TW202100891A

TW202100891A - 減速器

Info

Publication number: TW202100891A
Application number: TW108122378A
Authority: TW
Inventors: 譚仲明; 張冬梅
Original assignee: 吳鳳學校財團法人吳鳳科技大學
Priority date: 2019-06-26
Filing date: 2019-06-26
Publication date: 2021-01-01

Abstract

一種減速器，包含一固定內齒輪、一相對於該固定內齒輪沿一主軸線轉動的從動內齒輪、一偏心輪組，及一偏心軸。該偏心輪組包括一具有一位於一偏心軸線的第一軸孔的第一外齒輪，及一具有一位於該偏心軸線的第二軸孔的第二外齒輪。該第一外齒輪的齒面沿一第一外次擺線設置，該第二外齒輪的齒面沿一第二外次擺線設置。該偏心軸穿設該第一軸孔及該第二軸孔。該偏心輪組受該偏心軸轉動帶動而同步轉動，並帶動該從動內齒輪轉動。利用該第一外齒輪與該第二外齒輪的設計，改善所述齒輪間的嚙合處接觸力過大或不均勻的問題，從而降低產生齒斑的機率。

Description

減速器

本發明是有關於一種傳動裝置，特別是指一種減速器。

一般的傳動裝置，例如一減速器，包括一輸入軸、一穿設於該輸入軸而與該輸入軸同步轉動的第一齒輪，及一與該第一齒輪嚙合而在該第一齒輪轉動時受驅轉的第二齒輪。該第一齒輪的齒形與該第二齒輪的齒形為漸開線齒形，且該第一齒輪與該第二齒輪都是由金屬製成。

然而，該傳動裝置在運轉時，該第一齒輪與該第二齒輪之嚙合處的接觸力相當大或不平均，造成應力過於集中於該第一齒輪的輪齒與該第二齒輪的輪齒的特定區域，使得該第一齒輪的輪齒與該第二齒輪的輪齒在使用一段時間之後，容易金屬疲勞，導致所述特定區域掉屑及形成齒斑。且漸開線齒形的齒輪也無法製作成低齒數的齒輪。

因此，本發明之目的，即在提供一種能夠克服先前技術的至少一個缺點的減速器。

於是，本發明減速器，包含一固定內齒輪、一從動內齒輪、一偏心輪組，及一偏心軸。

該固定內齒輪形成有一位於一主軸線的固定軸孔，並具有一圍繞該主軸線的第一內齒面。

該從動內齒輪受驅轉時以該主軸線為中心相對於該固定內齒輪轉動，沿著該主軸線與該固定內齒輪間隔設置，並具有一圍繞該主軸線的第二內齒面。

該偏心輪組位於該固定內齒輪與該從動內齒輪之間，並包括一第一外齒輪及一第二外齒輪。該第一外齒輪形成有一位於一平行於該主軸線的偏心軸線的第一軸孔，並具有一圍繞該偏心軸線且與該固定內齒輪的第一內齒面內嚙合的第一外齒面。該第二外齒輪形成有一位於該偏心軸線的第二軸孔，並具有一圍繞該偏心軸線且與該從動內齒輪的第二內齒面內嚙合的第二外齒面。該第一外齒面沿一形成於一第一固定圓(fixed circle)上的第一外次擺線(epitrochoid)而設置，該第二外齒面沿一形成於一第二固定圓上的第二外次擺線而設置。

該偏心軸包括一沿該主軸線延伸並可轉動地穿設於該固定內齒輪之固定軸孔的輸入部，及一連接於該輸入部並沿該偏心軸線延伸的偏心部。該偏心部穿設於該第一外齒輪的第一軸孔及該第二外齒輪的第二軸孔，且在受該輸入部驅轉時轉動並帶動該第一外齒輪與該第二外齒輪同步轉動，進而利用該第二外齒輪帶動該從動內齒輪轉動。

