CN1043678C - 差动式内啮合行星齿轮结构 - Google Patents

Abstract

第一外齿轮靠多个从第一外壳突出的内销限制转动，只许摆动。第二外齿轮靠多个从输出轴突出的第二内销吸收摆动，只将转动分量传到输出轴。两外齿轮与结成一体的第一和第二内齿轮内啮合，该二内齿轮可旋转地由第一外壳支承。藉各齿轮的差动转动，输出轴相对输入轴的正转可得从负几十到无限大，或从正几十到无限大的减速比，其中“负”指反向转动，“正”指正向转动。如此可得一差动式内啮合行星轮结构，它减少了零件数，获得大减速比，并减小噪音。

Description

差动式内啮合行星齿轮结构

本发明涉及一种内啮合行星齿轮结构，更具体地说，涉及一种使用差动运动的(包括一个附加的运动)内啮合行星齿轮结构。

例如在未审查的日本专利出版物No.HEI3-27348中已经提出图7所示的一种使用内啮合行星齿轮的齿轮减速器。在这种齿轮减速器中，所有元件都由塑料制成。输入轴1的转速被降低，被降低的转速通过输出轴8(小齿轮9)输出。偏心体2整体地形成在输入轴1上，外齿轮3可转动地被偏心体2支承。

具有摆线齿部的外齿3a绕外齿轮3的外周整体地形成。多个柱形内销3b沿与输入轴1同轴线的圆周从外齿轮3上整体地伸出。

内齿轮4具有同外齿轮3的外齿3a内啮合的圆弧齿4a。内齿轮4起一个主外壳的作用，并且该主外壳安装在这个齿轮减速器上。

盘状法兰8d整体地形成在输出轴8的端部。在法兰8d上形成多个内销孔8a，内销3b与内销孔8a自由地配合。

输出轴8由支承盖7的支承部7a支承。输入轴1通过一个在输出轴8的端部形成的轴承孔8c被可旋转地支承着。小齿轮9以不致相对输出轴8转动和滑出的方式围绕输出轴8的另一端安装。

下面将简略说明齿轮减速器的功能。输入轴1的一个转动引起偏心体2的一个转动。偏心体2的一个转动迫使齿轮3被迫绕输入轴1摆动地转动。但是，外齿轮3的转动被内齿轮4所制约，因此，实际上外齿轮3仅当与内齿轮4内啮合时摆动。

假定外齿轮3的齿数为N，内齿轮4的齿数为(N+1)，两者之间的齿数差为1。这样，对于输入轴1的每一转来说，绕其轴转动的外齿轮3相对于固定的内齿4移动一个齿。换句话说，输入轴1的转动减小到外齿轮3的转动的-1/N(负号指的是反向的转动)。

关于外齿轮3的摆动和转动分量，摆动分量被在内销3b和内销孔8a之间的空间所吸收，只有转动分量通过内销3a传送到输出轴8上，从而得到减速比为1/N的减速。

输出轴8的转动被传递到绕输出轴8的端部固定安装的小齿轮9上。相连设备的齿轮W与小齿轮9啮合，将输出传递到相连设备上。

在图7所示的内啮合行星齿轮结构中，在输入轴1与输出轴8同轴线的条件下，可获得相对大的减速比。但在这种齿轮结构中，外齿轮的偏心转动可引起转动不平衡，这样就会在运行期间产生振动。

为了解决上述问题，已经提出图8所示类型的一种齿轮结构，该结构包括互相之间的偏心相位为180°的一对外齿轮3和3。通过相对于输入轴1使偏心齿轮3和3的偏心相位互成180°，就可以保证整个部件转动的平衡，从而将运行期间的振动在一定程度上加以抑制。

