CN104500661B - 复合高阶摆线型行星传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合高阶摆线型行星传动装置，包括箱体及行星架，所述行星架通过支撑轴承设置在箱体上；所述行星架上设有输入轴及若干个行星轴，各行星轴均匀分布在输入轴周围，所述行星轴与输入轴均通过轴承支撑固定在行星架上；各行星轴上固定有渐开线行星轮及高阶摆线行星轮，所述输入轴上对应固定有太阳轮，所述箱体上对应固定有齿圈，所述渐开线行星轮与太阳轮相啮合，所述高阶摆线行星轮与齿圈相啮合；此传动装置具有结构紧凑，承载能力强、接触强度高，滑动率小、扭转刚度大，抗冲击性能强等优点，解决了现有技术中应用局限的缺陷。

Description

复合高阶摆线型行星传动装置

技术领域

本发明属于减速器领域，具体涉及一种复合高阶摆线型行星传动装置。

背景技术

随着现代工业的发展，机械化和自动化水平的不断提高，各工业部门需要越来越多的减速器，并对减速器提出了体积小、重量轻、传动比大、效率高、承载能力大、运转可靠以及寿命长等要求。现有的减速器虽种类繁多，但均具有较大的局限性：如普通圆柱齿轮减速器的体积大、结构笨重；普通涡轮减速器在大传动比时存在效率低下的问题；而渐开线少齿差行星减速器极易产生各种干涉，为避免干涉情况发生，齿轮副需采用较大的变位系数和传动啮合角，因此在设计过程中对齿轮几何参数的选择与计算工作相当繁琐，对输出机构的精度要求也较高，另外，因该类大功率减速器多处于理论阶段，实践经验少，实际应用尚存在一定难度；摆线针轮行星减速器虽能满足以上提出的要求，但其齿形加工困难，精度难以得到保证，且其加工成本较高，不利于大规模应用；对于摆线行星传动，存在转臂轴承寿命低、针齿销均布要求高、扇形孔输出机构加工精度高等问题，另外，制造该机构还需要使用专用设备制造，极大的提升了制造成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合高阶摆线型行星传动装置，该传动装置具有结构简单、承载能力强、传动效率高、运动平稳的优点。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种复合高阶摆线型行星传动装置，包括箱体及行星架，所述行星架通过支撑轴承设置在箱体上；所述行星架上设有输入轴及若干个行星轴，各行星轴均匀分布在输入轴周围，所述行星轴与输入轴均通过轴承支撑固定在行星架上；各行星轴上固定有渐开线行星轮及高阶摆线行星轮，所述输入轴上对应固定有太阳轮，所述箱体上对应固定有齿圈，所述渐开线行星轮与太阳轮相啮合，所述高阶摆线行星轮与齿圈相啮合。

进一步，所述高阶摆线行星轮的齿廓方程为：

所述齿圈的齿廓方程为：

式中：

x₁—高阶摆线行星轮齿廓上某一点在坐标系O₁X₁Y₁中的横坐标；

y₁—高阶摆线行星轮齿廓上某一点在坐标系O₁X₁Y₁中的纵坐标；

x₂—齿圈齿廓上某一点在坐标系O₂X₂Y₂中的横坐标；

y₂—齿圈齿廓上某一点在坐标系O₂X₂Y₂中的纵坐标；

z₁为高阶摆线行星轮齿数；z₂为齿圈齿数；m为高阶摆线行星轮及齿圈的模数；r₁为高阶摆线行星轮中分度圆及节圆的半径；r₂为齿圈中分度圆及节圆的半径；α为齿形参量；l_n为齿形调整参数；n为≥1的整数；为高阶摆线行星轮齿廓及齿圈齿廓的共轭啮合转角；z₁、z₂、m及l_n为具体设计参数；0＜α＜2π；e＝r₁+r₂； 且

进一步，所述行星轴有三个，各行星轴上均固定有两个渐开线行星轮及一个高阶摆线行星轮，所述高阶摆线行星轮位于两个渐开线行星轮之间。

本发明的有益效果在于：高阶摆线行星轮和齿圈采用高阶摆线共轭啮合，该共轭啮合齿廓为凸凹弧接触，接触和弯曲强度高，滑动率极小，疲劳寿命长；行星轴复合渐开线行星轮和高阶摆线行星轮传动、行星架两端支撑耦合输出的传动结构具有结构简单、扭转刚度大、传动精度高、运动平稳、抗冲击性能好、装配容易、成本低。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A向剖视图；

