CN2434475Y - 行星滚动内外弦曲线齿轮减速器 - Google Patents

Abstract

一种以圆的正余弦曲线为齿廓的少齿差行星传动内啮合行星滚动内外弦曲线齿轮减速器,其内外齿轮是凹凸接触啮合的弦齿轮,齿廓曲线在节圆上及其附近区作线接触啮合间隙为0,向齿顶和齿根方向间隙逐渐增大并控制Δt=1.5e/Z₁～0.05e的最佳值范围。摆线针轮减速器的针轮及摆线轮由内外弦齿轮所取代成为新型齿廓曲线行星少齿差传动装置,实现多齿工作提高承载能力。

Description

行星滚动内外弦曲线齿轮减速器

本实用新型涉及一种齿轮啮合传动装置，尤其是圆的正余弦曲线为齿廓的双内啮合行星滚动内外弦曲线齿轮减速器。以下简称本新型。

半径各为R₁、R₂且R₂-R₁=偏心距e的两节圆作初始点接触纯滚动时(见简图1)由于圆的周长仅差2πe所以其滚动传动比i_H1=e/R₁或i_H1=e/R₂(前者R₂圆固定R₁圆作无滑动纯滚动，后者相反)。以齿廓啮合传动时i_H1=1/Z₁或i_H1=1/Z₂、Z₂-Z₁=1、R₁=Z₁e、R₂=Z₂e=(Z₁+1)e=Z₁e+e=R₁+e，所以内外两圆弧表面不论是光滑(微凹凸)或者加工成齿廓只要其节圆周节t同等于2πe，瞬时传动比恒定传动就能平稳。滚动工作面上光滑圆弧属于摩擦式点接触纯滚动受其紧力关系所传递的圆周力不宜用于动力传动。工作面上(节圆)加工成各种齿廓相啮合其承载能力成倍提高，甚至不受限制。类似这种内啮合滚动式的有渐开线少齿差行星传动、摆线针轮行星传动和谐波齿轮等。渐开线齿廓周节与齿高比=πm/2.2m数值较小，内啮合必须作变位修形为短齿制；摆线针轮要有众多的针齿销、针齿套：谐波传动也有着特殊加工零件难度大。这些齿形精度要求高、加工难度大、成本高，并受限于尺寸承载能力和传动比也受限制，产品的微型化和大功率传动范围局限。上述这些齿廓通常为两凸点接触齿面接触应力、齿根弯曲应力及滑动率制约了承载能力、传动效率和传动比的提高。

本新型的目的是提供一种行星滚动内外弦曲线齿轮减速器，以两滚圆节圆周节相等，确保传动平稳性，以多齿受力线接触内啮合以及曲线齿廓在节圆柱节点及其附近区曲率接近于0来大幅度提高承载能力。由于内外齿廓尺寸可以较小而增大齿数可获得大传动比高效传动。

本新型的目的是这样实现的：减速器采用2K-H型双内啮合一齿差行星传动，结构型式如简图2、3或者将摆线针轮的针轮和摆线轮都换成    圆的正余弦曲线齿廓的弦齿轮。双内啮合的传动比i_H1=Z₁Z₃/(Z₂Z₄-Z₁Z₃)、Z₂-Z₁=±1、Z₄-Z₃=1、Z₃与Z₂为双联齿轮。

本新型的偏心距e取值范围不受限制，它相当于渐开线齿轮的模数m，2e=m，主要按功率确定大小。齿数Z主要考虑传动比的需要。节圆半径R₁=Z₁e，R₂=Z₂e=R₁+e，通常先确定e和Z再计算其它尺寸，例如e=2、Z₂=50，则Z₁=z₂-1=49、R₁=Z₁e=49×2=98、R₂=Z₂e=50×2=100、2πe=2π×2=1256、2πR₁=2π×98=615.44、2πR₂=2π×100=628。

