CN100357633C - 摆线滚子链谐波减速器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摆线滚子链谐波减速器，包括一个与输入轴固连的装在双支架上的谐波发生器、一个用双排滚子链构成的双排滚子链环、一个与机座固连的，齿数比滚子链环的链节数多二或三齿的少齿差长幅摆线内齿轮；一个与输出轴固连的，齿数与滚子链环的链节数相同的零齿差长幅摆线内齿轮，在波发生器的驱动下，双排滚子链环中的一排滚子与固定的少齿差长幅摆线内齿轮啮合，另一排滚子与固连在输出轴上的零齿差长幅摆线内齿轮啮合。它的啮合副均是凹凸接触，承载能力高，还实现了动态平衡设计。本发明利用双排滚子链环的径向柔性和轴向刚性特点，实现谐波摆线啮合传动。与传统的谐波减速器比较，避免使用柔轮，结构紧凑，成本低，也可在重负荷减速器中推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种输入轴与输出轴同轴线的一种摆线滚子链谐波减速器。
背景技术
现有的同轴线式大传动比减速传动机械可分为三类：渐开线少齿差行星减速器、摆线针轮减速器和传统的谐波减速器。在渐开线少齿差行星减速器中，为了避免齿顶干涉，必须采用大啮合角传动，径向负荷大。在摆线针轮减速器中，为了避免摆线齿轮冗切，引入短幅系数，当传动比较大时，摆线齿轮的齿高很小，承载时会出现打滑故障。渐开线少齿差行星减速器和摆线针轮减速器均需要通过输出机构将运动和动力输出，结构较复杂，轴销式输出机构的轴销易折断。在渐开线少齿差行星减速器和摆线针轮减速器中采用两个行星轮虽然能实现静态平衡，但不能消除动态不平衡的不良因素。在渐开线少齿差行星减速器和摆线针轮减速器中，啮合副均是凸凸接触形式，承载时接触应力较大，承载能力较低。在谐波减速器中，柔轮的加工工艺复杂，制造成本高，在运行过程中易出现柔轮早期疲劳破裂。由于柔轮是基于筒体材料的宏观弹性变形而实现啮合传动的，因而制约了谐波减速器在大功率重负荷领域的开发应用。
发明内容
本发明的目的是提供利用由双排滚子链构成的滚子链环具有的径向柔性和轴向刚性之特点，针对现有的同轴线式大传动比减速传动机械中所存在的缺陷，设计而成的一种摆线滚子链谐波减速器。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
方案1
它包括由一个与输入轴固连的装在双支架上的谐波发生器、一个用双排滚子链构成的双排滚子链环、一个与机座固连的，齿数比滚子链环的链节数多二齿或者多三齿的少齿轮差长幅摆线内齿轮、一个与输出轴固连的，齿数与滚子链环的链节数相同的零齿差长幅摆线内齿轮，在与输入轴固连的谐波发生器的驱动下，双排滚子链环中的一排滚子与固定的少齿差长幅摆线内齿轮啮合传动，另外一排滚子与固连在输出轴上的零齿差长幅摆线内齿轮啮合传动。
方案2
它包括由一个与输入轴固连的装在双支架上的谐波发生器、一个用双排滚子链构成的双排滚子链环、一个与输出轴固连的，齿数比滚子链环的链节数多二齿或者多三齿的少齿轮差长幅摆线内齿轮、一个与机座固连的，齿数与滚子链环的链节数相同的零齿差长幅摆线内齿轮，在与输入轴固连的谐波发生器的驱动下，双排滚子链环中的一排滚子与固定的零齿差长幅摆线内齿轮啮合传动，另外一排滚子与固连在输出轴上的少齿差长幅摆线内齿轮啮合传动。
本发明与现有的同轴线式大传动比减速传动机械比较具有以下有益的效果：
1.长幅摆线内齿轮的齿廓是内凹曲线，与滚子啮合时实现凹凸接触，利于降低啮合副的接触应力，啮合副的承载能力比摆线针轮减速器高，并可消除打滑故障；
