TW201947137A - 擺線減速機及擺線減速機用之偏心齒輪組件 - Google Patents

Abstract

本發明包括一固定殼體、一輸入軸、一偏心軸、一偏心齒輪及一輸出軸。固定殼體具有一圓柱環齒輪部及一軸心線；圓柱環齒輪部具有N個圓柱及一環齒輪半徑R。輸入軸設於固定殼體並與軸心線同軸，可沿軸心線旋轉；並與偏心軸間具有一偏心量E。偏心軸設於偏心齒輪；偏心齒輪對應N個圓柱而具有M個擺線齒部，且

Description

擺線減速機及擺線減速機用之偏心齒輪組件

本發明係有關一種擺線減速機及擺線減速機用之偏心齒輪組件，尤指一種兼具動力之傳遞效率較佳、可降低背隙及可降低齒面之磨耗之擺線減速機及擺線減速機用之偏心齒輪組件。

擺線減速機具有高減速、高剛性及低背隙等優點。 參閱第1A及第2圖，擺線減速機係包括： 一固定殼體10，係具有一第一孔11及一圓柱環齒輪部12。該第一孔11係具有一軸心線X；該圓柱環齒輪部12係有N個圓柱121及一環齒輪半徑R；其中，N為正整數。 一輸入曲柄20，係具有一輸入軸21及一偏心軸22，該輸入軸21係樞設於該第一孔上11上，且可沿該軸心線X旋轉；該輸入軸21與該偏心軸22之間具有一偏心量E；該輸入軸21具有一輸入轉速。 一偏心齒輪30，係具有一第二孔31，該偏心軸22係樞設於該第二孔31。該偏心齒輪30對應該N個圓柱121而具有M個擺線齒部32，其中，M為小於N之正整數，且。 一輸出軸40，係固定於該偏心齒輪30，該輸出軸40具有一輸出轉速。 其中，該M個擺線齒部32係包括： M個外凸弧部321； M個內凹弧部322。 該每一外凸弧部321與相鄰之該內凹弧部322之間為滑順的連接。 這樣的設計，造成動力傳遞時之有效分力較小。由於該擺線齒部32與該圓柱121接觸時，其接觸點之共同法線為力量之傳遞方向，如第10A圖所示，在傳統擺線減速機中，當傳遞力為F11時，其壓力角為θ1，在第10A圖中之情形，該壓力角θ1約為60度，故，其有效分力F12=F11xcosθ1=0.5倍之F11，簡言之只有約一半(50%)有效。因此，當應用於高扭力之傳遞時，十分不利。 此外，傳統之擺線減速機屬於小偏心量之設計，目前市面上也無採用大偏心量之設計。如欲產生第2圖之擺線齒型，除了用幾何式子畫出軌跡外，也可先求得刀具路徑(如第3圖所示，即刀具軌跡L)，此時刀具之直徑與該圓柱環齒輪部12之該圓柱121直徑相同，當刀具循設計路徑繞該偏心齒輪30一周後，所畫出或割出的齒廓即為擺線齒型。 有鑑於此，必須研發出可解決上述習用缺點之技術。

本發明之目的，在於提供一種擺線減速機及擺線減速機用之偏心齒輪組件，其兼具動力之傳遞效率較佳、可降低背隙及可降低齒面之磨耗等優點。特別是，本發明所欲解決之問題係在於傳統之擺線減速機之傳遞效率較差，以及屬於小偏心量之設計等問題。 解決上述問題之技術手段係提供一種擺線減速機及擺線減速機用之偏心齒輪組件，係包括： 一固定殼體，係具有一第一孔及一圓柱環齒輪部；該第一孔係具有一軸心線，該圓柱環齒輪部係有N個圓柱及一環齒輪半徑R；其中，N為正整數； 至少一輸入曲柄，係具有一輸入軸及一偏心軸，該輸入軸係樞設於該第一孔上，且可沿該軸心線旋轉；該輸入軸與該偏心軸之間具有一偏心量E； 一偏心齒輪，係具有至少一第二孔，該偏心軸係樞設於該第二孔；該偏心齒輪對應該N個圓柱而具有M個擺線齒部，其中，M為小於N之正整數，且；該每一擺線齒部係包括一外凸弧部及一內凹弧部，該每一外凸弧部與相鄰之該內凹弧部之間形成一轉角部，該轉角部之數量係為2M個； 一輸出軸，係固定於該偏心齒輪； 藉此，該輸入軸係以一輸入轉速轉動，透過該偏心軸帶動該偏心齒輪，該M個擺線齒部沿著該N個圓柱轉動，最後透過該輸出軸供出一輸出轉速。 本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。 茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