图3为图1的B-B向剖视图；

图4为高阶摆线齿廓的坐标系图；

图5为图4的A部放大图；

图6为高阶摆线齿廓的展形原理图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图所示，本实施例中的复合高阶摆线型行星传动装置，包括箱体1及行星架2，所述行星架2通过支撑轴承3设置在箱体1上；所述行星架2上设有输入轴4及若干个行星轴5，各行星轴5均匀分布在输入轴4周围，所述行星轴5与输入轴4均通过轴承6支撑固定在行星架2上；各行星轴5上固定有渐开线行星轮7及高阶摆线行星轮8，所述输入轴4上对应固定有太阳轮9，所述箱体1上对应固定有齿圈10，所述渐开线行星轮7与太阳轮9相啮合，所述高阶摆线行星轮8与齿圈10相啮合。

在本实施例中，行星架2两端的支撑轴承3支撑并分别安装在箱体1上，渐开线行星轮7及高阶摆线行星轮8均通过花键11固联在行星轴5上，太阳轮9通过花键11固联在输入轴4上。当输入轴4转动时，固联在输入轴4上的太阳轮9随之转动，与太阳轮9相啮合的渐开线行星轮7转动，转动的渐开线行星轮7通过花键11带动行星轴5转动；同时，固联在行星轴5上的高阶摆线行星轮8转动，高阶摆线行星轮8与齿圈10相啮合，齿圈10固定在箱体1上，通过行星轴5的复合作用，实现行星架2的耦合转动输出。该传动结构具有结构简单、扭转刚度大、传动精度高、运动平稳、抗冲击性能好、装配容易、成本低等优点，解决了现有减速器应用局限的缺陷。

作为上述方案的进一步改进，所述高阶摆线行星轮的齿廓方程为：

所述齿圈的齿廓方程为：

式中：

x₁—高阶摆线行星轮齿廓上某一点在坐标系O₁X₁Y₁中的横坐标；

y₁—高阶摆线行星轮齿廓上某一点在坐标系O₁X₁Y₁中的纵坐标；

x₂—齿圈齿廓上某一点在坐标系O₂X₂Y₂中的横坐标；

y₂—齿圈齿廓上某一点在坐标系O₂X₂Y₂中的纵坐标；

z₁为高阶摆线行星轮齿数；z₂为齿圈齿数；m为高阶摆线行星轮及齿圈的模数；r₁为高阶摆线行星轮中分度圆及节圆的半径；r₂为齿圈中分度圆及节圆的半径；α为齿形参量；l_n为齿形调整参数；n为≥1的整数；为高阶摆线行星轮齿廓及齿圈齿廓的共轭啮合转角；z₁、z₂、m及l_n为具体设计参数；0＜α＜2π；e＝r₁+r₂； 且

具体的，如图4所示：坐标系OXY为坐标原点在齿圈10中心处的固定坐标系，坐标系O₂X₂Y₂为坐标原点在齿圈10中心并与齿圈10固联的坐标系，坐标系O₁X₁Y₁为坐标原点在高阶摆线行星轮8中心并与高阶摆线行星轮固连的坐标系。根据齿轮共轭啮合齿廓的法线法原理，共轭啮合齿廓曲线可由原始曲线及给定的转角关系进行坐标变换得到。

多连杆的运动轨迹曲线具有凹凸弧特性，与共轭齿廓曲线的凹凸弧特性相同，本发明根据多连杆的运动轨迹提出高阶摆线行星轮的齿廓曲线，得到高阶摆线行星轮齿廓方程：

采用该曲线，可提高高阶摆线齿廓的疲劳强度、极大的降低滑动率、提升其承载能力。图6中点M的轨迹即为高阶摆线齿廓曲线。

齿圈齿廓13由高阶摆线行星轮齿廓12做共轭啮合法线法形成，即高阶摆线行星轮齿廓12满足啮合原理法线法方程的点变换，就可以得到齿圈齿廓13，最终得到由高阶摆线行星轮8和齿圈10组成的啮合副。