由于齿轮的实际尺寸(模数)，图7或图8所示的齿轮减速器很难无限提高减速比，而是具有一个上限，对于具有60毫米外径的齿轮减速器来说，该上限约为80。

另一方面，为了得到更高的减速比(例如几百或更高)，已经提出图9所示的一种包括互相叠合的两个上述内啮合齿轮结构A和B的齿轮减速器，或一种差动型齿轮结构。

图10示出一种在未审查的日本实用新型No.HEI4-111947中所公布的差动式行星齿轮结构。在该结构中，外齿轮11与12之间相对于输入轴13的偏心相位(曲柄部分14的相位差)设置为180°。外齿轮11与安装在外壳15上的内齿轮16啮合，外齿轮12与围绕着与输出轴17成为一体的盘18的周边部分形成的内齿轮9啮合。然后，外齿轮11和12通过曲柄状内销20互相连接。

这种结构可以通过在外齿轮11、12和内齿轮16、19之间的差动运动得到几百或者更多的减速比。

但是，这种现有技术的内啮合行星齿轮结构仍然有下列缺点：

1)曲柄状内销20需做为附件(在上述文件中要求有三个)，因而，增加了零件数量。

2)除非在每个曲柄状由销20的实际装配中所产生的误差在一个限定的范围内，否则不能得到平滑的差动运动，因而效率降低，噪音增大。由于这个原因，每个曲柄状内销20需在高度的质量管理条件下以高的尺寸精度制造，这样就增加了制造成本。

3)在运行期间，每个曲柄状内销20从外齿轮11和12承受双份力的负载，并且与输入轴的曲柄部分14的转动同步地绕它自身的轴线转动。因而，为了得到平滑的差动转动而同时抑制振力，轴承零件21和22需要合适的尺寸精度和合适的强度，进而需要一套合适的措施以使初始装配性能长期保持下去。在这方面，成本会增加或重量会提高。

因此，本发明的目的是提供一种高减速比的差动式内啮合行星齿轮结构。它能实现小型化、轻便、成本低、防噪声和防振。

为了实现上述目的，根据本发明的第一个实施例，提供了一种差动式内啮合行星齿轮结构，它包括：一个外壳；由所述外壳可转动地支承的一个输入轴和一个输出轴；第一和第二偏心体，固定在所述输入轴上，该轴向设置，互相成180°相位差；第一和第二外齿轮，分别可旋转地围绕所述第一和第二偏心体的外周设置，并且有多个分别沿轴向通过所述第一和第二外齿轮的第一和第二内销孔；第一和第二内齿轮，可旋转地由所述外壳支承，分别与所述第一和第二外齿轮内啮合，并且两内齿轮互相形成一体；多个第一内销，从所述外壳突出，并与所述第一外齿轮的第一内销孔自由配合，用于限制所述第一外齿轮的转动，并允许由于所述第一偏心体的转动所产生的所述第一外齿轮的摆动；以及多个第二内销，从所述输出轴突出，并且与所述第二外齿轮的所述第二内销孔自由配合，用于只传递所述第二外齿轮的转动分量，而吸收所述第二外齿轮的摆动分量。

为了达到上述目的，根据本发明的第二实施例，提供了一种差动式内啮合行星齿轮结构，它包括：

一个外壳；由所述外壳可转动地支承的一个输入轴和一个输出轴；第一和第二偏心体，固定在所述输入轴上，沿轴向设置，互相成180°相位差；第一和第二外齿轮，分别可旋转地围绕所述第一和第二偏心体的外周设置，并且有多个分别沿轴向突出的第一和第二内销；第一和第二内齿轮，可旋转地由所述外壳支承，分别与所述第一和第二外齿轮内啮合，并且两内齿轮互相形成一体；多个第一内销孔，设置在所述外壳上，同所述第一外齿轮的所述第一内销自由配合，用于限制所述第一外齿轮的转动，并允许由于所述第一偏心体的转动所产生的所述第一外齿轮的摆动；以及多个第二内销孔，形成在所述输出轴上，与所述第二外齿轮的所述第二内销自由配合，用于只传递所述第二外齿轮的转动分量，而吸收所述第二个齿轮和摆动分量。