參閱第1A、第1B、第2、第3及第7圖，本發明係為一種擺線減速機(又稱擺線齒輪減速機)及擺線減速機用之偏心齒輪組件，其包括： 一固定殼體10，係具有一第一孔11及一圓柱環齒輪部12。該第一孔11係具有一軸心線X；該圓柱環齒輪部12係有N個圓柱121及一環齒輪半徑R；其中，N為正整數。 至少一輸入曲柄20，係具有一輸入軸21及一偏心軸22，該輸入軸21係樞設於該第一孔11上，且可沿該軸心線X旋轉；該輸入軸21與該偏心軸22之間具有一偏心量E。 一偏心齒輪30，係具有至少一第二孔31(為免圖面混雜，第1B圖之該第二孔31係予省略未示，合先陳明)，該偏心軸22係樞設於該第二孔31。該偏心齒輪30對應該N個圓柱121而具有M個擺線齒部32，其中，M為小於N之正整數，且。該每一擺線齒部32係包括一外凸弧部321及一內凹弧部322；該每一外凸弧部321與相鄰之該內凹弧部322之間形成一轉角部320，該轉角部320之數量係為2M個。 一輸出軸40，係固定於該偏心齒輪30。 藉此，該輸入軸21係以一輸入轉速轉動，透過該偏心軸22帶動該偏心齒輪30，該M個擺線齒部32沿著該N個圓柱121轉動，最後透過該輸出軸40供出一輸出轉速。 實務上，本案之重點在於： [a] 該偏心齒輪30對應該N個圓柱121而具有M個擺線齒部32，其中，M為小於N之正整數，且。 [b] 且該每一擺線齒部32係包括一外凸弧部321及一內凹弧部322(參閱第7圖)。該每一外凸弧部321與相鄰之該內凹弧部322之間形成一轉角部320，該轉角部320之數量係為2M個。 該轉角部320係具有一角度T。 該角度T係介於80至100度之間(如第10B圖所示，係為略小於90度之參考示意)。 該圓柱121對應該轉角部320及該內凹弧部322而具有一壓力角θ2，其係小於30度，可提高有效分力(cos30度約0.87，亦即，有效分力約占90%)，提高動力之傳遞效率。 關於本案之大偏心量之齒形(亦即該偏心齒輪30)設計(製造過程)，其程序如下： [a] 第一程序：先以該圓柱環齒輪部12之該N個圓柱121當作外切圓，畫出如第4圖所示的一刀具軌跡L。 [b] 第二程序：令一刀具(圖中未示，合先陳明)依該刀具軌跡L行走，可切出如第5圖所示之齒型，其中有部份齒廓在該刀具行走時重複切割，第5圖中保留重複切割時所經過之軌跡。 [c] 第三程序：最後，將該擺線齒部32之輪廓留下，即可得到乾淨的齒廓，如第6圖所示，其中，該圓柱121之數量為13個(N=13)，而該擺線齒部32有12個(M=12)，當然此數量可以彈性增減。 [d] 第四程序：參閱第7圖，其係示意該M個擺線齒部32與該圓柱環齒輪部12之該N個圓柱121對應配合之模擬圖，圖中的該擺線齒部32雖有約90度之轉折點(即該轉角部320之該角度T)，但刀具軌跡十分平滑，實際加工上並無困難。 值得注意的是，第4圖的刀具軌跡雖非首見，但是將此軌跡應用於該擺線齒部32(即擺線齒輪)之齒廓應屬前所未見。 舉例來講，當在下列條件範圍內： 該圓柱121係為18個(即N=18)。 該環齒輪半徑R為50mm。 該圓柱121具有一半徑r，其為3mm。 傳統擺線齒輪之偏心量，最多只能到2.76mm，但是，本發明製作之擺線齒輪之偏心量卻能到7mm(參閱下表一)。 　　　　　　　　　　 表一 請參閱第11圖，此為本案之實物照片一，顯示自行加工後之該偏心齒輪30。 請參閱第12圖，此為本案之實物照片二，顯示自行加工後且組裝後之成品。 本發明之優點及功效係如下所述： [1] 動力之傳遞效率較佳。一般傳統式擺線齒輪的壓力角比漸開線齒輪還大，大約介於50度到90度之間，而壓力角越大，齒輪的施力點與轉軸間的力臂越小，亦即有效分力越低。而本案係為大偏心量之擺線齒輪(即該偏心齒輪30)設計，如第10B圖所示，假設在運轉時，至少有一部份的圓柱121是接觸到該內凹弧部322，其接觸點之共同法線為力量之傳遞方向，當傳遞力為F11時，其壓力角(壓力角為θ2，大約在30度以下)較小，其有效分力F12=F11xcosθ1=0.87倍(大約)之F11，有效分力較高(約占90%)。利於高扭力之傳遞時；故，動力之傳遞效率較佳。 [2] 可降低背隙。擺線齒輪與環齒輪之間需有配合裕度，以避免干涉。當齒數越多或偏心量越大時，背隙越小。但偏心量的容許值隨齒數增加而減少，因此對於傳統的擺線齒輪設計，提高齒輪數無法降低背隙，但本案之設計可以提高偏心量2到3倍，有助於降低背隙。如第8A圖所示，係為傳統的擺線齒輪設計之偏心量E，而第8B圖則顯示在相同齒數及半徑的條件下，本案具有較大的偏心量E(至少是傳統裝置的2倍)。 [3] 可降低齒面之磨耗。如第9A圖所示，傳統的擺線齒輪設計為「外圓」 對「柱」(或稱為「外凸弧部」對「圓柱」)之接觸。反觀第9B圖，本案之擺線齒輪設計為具有多數之「孔」 對「柱」(或稱為「內凹弧部」對「圓柱」)之接觸；故，可降低齒面之磨耗，避免運轉後因齒隙增加而提高背隙。 以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

