一种带轮输出的渐开线少齿差行星齿轮减速器及其减速方法

技术领域

本发明涉及属于减速器技术领域，具体而言涉及一种带轮输出的渐开线少齿差行星齿轮减速器及其减速方法。

背景技术

在工农生产中,减速器得到了广泛的应用。减速器作为制造业中重要的机械传动装置，一直以来都颇受学术界关注，越来越向着高精度，小型化，低成本，高标准，高承载，高可靠的方向发展。常用减速器种类有蜗轮蜗杆减速器、摆线针轮减速器、圆柱齿轮减速器、行星齿减速器等，其中在机械工业领域中应用广泛的精密传动装置有RV减速器、行星减速器、Spinea减速器以及谐波减速器等。

其中，蜗轮蜗杆减速器虽然能传递减速、大扭矩,但功率太低而摆线针轮行星减速器又存在制造工艺复杂、成本太高的缺点。谐波传动是利用薄壁零件的弹性变形来实现运动和动力的传递，具有重量轻、传动精度高、啮合齿数多等优点，但由于谐波传动使用寿命短、扭转刚度低，有被精密摆线传动替代的趋势。RV减速器是以渐开线行星与摆线针轮少齿差行星两级减速传动为主要结构的封闭式行星传动机构，具有大减速比、高承载、高扭转刚度、高效率、低振动和小体积等优点，但也存在针摆啮合角大、转臂轴承可靠性低、针齿的位置度要求高，不易安装问题。传统直齿圆柱渐开线减速器在实际使用过程中存在以下主要缺陷：第一，同时啮合齿数少，承载能力低(由齿轮啮合重合度决定)；第二，当传递载荷较大时，轮齿会发生较大的弹性变形，导致整机传动不平稳、噪声高；第三，整机结构外形尺寸、体积较大，难以缩小。本申请则针对传统直齿圆柱渐开线减速器存在上述问题进行改进的。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的需求，提供一种带轮输出的渐开线少齿差行星齿轮减速器及其减速方法，其传动装置可分为三部分：输入部分、减速部分、输出部分。输入轴具备2个偏心为3mm的，错位180°曲拐(偏心轮)，在输入轴曲拐上装有2个错位180°的偏心套，在偏心套上装有两个称为转臂的滚柱轴承，形成H机构(转臂)。两个行星轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道，并由行星轮与齿圈相啮合，以组成齿差为2齿的内啮合减速机构。

本发明采用的技术方案为：

本发明的一个目的是提供一种带轮输出的渐开线少齿差行星齿轮减速器，该减速器包括行星齿轮、齿圈、偏心元件和输出机构，所述输出机构位于行星齿轮上且与壳体固连，所述行星齿轮设置在偏心元件上且与齿圈啮合，通过齿圈输出将转矩和运动输出。

在上述技术方案中，所述偏心元件包括偏心轴，所述偏心轴上设置有2个错位180°且偏心距为3mm的曲拐，所述偏心轴的输入端与弹性销联轴器连接。

在上述技术方案中，进一步地，所述行星齿轮包括第一行星轮和第二行星轮，所述第一行星轮和第二行星轮分别两个转臂轴承设置在2个曲拐上。

在上述技术方案中，更进一步地，所述齿圈的齿数为43，所述第一行星轮和第二行星轮的齿数为41，其传动比为21.5。

在上述技术方案中，更进一步地，所述输出机构包括销轴和销轴套，所述销轴设置有6个，6个销轴均设置在第一行星轮和第二行星轮上相互配合的圆柱孔内，所述销轴套套设在销轴的外侧。

在上述技术方案中，更进一步地，所述壳体固定在底座上，所述壳体包括左支撑臂和右支撑臂，所述左支撑臂和右支撑臂的筒身通过第一轴承和第二轴承设置在偏心轴上，所述销轴的两端分别插接在左支撑臂和右支撑臂的上筒身的端壁上。

