TW201627588A - 同步擺線減速裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係一種同步擺線減速裝置，該同步擺線減速裝置包含偏心輪、固定剛輪、轉動剛輪、軸承與偏心軸。該偏心輪的第一層齒輪形成複數第一外齒牙以及第二層齒輪形成複數第二外齒牙。該第一層齒輪疊合該第二層齒輪。該固定剛輪形成複數第一內齒牙，以齧合該等第一外齒牙。該轉動剛輪形成複數第二內齒牙，以齧合該等第二外齒牙。該偏心輪包覆該軸承，以及該軸承包覆該偏心軸。其中，該偏心輪、該軸承與該偏心軸的軸心相異於該同步擺線減速裝置的系統軸心。本發明藉由調配各齒輪的齒數，讓減速比的可調整範圍廣與可決定該轉動剛輪與一動力源的運轉方向相同或相反，以達到精度高、壽命長、體積小與成本低等的優勢。

Description

同步擺線減速裝置

本發明係關於減速機的技術領域，特別是一種藉由調整雙層偏心輪、固定剛輪與轉動剛輪之間相關齒牙的數量，以決定減速比與運轉方向的同步擺線減速裝置。

傳統中，電機透過減速器降低其轉速以提高扭力。該減速器根據不同的應用，常見的減速器有行星減速器、諧波減速器與擺線減速器。

然而，該等減速器存在局限性，陳述如下：以該行星減速器為例，其限制為：1)單一該行星減速器的減速比約2-10。若要提高減速比，則必須藉由疊加複數該行星減速器才能達到高減速比的功效；雖然該等行星減速器疊加可以提高減速比，但疊加之後的該等行星減速器會造成定位精度變差與成本增加等缺點；以及，2)由於該行星減速器的可逆操作模式(即輸出端與輸入端可交替使用)，使得該行星減速器不具備煞車功能；對此，當在需要精準定位(例如停止)的情形之下，動力源必須借助額外的一煞車裝置，才能讓該行星減速器停止；但是，相對於不採用該煞車裝置的該動力源，該煞車裝置會增加該動力源的重量、體積、成本與用電量。

以該諧波減速機為例，其限制為：1)該諧波減速機採用柔輪，該柔輪在長時期的形變過程中，會有金屬疲乏的問題，再者，由於該柔輪的壁厚較薄，當該諧波減速機承受高扭力時，該柔輪將容易裂開故障。上述的原因，都將直接地或是間接地導致該諧波減速機的使用壽命縮短；2)該諧波減速機受限於柔輪的形變量而無法達成30以下的減速比，因此，該諧波減速機並不適合用於低減速比的產品；以及，3)該諧波減速機受限於齒型模數不能無限制的縮小的因素，故無法將減速比提昇至300以上，因此，該諧波減速機並不適合用於高減速比的產品。

以傳統的該擺線減速器為例，其缺點為：1)該擺線減速器設計成二根或三根的偏心軸，以推動雙層偏心輪與剛輪齧合；但是，該等偏心軸使用軸承型號比較小(即該等偏心軸較細)，因此，在長時間使用之後，該等偏心軸容易損壞；2)該擺線減速器的減速比是由剛輪與偏心輪決定，其該減速比的公式為偏心輪的齒數/(偏心輪的齒數-剛輪的齒數)，若要達到300以上的高減速比，僅能增加該偏心輪的齒數，或是減少該剛輪與偏心輪之間的齒數差；但是，在有限空間內，該偏心輪的齒數無法不斷地增加或是該齒數差無法不斷地縮小至1以下。因此，該擺線減速器要達到300以上的減速比，實際上是很難達成的；以及，3)該擺線減速器具備煞車功能，適合應用在不可逆的操作模式。因此，該擺線減速器不適合在可逆操作模式的應用。

有鑑於此，本發明提出一種同步擺線減速裝置，以解決習知技術的缺失。

本發明之第一目的提供一種同步擺線減速裝置，包含偏心輪、固定剛輪與轉動剛輪，藉由調整該偏心輪、該固定剛輪與該轉動剛輪彼此之間齒數的數量，以達到決定減速比與運轉方向的目的。

