CN218377532U - 一种速比可选范围广而构造简单的差齿减速机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型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。其主要部件包括定轮,动轮和滚轮,所述定轮和动轮是内齿轮,所述滚轮是外齿轮。本实用新型的特征在于: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
技术领域
本实用新型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,如以下两种技术方案(申请号:201521024172.9,行星差齿式变速器;以及申请号:201720389258.4,一种偏心滚压式差齿精密减速器),均是采用这种差齿滚压原理。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。本实用新型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,本实用新型提供以下解决方案。
如图1所示,本实用新型主要部件由内齿轮定轮1、内齿轮动轮2、滚轮3(滚轮3 有多个,构造均相同,为了直观显示,图1这里仅显示其中一个。滚轮3的构造是本技术方案的重要特征,下面段落将详细说明)构成。定轮1与装置外壳刚性连接或一体成型,动轮 2通过设置在装置外壳内侧的轴承,并列在定轮1旁边,但动轮2与定轮1并不接触,动轮 2的另一端连接法兰盘可以轴向输出转动。多个滚轮3通过轴承呈行星状安装在输入轮4上,输入轮4通过设置在装置外壳内侧的轴承将输入轮4上面的多个滚轮3置于定轮1和动轮2 中间,使它们的齿紧密啮合。随着输入轮4的转动,多个滚轮3同时滚压定轮1和动轮2。由于定轮1和动轮2的齿数不同,定轮1和动轮2的齿间距会有微小差距,当滚轮3滚压时,滚轮3的齿打入定轮1和动轮2的齿间隙,产生侧向力,强行同步定轮1和动轮2的齿,使定轮1与动轮2发生微小的相对转动,因定轮1固定不动,故动轮2发生旋转,从而输出转动。
本实用新型将滚轮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,而这两部分的齿数不同可以巧妙地增加了速比可选范围。
为了增加滚压面积,减小磨损消耗,增强径向荷载稳定,本实用新型采用多个滚轮,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。
本实用新型的安装要点如图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。
本实用新型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。
本实用新型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实用新型进一步说明。
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实用新型的具体实施方式,本实施例作为本实用新型的一个例子,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。
实施本实用新型的第一步,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a>(2*sqrt(3)/3+1)*m,[注:sqrt(3)为3的算术平方根],即约为a>2.155m;如当滚轮个数为四个时,则要a>(sqrt(2)+1)*m,[注:sqrt(2)为2的算术平方根],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,本实施例已在PRO-E中设计成型,并且已通过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 (7)
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,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,其特征在于: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,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),通过选择各轮的齿数a、b、m、n的值,来获取想要的速比。
2.根据权利要求1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.根据权利要求1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: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,通过选择各轮的齿数a、b、m、n的值,来获取想要的速比。
4.根据权利要求1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。
5.根据权利要求1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。
6.根据权利要求1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:定轮的齿数为滚轮个数(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5里的滚轮对齐点啮合对齐安装。
7.根据权利要求1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: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,且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。
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WO2023221743A1 (zh) * | 2022-05-17 | 2023-11-23 | 郑如骏 | 一种速比可选范围广而构造简单的差齿减速机 |
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