CN108679167B - 一种少齿差行星线齿轮减速器 - Google Patents

Abstract

一种少齿差行星线齿轮减速器，包括机体、动力传动部分，动力传动部分安装于减速器内腔内；动力传动部分包括输入轴、输出轴、偏心轴套、双联外线齿轮、输入端内线齿轮、输出端内线齿轮、配重件，输入轴安装于机体上，偏心轴套安装于输入轴上，双联外线齿轮通过转臂轴承安装于偏心轴套上，输入端内线齿轮固定于机体内部，输入端内线齿轮和双联外线齿轮的右端啮合形成一对少齿差内啮合线齿轮副；输出轴安装于机体内部并从机体的左端伸出，输出轴内端安装有输出端内线齿轮，输出端内线齿轮和双联外线齿轮的左端啮合形成一对少齿差内啮合线齿轮副。本发明具有结构紧凑、传动连续平稳、没有根切现象等优点。本发明属于减速装置技术领域。

Description

一种少齿差行星线齿轮减速器

技术领域

本发明属于减速装置技术领域，尤其涉及一种少齿差行星线齿轮减速器。

背景技术

减速器用于降低原动机转速并同时增大扭矩以输出工作机所需的动力，使用减速器极大地降低了对电机的要求。减速器广泛应用于工业的各个领域，种类繁多，各有优势，分别适用于不同的工况场合，如蜗轮蜗杆减速器、齿轮减速器和行星减速器等。对于普通的齿轮减速器，欲实现大传动比，需要采用多级传动，难免使减速器结构笨重，体积庞大。行星减速器突破了定轴传动的局限，行星齿轮作公转运动，使得小体积大减速比的实现变得容易。少齿差减速器作为一种特殊形式的行星减速器，其利用内外齿轮之间的微小齿数差巧妙地实现大传动比。并且齿轮数量少，单级太阳轮和行星轮的数量均为1，整体结构紧凑，因此在工业上被越来越多地使用。对于渐开线少齿差减速器，为避免内啮合轮齿副之间的干涉，需要进行复杂的变位计算，并且要采用非标短齿制齿轮。设计复杂，装配要求高，且设计或安装略有不当就可能导致内、外齿轮的齿顶和齿根圆角之间的干涉、内齿轮副的渐开线干涉、齿廓重叠干涉以及加工制造上的径向干涉等。啮合过程中轮齿之间相对滑动严重，产生热量多，能量损失大。对于摆线类少齿差减速器，摆线轮齿廓复杂，轮齿需要使用专用的机床磨削，加工精度难以保证，加工困难且成本高昂，因此主要应用于精密传动领域。对于谐波减速器，柔轮属薄壁件，制造成本高，工艺复杂。柔轮在传递过程中不断产生高频变形，容易导致疲劳破坏，因此寿命不长。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种少齿差行星线齿轮减速器，本发明具有结构紧凑、传动连续平稳、没有根切现象、制造成本低功率损失小等优点。

一种少齿差行星线齿轮减速器，包括机体、动力传动部分，机体内部为减速器内腔，动力传动部分安装于减速器内腔内；动力传动部分包括输入轴、输出轴、偏心轴套、双联外线齿轮、输入端内线齿轮、输出端内线齿轮、配重件，输入轴安装于机体上，偏心轴套安装于输入轴上，双联外线齿轮通过转臂轴承安装于偏心轴套上，在输入轴上的偏心轴套的两端设置配重件，输入端内线齿轮固定于机体内部，输入端内线齿轮和双联外线齿轮的右端啮合形成一对少齿差内啮合线齿轮副；输出轴安装于机体内部并从机体的左端伸出，输出轴内端安装有输出端内线齿轮，输出端内线齿轮和双联外线齿轮的左端啮合形成一对少齿差内啮合线齿轮副。

优选的，双联外线齿轮、输入端内线齿轮、输出端内线齿轮均为基于空间共轭曲线啮合原理的线齿轮，线齿轮包括轮体和线齿，线齿设于轮体的外侧面。

优选的，双联外线齿轮的轮体包括轮体左端和轮体右端，轮体左端和轮体右端上均设有线齿。

优选的，线齿轮的齿数大于等于1。

优选的，少齿差内啮合线齿轮副的齿数相差为1～4齿。

优选的，双联外线齿轮的右端齿数为7，双联外线齿轮的左端齿数为8，输入端内线齿轮的齿数为8，输出端内线齿轮的齿数为9。

优选的，机体包括机座和机盖，机盖扣合于机座的右端开口处，左端盖和右端盖分别通过螺钉固定于机体的两侧以将减速箱内腔密封。

优选的，输入轴两端分别通过轴承安装于机座和机盖上，输入轴外端伸出机盖；输入端内线齿轮通过螺钉和机座、机盖固定连接；输出轴通过轴承安装于机座上，输出轴外端伸出机座；输出端内线齿轮通过安装端和螺钉固定于输出轴上，输出端内线齿轮的安装端和机座内壁之间设有轴承。

