TWM545851U - 差動減速機構 - Google Patents

Description

差動減速機構

本創作是一差動減速機構，與減速器相關，用於旋轉機構之速度縮減用。

減速器的減速比、體積、效率、成本是減速器性能、價格的決定性因素之一，很多機械採用變速箱驅動，其技術含量低、效率低、成本高、體積大、重量重，近年來很多精密機械採用同軸減速器，同軸減速器具有高轉速筆、體積小等特性，其中行星齒輪結構及諧波傳動(harmonic drive)結構均為典型的習知同軸減速機構。相對於傳統齒輪結構，行星傳動及諧波傳動結構主要有傳動比較大且範圍廣、同時嚙合的齒數多、傳動精度高、傳動效率高等優點。

行星減速機構具有減速比大，強度高特性，廣泛用於需大扭矩的傳動裝置。諧波傳動減速原理係由c.w.Musser於1955年所提出，並於1959年獲准第2906143號美國專利。諧波傳動結構之組成主要包含波產生器(wave generator)、柔輪(flex spline)及鋼輪(circular spline)三部分，依序由內而外同軸地設置。其中，波產生器係由橢圓形凸輪、外環以及二者之間設置之滾珠軸承所構成，並作為輸人軸；柔輪則是杯狀之金屬彈性體，並在其外表面形成漸開線齒型，通常作為輸出軸；而鋼輪則是環狀剛體，並在其內表面成對應嚙合柔輪之齒型，且較柔輪之齒數多2齒，一般固定於外殼。當橢圓形凸輪(輸人軸)受驅動而開始轉 動，長軸方向的兩端可將柔輪撐張，使柔輪外表面的齒與對應之鋼輪內表面的齒嚙合，並藉由柔輪與鋼輪的齒數差，產生減速傳動之效果。

諧波柔輪一端通過軸承套接諧波發生器外圈，柔輪軸一端內圈通過軸承設於諧波發生器另一端，柔輪軸徑外圈設於諧波柔輪軸徑段內圈，諧波柔輪軸徑段直接作為減速器的輸出軸驅動。柔輪為了可被凸輪撐張須具備一定的可撓性，又必須具備一定之剛性方能支撐外表面的齒進行嚙合，惟柔輪藉由彈性變形進行動力之傳遞，其剛性難以提高，且隨著使用時間的增長，其變形精度亦可能劣化，故必需使用昂貴特殊材料且需要精密加工，導致製造成本難以降低，反應在高昂的產品價格上。

本創作在於提供一種減速裝置，利用齒環差動位移達成高減速比功能，具良好結構剛性、體積小特性，比起諧波減速器具較好的強度抵抗與使用壽命。

一種減速機構，其包括固定環、滑動環、中介環、偏心凸輪、固定板、轉盤、軸承及一中空軸。固定環、滑動環及中介環上有齒，工作原理是利用傳統游標卡尺十格對齊九格原理來達成，傳統十分游標卡尺其實就是1/10的減速齒條，使用時使出力齒條的位置和入力齒條的位置強迫對齊，以達到減速移動的目的，當這兩組齒條捲成圈狀時，就可以將直線減速運動轉為迴轉減速運動，即成為迴轉式減速機。使用時中介環和固定環、滑動環做齧合轉動，為了讓中介環能夠壓在外圍兩個齒環來做強迫對齊運動，中介環以偏心方式是最容易製作與安裝。兩個外齒環與中介環模數相同，但轉位成不同齒數，所以中介環滾動時，就能強迫兩外環齒產生相對旋轉減速運動成為減速機。

組裝時偏心凸輪裝於中空軸上，中介環由不同齒數齒環 組成，中間有一間格，裝於偏心凸輪上。其中大齒環與固定環嚙合相接，固定環側面有多個螺紋孔，用於固定在固定板上，中介環上小齒環與滑動環嚙合相接，滑動環具有內齒，側面有有多個螺紋孔，用於安裝輸出轉盤；固定環上有一階級用於安裝滑動環，固定環與滑動環有一滾柱軸承相接，確保相對運動無磨擦。固定板上有一內孔及多個沈頭孔，內孔連接一支撐軸套使能安裝於中空軸上，沈頭孔用於安裝固定環及固定在機器本體上，輸出轉盤有一內孔及多個螺紋孔，螺紋孔用於連接滑動環，內孔連接一支撐軸承使能安裝於中空軸上，利用支撐軸承將機構安裝於中空軸上，確保安裝穩固。

上述減速機構之馬達安裝於固定盤上，馬達轉軸與中空軸相接，用於輸入動力，中空軸帶動偏心凸輪旋轉，偏心凸輪帶動中介環使產生行星運動，中介環由二個齒環組成，其中大齒環沿著固定齒環做齧合傳動，小齒環驅動滑動齒環產生差動位移，達成高減速比功能。偏心凸輪可設計配重，避免運轉時產成不平衡轉動，中空軸上安裝支撐軸承，透過固定板及輸出轉盤支撐固定環及滑動環，從而保證行星齒輪組之轉動暢通，進而提高減速效率。