周节t=2πR₁/Z₁=2πR₂/Z₂=2πe=12.56，两圆节圆周长差=2πR₂-2πR₁=628-615.44=12.56，所以确保节圆作纯滚动。

圆的正余弦曲线为齿廓内啮合，由两节圆初始点接触经过跑合或修形达到多齿凹凸线接触，这是因为弦齿廓周节t/齿高=2πe/2e=π较渐开线齿廓的对应比值增大了2倍，内啮合时容易啮入和啮出如同谐波齿轮的啮入啮出。并且本新型的弦曲线齿廓内外齿形存在着尺寸差，除节圆及附近接触带外，从节线向齿顶和齿根方向有逐渐加大了的啮合间隙，这些间隙存在一是便于油楔润滑，二是避免发生齿廓干涉，三是瞬时传动比恒定。所以本新型两节圆间隙为0确保纯滚动平稳性并实现多齿受力(径向力大部分抵消)，使齿面接触应力和齿根弯曲应力大幅度降低，以便采用低硬度普通材料制造内外齿轮，装配后易跑合达到多齿工作。设备通用工艺简化精度要求降低成本减少。圆的弦曲线可采用铣、插、滚、磨削加工内外齿轮。本新型采用切削工具作x、y方向复合坐标位移，刀刃的等距包络线成形齿廓，正是内啮合所需，而刀具的x、y坐标位移可以由两个偏心机构分别作切向(x方向)和径向(y方向)的进给连续成形加工效率高精度确保。上述x、y方向的进给位移是由两个分别作x、y方向滑移量各为e′、e的偏心机构来完成的。偏心回转与齿坯分度运动复合周而复始连续循环完整的弦曲线，出现在节圆上就成为内外弦齿轮，其周节t相等而齿数仅差1。两齿廓啮合不能是全接触，圆的弦曲线在直线上展开是全接触。本新型通过x、y两个不同偏心距且e′/e=K，K相当于摆线针轮传动的短幅系数K，1＞K＞0，K常取0.4～0.5，其值与齿数和啮合间隙有关。当齿数Z无穷大时节圆上的齿形很小，啮合变为光滑圆弧滚动即滚圆点接触纯滚动；而节圆半径R增到无穷大时，节圆变成直线，弦曲线为标准型齿廓，啮合为全接触，因而不存在齿数差了。作为齿轮内啮合必有传动比输出，齿数差至少≥1使内外齿廓啮合时必定存在间隙。本新型通过两偏心回转位移复合加工成形内外弦齿廓相啮合时除节圆及其附近区域作线接触外，其余存在着间隙以补偿加工误差防止干涉进行油膜润滑。上述齿廓与圆的标准弦曲线截面存在差别并且是通过复合展成一次完成以及用相同的刀具位移量加工内外齿轮，这就是本新型的特征和优点。如简图4所示：B为圆的标准弦曲线，由于刀具切削刃(等距包络线)作定向x、y不同参数的位移，内外齿廓除节圆处，间隙可以为O外，向齿顶和齿根方向间隙逐渐加大并控制于所需数值。图中：y₁……y₁₂是铣刀XD中心径向移距，x₁……x₁₁是铣刀XD切向移距，切削后内齿轮Z₂与外齿轮Z₁的齿轮在A区域为线接触，齿廓的其余部分内外齿之间有间隙，滚动时触点移动间隙变化。

下面结合附图和实施例对本新型进一步说明。

图1和图2是本新型弦曲线齿廓成形方法与原理。

图3是本新型其中双内啮合一齿差行星减速器结构。

图4是本新型由内外弦曲线齿轮取代摆线针轮的针轮和摆线轮的单内啮合减速器结构。

图中：(铣削成形为例)铣刀XD支承在轴承架上接受动力高速旋转切削坯，轴承架安装在滑板1上并于滑板座2中受到偏心回转机构Z₁₁的往复径向进给移动，移距为2e(e≥齿轮偏心距e)，且偏心距大小可微调。滑动座2又与切向滑移板3固联受到另一个偏心回转机构Z₁₂的等转速回转产生切向附加移距，铣刀中心处在x₁……x₁₁的I位上。第二个偏心距为e′，e′/e=k，1＞k＞0，通过齿坯的分度回转运动合成连续循环周而复始完成展成加工。根据齿数，补偿间隙大小确定系数k值，常数k=0.4～0.5，这时的啮廓最大间隙一般为0.05e(e为齿轮偏心距)。图1中：点0、1、2、3、4、5、6为铣刀切削刃等距包络线所成弦曲线齿廓，铣刀XD的中心位移点0′、1′、2′、3′、4′、5′、6′，由y方向移距1₁、2₁、3₁、4₁、5₁和x方向移距合成。而x方向的移距来源于偏心机构Z₁₂作偏心距e′回转即偏心圆从0′、b₁、b₂、b₃、b₄、b₅、b₆回转运动产生。y方向由偏心距回转以a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆运动产生。