为了达到上述目的，根据本发明的第三实施例，提供了一种差动式内啮合行星齿轮结构，它包括：

一个外壳；由所述外壳可转动地支承的一个输入轴和一个输出轴；第一和第二偏心体，固定在所述输入轴上，该轴向设置，互相成180°相位差；第一外齿轮，可旋转地围绕所述第一和偏心体的外周置，并具有多个沿轴向通过所述第一外齿轮的第一内销孔；第二外齿轮，可旋转地围绕所述第二偏心体的外周设置，并具有多个沿轴向突出的第二内销；第一和第二内齿轮，可旋转地由所述外壳支承，分别与所述第一和第二外齿轮内啮合，并且二内齿轮互相形成一体；多个第一内销，从所述外壳突出，并与所述第一外齿轮的第一内销孔自由配合，用于限制所述第一外齿轮的转动，并允许由于所述第一偏心体的转动所产生的所述第一外齿轮的摆动；以及多个第二内销孔，在所述输出轴上形成，与所述第二外齿轮的所述第二内销自由啮合，用于将所述第二外齿轮的转动分量传递到所述输出轴上，而吸收所述第二外齿轮的摆动分量。

为了达到上述目的，根据本发明的第四实施例，提供了一种差动式内啮合行星齿轮结构，它包括：

一个外壳；由所述外壳可转动地支承的一个输入轴和一个输出轴；第一和第二偏心体，固定在所述输入轴上，设轴向设置，互相成180°相位差；第一外齿轮，可旋转地围绕所述第一偏心体的外周设置，并具有多个沿轴向突出的第一内销；第二外齿轮，可旋转地围绕所述第二偏心体的外周设置，并具有多个沿轴向通过所述第二外齿轮的第二内销孔；第一和第二内齿轮，可旋转地由所述外壳支承，分别与所述第一和第二外齿轮内啮合，并且二内齿轮互相形成一体；多个第一内销孔，形成在所述外壳上，同所述第一外齿轮的所述第一内销自由配合，用于限制所述第一外齿轮的转动，并允许由于所述第一偏心体的转动所产生的所述第一外齿轮的摆动；以及

多个第二内销，从所述输出轴突出，并且与所述第二外齿轮的所述第二内销孔自由配合，用于只将所述第二外齿轮的转动分量传递给输出轴，而吸收所述第二外齿轮的摆动分量。

根据第一实施例，关于两个外齿轮中的一个(第一外齿轮)，它的转动受到限制，而只由多个自外壳突出的第一内销允许其摆动。关于另一个外齿轮(第二外齿轮)，其振动被吸收，而只由多个从输出端突出的第二内销传递其转动分量。

两个外齿轮都分别与相互形成一体的两个内齿轮内啮合，而且这些内齿轮由外壳可转动地支承着。结果，输出轴相对于输入轴正向转动可得到范围从负几十到无穷大，或从正几十到无穷大的减速比，其中，负号是指反向转动，正号是指正向转动。此外，当减速比无限增大时，输出轴的转速变为零，而不论输入轴的转速是多少。

