达到最高,所以本发明的承载能力较大。

本发明的传动原理如图6所示，运动由输入轴输入并传递给太阳轮，太阳轮、行星轮与内齿圈组成差动行星轮系，其中一部分功率通过行星架驱动激波器动盘转动，激波器动盘通过活齿与中心轮活齿定盘啮合，将功率传递到活齿保持架，另一部分功率通过内齿圈传递到活齿保持架，这样，输入轴的动力及运动经由行星架到活齿传动机构和内齿圈到活齿传动机构同时传递到输出轴。所以本发明实现了功率分流。

根据差速行星齿轮传动和活齿传动特性可计算得到本发明的传动比为，步骤如下：

第一级行星级传动：

第二级活齿传动：

其中：

n₃＝n_G n_h＝n_j

综合上式，可计算得出传动比：

现有文献中串联型复式活齿传动传动比为：

以上公式中：Z₁代表太阳轮齿数，Z₃代表内齿圈齿数，Z_G代表活齿齿数，Z_K代表中心轮活齿定盘齿数。n₁代表输入轴或太阳轮转速，n₃代表内齿圈转速，n_H代表行星轮架转速，n_J代表激波器转速，n_G代表活齿架转速。

式(1)与式(2)相比，Z_K＞Z_G，所以本发明的传动比增大。

以上实施例仅是对本发明创造的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种并联型复合式活齿传动装置，其特征在于：包括：

壳体，其为中空变径柱体，包括外壳和中心轮活齿定盘，所述壳体上设置有两个端口，在所述壳体的一端口通过输入轴端盖和轴承设置有输入轴，在所述壳体的一端口通过输出轴端盖和轴承设置有输出轴；

行星传动机构，包括设置在所述壳体内的太阳轮、行星轮、内齿圈、以及行星架，所述太阳轮安装在所述输入轴上；

活齿传动机构，包括设置在所述壳体内的激波器活齿动盘、活齿和活齿保持架；其中所述活齿保持架固定在所述输出轴上，所述活齿位于激波器活齿动盘与中心轮活齿定盘之间的所述活齿保持架内，在所述活齿保持架上设置有多个便于所述活齿活动的径向槽，所述活齿保持架还与所述内齿圈固定连接；所述激波器活齿动盘的一端侧轴向与所述行星架传动连接。

2.根据权利要求1所述的并联型复合式活齿传动装置，其特征在于：所述行星轮为三个，并通过滑动轴承和销轴安装在沿所述行星架周向均布的三个孔上。

3.根据权利要求1所述的并联型复合式活齿传动装置，其特征在于：所述活齿传动机构包括一片激波器活齿动盘，所述激波器活齿动盘无偏心地固定连接在所述行星架上；

或/和，所述激波器活齿动盘的转轴与所述行星架之间通过花键连接。

4.根据权利要求1所述的并联型复合式活齿传动装置，其特征在于：所述活齿保持架与所述内齿圈之间通过多个销轴固定连接。

5.根据权利要求3所述的并联型复合式活齿传动装置，其特征在于：在所述激波器活齿动盘上和所述中心轮活齿定盘上分别设置有活齿轨道；

或/和，所述激波器活齿动盘的活齿轨道轮廓曲线为标准椭圆曲线。

6.根据权利要求1所述的并联型复合式活齿传动装置，其特征在于：根据差速行星齿轮传动和活齿传动特性可计算得到本发明的传动比，其步骤如下：

第一级行星级传动：

第二级活齿传动：

其中：

n₃＝n_G n_h＝n_j

综合上式，可计算得出传动比：

现有文献中串联型复式活齿传动传动比为：

以上公式中：Z₁代表太阳轮齿数，Z₃代表内齿圈齿数，Z_G代表活齿齿数，Z_K代表中心轮活齿定盘齿数。n₁代表输入轴或太阳轮转速，n₃代表内齿圈转速，n_H代表行星轮架转速，n_J代表激波器转速，n_G代表活齿架转速。

式(1)与式(2)相比，Z_K＞Z_G,增大传动比。