CN100472091C - 曲柄针齿传动机构及其曲柄针齿减速器 - Google Patents

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Abstract

一种曲柄针齿传动机构及其曲柄针齿减速器，由输入偏心轴、驱动盘、曲柄针齿、外摆线轮、输出轴和机座组成，其设计原理是：输入偏心轴、驱动盘、曲柄针齿和机座组成单自由度双曲柄并联机构，且偏心轴与输出轴轴线重合；曲柄针齿与外摆线轮的齿数差为1，外摆线轮与输出轴固联；当输入偏心轴转动时，通过与其连接的驱动盘使曲柄针齿实现偏心自转，而曲柄针齿组成的针轮作圆平动；同时曲柄针齿与外摆线轮啮合，驱动外摆线轮定轴转动，并通过与其固联的输出轴输出出去，实现同轴变速传动。

Description

曲柄针齿传动机构及其曲柄针齿减速器
技术领域
本发明涉及一种曲柄针齿传动机构及其曲柄针齿减速器，属于机械传动中的齿轮传动技术类。
背景技术
目前已知的活齿双摆线行星减速器(见附图5～7)，它是通过运动变换设计而成的一种新型的齿轮变速机构。该种活齿双摆线行星减速器的部件包括输入偏心轴1和输出轴11；两个转臂轴承2；部件10′和10″为齿数不等的两个外摆线轮，这两个行星轮通过一组螺栓固联在一起；部件15和15′为两组活齿滚子，部件14和14′为活齿滚子的保持架，每一组活齿滚子和其保持架组合而成一个活齿行星轮；部件16和16′为两个内摆线轮，内摆线轮16′与机座固联，固定不动，齿圈状内摆线轮16′与输出轴11固联，随输出轴一起转动。减速器可看成是NN型行星传动，见图6，外摆线轮10′、活齿滚子组15以及内摆线轮16构成第一级变速；外摆线轮10″、活齿滚子组15′以及内摆线轮16′构成第二级变速，内外摆线轮和活齿轮之间的啮合原理见图6。当输入偏心轴1转动时，通过转臂轴承2和固定内摆线轮16，驱动外摆线轮10′和活齿滚子15作行星运动，实现第一级变速。外摆线轮10′的转动又通过一组联接螺栓传递给外摆线轮10″，外摆线轮10″随外摆线轮10′亦作行星转动，同时外摆线轮10″通过活齿滚子15′与内摆线轮16′啮合，驱动内摆线轮16′作定轴转动，内摆线轮16′的转动又通过输出轴11输出出去，实现两级减速。在这种减速器中，考虑到安装的需要，两级活齿与内外摆线轮之间均保留有间隙，这将降低传动精度和传动的平稳性。在运动的过程中，活齿滚子是通过保持架定位的，以第一级内外摆线轮和滚子为例，参见图7，当滚子17处于内外摆线轮相对的齿根之间时，如果滚子被内外摆线轮齿面压的足够紧，那么滚子17处于稳定位置，而这时滚子18或19处于内、外摆线轮相对的齿顶之间的不稳定的状态，这些滚子的位置是由滚子17通过保持架14、14′来维持的。保持架的精度低或受力后发生变形，或者滚子17本身的位置出现偏差，都将导致滚子18或19偏离其正确位置。致使传动不平稳，甚至出现“卡死”的现象。由于保持架起到定位的作用，所以它的加工精度要求高，加工困难。另外，由于内外摆线轮齿顶间的间隙较小，限制了保持架的厚度，使保持架的刚度无法提高，因此在其受力后容易发生变形。还有联接两个外摆线轮的一组铰制螺栓一方面限制了转臂轴承的尺寸，另一方面也增大了外摆线轮的制造难度。
摆线针轮行星减速器(见图8～9)是另一种与本发明比较相近齿轮传动机构，该减速器是一种N型少齿差行星传动，参见图8。它主要由四部分组成：(1)转臂，一般为输入偏心轴；(2)摆线轮，齿形为短幅外摆线，作为行星轮，通过转臂轴承2支撑在偏心轴1上。(3)针轮，由安装在针齿壳上沿圆周均匀分布的多个柱销组成，针齿壳固定在机座上，因此针轮为固定轮。(4)W输出机构，参见图9，在摆线轮和输出轴圆盘上相应的设有多个销孔和柱销。摆线轮运动时轮上的孔和输出轴上的柱销接触，摆线轮的转动通过W输出机构等角速度地传到输出轴11上。当输入轴转动时，通过转臂轴承驱动摆线轮运动，由于受固定针齿的限制作用，摆线轮作行星运动，摆线轮的自转通过W输出机构等角速度地传到输出轴上，并通过输出轴输出出去。
摆线针轮行星减速器适用于传动比大于9的情况，由于受结构的限制它的传动比不能小于9；W输出机构使得转臂轴承的尺寸很难增大，限制了转臂轴承的承载能力，转臂轴承寿命短是这种传动的薄弱环节；由于受齿面胶合破坏的影响，摆线针轮行星减速器一般传递的功率不超过100kW。
综上所述可以看出：目前采用保持架和转臂轴承是活齿双摆线传动为结构特征的减速器的薄弱环节，这种减速机构不仅结构复杂、保持架加工精度要求高，制造难度大，强度低、刚性差；而且受力后易发生变形或破坏，同时外摆线轮的联接螺栓限制了转臂轴承尺寸，使得转臂轴承的承载能力难以提高。