10‧‧‧固定殼體

11‧‧‧第一孔

12‧‧‧圓柱環齒輪部

121‧‧‧圓柱

20‧‧‧輸入曲柄

21‧‧‧輸入軸

22‧‧‧偏心軸

30‧‧‧偏心齒輪

31‧‧‧第二孔

32‧‧‧擺線齒部

320‧‧‧轉角部

321‧‧‧外凸弧部

322‧‧‧內凹弧部

40‧‧‧輸出軸

R‧‧‧環齒輪半徑

X‧‧‧軸心線

E‧‧‧偏心量

T‧‧‧角度

θ1、θ2‧‧‧壓力角

L‧‧‧刀具軌跡

F11‧‧‧傳遞力

F12‧‧‧有效分力

第1A圖係擺線減速機之機構之示意圖 第1B圖係第1A圖之其他角度之示意圖 第2圖係第1A圖之部分結構之對應關係之示意圖 第3圖係擺線減速機之擺線齒型之示意圖 第4圖係本發明之擺線減速機之偏心齒輪製作過程之一之示意圖 第5圖係本發明之擺線減速機之偏心齒輪製作過程之二之示意圖 第6圖係本發明之擺線減速機之偏心齒輪製作過程之三之示意圖 第7圖係本發明擺線減速機之偏心齒輪製作完成之示意圖 第8A圖係為顯示傳統的擺線齒輪設計之偏心量之示意 第8B圖係為顯示本發明具有較大偏心量之示意圖。 第9A圖係為傳統裝置之齒面接觸狀態之示意圖 第9B圖係為本發明之齒面接觸狀態之示意圖 第10A圖係為第9A圖之局部放大示意圖 第10B圖係為第9B圖之局部放大示意圖 第11圖係為本發明之實物照片之示意圖一 第12圖係為本發明之實物照片之示意圖二

