TWM627780U - 少齒差減速機構 - Google Patents

Abstract

本創作是一種高減速比齒輪減速器，主要由四個齒環、一個凸輪軸、固定板、輸出盤及二個軸承組成，大內齒環內有一階級，用以安裝小內齒環，大外齒環與小外齒環孔徑相同，二者相接固定在一起，大內齒環與大外齒環齧合，小內齒環與小外齒環齧合，大內齒環安裝於固定板上，小內齒環連接輸出盤輸出動力；使用時凸輪軸驅動外齒環，使外齒環沿著內齒環產生行星運動，利用齧合齒環齒數差產生差動位移，達成大的減速效果，比起其他減速器，本齒輪減速器具結構簡單、高減速比、強度大等特性。

Description

少齒差減速機構

本創作是一種齒輪減速機構，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。諧波減速機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，利用二組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，比起其它減速器具較高減速比與良好使用壽命。

一種減速機構，包括二組齧合齒環，一個凸輪軸、固定板、輸出盤、軸承。齧合齒環具小齒差，工作原理是利用複式輪系原理，二外齒環固定在一起，用凸輪軸帶動外齒環使產生行星運動，利用齧合齒環齒數差，使末端輸出小內齒環產生大的減速，減速比與齧合齒環齒數差有關，設計時齧合齒環齒形模數相同，轉位成不同齒數，使內外齒環齧合無干涉，藉由內外齒環傳動產生的差動位移達成高減速比功能。

組裝時二外齒環連接固定在一起，裝於凸輪軸上，凸輪軸裝於固定板與輸出盤上圓孔，運動時大內齒環與大外齒環齧合，小外齒環與小內齒環齧合，大內齒環上有一階級孔用於安裝小內齒環，大內齒環側面有多個螺紋孔，用於固定在固定板上，小內齒環側面有有多個螺紋孔，用於安裝輸出盤輸出動力；固定板上有一內孔及多個環型孔，環型孔用於固定機構在機器本體上，輸出盤有一內孔及多個環型孔，環型 孔用於連接小內齒環，固定板及輸出盤圓孔各安裝軸承與凸輪軸二端結合，確保安裝穩固。

上述減速機構之凸輪軸可連接馬達轉軸，用於輸入動力，凸輪軸旋轉帶動二外齒環沿著內齒環產生行星運動，其中大外齒環與與大內齒環齧合傳動，小外齒環與小內齒環齧合，利用齧合齒環齒數差產生差動位移，達成高減速比功能；凸輪軸二端安裝軸承，透過固定板及輸出盤形成穩固支撐，凸輪軸可設計配重，避免運轉時產成不平衡轉動，進而提高減速效率。

1:大內齒環

2:大外齒環

3:小外齒環

4:小內齒環

5:凸輪軸

6:軸承

7:固定板

8:輸出盤

第一圖 本創作少齒差減速機構立體爆炸示意圖。

第二圖 本創作少齒差減速機構組合示意圖。

第三圖 本創作少齒差減速機構組合半剖面示意圖。

如第一圖所示，為本創作所揭露之少齒差減速機構，包含：大內齒環(1)、大外齒環(2)、小外齒環(3)、小內齒環(4)、凸輪軸(5)、軸承(6)、固定板(7)、輸出盤(8)；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園，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少齒差減速機構，本機構主要由大內齒環(1)、大外齒環(2)、小外齒環(3)、小內齒環(4)、凸輪軸(5)構成，大內齒環(1)一邊有內齒，用於連接大外齒環(2)做齧合傳動，另一邊有一階級，用於安裝小內齒環(4)，小外齒環(3)、小內齒環(4)做齧合傳動，二組齧合齒環具相同齒數差，大外齒環(2)、小外齒環(3)固定在 一起，分別與大內齒環(1)與小內齒環(4)齧合；凸輪軸(5)安裝於二外齒環(2,3)孔內，用於將輸入動力傳遞到二外齒環，二外齒環(2,3)由凸輪軸(5)帶動，使能沿著大內齒環(1)做行星運動，利用內外齒環之齒數差，使二組齧合齒環產生差動位移，達到減速目的。

如第一圖所示，大內齒環(1)右側邊有多個紋孔，使能用螺絲固定於固定板(7)上，固定板(7)上有多個環型孔及一內孔，環形孔用於固定機構於機器本體上；輸出盤(6)側邊有多環個孔，用於連接小內齒環(4)輸出動力，因外齒環環(2,3)同時有公轉與自轉兩種運動，公轉的擺動與輸入軸相同，若輸入軸轉速很高時最好安裝軸承以提高效率。

如第一圖所示，支撐軸承(6)裝於輸出盤和固定板內，用於支撐凸輪軸(5)，支撐軸承(6)可減少凸輪軸(5)旋轉之磨擦力，凸輪軸(5)一端連接馬達之旋轉軸，作為動力輸入用，凸輪軸(5)可設計配重來消除偏心震動。本創作之大外齒環(2)、小外齒環(3)會設計成一體，大內齒環(1)、小內齒環(4)採預組合方式完成，則接合部位可再縮小，整體設計就能再更輕薄短小。

根據本案較佳實施例，齧合齒環(1,2),(3,4)之齒形設計宜用相同模數，大小外齒環接合時中間有一間隔，避免齒環運轉碰觸，大內齒環(1)階級處與小內齒環(4)間可加裝滾柱動軸承來減少磨差。當凸輪軸(5)帶動外齒環(2,3)做行星旋轉時，二組齧合齒環將因齒數差產生差動位移，達成高減速功能。另一實施例是在凸輪軸與外齒環內孔間加裝軸承來減少磨擦力，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，本案之少齒差減速機構，具有結構簡單，體積小、高減速比功能，比起其它減速器，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。本案之少齒差減速機 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，故本案之少齒差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:大內齒環

2:大外齒環

3:小外齒環

4:小內齒環

5:凸輪軸

6:軸承

7:固定板

8:輸出盤

Claims (5)

1. 一種少齒差減速機構，包括：

   二個內齒環，大內齒環一邊有內齒，一邊有階級座，小內齒環內孔有內齒，側邊有螺紋孔；

   二個齒數不同外齒環，二外齒環內徑相等且固定在一起；

   一凸輪軸，中間有一偏心輪與外齒環內孔相接，用於將輸入動力傳遞到二外齒環；

   一固定板，上有多個環形孔及一內孔，用於固定本機構於機器本體上及安裝軸承；

   一輸出盤，側邊有環形孔，用於連接小內齒環輸出動力；

   二個支撐軸承，裝於輸出盤和固定板內，用於支撐凸輪軸。
2. 如請求項1所述之少齒差減速機構，大小齧合齒環齒數差可相同亦可不同。
3. 如申請專利範園第1項所述之少齒差減速機構，大內齒環內有齒，用於引導二外齒環做行星轉動，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項所述之少齒差減速機構，小內齒環裝於大內齒環階級座內，與小外齒環齧合，側邊有螺紋孔，用於固定輸出轉盤。
5. 如申請專利範園第1項所述之少齒差減速機構，凸輪軸帶動二外齒環做行星運動，與二內齒環齧合，利用齧合齒環的齒數差產生差動位移，達成高減速目的。

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