发明内容
本发明的目的：旨在提出一种结构简单、制造容易、运转可靠性好的曲柄针齿传动机构及其曲柄针齿减速器。
这种曲柄针齿传动机构设计的指导思想是：以活齿双摆线行星传动为原始机构，应用运动变换原理将活齿的行星运动转化为定轴转动，由曲柄针齿组成的针轮作平动；将外摆线轮的行星运动转化为定轴转动，得到一个外啮合的平动齿轮传动，从而达到去掉原始机构中存在的保持架和连接螺栓。
这种曲柄针齿传动机构，包括输入偏心轴1、曲柄针齿4、外摆线轮10、输出轴11和机座12；输入偏心轴与输出轴轴线重合；曲柄针齿与外摆线轮啮合；其设计原理是：输入偏心轴1、驱动盘3、曲柄针齿4和机座12组成单自由度双曲柄并联机构；曲柄针齿4与外摆线轮10的齿数差为1(或可抽齿)，外摆线轮10与输出轴11固联；当输入偏心轴1转动时，通过与其连接的驱动盘3使曲柄针齿4实现偏心自转，而曲柄针齿4组成的针轮作圆平动；同时曲柄针齿4与外摆线轮10啮合，驱动外摆线轮10定轴转动，并通过与其固联的输出轴11输出出去，实现同轴变速传动。
根据上述技术原理提出的一种曲柄针齿减速器，其所述输入偏心轴1通过轴承8支撑在箱体上，驱动盘3通过转臂轴承2支撑在输入偏心轴1上，曲柄针齿4通过轴承支撑在立板7上，外摆线轮10与输出轴11固联成一体，并通过轴承支撑在箱体上；外摆线轮10齿形一般为短幅外摆线。
根据以上设计原理提出的这种曲柄针齿传动机构及其曲柄针齿减速器，突破了长期以来齿轮传动的传统特征，该齿轮的轮齿与轮体的刚性联接为转动联接，使齿轮的全部轮齿成为以一组曲柄针齿为依托的偏心定轴转动的独立运动体。由于曲柄针齿与机架组成了曲柄针轮。采用了定轴转动的外摆线齿轮作为输出元件，并将其与输出轴固联。与现有活齿双摆线行星传动相比，这种结构使其省去了保持架和联接螺栓。与摆线针轮行星传动相比，省去了W输出机构，使得本发明的体积小，结构简单紧凑，零件数量减少，节省了材料，零件加工制造容易，降低了成本。每个曲柄针齿分别绕各自的定位孔定轴转动，可提高各曲柄针齿在运动过程中的位置精度，提高传动的平稳性和效率。省去了联接螺栓或W输出机构，可增大转臂轴承尺寸。
附图说明
附图1为本发明的传动原理图；
附图2为运用本发明原理的曲柄针齿减速器结构示意图；
附图3为图2的左视图；
附图4为图2的右视图；
附图5为活齿双摆线减速器结构示意图；
附图6为活齿双摆线减速器传动原理图；
附图7为活齿双摆线减速器的内外摆线轮啮合原理图；
附图8为摆线针轮行星减速器传动原理图；
附图9为摆线针轮行星减速器输出机构示意图。
图中1、输入偏心轴  2、转臂轴承  3、驱动盘  4、曲柄针齿(轮)  5、左端盖  6、壳体  7、立板  8、轴承  9、右端盖  10、10′、10″外摆线轮  11、输出轴  12、机座  13、联结螺栓  14、14′保持架  15、15′活齿滚子  16、16′内摆线轮  17、滚子  18、滚子  19、滚子
具体实施方式
以下合附图1-4进一步阐述本发明，并给出本发明的实施例。
附图1给出的是本发明的设计原理图，从该图中可以看出：
这种曲柄针齿传动机构，由输入偏心轴1、驱动盘3、曲柄针齿4、外摆线轮10、输出轴11和机座12组成，其设计原理是：输入偏心轴1、驱动盘3、曲柄针齿4和机座12组成单自由度双曲柄并联机构，且输入偏心轴1与输出轴11轴线重合；曲柄针齿4与外摆线轮10的齿数差为1(亦可抽齿)，外摆线轮10与输出轴11固联；当输入偏心轴1转动时，通过与其连接的驱动盘3使曲柄针齿4实现偏心自转，而曲柄针齿4组成的针轮作圆平动；同时曲柄针齿4与外摆线轮10啮合，驱动外摆线轮10定轴转动，并通过与其固联的输出轴11输出出去，实现同轴变速传动。
附图2-4给出的是根据上述设计原理提出的一种曲柄针齿减速器，该种减速器主要由输入偏心轴1、转臂轴承2、驱动盘3、曲柄针齿4、外摆线轮10、输出轴11和减速器箱体等零部件组成。输入偏心轴1通过轴承8支撑在箱体上，驱动盘3通过转臂轴承2支撑在输入偏心轴1上，曲柄针齿4通过轴承支撑在立板7上，外摆线轮10与输出轴11固联成一体，并通过轴承支撑在箱体上。当输入偏心轴1转动时，通过驱动盘3驱动曲柄针齿4自转，由曲柄针齿4构成的针轮作圆平动，曲柄针齿4与外摆线轮10啮合，驱动其定轴转动，作为输出运动，由输出轴11输出出去，实现定比传动。外摆线轮10齿形一般为短幅外摆线，外摆线轮齿齿数比针齿个数少1个。如针齿布置过密，可进行抽齿。