Claims (7)

1. 一種擺線減速機，係包括： 一固定殼體，係具有一第一孔及一圓柱環齒輪部；該第一孔係具有一軸心線，該圓柱環齒輪部係有N個圓柱及一環齒輪半徑R；其中，N為正整數； 　至少一輸入曲柄，係具有一輸入軸及一偏心軸，該輸入軸係樞設於該第一孔上，且可沿該軸心線旋轉；該輸入軸與該偏心軸之間具有一偏心量E； 　一偏心齒輪，係具有至少一第二孔，該偏心軸係樞設於該第二孔；該偏心齒輪對應該N個圓柱而具有M個擺線齒部，其中，M為小於N之正整數，且；該每一擺線齒部係包括一外凸弧部及一內凹弧部，該每一外凸弧部與相鄰之該內凹弧部之間形成一轉角部，該轉角部之數量係為2M個； 　一輸出軸，係固定於該偏心齒輪； 　藉此，該輸入軸係以一輸入轉速轉動，透過該偏心軸帶動該偏心齒輪，該M個擺線齒部沿著該N個圓柱轉動，最後透過該輸出軸供出一輸出轉速。
2. 如申請專利範圍第１項所述之擺線減速機，其中，該偏心齒輪係具有下列之製造過程： 　[a] 第一程序：先以該圓柱環齒輪部之該N個圓柱當作外切圓，畫出一刀具軌跡； 　[b] 第二程序：令一刀具依該刀具軌跡行走，可切出一齒型，其中有部份齒廓在該刀具行走時重複切割； 　[c] 第三程序：最後，將該擺線齒部之輪廓留下，即可得到乾淨的齒廓，其為該擺線齒部。
3. 如申請專利範圍第１或第２項所述之擺線減速機，其中： 　該轉角部係具有一角度； 　該角度係介於80至100度之間。
4. 如申請專利範圍第１或第２項所述之擺線減速機，其中，該圓柱係對應該轉角部及該內凹弧部，而具有一壓力角，其係小於30度，可提高有效分力，進而提高動力之傳遞效率。
5. 一種擺線減速機用之偏心齒輪組件，係包括： 一圓柱環齒輪部，係有N個圓柱及一環齒輪半徑R，其中，N為正整數； 一偏心齒輪，其係與該圓柱環齒輪部之間，具有一偏心量E；該偏心齒輪對應該N個圓柱而具有M個擺線齒部，其中，M為小於N之正整數，且；該每一擺線齒部係包括一外凸弧部及一內凹弧部；該每一外凸弧部與相鄰之該內凹弧部之間形成一轉角部，該轉角部之數量係為2M個； 其中，該偏心齒輪係具有下列之製造過程： [a] 第一程序：先以該圓柱環齒輪部之該N個圓柱當作外切圓，畫出一刀具軌跡； [b] 第二程序：令一刀具依該刀具軌跡行走，可切出一齒型，其中有部份齒廓在該刀具行走時重複切割； [c] 第三程序：最後，將該擺線齒部之輪廓留下，即可得到乾淨的齒廓，其為該擺線齒部。
6. 如申請專利範圍第５項所述之擺線減速機，其中： 該轉角部係具有一角度； 該角度係介於80至100度之間。
7. 如申請專利範圍第５項所述之擺線減速機，其中，該圓柱係對應該轉角部及該內凹弧部，而具有一壓力角，其係小於30度，可提高有效分力，進而提高動力之傳遞效率。