2.不需要另加输出机构，结构紧凑，免除了渐开线少齿差行星减速器和摆线针轮减速器中由于输出机构所产生的故障；
3.实现动态平衡设计，免除了渐开线少齿差行星减速器和摆线针轮减速器中固有的动态不平衡缺陷；
4.用双排滚子链环取代了谐波减速器中的柔轮，标准化程度高，产品成本低；免除了谐波减速器中的柔轮易于早期疲劳破裂的缺陷，工作寿命长；
5.由于避免了传统谐波减速器中的柔轮筒体材料的宏观变形要求，在大功率重负荷领域的开发应用比传统谐波减速器有较大的优势。
本发明的摆线滚子链谐波减速器适合于矿山、冶金、化工、纺织、轻工、制药、起重运输等行业以及高科技领域中的机械设备的配套应用。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步描述。
图1是长幅摆线针轮行星啮合传动原理图；
图2是摆线滚子链谐波减速器一种实施例的结构装配图轴剖面；
图3是摆线滚子链谐波减速器又一种实施例的结构装配图轴剖面；
图4是摆线滚子链双波谐波减速器的二齿差啮合结构图；
图5是摆线滚子链双波谐波减速器的零齿差啮合结构图；
图6是摆线滚子链三波谐波减速器的三齿差啮合结构图；
图7是摆线滚子链三波谐波减速器的零齿差啮合结构图；
图8是一种非标准滚子链的结构。
图中：A转臂，B行星轮，C滚子中心，D滚子，E长幅摆线少齿差内齿轮，F长幅摆线，1输入轴，2双排滚子链环，3长幅摆线少齿差内齿轮，4双支架，5长幅摆线零齿差内齿轮，6输出轴，7销轴，8轴承，9套圈，10销轴，11轴承，12套圈，13外链板，14内链板。
具体实施方式
一.长幅摆线针轮行星啮合传动原理
如图1所示，长幅摆线针轮少齿差行星啮合传动原理，其中A为转臂，滚子D均匀分布在行星轮B的同一半径上，当转臂以ω1角速度逆时针方向回转时，行星轮上的滚子依次与少齿差内齿圈E上的长幅摆线等距齿廓啮合，滚子D的中心C将在长幅摆线F上按箭头方向运动。设行星轮上的滚子数为Z2，少齿差内齿轮的齿数为Z3，当转臂A转过一周时，行星轮按ω2方向转过Z3-Z2个滚子。
二.摆线滚子链谐波传动原理
如图1所示，在长幅摆线针轮行星啮合传动机构中，行星轮是在转臂的驱动下作行星运动，行星轮所产生的惯性力难以在行星轮自身的运动平面内加以平衡；经减速后的行星轮自转运动还需要通过输出机构输出，因此不宜直接采用此类传动方案。
现将行星轮和行星轮上的滚子用双排滚子链环取代，作为柔性构件；在输入轴(高速轴)上安装谐波发生器，用于控制双排滚子链环的几何形状，输入轴回转时形成机械波。用一个少齿差长幅摆线内齿轮和一个零齿差长幅摆线内齿轮分别与双排滚子链中的各排啮合构成谐波减速传动机构。当少齿差长幅摆线内齿轮与机壳固连，零齿差长幅摆线内齿轮与输出轴(低速轴)固连时，摆线滚子链谐波减速器的传动比按下式计算：
I＝Z2/(Z2-Z3) (1)
式中Z2——滚子链的链节数，Z3——少齿差长幅摆线内齿轮的齿数。
当零齿差长幅摆线内齿轮与机壳固连，少齿差长幅摆线内齿轮与输出轴(低速轴)固连时，摆线滚子链谐波减速器的传动比按下式计算：
I＝Z3/(Z3-Z2) (2)
由于Z2＜Z3，按公式(1)式求得的结果为负值，表明输出轴的转向与输入轴的转向相反；同理按公式(2)式求得的结果为正值，表明输出轴的转向与输入轴的转向相同。
如图2所示，给出长幅摆线滚子链谐波减速器的一种实施例的轴剖面结构，输入轴1与谐波发生器的双支架4固连。双排滚子链环2的左边一排的滚子在谐波发生器的作用下，依次进入啮合位置，与固定在机壳上的少齿差长幅摆线内齿轮3啮合传动；双排滚子链的右边一排与固定在输出轴6上的零齿差长幅摆线内齿轮5啮合传动，带动输出轴回转。