Claims (2)

1、一种曲柄针齿传动机构，包括输入偏心轴(1)、曲柄针齿(4)、外摆线轮(10)、输出轴(11)和机座(12)；输入偏心轴与输出轴轴线重合；曲柄针齿与外摆线轮啮合；其特征是：输入偏心轴(1)、驱动盘(3)、曲柄针齿(4)和机座(12)组成单自由度双曲柄并联机构；曲柄针齿(4)与外摆线轮(10)的齿数差为1或可抽齿，外摆线轮(10)与输出轴(11)固联；当输入偏心轴(1)转动时，通过与其连接的驱动盘(3)使曲柄针齿(4)实现偏心自转，而曲柄针齿(4)组成的针轮作圆平动；同时曲柄针齿(4)与外摆线轮(10)啮合，驱动外摆线轮(10)定轴转动，并通过与其固联的输出轴(11)输出出去，实现同轴变速传动。
2、一种具有如权利要求1所述曲柄针齿传动机构的曲柄针齿减速器，其特征在于：所述输入偏心轴(1)通过轴承(8)支撑在箱体上，驱动盘(3)通过转臂轴承(2)支撑在输入偏心轴(1)上，曲柄针齿(4)通过轴承支撑在立板(7)上，外摆线轮(10)与输出轴(11)固联成一体，并通过轴承支撑在箱体上；外摆线轮(10)齿形一般为短幅外摆线，外摆线轮齿齿数比针齿个数少1个。
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双曲柄环板式针摆行星传动的研究. 何卫东，李欣，李力行.机械工程学报，第36卷第5期. 2000
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