本發明之第二目的根據上述同步擺線減速裝置，該減速比涵蓋低減速比、中減速比與高減速比等應用範圍。

本發明之第三目的根據上述同步擺線減速裝置，藉由單一大型號的軸承與偏心軸貫穿該偏心輪，以延長該軸承的使用壽命與提升高承載的扭力。

本發明之第四目的根據上述同步擺線減速裝置，由於是一級傳動或最高二級傳動，並且全部是剛性齒輪，可達到精度高、壽命長、體積小、重量輕與成本低的目的。

為達到上述的目的與其它目的，本發明提供一種同步擺線減速裝置，係包含偏心輪、固定剛輪、轉動剛輪、軸承與偏心軸。該偏心輪包含第一層齒輪與第二層齒輪。該第一層齒輪形成第一穿孔，以及該第二層齒輪形成第二穿孔。該第一層齒輪疊合該第二層齒輪。該第一層齒輪形成複數第一外齒牙，以及該第二層齒輪形成複數第二外齒牙。該固定剛輪形成複數第一內齒牙。該等第一內齒牙齧合該等第一外齒牙。該轉動剛輪形成複數第二內齒牙。該等第二內齒牙齧合該等第二外齒牙。該軸承具有第三穿孔。該軸承設置於該第一穿孔與該第二穿孔。該偏心軸設置於該第三穿孔。其中該偏心輪、該軸承與該偏心軸的軸心相異於該同步擺線減速裝置的系統軸心。

與習知技術相較，本發明的同步擺線減速裝置，可藉由調整偏心 輪、固定剛輪與轉動剛輪之間的齒數關係，以決定減速比與運轉的方向。其中，該減速比的減速範圍涵蓋低、中與高減速比。

該同步擺線減速裝置的動作原理為，動力源驅動偏心軸，該偏心 軸推動該偏心輪，讓該偏心輪變動位置(此造成該偏心輪公轉)。在齧合的過程中，由於該偏心輪與該固定剛輪之間有齒差，造成該偏心輪產生自轉，又該偏心輪同時地齧合轉動剛輪，而帶動該轉動剛輪運轉。其中，該轉動剛輪做為該同步擺線減速裝置的輸出。

在該同步擺線減速裝置中，該等第一內齒牙的齒數不等於該等第二內齒牙的齒數。

於第一實施例中，該同步擺線減速裝置的該偏心輪由二個相同尺寸與相同齒型模數的第一層齒輪與第二層齒輪所組成。

於第二實施例中，該同步擺線減速裝置的該偏心輪由二個不同尺寸與相同齒型模數的第一層齒輪與第二層齒輪所組成。

於第三實施例中，該同步擺線減速裝置的該偏心輪的第一層齒輪與第二層齒輪具有不同齒型模數，且該固定剛輪與該轉動剛輪分別地對應齧合的該層齒輪的該齒型模數。

總言之，本發明的同步擺線減速裝置可根據應用的需求，藉由調整齒牙數量或齒型模數除可解決傳統的行星減速器、諧波減速器與擺線減速器的缺點之外，還可以維持各類減速器原有的優點。

相較於傳統的行星減速器，本發明可在固定的齒輪數量之下，利用改變齒牙數量，以對減速比進行大範圍的調整，以解決該行星減速器必須要藉由疊加多個該星型減速器才能達到高減速比的缺點。再者，由於不需要再額 外疊加多個減速器，因此，本發明並不會有定位精度變差與成本增加等缺點。另外，本發明可藉由改變齒差而決定可逆操作模式與不可逆操作模式的任一種模式，故可滿足各種可逆操作模式或不可逆操作模式的應用，而傳統的該行星減速器僅具有可逆操作模式，無法設計成不可逆操作模式。

相較於傳統的諧波減速器，本發明採用剛性的齒輪，因此，本發明不存在該諧波減速機因採用柔輪導致使用壽命短的問題。再者，本發明可以藉由調整齒牙數量或齒型模數來決定減速比，故本發明除保有原有諧波減速器的中高減速比的範圍外，更能擴展低減速比與更高減速比的範圍，因此，本發明可視情況滿足低、中或高減速比的應用。