在上述技术方案中，更进一步地，所述第一轴承和第二轴承的外端均设置有第一轴承盖，所述第一轴承盖套套设在偏心轴上且通过螺栓与左支撑臂/右支撑臂的上筒身的端壁连接。

在上述技术方案中，更进一步地，所述齿圈位于左支撑臂和右支撑臂之间且与带轮固连，在带轮与左支撑臂和右支撑臂的外壁之间均设置有带轮轴承。

在上述技术方案中，更进一步地，在左支撑臂和右支撑臂的外壁上均设置有第二轴承盖，所述第二轴承盖通过螺栓与带轮侧壁连接对带轮轴承实现密封。

本发明的另一目的是提供一种带轮输出的渐开线少齿差行星齿轮减速器的减速方法，其特征在于，该减速方法包括：

电动机通过弹性销联轴器输入动力，偏心轴随弹性销联轴器转动，偏心轴上具有2个错位180°的，偏心3mm的曲拐，偏心轴上的曲拐相当于太阳轮转动，曲拐的转动使行星齿轮绕偏心轴的轴线公转，由于与齿圈的啮合，行星齿轮公转的同时必然存在自传，由于6个销轴是固定于机架上的，6个销轴套安装于销轴上，可转动，销轴套与行星齿轮的双面间隙恰巧为3mm，使行星齿轮可以维持公转，但自转受限制，而行星轮的自转和公转必须是同时进行的，由于齿圈的转动并没有受到限制，所以齿圈输出与偏心轮同向的减速后的转动，转速为齿圈的齿数减行星齿轮齿数再与齿圈齿数的比值，再与输入轴转速的乘积。

本发明的有益效果：

本申请设计的带轮输出的渐开线少齿差行星齿轮减速器，其中，输入轴具备2个偏心为3mm的，错位180°曲拐(偏心轮)，在输入轴曲拐上装有2个错位180°的偏心套，在偏心套上装有两个称为转臂的滚柱轴承，当输入轴带着偏心套转动一周时，由于行星轮与齿圈相啮合，行星轮的运动成为既有公转又有自转的平面运动。在输入轴正转1周时，偏心套亦转动1周。由于行星轮被销轴限制，只能在半径为3mm的范围内公转并自转，这时齿圈于相同方向转过2个齿从而得到减速，再借助与其固联的带轮，将齿圈的低速自转运动传递给带轮从而获得较低的输出转速。

1.高速比和高效率：单级传动，就能达到1:21.5的减速比，传动效率较高。

2.结构紧凑体积小：由于采用了行星传动原理，输入轴与输出轴在同一轴心线上，使其机型获得尽可能小的尺寸。

3.运转平稳噪声低：少齿差渐开线齿啮合齿数较多，重叠系数大以及具有机件平衡的机理(2个错位180°偏心轮)，使振动和噪声限制在最小程度。

4.销轴式W机构(输出机构)是少齿差行星减速器中输出机构的主要形式。普通的销轴式W机构(输出机构)中销轴为悬臂布置,因受力情况较差而往往是减速器强度上的薄弱环节。本设计采用齿圈输出，W机构(输出机构)的销轴固定且为简支，因此受力状况好。

5.实测结果表明,少齿差行星减速器总机械效率大约在0.73～0.91之间。连续运行时功率损失较大,并会造成机体过热等不良情况,一般只宜用于轻载及短时工作的场合。造成这种状况的原因是输出机构的效率低，这才是造成少齿差传动总效率偏低的最主要原因。而本设计没有采用W机构的销轴输出，故而可大幅提高传动效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例中渐开线少齿差行星减速器机构运动简图。

图2为本实施例中渐开线少齿差行星减速器机构的外观图。

图3为本实施例中渐开线少齿差行星减速器机构的剖视图。

图4为本实施例中偏心轴与行星齿轮和齿圈连接的外观图。

图5为图4的正剖图。

图6为本实施例中渐开线少齿差行星减速器啮合状况。

其中，1.底座；2.壳体；3.毛毡密封；4.弹性销联轴器；5.带轮轴承；6.带轮；7.齿圈；8.转臂轴承；9.孔用卡环；10.销轴套；11.销轴；12.第一轴承盖；13.手轮；14.骨架油封；15.平键；16.偏心轴；17.第一轴承；18.第二轴承；19.第二轴承盖；20.第一行星轮；21、第二行星轮。