根据法线法推导公式：

(1)

(2)

(3)

(4)

依次将(1)、(2)式代入(3)式，再将(3)式代入(4)式，即可推导得出齿圈齿廓方程：

选定具体的齿轮参数，对高阶摆线行星轮8及齿圈10赋值：

n＝4、z₁＝17、z₂＝115、m＝2、l₁＝1.25、l₂＝0.1；

得到高阶摆线行星轮齿廓方程：

得到齿圈齿廓方程：

其中，

本实施例中，所述行星轴5有三个，各行星轴5上均固定有两个渐开线行星轮7及一个高阶摆线行星轮8，所述高阶摆线行星轮8位于两个渐开线行星轮7之间。此传动装置中，行星轴5复合高阶摆线行星轮8传动，齿廓凸凹弧接触，接触强度高，滑动率小；行星架2两端支撑，耦合功率输出，扭转刚度大，提高了抗冲击性能；双太阳轮9输入功率分流成六支路，结构紧凑，承载能力强。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种复合高阶摆线型行星传动装置，其特征在于：包括箱体及行星架，所述行星架通过支撑轴承设置在箱体上；所述行星架上设有输入轴及若干个行星轴，各行星轴均匀分布在输入轴周围，所述行星轴与输入轴均通过轴承支撑固定在行星架上；各行星轴上固定有渐开线行星轮及高阶摆线行星轮，所述输入轴上对应固定有太阳轮，所述箱体上对应固定有齿圈，所述渐开线行星轮与太阳轮相啮合，所述高阶摆线行星轮与齿圈相啮合；

所述高阶摆线行星轮的齿廓方程为

$\left\{\begin{array}{c}{x}_1\left(\mathrm{\α}\right)=\frac{{\mathrm{mz}}_1}{2}\cos \mathrm{\α}-l_1\cos (z_1-1)\mathrm{\α}-l_1\cos (z_1+1)\mathrm{\α}-l_2\cos ({2z}_1-1)\mathrm{\α}+l_2\cos ({2z}_1+1)\mathrm{\α}\\ -...-l_n\cos ({\mathrm{nz}}_1-1)\mathrm{\α}+l_n\cos ({\mathrm{nz}}_1+1)\mathrm{\α}\\ y_1\left(\mathrm{\α}\right)=\frac{{\mathrm{mz}}_1}{2}\sin \mathrm{\α}+l_1\sin (z_1-1)\mathrm{\α}-l_1\sin (z_1+1)\mathrm{\α}+l_2\sin ({2z}_1-1)\mathrm{\α}+l_2\sin ({2z}_1+1)\mathrm{\α}\\ +...+l_n\sin ({\mathrm{nz}}_1-1)\mathrm{\α}+l_n\sin ({\mathrm{nz}}_1+1)\mathrm{\α}\end{array}\right.;$

相应地，所述齿圈的齿廓方程为：

式中：

x₁—高阶摆线行星轮齿廓上某一点在坐标系O₁X₁Y₁中的横坐标；

y₁—高阶摆线行星轮齿廓上某一点在坐标系O₁X₁Y₁中的纵坐标；

x₂—齿圈齿廓上某一点在坐标系O₂X₂Y₂中的横坐标；

y₂—齿圈齿廓上某一点在坐标系O₂X₂Y₂中的纵坐标；

z₁为高阶摆线行星轮齿数；z₂为齿圈齿数；m为高阶摆线行星轮及齿圈的模数；r₁为高阶摆线行星轮中分度圆及节圆的半径；r₂为齿圈中分度圆及节圆的半径；α为齿形参量；l_n为齿形调整参数；n为≥1的整数；为高阶摆线行星轮齿廓及齿圈齿廓的共轭啮合转角；z₁、z₂、m及l_n为具体设计参数；0＜α＜2π；e＝r₁+r₂； 且

2.根据权利要求1所述的复合高阶摆线型行星传动装置，其特征在于：所述行星轴有三个，各行星轴上均固定有两个渐开线行星轮及一个高阶摆线行星轮，所述高阶摆线行星轮位于两个渐开线行星轮之间。