本發明之功效在於：利用該第一外齒輪的第一外齒面由該第一外次擺線所形成，及該第二外齒輪的第二外齒面由該第二外次擺線所形成的設計，改善該固定內齒輪與該第一外齒輪之間及該第二外齒輪與該從動內齒輪之間接觸力過大或不均勻的問題，從而降低掉屑及產生齒斑的機率。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1至圖3，本發明減速器之一第一實施例，包含一固定內齒輪1、一受驅轉時相對於該固定內齒輪1轉動的從動內齒輪2、一位於該固定內齒輪1與該從動內齒輪2之間的偏心輪組3、一偏心軸4，及一輸出軸5。該固定內齒輪1、該從動內齒輪2，及該偏心輪組3皆由金屬製成。

該固定內齒輪1形成有一位於一主軸線L1之呈圓形的固定軸孔11，並具有一圍繞且朝向該主軸線L1且位於內側的第一內齒面12。該第一內齒面12具有數個往該主軸線L1徑向突出且等角間隔設置的第一內突面部121，及數個分別連接兩相鄰的第一內突面部121且概呈平坦狀的第一連接面部122。該固定內齒輪1的齒數不大於20，且每一第一內突面部121呈一弧面狀，本實施例中，每一第一內突面部121是呈一半圓弧面狀。

該從動內齒輪2位於該固定內齒輪1的後側，並沿著該主軸線L1而與該固定內齒輪1間隔設置。該從動內齒輪2在受驅轉時以該主軸線L1為中心，相對於該固定內齒輪1轉動，並具有一圍繞且朝向該主軸線L1的第二內齒面21。該第二內齒面21具有數個往該主軸線L1徑向突出且等角間隔設置的第二內突面部211，及數個分別連接兩相鄰的第二內突面部211且概呈平坦狀的第二連接面部212。該從動內齒輪2的齒數不大於20，且每一第二內突面部211呈一弧面狀，本實施例中，每一第二內突面部211是呈一半圓弧面狀。

該偏心輪組3位於該固定內齒輪1與該從動內齒輪2之間，並包括一第一外齒輪31，及一與該第一外齒輪31一體連動且一體連接形成的第二外齒輪32。

該第一外齒輪31形成有一呈圓形且位於一平行於該主軸線L1的偏心軸線L2的第一軸孔311，並具有一圍繞該偏心軸線L2且與該固定內齒輪1的第一內齒面12內嚙合的第一外齒面312。該第一外齒面312是沿一形成於一第一固定圓C1(fixed circle)上的第一外次擺線P1(epitrochoid)而設置，該第一外次擺線P1與該第一固定圓C1彼此間隔；具體地，該第一外次擺線P1是一第一小圓沿著該第一固定圓C1的外周滾動時，該第一小圓內的一點(point)所形成的軌跡。定義該第一小圓的半徑為b₁ ，該第一固定圓C1的半徑為a₁ ，該第一小圓內的該點與該第一小圓的圓心之間的距離為h₁ 。該第一外次擺線P1的參數方程式為：

，

，其中，0＜h₁ ＜b₁ 。該第一外齒輪31的齒數不大於20，該第一外齒面312的齒數小於該固定內齒輪1的第一內齒面12的齒數，且該第一外齒面312與該第一內齒面12的齒數差不大於2。

參閱圖1、圖2、圖4，該第二外齒輪32形成有一呈圓形且位於該偏心軸線L2，而與該第一外齒輪31的第一軸孔311同軸連通的第二軸孔321，並具有一圍繞該偏心軸線L2且與該從動內齒輪2的第二內齒面21內嚙合的第二外齒面322。該第二外齒面322是沿一形成於一第二固定圓C2上的第二外次擺線P2而設置。該第二外次擺線P2是一第二小圓沿著該第二固定圓C2的外周滾動時，該第二小圓內的一點所形成的軌跡。定義該第二小圓的半徑為b₂ ，該第二固定圓C2的半徑為a₂ ，該第二小圓內的該點與該第二小圓的圓心之間的距離為h₂ 。該第二外次擺線P2的參數方程式為：

，

，其中，0＜h₂ ＜b₂ 。該第二外齒面322的齒數小於該從動內齒輪2的第二內齒面21的齒數，且該第二外齒面322與該第二內齒面21的齒數差不大於2。此外，該第二外齒輪32的齒數不大於20，且該第二外齒輪32的第二外齒面322的齒數不同於該第一外齒輪31的第一外齒面312的齒數。