A-输出齿圈；B-行星轮；C-输入轴(偏心轮、行星架)；4.行星轮；5.W机构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本实施例提供了一种带轮输出的渐开线少齿差行星齿轮减速器，其机构简图如图1所示，输入轴A转动，其上的2个错位180°的曲拐分别带动行星轮B、D转动。W机构具备6个均布的销轴11，分别插入行星轮B、D的圆柱孔中，使行星轮B、D可以自转但公转角度范围受到限制。所以齿圈7将行星轮B、D的自转同时传入输出齿圈7A中，迫使输出齿圈7A转动。输入轴转1圈时，齿圈7转z

图1由渐开线少齿差(z

偏心轮为转臂，在少齿差行星齿轮传动中，支承行星齿轮的是偏心构件，行星齿轮与中心齿轮(内齿圈7)的中心距即偏心元件的偏心值，即e＝3mm。对应的行星齿轮与中心齿轮(内齿圈7)的模数取m＝3。

如图2-5所示，该减速器包括行星齿轮、齿圈7、偏心元件和输出机构，所述输出机构位于行星齿轮上且与壳体2固连，所述行星齿轮设置在偏心元件上且与齿圈7啮合，通过齿圈7输出将转矩和运动输出。

具体的，所述偏心元件包括偏心轴16，所述偏心轴16上设置有2个错位180°且偏心距为3mm的曲拐，所述偏心轴16的输入端与弹性销联轴器4平键15连接，其另一端与手轮13平键15连接。手轮13平时使用的时候可不用装配。在断电的时候，需要盘车的时候，可以安装上进行使用。图中的联轴器也可以选用其他型号的联轴器。图中的皮带轮也可以改为机械绞盘，用于起升重物。这些都是少齿差渐开线行星减速器的附属物品，可以灵活更换。该减速器可以配合三项异步电动机使用，也可以配合步进电机使用，也可以配合气动马达，用于增力。也可以配合内燃机的分动箱使用

行星齿轮包括第一行星轮20和第二行星轮21，所述第一行星轮20和第二行星轮21分别两个转臂轴承8(型号NJ207E)设置在2个曲拐上。所述齿圈7的齿数为43，所述第一行星轮20和第二行星轮21的齿数为41，其传动比为21.5。

输出机构包括销轴11和销轴11套10，所述销轴11设置有6个，6个销轴11均设置在第一行星轮20和第二行星轮21上相互配合的圆柱孔内，所述销轴11套10套设在销轴11的外侧。

所述壳体2固定在底座上，所述壳体2包括左支撑臂和右支撑臂，所述左支撑臂和右支撑臂的筒身通过第一轴承17(型号6205)和第二轴承(型号205E)设置在偏心轴16上，所述销轴11的两端分别插接在左支撑臂和右支撑臂的上筒身的端壁上。所述第一轴承17(型号6205)和第二轴承(型号205E)的外端均设置有第一轴承盖12，所述第一轴承盖12套套设在偏心轴16上且通过螺栓与左支撑臂/右支撑臂的上筒身的端壁连接。且所述第一轴承盖12与第一轴承17/第二轴承之间设置有骨架油封14。

齿圈7位于左支撑臂和右支撑臂之间且与带轮固连，在带轮与左支撑臂和右支撑臂的外壁之间均设置有带轮轴承5(型号61922)。在左支撑臂和右支撑臂的外壁上均设置有第二轴承盖19，所述第二轴承盖19通过螺栓与带轮侧壁连接对带轮轴承5实现密封。所述第二轴承盖19内壁与左支撑臂/右支撑臂的上筒身外壁之间设置有毛毡密封3。

工作原理：电动机通过弹性销联轴器输入动力，偏心轴随弹性销联轴器转动，偏心轴上的曲拐相当于太阳轮转动，将动力传入行星轮，由于行星架固定，动力被传入齿圈，并带动带轮转动。

在行星轮系中，由太阳轮、行星轮、行星架、齿圈4个零件构成，如果想要得到确定的运动形式，则需要确定其中2个零件的运动形式。在本方案中确定了太阳轮的转动与行星架的固定，所以有唯一的运动形式，本方案为太阳轮输入，齿圈输出。