本发明的有益效果：

1.设计、安装方便；与渐开线少齿差行星减速器相比，少齿差行星线齿轮减速器不需要进行复杂的齿轮变位设计计算，仅需设计线齿轮齿廓参数，线齿可采用圆弧形齿廓，参数少，设计简便；并且线齿轮啮合为点接触啮合，对装配精度要求相对低，安装容易。

2.制造成本低；少齿差行星线齿轮减速器采用的线齿轮最小齿数可以设计为1，可选用任意齿数而不受根切、顶切等加工条件的限制，突破渐开线齿轮最小齿数的局限；不同齿廓间的线齿轮加工不需要对机床进行繁琐的调整，根据所设计的齿廓设计相应成形铣刀并按常规线齿轮机加工方法即可完成加工，加工简单快捷，成本大大降低。

3.传动性能好；行星齿轮减速器中行星轮同时存在自转和公转运动，由齿轮轮齿间的相对滑动造成的能；损失更为严重，产生的热量更多；而本发明中采用线齿轮为点接触啮合传动，啮合过程线齿间滑动率为0，即线齿间无相对滑动，相当于纯滚动啮合，因此齿面破坏小，能量损耗较低且噪声小。

附图说明

图1为一种少齿差行星线齿轮减速器的结构示意图。

图2为本发明实施例的机构运动简图。

图3为本发明实施例的线齿轮空间啮合坐标系示意图。

图4为本发明实施例的凹凸弧齿廓示意图。

图5为一种少齿差行星线齿轮减速器线齿轮副的剖面示意图。

图6为一种少齿差行星线齿轮减速器的总体外观图。

其中，1-机座，2-输入轴，3-左端盖，4-输出轴，5-轴承，6-转臂轴承，7-输出端内线齿轮，8-双联外线齿轮，9-输入端内线齿轮，10-机盖，11-偏心轴套，12-配重件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的具体说明。

如图1所示，一种少齿差行星线齿轮减速器包括机体、动力传动部分。动力传动部分包括输入轴、偏心轴套、双联外线齿轮、输入端内线齿轮、输出端内线齿轮、配重件。输入轴安装于机座和机盖上，输入轴两端通过轴承支承。输入轴上安装有偏心轴套，双联外线齿轮两端通过转臂轴承偏心安装于输入轴上。由于在输入轴的转动过程中，双联外线齿轮与输入轴的偏心安装产生不平衡力矩，因此在输入轴上的偏心轴套的两端设置配重件，以用于平衡转动过程中的偏心力矩。输入端内线齿轮与机座、机盖通过螺栓固定在一起。输入端内线齿轮和双联外线齿轮的右端啮合。输出轴安装于机座的左侧，输出轴通过轴承安装于机座上。输出轴内端通过螺钉和输出端内线齿轮的安装端固定输出端内线齿轮，在输出端内线齿轮和机座的上下内壁之间设有轴承。并且输出端内线齿轮和双联外线齿轮的左端啮合。机盖扣合于机座的右端开口处，机座的左右两侧通过端盖和螺钉固定。端盖包括左端盖和右端盖。

双联外线齿轮、输入端内线齿轮、输出端内线齿轮是一种基于空间共轭曲线啮合原理的线齿轮；该线齿轮的主动接触线是一条圆柱螺旋线，主要参数包括螺旋半径m和螺距参数n，t_s，t_e为螺旋线的取值范围。根据共轭曲线啮合原理υ₁₂·β＝0可以推导出与主动接触线共轭的从动接触线方程，其中：υ₁₂为啮合点处的相对运动速度，β为主动接触线的主法矢；参数方程如下：

从动接触线也为一条圆柱螺旋线，i为传动比，参数方程为如下：

该线齿轮属于现有技术。线齿轮由轮体和线齿两部分组成，线齿设于轮体的外侧面，其最小齿数可以设计为1(也即大于等于1)，没有根切现象；由于线齿轮的接触线为空间曲线，因此设计灵活多样，除本设计选用的圆柱螺旋线外，亦可选择其他空间曲线作为接触线，如圆锥螺旋线，阿基米德螺旋线等等，可以根据需要进行选取；少齿差内啮合线齿轮副，其内、外线齿轮的齿数相差很少，齿数相差为1～4齿，内、外线齿轮副在啮合传动过程中相对输入轴的运动方向相同。

双联外线齿轮的轮体包括轮体左端和轮体右端，轮体左端和轮体右端上均设有线齿。

外线齿轮与内线齿轮之间通过线齿连续啮合传动。双联外线齿轮左端和右端分别设有线齿，它们分别与输入端内线齿轮和输出端内线齿轮相啮合，组成两对少齿差内啮合线齿轮副，并通过偏心轴套和转臂轴承偏心安装在输入轴上。

工作时，原动机的输出轴通过联轴器与输入轴相连，动力由此输入。在输入轴带动下，双联外线齿轮绕输入轴中心线作公转运动，同时双联外线齿轮绕自身轴线作自转运动，公转与自转的合运动，带动输出端内线齿轮回转，并根据设定的传动比由输出轴向外输出运动和动力。输出端内线齿轮与双联外线齿轮啮合并将输出动力传递给输出轴，输出轴再通过联轴器与工作机相连接，实现动力由原动机到工作机的传递。