在第二到第四实施例中，第一和第二内销与第一和第二内销孔互相调换，以得到与第一实施例相同的效果。

根据本发明，当两个外齿轮的相位差为180°时，两个外齿轮摆动地转动，从而在运行期间有可能保持动态平衡，并抑制振动的发生。

不需要曲柄状内销，从而可能很容易地降低造价，减小结构尺寸并减小噪声。

由于取消了现有技术的在运行期间曲柄状内销承受双份力的结构，有可能很容易地保持高度的刚性。

这样，本发明就可以在减少零件数量，结构简化的情况下得到大的减速比，并通过改变齿轮齿数的组合可以在相同外径的情况下得到各种减速比。

由于两个外齿轮在偏心方向上相互之间相位移为180°，这就可能在运行期间保持内部平衡，并抑制噪声的发生。

此外，由于取消了需要制造精确和装配精确的曲柄状销，从而可能降低成本，消除在曲柄状销上产生的损坏和噪声，并减少由于施加双份力所造成的曲柄轴承的负载。

本发明的上述的和其他的目的、特性和优点将从本发明的下述结合附图的说明中变得更清楚，在说明中用相同的零件号标示相同或相似的零件。

图1是使用本发明的差动式内啮合行星齿轮结构的齿轮减速器的一个实施例的局部垂直剖视的正视图；

图2是沿图1的剖切线Ⅱ-Ⅱ所做的剖视图；

图3表示本实施例的一个动力传动***的简图；

图4是一个表，示出一个通过改变本实施例中每个齿轮的齿数得到的减速比的例子；

图5是一个实施例的局部剖视正视图，其中本发明的差动式内啮合行星齿轮结构用在一个小尺寸直流电动机的输出部分上。

图6(a)和图6(b)是局部放大图，每张图都示出第一内销钉和第一内销钉孔，第二内销钉和第二内销钉孔分别互相调换的状态；

图7是一个局部剖视的正视图，示出使用现有技术的内啮合行星齿轮结构的齿轮减速器的例子；

图8是一个简图，示出一个例子，其中在图7所示的齿轮结构中使用两个外齿轮；

图9是一个简图，示出一个构造，其中图8所示的齿轮结构互相叠合，以获得大的减速比；以及

图10是一个简图，示出一个用以得到大的减速比的差动式内啮合行星齿轮结构的例子。

在下文中将参照附图说明本发明的实施例。

图1和图2示出一个使用本发明的差动式内啮合行星齿轮结构的塑料减速齿轮。图3是一个示出图1和图2所示的减速齿轮的动力传动***的简图。图4是示出所获得的减速比的图表。

在本实施例中，输入轴102的转动被减速，已被减速的转动从输出轴104输出。

塑料制的输入轴102是与第一和第二偏心体106和108一起整体模制的。第一和第二偏心体106和108在偏心方向相互之间的相位移为180°(也就是说，二者在相反的方向上)。在图中，第一和第二偏心体106和108直接由输入轴102做成一体，但是，它们也可以分别制成，然后和输入轴102装配在一起。

第一和第二外齿轮110和112也由塑料制成，它们分别围绕第一和第二偏心体106和108的外周可旋转地设置。围绕第一和第二外齿轮110和112的外周，它们分别具有外齿110a和112a，每个外齿都有一个摆线齿廓。多个第一和第二内销孔111和113分别设置在第一和第二外齿轮110和112上，轴向地穿透它们。

第一和第二外齿轮110和112的第一和第二外齿110a和112a分别与由塑料制成的第一和第二内齿轮114和116的第一和第二内齿(圆弧齿廓)114a和116a内啮合。第一和第二内齿轮114和116互相形成一个整体时(在图中所示的例子中事先整体模塑)，它们可旋转地由在第一外壳118的内部形成的导向部118b所支承。

用于可旋转地支承输入轴102的孔118a和用于可旋转地支承第一和第二内齿轮114和116的上述导向部118b在第一外壳118的内周侧形成。适于经过第一外齿轮110的第一内销孔111的多个第一内销122在第一外壳118上整体地和突起地形成。

用于可旋转地支承输出轴104的孔120a在第二外壳120上形成。第一和第二外壳118和120同轴线地互相配合成为整体。

输出轴104也由塑料制成。用于可旋转地支承输入轴102的中心口104a设置于输出轴104上。适于经过第二外齿轮112的第二内销孔113的多个第二内销钉124在输出轴104上整体地和突起地形成。输出轴104由第二外壳120可旋转地支承。

在下文中，将结合图3所示的简图说明本实施例的功能。

在图3中，第一外齿轮110和第二外齿轮112沿相对输入轴102的中心的互相相反的方向摆动地(偏心地)转动，这样就抵消了由于单摆转动所导致的动态不平衡。

本实施例中不需要任何曲柄形状的内销钉，从而减少了零件数量，并且消除了曲柄形的内销钉所引起的不便。

假定输入轴102的转动速度为N1，输出轴104的转动速度为N2，可得下列关系：

    N2={1-(S2·P1)/(S1·P2)}N1其中P1和P2是第一和第二外齿轮110和112的齿数；S1和S2是第一和第二内齿轮114和116的齿数。当N2为正值时，输出转动方向与输入转动方向相同；而当N2为负值时，输出转动方向与输入转动方向相反。

从上面的式子可以看出，当使第一***和第二***接合，以致齿数相互一致时，减速比无限增长，输出转速变为零。在这里，将具体说明输入转动怎样减速，以及减了速的转动怎样输出。减速动作通过零件的全部运动同时产生，然而为了方便起见，这里将分开描述这些减速动作。