更详细的说明为：

电动机通过弹性销联轴器输入动力，偏心轴随弹性销联轴器转动，偏心轴17上具有2个错位180°的，偏心3mm的曲拐，2个曲拐上分别安装有2个转臂轴承NJ207E，2个转臂轴承上分别安装有行星齿轮21，行星齿轮21与齿圈9具有相同的模数3，为内啮合安装。齿圈9具有43齿，行星齿轮21具有41齿，两者为少齿差啮合。曲拐的转动使行星齿轮21绕偏心轴17的轴线公转，由于与齿圈9的啮合，行星齿轮21公转的同时必然也会存在自传。但是由于6个销轴13是固定于机架上的，6个销轴套12安装于销轴13上，为铰接，可转动。销轴套12与行星齿轮21的双面间隙恰巧为3mm，使行星轮21可以维持公转，但自转受到限制。行星轮21的自转和公转必须是同时进行的，由于齿圈9的转动并没有受到限制，所以齿圈9输出与偏心轮同向的转动，只不过是减速后的转动，转速为齿圈的齿数减行星齿轮齿数再与齿圈齿数的比值，再与输入轴转速的乘积。而带轮8与齿圈9是一体固联的，因此带轮输出了减速后的转速。

总结一下其传动过程，可以近似理解为：电动机通过弹性销联轴器输入动力，偏心轴随弹性销联轴器转动，“行星架”不转动(对应的是行星轮不自传)，“太阳轮”通过行星轮将转动输出至齿圈。这里不同的是行星轮很大，行星架演化为销轴，太阳轮演化为偏心轴。

2个行星轮20,21上的6个均布销轴11孔的尺寸为

d

d

该方案采用K-H-V型(N型)少齿差行星传动机构，内齿圈7输出，其传动比：

其中z

附加的，第一行星轮20和第二行星轮21内壁均设置有孔用卡环9，两个孔用卡环9套在偏心轴16上且位于两个转臂轴承8的背面。提高机械的密封性，延长使用寿命。

参数选择

内齿轮与行星轮的齿数差很少,容易产生干涉现象,为避免干涉,需采用变位齿轮和减少齿顶高系数,设计计算较复杂,采用试凑法不易得到优化方案。

渐开线少齿差行星减速器优点是结构紧凑,体积小、重量轻、传动比大、传动效率高、制造维修方便。因此应用越来越广。但是由于其传动行式是内啮合行星齿轮传动,所以又产生了设计复杂,使不少希望自行设计制造者望而却步,严重影响普及应用。在渐开线少齿差行星减速器设计中，齿差数越少、减速比越大，设计不当内外齿越容易干涉；齿差数越多、啮合角越大减速比越小，内外齿越不易干涉。

对于标准渐开线内啮合齿轮传动,当其内齿轮b和外齿轮a的齿数差小于8时,即z

在设计少齿差行星传动时,为了消除内啮合齿轮副的齿廓重迭干涉现象,通常是采用短齿制、角度变位的正传动，因此计算较为复杂。在选定了传动类型和结构型式后,就需要进行该行星传动的基本参数的选择和几何尺寸的计算。其中影响其设计的主要参数有

1齿数，齿数应满足所给定的传动比

2模数，一般模数应由强度条件和结构尺寸确定。对于少齿差行星传动,因采用了较大正变位的内啮合齿轮副,而提高了轮齿的接触强度和齿根弯曲强度因此,模数最后取决于其结构尺寸的限制。

3压力角，我国规定标准压力角20°。

4齿顶高系数

在少齿差行星传动中,目前采用的齿顶高系数

5、插齿刀变位系数

为了避免产生齿顶干涉，应采用负变位系数。

少齿差行星传动的基本参数是相互关联和相互制约的。在设计少齿差行星传动中,可以借鉴前人所积累的经验,选定所需的齿数差z

经过反复计算、仿真、比较，最后确定的参数为表1所示。仿真后啮合的实际情况图如图6所示。

表1少齿差减速器几何参数

经过仿真验证，齿轮在啮合过程中无全局干涉现象，所选择的参数是可行的。

其优点：

1.行星轴承寿命高。由于采用了对称布置的双行星轮结构，使轴承所受压力大幅减少，轴承寿命高，故其运转平稳、噪音低。

2.振动、噪音较小。减速器的行星轮与齿圈7轮齿接触的数量多，

3.传动效率较高。单级传动效率可达80％～93％。

总体来说，该少齿差行星减速器结构简单、使用零件少、重量轻、降速比大、受力情况好，传动效率高。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。