如图2，为本实施例的机构运动简图，双联外线齿轮右端和左端齿轮齿数分别为z₁、z₂，输入端和输出端内线齿轮齿数分别为z₃、z₄，该减速器的传动比为：本例中z₁＝7，z₂＝8，z₃＝8，z₄＝9，传动比i＝-63。传动比为负值，输入转速与输出转速方向相反。

如图3所示，建立固定坐标系o-xyz和o_p-x_py_pz_p，其中，o为坐标系o-xyz的原点，位于偏心轴套的中心轴线上，o_p为坐标系o_p-x_py_pz_p的原点，位于输入轴非偏心轴段轴线上。o_p由o点沿x轴负方向平移一个偏心距得到。坐标系o₁-x₁y₁z₁、o₂-x₂y₂z₂、o₃-x₃y₃z₃、o₄-x₄y₄z₄分别为齿轮1、2、3、4的随动坐标系，它们的z轴均与齿轮旋转轴线重合。

本实施例中取m₁＝28、m₂＝32、n₁＝n₂＝15，各齿轮线齿接触线在各自随动坐标系下的表达式分别为：

外线齿轮1与输入端内线齿轮3啮合，其重合度由曲线参数t的取值范围及主动轮齿数共同决定，重合度线齿轮2与输出端内线齿轮4啮合，重合度内、外线齿轮的接触线偏心距为4mm。

如图4所示，建立平面直角坐标系P-xy，P为啮合点，x轴正向为主动接触线副法矢的负方向，y轴正向与主动接触线主法矢方向相同。粗实线部分为线齿轮副的线齿在主动接触线上啮合点P处的法平面上的廓形。分别取两个相内切圆弧在其切点P两端的弧段，得到凸弧和凹弧线齿廓形；凸弧和凹弧线齿廓形的左侧、右侧均关于对称轴对称，该对称轴平行于y轴。定义齿廓与x轴两交点间的距离为齿宽。则凸弧齿形参数主要包括圆弧半径ρ₁，齿宽系数c₁，以及齿顶高h_a1；凹弧齿形参数主要包括圆弧半径ρ₂，齿宽系数c₂，以及齿顶高h_f2。齿廓参数少，设计方便。线齿依附于轮体，其中输出入端的内啮合线齿轮副的剖面图如图5所示，其中ω_i为输入轴的转速，ω_o为输出轴的转速，ω_m为双联外线齿轮的自转速度。

如图6所示，减速器的整体外观箱体不作上下分体式，结构简单，便于加工。箱体、箱盖、输入、输出轴端盖以及密封件通过螺栓连接形成密闭的减速器内腔。动力传动部分安装在减速器内腔内。

上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种少齿差行星线齿轮减速器，其特征在于：包括机体、动力传动部分，机体内部为减速器内腔，动力传动部分安装于减速器内腔内；动力传动部分包括输入轴、输出轴、偏心轴套、双联外线齿轮、输入端内线齿轮、输出端内线齿轮、配重件，输入轴安装于机体上，偏心轴套安装于输入轴上，双联外线齿轮通过转臂轴承安装于偏心轴套上，在输入轴上的偏心轴套的两端设置配重件，输入端内线齿轮固定于机体内部，输入端内线齿轮和双联外线齿轮的右端啮合形成一对少齿差内啮合线齿轮副；输出轴安装于机体内部并从机体的左端伸出，输出轴内端安装有输出端内线齿轮，输出端内线齿轮和双联外线齿轮的左端啮合形成一对少齿差内啮合线齿轮副；

减速器的传动比的计算公式为

，

其中，所述i为传动比，所述为双联外线齿轮的右端齿轮齿数，所述为双联外线齿轮的左端齿轮齿数，所述为输入端内线齿轮的齿数，所述为输出端内线齿轮的齿数；

双联外线齿轮、输入端内线齿轮、输出端内线齿轮均为基于空间共轭曲线啮合原理的线齿轮，线齿轮包括轮体和线齿，线齿设于轮体的外侧面；

机体包括机座和机盖，机盖扣合于机座的右端开口处，左端盖和右端盖分别通过螺钉固定于机体的两侧以将减速箱内腔密封。

2.根据权利要求1所述一种少齿差行星线齿轮减速器，其特征在于：线齿轮的齿数大于等于1。

3.根据权利要求1所述一种少齿差行星线齿轮减速器，其特征在于：双联外线齿轮的轮体包括轮体左端和轮体右端，轮体左端和轮体右端上均设有线齿。

4.根据权利要求1所述一种少齿差行星线齿轮减速器，其特征在于：少齿差内啮合线齿轮副的齿数相差为1~4齿。

5.根据权利要求4所述一种少齿差行星线齿轮减速器，其特征在于：双联外线齿轮的右端齿数为7，双联外线齿轮的左端齿数为8，输入端内线齿轮的齿数为8，输出端内线齿轮的齿数为9。