如图3所示，给出长幅摆线滚子链谐波减速器的另一种实施例的轴剖面结构，输入轴1与谐波发生器支架4固连。双排滚子链环2的左边一排的滚子在谐波发生器的作用下，依次进入啮合位置，与固定在机壳上的零齿差长幅摆线内齿轮5啮合传动；双排滚子链的右边一排与固定在输出轴6上的少齿差长幅摆线内齿轮3啮合传动，带动输出轴回转。
三.摆线滚子链双波谐波减速器
摆线滚子链双波谐波减速器的二齿差谐波传动部分如图4所示。谐波发生器由双支架4、销轴7、销轴10、滚动轴承8、滚动轴承11、轴承外圈套圈9、轴承外圈套圈12组成。用作柔轮的双排滚子链环2上的滚子受谐波发生器的控制，呈菱形分布。位于两顶端部位的滚子参与啮合，相当于在同一运动平面上有两个行星轮与长幅摆线内齿圈3啮合传动。双波谐波减速器的滚子链环的链节数比少齿差长幅摆线内齿轮3的齿数少二齿，因此谐波发生器回转一周，滚子链环朝相反方向转过两个链节。摆线滚子链双波谐波减速器的运动零件相对于固定的回转轴心呈对称分布，实现动态平衡。
摆线滚子链双波谐波减速器的零齿差谐波传动部分如图5所示。零齿差长幅摆线内齿轮5的齿数与滚子链环2的链节数相同。当输入轴1回转时，零齿差长幅摆线内齿轮5与滚子链环2的周向位置保持同步。
当二齿差长幅摆线内齿轮3固定时，减速器的传动比按公式(1)计算；当零齿差长幅摆线内齿轮5固定时，减速器的传动比按公式(2)计算。
四.摆线滚子链三波谐波减速器
摆线滚子链三波谐波减速器的三齿差谐波传动部分如图6所示。三波谐波发生器由支架4、销轴7、滚动轴承8、轴承外圈套圈9组成。用作柔轮的双排滚子链环2上的滚子受谐波发生器的控制，呈弧三角形分布。位于三个角顶部位的滚子参与啮合，相当于在同一运动平面上有三个行星轮与少齿差长幅摆线内齿轮3啮合传动。三波谐波减速器的滚子链环2的链节数比少齿差长幅摆线内齿轮3的齿数少三齿，因此输入轴1回转一周，滚子链环2朝相反方向转过三个链节。摆线滚子链三波谐波减速器的运动零件相对于固定的回转轴心呈中心对称分布，实现动态平衡。
长幅摆线滚子链三波谐波减速器的零齿差谐波传动部分如图7所示。零齿差长幅摆线内齿轮5的齿数与滚子链环2的链节数相同。当输入轴1回转时，零齿差长幅摆线内齿轮5与滚子链环2的周向位置保持同步。
当三齿差长幅摆线内齿轮3固定时，减速器的传动比按公式(1)计算；当零齿差长幅摆线内齿轮5固定时，减速器的传动比按公式(2)计算。
五.非标准双排滚子链的结构设计
根据国标GB/T1243-1997，短节距传动用精密滚子链的链板高度h2和h3均大于滚子外径d1，并且呈对称状态，因此长幅摆线滚子链谐波减速器在结构上不能采取轴向安装方式。为了安装之目的，需要将长幅摆线内齿轮3和5按剖分形式设计和制造。
为了既便于安装又能够采用非剖分式内齿轮结构，图8中给出一种非标准双排滚子链结构：将外链板13上的两销轴孔的中心位置和内链板14上的两套筒孔的中心位置向一边偏移距离，并增大滚子外圆半径，使滚子的外圆在链板的一侧凸出的高度为0.4-1mm。减速器安装时，将此非标准双排滚子链环的滚子外圆凸出于链板的一侧朝向减速器的轴心安装，长幅摆线内齿轮3、5均不需要按剖分形式设计和制造，即可将谐波发生器从轴线方向顺利装入正确的工作位置。
Claims (8)
1.一种摆线滚子链谐波减速器，其特征在于它包括：由一个与输入轴(1)固连的装在双支架(4)上的谐波发生器、一个用双排滚子链构成的双排滚子链环(2)、一个与机座固连的，齿数比滚子链环(2)的链节数多二齿或者多三齿的少齿轮差长幅摆线内齿轮(3)、一个与输出轴(6)固连的，齿数与滚子链环(2)的链节数相同的零齿差长幅摆线内齿轮(5)，在与输入轴(1)固连的谐波发生器的驱动下，双排滚子链环(2)中的一排滚子与固定的少齿差长幅摆线内齿轮(3)啮合传动，另外一排滚子与固连在输出轴(6)上的零齿差长幅摆线内齿轮(5)啮合传动。