相較於傳統的該擺線減速器，由於本發明僅採用一根偏心軸，故本發明可使用較大型號的該偏心軸與該軸承貫穿該偏心輪，以延長該軸承的使用壽命與提升承載的扭力，進而解決傳統的該擺線減速器之偏心軸因採用的軸承型號小而容易發生損壞的缺點。另外，本發明可藉由改變齒差而決定可逆操作模式與不可逆操作模式的任一種模式，故可滿足各種操作應用的需求，而傳統的該擺線減速器僅具有不可逆操作模式，相對應用範圍便因此縮減。

10、10'、10”‧‧‧同步擺線減速裝置

12、12’、12”‧‧‧偏心輪

122‧‧‧第一層齒輪

1222‧‧‧第一穿孔

1224‧‧‧第一外齒牙

124‧‧‧第二層齒輪

1242‧‧‧第二穿孔

1244‧‧‧第二外齒牙

14‧‧‧固定剛輪

142‧‧‧第一內齒牙

16‧‧‧轉動剛輪

162‧‧‧第二內齒牙

18‧‧‧軸承

182‧‧‧第三穿孔

20‧‧‧偏心軸

202‧‧‧第四穿孔

204‧‧‧外壁

第1圖係本發明第一實施例之同步擺線減速裝置的分解示意圖。

第2圖係本發明第二實施例之同步擺線減速裝置的分解示意圖。

第3圖係本發明第三實施例之同步擺線減速裝置的分解示意圖。

為充分瞭解本發明之目的、特徵及功效，茲藉由下述具體之實施例，並配合所附之圖式，對本發明做一詳細說明，說明如後：請參考第1圖，係本發明第一實施例之同步擺線減速裝置的分解示意圖。在第1圖中，該同步擺線減速裝置10包含偏心輪12、固定剛輪14、轉動剛輪16、軸承18與偏心軸20。

該偏心輪12包含第一層齒輪122與第二層齒輪124。該第一層齒輪122形成第一穿孔1222，以及該第二層齒輪124形成第二穿孔1242。該第一層齒輪122疊合該第二層齒輪124，以形成該偏心輪12。該第一層齒輪122形成複數第一外齒牙1224，該等第一外齒牙1224的齒數為P1。該第二層齒輪124形成複數第二外齒牙1244，該等第二外齒牙1244的齒數為P2。

於本實施例中，該第一層齒輪122的尺寸等於該第二層齒輪124的尺寸。因此，該第一層齒輪122疊合該第二層齒輪124之後，可視為單一個構件，彼此不產生相對運動。

該固定剛輪14形成複數第一內齒牙142，該等第一內齒牙142的齒數為A。該等第一內齒牙142齧合該等第一外齒牙1224。該等第一內齒牙142的齒數A多於該等第一外齒牙1224的齒數P1。

該轉動剛輪16形成複數第二內齒牙162，該等第二內齒牙162的齒數為B。該等第二內齒牙162齧合該等第二外齒牙1244。其中，該等第二內齒牙162的齒數B多於該等第二外齒牙1244的齒數P2。

再者，該等第一內齒牙142的齒數A不等於該等第二內齒牙162的齒數B。

該軸承18具有第三穿孔182，該軸承18設置於該第一穿孔1222與該第二穿孔1242。

該偏心軸20具有第四穿孔202。該偏心軸20設置於該軸承18的該第三穿孔182。於其它實施例中，該第四穿孔202並非必要的條件，即在其他實施例中，該偏心軸20並無該第四穿孔202。

值得注意的是，該偏心輪12、該軸承18與該偏心軸20的軸心(圖未示)，並非為與該同步擺線減速裝置10的系統軸心(即圖式的中心軸線)一致，而是具有自己的軸心。因此，當該偏心軸20受到一動力源(圖未示)的驅動，該偏心軸20轉動。由於該偏心軸20不在該同步擺線減速裝置10的中心軸，使得該偏心軸20以偏軸心的方式推動該軸承18，進而該軸承18以偏軸心的方式推動該偏心輪12，而能夠該偏心輪12齧合該固定剛輪14與該轉動剛輪16。