现在，取齿轮的齿数为P1=29,P2=30,S1=30和S2=31。当输入轴102转动一次，第一外齿轮110摆动地转动一次，其中第一外齿轮110绕其轴线的转动由在第一外壳118上形成的第一内销122所限制。结果，同第一外齿轮110啮合的第一内齿轮114绕其轴线沿着和输入轴102相同的转动方向转动(S1-P1)/S1，即1/30个转动。

另一方面，假定第二内齿轮116不绕其轴线转动，当输入轴102转动一次时，同第一个***一样的第二外齿轮112绕其轴线沿与输入轴102相反的转动方向转动-(S2-P2)/P2，即-1/30个转动。但是，由于第二内齿轮116实际上与第一内齿轮114形成一个整体，第二内齿轮116绕其轴线沿与输入轴102相同的转动方向转动1/30个转动。这样，用于使第二***的每个齿轮啮合的输入轴102的有效转动变为(1-1/30)个转动，从而第二外齿轮112实际上绕自己的轴绕沿与输入轴102相反的转动方向转动-(1/30)×(1-1/30)个转动，即-1/31.03448277……个转动。

结果，由于终端输出转数成为第一内齿轮114和第二外齿轮112的差，所以1/30-1/30.03448277……=1/900个转动成为相应于输入轴102的一个转动的输出轴的转数。这样就可得到高达900的减速比。

通过使第一外齿轮110和第二外齿轮112之间的齿数差变小，可得到更大的减速比(在上述计算的例子中，当外齿轮和内齿轮的齿数差等于1时，可得到最大的减速比)。

图4是在P+1=S，即外齿轮与内齿轮之间的齿数之差为1的情况下，通过改变齿数(P1,P2)的组合，示出计算减速比的例子。在画斜线部分，减速比无限增加，输出转数变为零，与输入转数无关。从表中看得很清楚，通过稍微改变每个齿轮的齿数，同样的外径可以得到各种减速比，这是这种类型的齿轮减速器的主要特点之一。

下面，将结合图5说明与直流电动机直接相连的、具有差动或内啮合行星齿轮结构的齿轮减速器的实施例。

使与输入轴相同的电动机轴202的转动减速，而且经减速的转动从输出轴204输出。小型直流电动机通过一个电动机连接螺钉232同轴线地安装在第一外壳218上。由塑料制成的第一偏心体206和第二偏心体208通过压配合与电动机轴202连成一体。

第一和第二偏心体206和208在偏心方向上相互之间的相位移为180°(在相反方向上)。在这个例子中，第一和第二偏心体206和208事先做成一体，但是，它们也可以分开制做，然后互相合成一体。第一和第二外壳218和220的外径尺寸做成同小型有流电动机200的外径大体相同。结果，这种齿轮减速器可以以和独立式超低速直流小型电动机一样的形式销给用户。其它的构造同第一实施例中的一样，因此，在下面两个附图中，以同样数字标示同样的或类似的零件，因此可略去说明。

在本实施例中，齿轮减速器的每个元件都用塑料制成，但是，在本发明中，每个元件的材料不局限于塑料。

在第一和第二实施例中，第一内销孔111和211分别设置在第一外齿轮110和210的侧面，第一内销122和222分别设置在第一外壳118和218上，但是，如图6(a)所示，即使当第一内销122和222以及内销孔111和211在与本实施例反向的一侧形成，也可以获得同样的效果。

同样，如图6(b)所示，即使第二内销124和224以及第二内销孔113和213在与本实施例反向的一侧形成，也可以获得相同的效果。

Claims (4)