2.根据权利要求1所述的一种摆线滚子链谐波减速器，其特征在于：所说的一个与输入轴(1)固连的装在双支架(4)上的谐波发生器，它由装在双支架上下部位的销轴(7)上分别装有一组双排轴承(8)，在双支架左右侧的销轴(10)上分别装有另一组双排轴承(11)组成；两组双排轴承外圈分别与双排滚子链环(2)上的滚子外圆相接触，双排滚子链环(2)上的一排滚子与齿数比双排滚子链环(2)的链节数多二齿的长幅摆线内齿轮(3)相啮合，双排滚子链环(2)另一排与齿数和双排滚子链环(2)的链节数相同的零齿差长幅摆线内齿轮(5)相啮合。
3.根据权利要求1所述的一种摆线滚子链谐波减速器，其特征在于：所说的一个与输入轴(1)固连的装在双支架(4)上的谐波发生器，它由在双支架(4)上等分装有三个销轴(7)，三个销轴(7)上分别装有双排轴承(11)组成；三个销轴(7)上的双排轴承外圈与双排滚子链环(2)上的滚子外圆相接触，双排滚子链环(2)上的一排滚子与齿数比双排滚子链环(2)的链节数多三齿的长幅摆线内齿轮(3)相啮合，双排滚子链环(2)另一排与齿数和双排滚子链环(2)的链节数相同的零齿差长幅摆线内齿轮(5)相啮合。
4.根据权利要求2或3所述的一种摆线滚子链谐波减速器，其特征在于：所说的装在双支架(4)上的轴承的外圈上分别镶有套圈。
5.一种摆线滚子链谐波减速器，其特征在于它包括：由一个与输入轴(1)固连的装在双支架(4)上的谐波发生器、一个用双排滚子链构成的双排滚子链环(2)、一个与输出轴(6)固连的，齿数比滚子链环(2)的链节数多二齿或者多三齿的少齿轮差长幅摆线内齿轮(3)、一个与机座固连的，齿数与滚子链环(2)的链节数相同的零齿差长幅摆线内齿轮(5)，在与输入轴(1)固连的波发生器的驱动下，双排滚子链环(2)中的一排滚子与固定的零齿差长幅摆线内齿轮(5)啮合传动，另外一排滚子与固连在输出轴(6)上的少齿差长幅摆线内齿轮(3)啮合传动。
6.根据权利要求5所述的一种摆线滚子链谐波减速器，其特征在于：所说的一个与输入轴(1)固连的装在双支架(4)上的谐波发生器，它由装在双支架上下部位的销轴(7)上分别装有一组双排轴承(8)，在双支架左右侧的销轴(10)上分别装有另一组双排轴承(11)组成；两组双排轴承外圈分别与双排滚子链环(2)上的滚子外圆相接触，双排滚子链环(2)上的一排滚子与齿数比双排滚子链环(2)的链节数多二齿的长幅摆线内齿轮(3)相啮合，双排滚子链环(2)另一排与齿数和双排滚子链环(2)的链节数相同的零齿差长幅摆线内齿轮(5)相啮合。
7.根据权利要求5所述的一种摆线滚子链谐波减速器，其特征在于：所说的一个与输入轴(1)固连的装在双支架(4)上的谐波发生器，它由在双支架(4)上等分装有三个销轴(7)，三个销轴(7)上分别装有双排轴承(11)组成；三个销轴(7)上的双排轴承外圈与双排滚子链环(2)上的滚子外圆相接触，双排滚子链环(2)上的一排滚子与齿数比双排滚子链环(2)的链节数多三齿的长幅摆线内齿轮(3)相啮合，双排滚子链环(2)另一排与齿数和双排滚子链环(2)的链节数相同的零齿差长幅摆线内齿轮(5)相啮合。
8.根据权利要求6或7所述的一种摆线滚子链谐波减速器，其特征在于：所说的装在双支架(4)上的轴承的外圈上分别镶有套圈。
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