該偏心軸4包括一呈圓柱形且沿該主軸線L1延伸並可轉動地穿設於該固定內齒輪1之固定軸孔11的輸入部41，及一呈圓柱形且連接於該輸入部41的後側並沿該偏心軸線L2延伸的偏心部42。該偏心部42穿設於該第一外齒輪31的第一軸孔311及該第二外齒輪32的第二軸孔321，而能在被該輸入部41驅轉時帶動該第一外齒輪31與該第二外齒輪32同步轉動。

該輸出軸5以插設的方式連接於該從動內齒輪2，並能與該從動內齒輪2同步轉動。

參閱圖1、圖3、圖4，當該減速器運轉時，該偏心軸4轉動，使得該第一外齒輪31與該第二外齒輪32受該偏心軸4的偏心部42的驅轉而同步轉動。該第一外齒輪31在以該偏心軸線L2為中心轉動(rorate)時，也與該固定內齒輪1嚙合並繞該主軸線L1旋轉(revolve)；該第二外齒輪32在以該偏心軸線L2為中心轉動時，也與該從動內齒輪2嚙合，而帶動該從動內齒輪2與該輸出軸5轉動，從而以該輸出軸5作為該減速器的一動能輸出端，且該減速器將該偏心軸4轉動的一第一轉速調降為該從動內齒輪2轉動的一第二轉速，藉以輸出較大的扭矩，以用於一般機械手臂關節的驅動上。

由於該第一外齒輪31的第一外齒面312與該第二外齒輪32的第二外齒面322分別是由該第一外次擺線P1與該第二外次擺線P2所形成，且該第一內齒面12的第一內突面部121與該第二內齒面21的第二內突面部211都成弧面狀，因此，在該減速器運轉時，能改善該固定內齒輪1的第一內齒面12與該第一外齒輪31的第一外齒面312之間，及該從動內齒輪2的第二內齒面21與該第二外齒輪32的第二外齒面322之間的接觸狀況，並有效改善赫茲接觸特性(Hertz contact property)。因此，能避免該固定內齒輪1、該偏心輪組3的第一外齒輪31與第二外齒輪32，與該從動內齒輪2所產生的金屬疲勞，進而減少掉屑而產生齒斑的發生機率。此外，藉由每一該固定內齒輪1、該偏心輪組3的第一外齒輪31與第二外齒輪32，與該從動內齒輪2的齒數都不大於20的低齒數設計，更可有效降低金屬疲勞。

參閱圖5至圖7，本發明減速器之一第二實施例與該第一實施例相似，其不同處在於，該固定內齒輪1包括一形成有該固定軸孔11的第一基板13，及數個連接於該第一基板13且間隔設置並共同圍繞該主軸線L1的第一針齒14，每一第一針齒14朝向該從動內齒輪2，且形成有各自的第一內突面部121，該等第一內突面部121共同構成該第一內齒面12。該從動內齒輪2包括一第二基板22，及數個連接於該第二基板22且間隔設置並共同圍繞該主軸線L1的第二針齒23。每一第二針齒23朝向該固定內齒輪1，且形成有各自的第二內突面部211，該等第二內突面部211共同構成該第二內齒面21。在該第二實施例中，該第一外齒輪31的第一外齒面312的齒數為9個，該第二外齒輪32的第二外齒面322的齒數為11個；該固定內齒輪1的第一內齒面12的齒數為10個，該從動內齒輪2的第二內齒面21的齒數為12個。該第二實施例的減速比(reduction ratio)為54。

參閱圖5、圖8與圖9，圖8為該第二實施例之該固定內齒輪1與該偏心輪組3的第一外齒輪31之間的接觸力的模擬結果；圖9為該偏心輪組3的第二外齒輪32與該從動內齒輪2之間的接觸力的模擬結果。其中，在進行模擬測試時，該偏心軸4的轉速固定為 100RPM。由模擬結果可以得知，在該減速器運轉一段時間之後(也就是在圖8與圖9中，約0.8秒後)，該固定內齒輪1的第一內齒面12(如圖6)與該第一外齒輪31的第一外齒面312在嚙合時的接觸力，及該第二外齒輪32的第二外齒面322與該從動內齒輪2的第二內齒面21(如圖7)在嚙合時的接觸力，皆為平均分佈。由此結果可以得知，該減速器透過該第一外齒面312與該第二外齒面322的設計，提供自我防護的能力，能避免因為接觸力過大或不平均所產生的金屬疲勞與齒斑。