在齧合的過程中，由於該偏心輪12與該固定剛輪14之間有齒差，造成該偏心輪12產生自轉，又該偏心輪12同時地齧合該轉動剛輪16，以帶動該轉動剛輪16運轉。該轉動剛輪16做為該同步擺線減速裝置10的輸出，運轉的速度由原本該動力源的第一轉速下降至該轉動剛輪16的該第二轉速。該第一轉速與該第二轉速之間存在一減速比(reduction ratio)。其中，該減速比的數學式表示為：B/(B-A×P)

其中，A為該等第一內齒牙142的齒數、B為該等第二內齒牙162的齒數與P為介質傳遞常數。該介質傳遞常數P為該等第二外齒牙1244與該等第一外齒牙1224的齒數比值(P2/P1)。由於該等第一外齒牙1224與該等第二外齒牙1244的齒數相同。因此，於本實施例中，該介質傳遞常數P為1，該減速比可進一步簡化成：B/(B-A)

請參考第2圖，係本發明第二實施例之同步擺線減速裝置的分解 示意圖。在第2圖中，該同步擺線減速裝置10’包含第一實施例中的該固定剛輪14、該轉動剛輪16、該軸承18與該偏心軸20，而與第一實施例不同之處，在於偏心輪12’的結構。

該偏心輪12’包含第一層齒輪122與第二層齒輪124，該第一層齒輪 122的尺寸與該第二層齒輪124的尺寸不相同。於本實施例中，係以該第一層齒輪122的尺寸大於該第二層齒輪124的尺寸為例說明，於其它實施例中，該第一層齒輪122的尺寸可小於該第二層齒輪124的尺寸。於該第一層齒輪122疊合該第二層齒輪124之後，可視為單一個構件，彼此不產生相對運動。

該第一層齒輪122形成第一穿孔1222，以及該第二層齒輪124形成第二穿孔1242。該第一層齒輪122疊合該第二層齒輪124，以形成該偏心輪12。該第一層齒輪122形成複數第一外齒牙1224，該等第一外齒牙1224的齒數為P1。該第二層齒輪124形成複數第二外齒牙1244，該等第二外齒牙1244的齒數為P2。該等第一外齒牙1224與該等第二外齒牙1244具有相同的齒型模數。

該固定剛輪14形成複數第一內齒牙142，該等第一內齒牙142的齒數為A。該等第一內齒牙142齧合該等第一外齒牙1224。其中，該等第一內齒牙142的齒數A多於該等第一外齒牙1224的齒數P1。

該轉動剛輪16形成複數第二內齒牙162，該等第二內齒牙162的齒數為B。該等第二內齒牙162齧合該等第二外齒牙1244。其中，該等第二內齒牙162的齒數B多於該等第二外齒牙1244的齒數P2。

值得注意的是，該等第一內齒牙142的齒數A不等於該等第二內齒牙162的齒數B。該等第一內齒牙142的齒數A減去該等第一外齒牙1224的齒數P1 之差值等於該等第二內齒牙162的齒數B減去該等第二外齒牙1244的齒數P2之差值，該差值為正數。

藉由該等第一外齒牙1224、該等第二外齒牙1244、該等第一內齒牙142與該等二內齒牙162以決定一減速比。其中，該減速比的數學式表示為：B/(B-A×P)

其中A，為該等第一內齒牙142的齒數、B為該等第二內齒牙162的齒數與P為介質傳遞常數。該介質傳遞常數P為該等第二外齒牙1244與該等第一外齒牙1224的齒數比值(P2/P1)。因此，該減速比的數學式可進一步改寫成：B/(B-A×(P2/P1))

請參考第3圖，係本發明第三實施例之同步擺線減速裝置的分解示意圖。在第3圖中，該同步擺線減速裝置10”包含第一實施例中的該固定剛輪14、該轉動剛輪16、該軸承18與該偏心軸20，而與第一實施例不同之處，同樣在於偏心輪12”的結構。