在啮合中，每一瞬时传动比恒定传动就会平稳，这里分析到一个周节中触点工作半径的变动情况，假定一个周节t弧度内，触点处工作半径为R±e，则传动比变为i_H1=e/(R₁-e)=e/(Z₁θ-e)=1/(Z₁-1)，节圆传动比i_H1=1/Z₁，差值Δi=1/(Z₁-1)-1/Z₁≈1/Z₁ ²，这对于多齿小偏心距传动其值很小，近似恒传动比。实际啮合中由于存在着间隙啮合是在节线及其附近区域多齿接触进行的瞬时传动比实际上恒定。理论工

存在，瞬时工作半径变化不会形成对传动平稳性的影响，就是说啮合传动始终平稳。

实质上本新型的啮合传动等效于节圆纯滚动，与光滑圆弧点接触摩擦滚动一样，虽然节圆上出现齿廓，但啮合发生在节圆及其附近区域由初始点接触经跑合后成为多齿线接触啮合传动。齿数越多，承载能力和平稳性越高。与摆线传动相比容易实现多齿、短齿，内外齿廓采用基本参数相同的铣、插、滚、磨展成加工，容易实现高精度达到高性能并且加工简单、设备通用、生产和应用能够普及。

采用圆的正弦曲线为弦齿轮的齿廓形状更适合于大减速比内齿轮少齿差传动，结构有多种型式，偏心距e可以很小而外形尺寸微型化，此外由于啮合的齿数多齿根强度大实现大功率、大传动比、低噪声高性能传动。

图3中：1输入轴(偏心轴)    2端盖    3轴承    4平衡块    5内齿轮    6轴承7轴承    8双联弦齿轮    9机座    10输出轴    11轴承    12端盖

当输入轴(1)转动，偏心距e的回转使双联弦齿轮(8)与内齿圈(5)啮合传动，并使输出轴10作Z₁Z₃/(Z₂Z₄-Z₁Z₃)的减速比输出。这里Z₄-Z₃=1，Z₂-Z₁=1。

图4中：1输入轴    2端盖    3轴承    4内齿圈    5弦齿轮    6偏心套7销轴    8轴承    9机座    10轴承    11输出轴    其它构件与摆线针轮近似，仅将机座、内齿圈和两只弦齿轮取代针齿壳和摆线轮，就不需要图3中的平衡块了。

Claims (4)

1、一种行星滚动内外弦曲线齿轮减速器，具有内齿轮和外齿轮相啮合的齿廓，其特征是：内齿轮和外齿轮的齿廓是圆的正余弦曲线齿型，内外齿廓曲线在节圆上的啮合间隙为0，向齿顶和齿根方向啮合间隙逐渐增大的凹凸接触内传动。

2、根据权利要求1所述的行星滚动内外弦曲线齿轮减速器，其特征是：内外齿轮的偏心距为e、齿数为Z1、Z2，节圆半径为R1、R2，具有计算式Z2-Z1=1，R1=Z1e，R2=Z2e=(Z1+1)e=Z1e+e=R1+e。

3、根据权利要求1所述的行星滚动内外弦曲线齿轮减速器，其特征是：内齿轮与外齿轮相啮合的齿廓在节圆及其附近区作线接触滚动相啮合，节圆处间隙最小为0，而向齿顶和齿根方向间隙逐渐增大并控制为 的最佳值范围。

4、根据权利要求1所述的行星滚动内外弦曲线齿轮减速器，其特征是：摆线针轮行星传动减速器的针轮及摆线轮，由圆的正余弦曲线齿廓的弦齿轮所取代成为弦曲线齿廓的内外齿轮少齿差行星传动减速器。

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