參閱圖5、圖10至圖12，圖10至圖12是對該第二實施例進行可塑性von Mises模型(Plasticity-von Mises Model)的模擬結果。該固定內齒輪1、該從動內齒輪2，及該偏心輪組3設定為由AISI 304不鏽鋼製成；該第一外齒輪31的第一外齒面312的齒數為9個，且該固定內齒輪1的第一內齒面12(如圖6)的齒數為10個；該第一外齒輪31的第一軸孔311的力矩負載設定為300 N-m。圖10是該固定內齒輪1與該第一外齒輪31的von Mises應力分佈圖；圖11是該固定內齒輪1的von Mises應力分佈圖；圖12是該第一外齒輪31的von Mises應力分佈圖。在圖10至圖12中，箭頭所指之處為降服應力值，其值為200807000 N/m² 。由結果可以得知，該固定內齒輪1與該第一外齒輪31所受的應力皆為均勻分佈。

綜上所述，本發明減速器，利用該第一外齒輪31的第一外齒面312與該第二外齒輪32的第二外齒面322分別沿該第一外次擺線P1與該第二外次擺線P2所形成的設計，能改善該第一外齒輪31與該固定內齒輪1之間的接觸力及該第二外齒輪32與該從動內齒輪2之間的接觸力過大或不平均的情況，減少齒輪掉屑及產生齒斑的機率。除此之外，該第一內齒面12的第一內突面部121與該第二內齒面21的第二內突面部211也呈弧面狀，並配合該固定內齒輪1、該從動內齒輪2，及該第一外齒輪31與該第一外齒輪32的齒數設計，能供該第一外齒輪31與該固定內齒輪1之間的接觸力及該第二外齒輪32與該從動內齒輪2之間的接觸力更為平均，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1:固定內齒輪 11:固定軸孔 12:第一內齒面 121:第一內突面部 122:第一連接面部 13:第一基板 14:第一針齒 2:從動內齒輪 21:第二內齒面 211:第二內突面部 212:第二連接面部 22:第二基板 23:第二針齒 3:偏心輪組 31:第一外齒輪 311:第一軸孔 312:第一外齒面 32:第二外齒輪 321:第二軸孔 322:第二外齒面 4:偏心軸 41:輸入部 42:偏心部 5:輸出軸 L1:主軸線 L2:偏心軸線 C1:第一固定圓 P1:第一外次擺線 C2:第二固定圓 P2:第二外次擺線

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一立體分解圖，說明本發明減速器的一第一實施例；圖2是一剖視圖，說明該第一實施例；圖3是一剖視圖，說明該第一實施例的一固定內齒輪與一偏心輪組的一第一外齒輪；圖4是一剖視圖，說明該第一實施例的該偏心輪組的一第二外齒輪與一從動內齒輪；圖5是一立體分解圖，說明本發明減速器的一第二實施例；圖6是一剖視圖，說明該第二實施例的該固定內齒輪與該偏心輪組的該第一外齒輪；圖7是一剖視圖，說明該第二實施例的該偏心輪組的該第二外齒輪與該從動內齒輪；圖8是一模擬圖，說明該第二實施例之該固定內齒輪與該第一外齒齒輪的接觸力值；圖9是一模擬圖，說明該第二實施例之該第二外齒輪與該從動內齒輪的接觸力值；圖10是一模擬圖，說明該第二實施例之該固定內齒輪與該第一外齒輪的應力分佈；圖11是一模擬圖，說明該第二實施例之該固定內齒輪的應力分佈；及圖12是一模擬圖，說明該第二實施例之該第二外齒輪的應力分佈。