該偏心輪12”包含第一層齒輪122與第二層齒輪124，具有不同的是齒型模數(即齒牙的尺寸)。於本實施例中，係以該第一層齒輪122的齒型模數X大於該第二層齒輪124的齒型模數Y為例說明。於其它實施例中，該第一層齒輪122的齒型模數X可小於該第二層齒輪124的齒型模數Y。

於該第一層齒輪122疊合該第二層齒輪124之後，可視為單一個構件，彼此不產生相對運動。

該第一層齒輪122形成第一穿孔1222，以及該第二層齒輪124形成第二穿孔1242。該第一層齒輪122疊合該第二層齒輪124，以形成該偏心輪12。該第一層齒輪122形成複數第一外齒牙1224，該等第一外齒牙1224的齒數為P1。該第二層齒輪124形成複數第二外齒牙1244，該等第二外齒牙1244的齒數為P2。

該固定剛輪14形成複數第一內齒牙142，該等第一內齒牙142的齒 數為A。其中，該等第一內齒牙142的齒型模數對應於該第一外齒牙1224的齒型模數。該等第一內齒牙142齧合該等第一外齒牙1224。其中，該等第一內齒牙142的齒數A大於該等第一外齒牙1224的齒數P1，以及該等第一內齒牙142的齒數A減去該等第一外齒牙1224的齒數P1為第一差值D1，該第一差值D1為正數。

該轉動剛輪16形成複數第二內齒牙162，該等第二內齒牙162的齒 數為B。其中，該等第二內齒牙162的齒型模數對應於該第二外齒牙1244的齒型模數。該等第二內齒牙162齧合該等第二外齒牙1244。其中，該等第二內齒牙162的齒數B大於該等第二外齒牙1244的齒數P2，以及該等第二內齒牙162的齒數B減去該等第二外齒牙1244的齒數P2為第二差值D2，該第二差值D2為正數。

值得注意的是，該等第一內齒牙142的齒數A不等於該等第二內齒牙162的齒數B。

再者，該第一差值D1、該第二差值D2，與該齒型模數X,Y之間的關係式為：

換言之，該第一差值D1與該第二差值D2的比值等於該等第二外齒牙1244與該等第一外齒牙1224的齒型模數比值(Y/X)。

藉由該等第一外齒牙1224、該等第二外齒牙1244、該等第一內齒牙142與該等二內齒牙162以決定一減速比。其中，該減速比的數學式表示為：B/(B-A×P)

其中A，為該等第一內齒牙142的齒數、B為該等第二內齒牙162的齒數與P為介質傳遞常數。該介質傳遞常數P為該等第二外齒牙1244與該等第一外齒牙1224的齒數比值(P2/P1)。因此，該減速比的數學式可進一步改寫成：B/(B-A×(P2/P1))

值得注意的是，在實施例一至三中，該同步擺線減速裝置10,10’,10”更包含一動力源(圖未示)。該動力源轉動時，係朝第一運動方向(例如順時針方向)運轉。當該減速比為正數，則該轉動剛輪16以順時針方向運轉；但當該減速比為負數時，則該轉動剛輪16以第二運動方向(例如逆時針方向)運轉。換言之，藉由調整該減速比為正數或負數，即可決定該轉動剛輪16的運轉方向是否與該動力源的運轉方向相同或是相反。

本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧同步擺線減速裝置

12‧‧‧偏心輪

122‧‧‧第一層齒輪

1222‧‧‧第一穿孔

1224‧‧‧第一外齒牙

124‧‧‧第二層齒輪

1242‧‧‧第二穿孔

1244‧‧‧第二外齒牙

14‧‧‧固定剛輪

142‧‧‧第一內齒牙

16‧‧‧轉動剛輪

162‧‧‧第二內齒牙

18‧‧‧軸承

182‧‧‧第三穿孔

20‧‧‧偏心軸

202‧‧‧第四穿孔

204‧‧‧外壁

Claims (10)