1．一种差动式内啮合行星齿轮结构，它包括：

一个外壳；

由所述外壳可转动地支承的一个输入轴和一个输出轴；

第一和第二偏心体，固定在所述输入轴上，沿轴向设置，互相成180°相位差；

其特征在于，所述行星齿轮结构还包括：

第一和第二外齿轮，分别可旋转地围绕所述第一和第二偏心体的外周设置，并且有多个分别沿轴向通过所述第一和第二外齿轮的第一和第二内销孔；

第一和第二内齿轮，可旋转地由所述外壳支承，分别与所述第一和第二外齿轮内啮合，并且两内齿轮互相形成一体；

多个第一内销，从所述外壳突出，并与所述第一外齿轮的第一内销孔自由配合，用于限制所述第一外齿轮的转动，并允许由于所述第一偏心体的转动所产生的所述第一外齿轮的摆动；以及

多个第二内销，从所述输出轴突出，并且与所述第二外齿轮的所述第二内销孔自由配合，用于只传递所述第二外齿轮的转动分量，而吸收所述第二外齿轮的摆动分量。

2．一种差动式内啮合行星齿轮结构，它包括：

一个外壳；

由所述外壳可转动地支承的一个输入轴和一个输出轴；

第一和第二偏心体，固定在所述输入轴上，沿轴向设置，互相成180°相位差；

其特征在于，所述行星齿轮结构还包括：

第一和第二外齿轮，分别可旋转地围绕所述第一和第二偏心体的外周设置，并且有多个分别沿轴向突出的第一和第二内销；

第一和第二内齿轮，可旋转地由所述外壳支承，分别与所述第一和第二外齿轮内啮合，并且两内齿轮互相形成一体；

多个第一内销孔，设置在所述外壳上，同所述第一外齿轮的所述第一内销自由啮合，用于限制所述第一外齿轮的转动，并允许由于所述第一偏心体的转动所产生的所述第一外齿轮的摆动；以及

多个第二内销孔，形成在所述输出轴上，与所述第二外齿轮的所述第二内销自由配合，用于只传递所述第二外齿轮的转动分量，而吸收所述第二个齿轮和摆动分量。

3．一种差动式内啮合行星齿轮结构，它包括：

一个外壳；

由所述外壳可转动地支承的一个输入轴和一个输出轴；

第一和第二偏心体，固定在所述输入轴上，沿轴向设置，互相成180°相位差；

其特征在于，所述行星齿轮结构还包括：

第一外齿轮，可旋转地围绕所述第一偏心体的外周置，并具有多个沿轴向通过所述第一外齿轮的第一内销孔；

第二外齿轮，可旋转地围绕所述第二偏心体的外周设置，并具有多个沿轴向突出的第二内销；

第一和第二内齿轮，可旋转地由所述外壳支承，分别与所述第一和第二外齿轮内啮合，并且二内齿轮互相形成一体；

多个第一内销，从所述外壳突出，并与所述第一外齿轮的第一内销孔自由配合，用于限制所述第一外齿轮的转动，并允许由于所述第一偏心体的转动所产生的所述第一外齿轮的摆动；以及

多个第二内销孔，在所述输出轴上形成，与所述第二外齿轮的所述第二内销自由啮合，用于将所述第二外齿轮的转动分量传递到所述输出轴上，而吸收所述第二外齿轮的摆动分量。

4．一种差动式内啮合行星齿轮结构，它包括：

一个外壳；

由所述外壳可转动地支承的一个输入轴和一个输出轴；

第一和第二偏心体，固定在所述输入轴上，沿轴向设置，互相成180°相位差；

其特征在于，所述行星齿轮结构还包括：

第一外齿轮，可旋转地围绕所述第一偏心体的外周设置，并具有多个沿轴向突出的第一内销；

第二外齿轮，可旋转地围绕所述第二偏心体的外周设置，并具有多个沿轴向通过所述第二外齿轮的第二内销孔；

第一和第二内齿轮，可旋转地由所述外壳支承，分别与所述第一和第二外齿轮内啮合，并且二内齿轮互相形成一体；

多个第一内销孔，形成在所述外壳上，同所述第一外齿轮的所述第一内销自由配合，用于限制所述第一外齿轮的转动，并允许由于所述第一偏心体的转动所产生的所述第一外齿轮的摆动；以及

多个第二内销，从所述输出轴突出，并且与所述第二外齿轮的所述第二内销孔自由配合，用于只将所述第二外齿轮的转动分量传递给输出轴，而吸收所述第二外齿轮的摆动分量。

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