1:固定內齒輪

11:固定軸孔

2:從動內齒輪

21:第二內齒面

211:第二內突面部

212:第二連接面部

3:偏心輪組

31:第一外齒輪

311:第一軸孔

312:第一外齒面

32:第二外齒輪

322:第二外齒面

4:偏心軸

41:輸入部

42:偏心部

5:輸出軸

L1:主軸線

L2:偏心軸線

Claims

一種減速器，包含：一固定內齒輪，形成有一位於一主軸線的固定軸孔，並具有一圍繞該主軸線的第一內齒面；一從動內齒輪，受驅轉時以該主軸線為中心相對於該固定內齒輪轉動，沿著該主軸線與該固定內齒輪間隔設置，並具有一圍繞該主軸線的第二內齒面；一偏心輪組，位於該固定內齒輪與該從動內齒輪之間，並包括一體連動的一第一外齒輪及一第二外齒輪，該第一外齒輪形成有一位於一平行於該主軸線的偏心軸線的第一軸孔，並具有一圍繞該偏心軸線且與該固定內齒輪的第一內齒面內嚙合的第一外齒面，該第二外齒輪形成有一位於該偏心軸線的第二軸孔，並具有一圍繞該偏心軸線且與該從動內齒輪的第二內齒面內嚙合的第二外齒面，該第一外齒面沿一形成於一第一固定圓(fixed circle)上的第一外次擺線(epitrochoid)而設置，該第二外齒面沿一形成於一第二固定圓上的第二外次擺線而設置；及一偏心軸，包括一沿該主軸線延伸並可轉動地穿設於該固定內齒輪之固定軸孔的輸入部，及一連接於該輸入部並沿該偏心軸線延伸的偏心部，該偏心部穿設於該第一外齒輪的第一軸孔及該第二外齒輪的第二軸孔，且在受該輸入部驅轉時轉動並帶動該第一外齒輪與該第二外齒輪同步轉動，進而利用該第二外齒輪帶動該從動內齒輪轉動。
如請求項1所述的減速器，其中，該第一外次擺線與該第一固定圓彼此間隔，該第二外次擺線與該第二固定圓彼此間隔。
如請求項2所述的減速器，其中，每一該固定內齒輪、該從動內齒輪、該第一外齒輪與該第二外齒輪的齒數都不大於20。
如請求項3所述的減速器，其中，該固定內齒輪的第一內齒面具有數個往該主軸線徑向突出且等角間隔設置的第一內突面部，每一第一內突面部呈一弧面狀，該從動內齒輪的第二內齒面具有數個往該主軸線徑向突出且等角間隔設置的第二內突面部，每一第二內突面部呈一弧面狀。
如請求項4所述的減速器，其中，該固定內齒輪的第一內齒面還具有數個分別連接兩相鄰的第一內突面部的第一連接面部，該從動內齒輪的第二內齒面還具有數個分別連接兩相鄰的第二內突面部的第二連接面部。
如請求項4所述的減速器，其中，該固定內齒輪包括一形成有該固定軸孔的第一基板，及數個間隔設置且連接於該第一基板並共同圍繞該主軸線的第一針齒，每一第一針齒形成有各自的第一內突面部，該從動內齒輪包括一第二基板，及數個間隔設置且連接於該第二基板並共同圍繞該主軸線的第二針齒，每一第二針齒形成有各自的第二內突面部。
如請求項4所述的減速器，其中，該第一外齒輪的第一外齒面的齒數與該第二外齒輪的第二外齒面的齒數不同。
如請求項7所述的減速器，其中，該固定內齒輪的第一內齒面的齒數大於該第一外齒輪的第一外齒面的齒數，且該第一內齒面與該第一外齒面的齒數差不大於2，該從動內齒輪的第二內齒面的齒數大於該第二外齒輪的第二外齒面的齒數，且該第二內齒面與該第二外齒面的齒數差不大於2。
如請求項8所述的減速器，其中，該固定內齒輪的每一第一內突面部是呈半圓弧面狀，該從動內齒輪的每一第二內突面部是呈半圓弧面狀。
如請求項1所述的減速器，還包含一連接於該從動內齒輪且與該從動內齒輪同步轉動的輸出軸。