1. 一種同步擺線減速裝置，係包含：偏心輪，係具有第一層齒輪與第二層齒輪，該第一層齒輪形成第一穿孔以及該第二層齒輪形成第二穿孔，該第一層齒輪疊合該第二層齒輪，該第一層齒輪形成複數第一外齒牙以及該第二層齒輪形成複數第二外齒牙；固定剛輪，係形成複數第一內齒牙，該等第一內齒牙齧合該等第一外齒牙；轉動剛輪，係形成複數第二內齒牙，該等第二內齒牙齧合該等第二外齒牙；軸承，係具有第三穿孔，該軸承設置於該第一穿孔與該第二穿孔；以及偏心軸，係設置於該第三穿孔；其中該偏心輪、該軸承與該偏心軸的軸心相異於該同步擺線減速裝置的系統軸心。
2. 如申請專利範圍第1項所述之同步擺線減速裝置，其中該等第一內齒牙的齒數不等於該等第二內齒牙的齒數。
3. 如申請專利範圍第2項所述之同步擺線減速裝置，其中該等第一外齒牙的齒數少於該等第一內齒牙的齒數，以及該等第二外齒牙的齒數少於該等第二內齒牙的齒數。
4. 如申請專利範圍第3項所述之同步擺線減速裝置，其中該第一層齒輪的尺寸等於該第二層齒輪的尺寸，以及該等一外齒牙的齒數等於該等第二外齒牙的齒數。
5. 如申請專利範圍第4項所述之同步擺線減速裝置，其中藉由該等第一外齒牙、該等第二外齒牙、該等第一內齒牙與該等二內齒牙以決定一減速比，該減速比的數學式表示為B/(B-A×P)，其中A為該等第一內齒牙的齒數、B為該等第二內齒牙的齒數與P為介質傳遞常數，而該介質傳遞常數P為該等第 二外齒牙與該等第一外齒牙的齒數比值。
6. 如申請專利範圍第2項所述之同步擺線減速裝置，其中該第一層齒輪的尺寸不等於該第二層齒輪的尺寸，以及該等第一內齒牙的齒數減去該等第一外齒牙的齒數之差值等於該等第二內齒牙的齒數減去該等第二外齒牙的齒數之差值，該差值為正數。
7. 如申請專利範圍第6項所述之同步擺線減速裝置，其中藉由該等第一外齒牙、該等第二外齒牙、該等第一內齒牙與該等二內齒牙以決定一減速比，該減速比的數學式表示為B/(B-A×P)，其中A為該等第一內齒牙的齒數、B為該等第二內齒牙的齒數與P為介質傳遞常數，而該介質傳遞常數P為該等第二外齒牙與該等第一外齒牙的齒數比值。
8. 如申請專利範圍第2項所述之同步擺線減速裝置，其中該等第一內齒牙的齒型模數對應於該等第一外齒牙的齒型模數，以及該等第二內齒牙的齒型模數對應於該等第二外齒牙的齒型模數，該等第一外齒牙的齒型模數不等於該等第二外齒的齒型模數，該等第一內齒牙的齒數減去該等第一外齒牙的齒數為第一差值，該等第二內齒牙的齒數減去該等第二外齒牙的齒數為第二差值，該第一差值與該第二差值各為正數，其中該第一差值與該第二差值的比值等於該等第二外齒牙與該等第一外齒牙的齒型模數比值。
9. 如申請專利範圍第8項所述之同步擺線減速裝置，其中藉由該等第一外齒牙、該等第二外齒牙、該等第一內齒牙與該等二內齒牙以決定一減速比，該減速比的數學式表示為B/(B-A×P)，其中A為該等第一內齒牙的齒數、B為該等第二內齒牙的齒數與P為介質傳遞常數，而該介質傳遞常數P為該等第二外齒牙與該等第一外齒牙的齒數比值。
10. 如申請專利範圍第5、7或9項所述之同步擺線減速裝置，更包含一動力源， 該動力源朝第一運動方向轉動，當該減速比為正數，則該轉動剛輪以該第一運動方向轉動，以及當該減速比為負數，則該轉動剛輪以第二運動方向轉動，其中該第二運動方向反向於該第一運動方向。