1‧‧‧固定環

2‧‧‧滑動環

3‧‧‧中介環

4‧‧‧偏心凸輪

5‧‧‧固定板

6‧‧‧輸出轉盤

7‧‧‧滾柱軸承

8‧‧‧軸承

9‧‧‧中空軸

第一圖 本創作差動減速機構立體爆炸示意圖。

第二圖 本創作差動減速機構組合示意圖。

第三圖 本創作差動減速機構組合半剖面示意圖。

如第一圖所示，為本創作所揭露之差動減速機構，包含：固定環(1)、滑動環(2)、中介環(3)、偏心凸輪(4)、固定板(5)、輸出轉盤(6)、滾柱軸承(7)、軸承(8)、中空軸(9)；應理解的是本案能在不同的樣 式上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，其中的說明及圖式在本質上當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第一圖，為本案較佳實施例之差動減速機構示意圖，如第一圖所示，本差動減速機構主要由固定環(1)、滑動環(2)、中介環(3)、偏心凸輪(4)構成，固定環(1)一邊有內齒，用於連接中介環之大齒環做齧合傳動，另一邊有一階級，用於安裝滑動環(2)，滑動環(2)內孔有內齒，和中介環(3)之小齒環做齧合傳動，中介環(3)由二個內徑相等齒數不同齒環組成，連接固定環(1)與滑動環(2)；偏心凸輪(4)安裝於中介環內，用於將中空軸輸入動力傳遞到中介環(3)，中介環由偏心凸輪(4)帶動，使能沿著固定環做行星運動，利用固定環和滑動環之齒數差，使滑動環產生差動位移，達到減速目的。

如第一圖所示，固定環(1)右側邊有多個紋孔，使能用螺絲固定於固定板(5)上，固定板(5)上有多個螺紋孔及一內孔，螺紋孔用於固定本機構於機器本體上及安裝驅動馬達；輸出轉盤(6)側邊有多個孔，用於連接滑動環(2)輸出動力，因為中介環(3)同時有公轉(循著兩外環齒內圈移動)與自轉兩種運動，而且公轉的轉速是與入力同轉速，所以入力轉速若很高(例如馬達)時最好安裝軸承以提高效率。

如第一圖所示，滾柱軸承(7)裝於固定環和滑動環間，使產生滾動接觸，支撐軸承(8)裝於輸出轉盤和固定板內，用於支撐中空軸，支撐軸承(8)之內孔與偏心凸輪(4)內孔相同，安裝在中空軸(10)上，中空軸(10)連接馬達之旋轉軸，作為動力輸入用，利用支撐軸承減少中空軸旋轉之磨擦力，偏心凸輪(4)另一側最好裝設配重來消除偏心震動。未來本創作之固定環(1)、滑動環(2)、滾柱軸承(7)會採用預組合方式完成，則固定環、滑動環接合部位可再縮小，整體設計就能再更輕薄短小。

根據本案較佳實施例，中介環(3)上之齒環設計宜用相同 模數齒環，大齒環與小齒環齒數不同，二者中間有一間隔，方便齒型製造，齒環內孔與偏心凸輪相接，當偏心凸輪(4)帶動中介環(3)做行星旋轉時，滑動環(2)將因齧合齒數和固定環(1)不一樣，產生差動位移，達成高減速功能，另一實施例是在中介環與偏心凸輪間加裝一滾動軸承，減少偏心凸輪與中介環之磨擦力，加裝此一元件，並不改變本創作之作動原理，故為本創作之一衍生應用例。

綜上所述，本案之差動減速機構，具有結構簡單，體積小、高減速比功能，比起諧波減速器，在相同體積大小下，本創作之差動減速機構具有較大傳動扭矩，有較長使用壽命。本案之差動減速機構可用於一般需減速之機械，特別是安裝體積受限制及需高減速比之機械或機器人關節軸之速度縮減，具高性能及低製造成本優點，故本案之差動減速機構具有極高之實用性，為一具產業價值之創新，依法提出申請。本案由熟知此技術之人士任施巧思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1‧‧‧固定環

2‧‧‧滑動環

3‧‧‧中介環

4‧‧‧偏心凸輪

5‧‧‧固定板

6‧‧‧輸出轉盤

7‧‧‧滾柱軸承

8‧‧‧軸承

9‧‧‧中空軸

Claims (6)

1. 一種差動減速機構，包括：一固定環，一邊有內齒，用於連接中介環之大齒環做齧合傳動；一滑動環，內孔有內齒，和中介環之小齒環做齧合傳動；一中介環，由二個內徑相等齒數不同齒環組成，連接固定環與滑動環；一偏心凸輪，安裝於中介環內，用於將中空軸輸入動力傳遞到中介環；一固定板，上有多個螺紋孔及一內孔，螺紋孔用於固定本機構於機器本體上及安裝驅動馬達；一輸出轉盤，側邊有多個孔，用於連接滑動環輸出動力；一滾柱軸承，裝於固定環和滑動環間，使產生滾動接觸；二個支撐軸承，裝於輸出轉盤和固定板內，用於支撐中空軸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之差動減速機構，該機構利用齒環轉動產生差動位移，達成高減速比功能。
3. 如申請專利範圍第1項所述之差動減速機構，固定環內有輪齒，用於引導中介環做行星轉動，側邊有螺紋孔，用於安裝在固定板上。
4. 如申請專利範園第1項所述之差動減速機構，滑動環內有輪齒，齒數與固定環不同但模數相同，滑動環側邊有螺紋孔，用於固定輸出轉盤。
5. 如申請專利範圍第1項所述之差動減速機構，中介環由二個不同齒數外齒環組成，二個外齒環間有一間隔，中介環分別和固定環、滑動環連接，做嚙合傳動，中介環可沿著固定環做行星運動，帶動滑動環產生差動位移。
6. 如申請專利範圍第1項所述之差動減速機構，偏心凸輪內有一孔，孔上裝一中空軸，用於輸入動力，偏心凸輪裝於中介環內，用於帶動中介環產生，星運動。