CN104613134A - 同步摆线减速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步摆线减速装置，同步摆线减速装置包含偏心轮、固定刚轮、转动刚轮、轴承与偏心轴。偏心轮的第一层齿轮形成复数第一外齿牙以及第二层齿轮形成复数第二外齿牙。第一层齿轮叠合第二层齿轮。固定刚轮形成复数第一内齿牙，以啮合第一外齿牙。转动刚轮形成复数第二内齿牙，以啮合第二外齿牙。偏心轮包覆轴承，以及轴承包覆偏心轴。其中，偏心轮、轴承与偏心轴的轴心相异于同步摆线减速装置的***轴心。本发明藉由调配各齿轮的齿数，让减速比的可调整范围广与可决定转动刚轮与一动力源的运转方向相同或相反，以达到精度高、寿命长、体积小与成本低等的优势。

Description

同步摆线减速装置

技术领域

本发明涉及减速机的领域，具体涉及一种藉由调整双层偏心轮、固定刚轮与转动刚轮之间相关齿牙的数量，以决定减速比与运转方向的同步摆线减速装置。

背景技术

传统中，电机透过减速器降低其转速以提高扭力。减速器根据不同的应用，常见的减速器有行星减速器、谐波减速器与摆线减速器。

然而，减速器存在局限性，陈述如下：

以行星减速器为例，其限制为：1)单一行星减速器的减速比约2-10。若要提高减速比，则必须通过叠加行星减速器才能达到高减速比的功效；虽然行星减速器叠加可以提高减速比，但叠加之后的行星减速器会造成定位精度变差与成本增加等缺点；以及，2)由于行星减速器的可逆操作模式(即输出端与输入端可交替使用)，使得行星减速器不具备煞车功能；对此，当在需要精准定位(例如停止)的情形之下，动力源必须借助额外的一煞车装置，才能让行星减速器停止；但是，相对于不采用煞车装置的动力源，煞车装置会增加动力源的重量、体积、成本与用电量。

以谐波减速机为例，其限制为：1)谐波减速机采用柔轮，柔轮在长时期的形变过程中，会有金属疲乏的问题，再者，由于柔轮的壁厚较薄，当谐波减速机承受高扭力时，柔轮将容易裂开故障。上述的原因，都将直接地或是间接地导致谐波减速机的使用寿命缩短；2)谐波减速机受限于柔轮的形变量而无法达成30以下的减速比，因此，谐波减速机并不适合用于低减速比的产品；以及，3)谐波减速机受限于齿型模数不能无限制的缩小的因素，故无法将减速比提升至300以上，因此，谐波减速机并不适合用于高减速比的产品。

以传统的摆线减速器为例，其缺点为：1)摆线减速器设计成二根或三根的偏心轴，以推动双层偏心轮与刚轮啮合；但是，偏心轴使用轴承型号比较小(即偏心轴较细)，因此，在长时间使用之后，偏心轴容易损坏；2)摆线减速器的减速比是由刚轮与偏心轮决定，其减速比的公式为偏心轮的齿数/(偏心轮的齿数-刚轮的齿数)，若要达到300以上的高减速比，仅能增加偏心轮的齿数，或是减少刚轮与偏心轮之间的齿数差；但是，在有限空间内，偏心轮的齿数无法不断地增加或是齿数差无法不断地缩小至1以下。因此，摆线减速器要达到300以上的减速比，实际上是很难达成的；以及，3)摆线减速器具备煞车功能,适合应用在不可逆的操作模式。因此，摆线减速器不适合在可逆操作模式的应用。

有鉴于此，本发明提出一种同步摆线减速装置，以解决习知技术的缺失。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，本发明的第一目的提供一种同步摆线减速装置，包含偏心轮、固定刚轮与转动刚轮，通过调整偏心轮、固定刚轮与转动刚轮彼此之间齿数的数量，以达到决定减速比与运转方向的目的。

本发明的第二目的根据上述同步摆线减速装置，减速比涵盖低减速比、中减速比与高减速比等应用范围。

本发明的第三目的根据上述同步摆线减速装置，通过单一大型号的轴承与偏心轴贯穿偏心轮，以延长轴承的使用寿命与提升高承载的扭力。

本发明的第四目的根据上述同步摆线减速装置，由于是一级传动或最高二级传动，并且全部是刚性齿轮，可达到精度高、寿命长、体积小、重量轻与成本低的目的。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

同步摆线减速装置，其包括：

偏心轮，所述偏心轮具有第一层齿轮与第二层齿轮，所述第一层齿轮设有第一穿孔，所述第二层齿轮设有第二穿孔，所述第一层齿轮叠合第二层齿轮，所述第一层齿轮上设有若干第一外齿牙，所述第二层齿轮上设有若干第二外齿牙；

固定刚轮，所述固定钢轮上设有若干第一内齿牙，所述第一内齿牙与第一外齿牙啮合连接；

转动刚轮，所述转动钢轮上设有若干第二内齿牙，所述第二内齿牙与第二外齿牙啮合；

轴承，所述轴承上设有第三穿孔，所述轴承设置于第一穿孔与第二穿孔内；

偏心轴，所述偏心轴设置于第三穿孔内；以及

所述偏心轮、所述轴承与所述偏心轴的轴心相异于所述同步摆线减速装置的***轴心。

进一步的，所述第一内齿牙的齿数不等于第二内齿牙的齿数。

进一步的，所述第一外齿牙的齿数少于第一内齿牙的齿数，以及所述第二外齿牙的齿数少于所述第二内齿牙的齿数。

进一步的，所述第一层齿轮的尺寸等于第二层齿轮的尺寸，以及所述第一外齿牙的齿数等于所述第二外齿牙的齿数。

进一步的，所述第一层齿轮的尺寸不等于第二层齿轮的尺寸，以及所述第一内齿牙的齿数减去第一外齿牙的齿数的差值等于所述第二内齿牙的齿数减去第二外齿牙的齿数的差值，所述差值为正数。

进一步的，所述第一内齿牙的齿型模数与第一外齿牙的齿型模数相对应，所述第二内齿牙的齿型模数与第二外齿牙的齿型模数相对应，所述第一外齿牙的齿型模数不等于第二外齿的齿型模数，所述第一内齿牙的齿数减去第一外齿牙的齿数为第一差值，所述第二内齿牙的齿数减去第二外齿牙的齿数为第二差值，所述第一差值与第二差值各为正数，其中第一差值与第二差值的比值等于第二外齿牙与第一外齿牙的齿型模数比值。

进一步的，所述第一外齿牙、第二外齿牙、第一内齿牙与第二内齿牙配合形成一减速比，减速比的数学式表示为B/(B－A×P),其中A为第一内齿牙的齿数、B为第二内齿牙的齿数与P为介质传递常数，所述介质传递常数P为第二外齿牙与第一外齿牙的齿数比值。

进一步的，还包括一动力源，所述动力源朝第一运动方向转动，当减速比为正数，则所述转动刚轮以第一运动方向转动，以及当减速比为负数，则所述转动刚轮以第二运动方向转动，其中第二运动方向反向于第一运动方向。

本发明的有益效果是:

与所知技术相较，本发明的同步摆线减速装置，可藉由调整偏心轮、固定刚轮与转动刚轮之间的齿数关系，以决定减速比与运转的方向。其中，减速比的减速范围涵盖低、中与高减速比。

同步摆线减速装置的动作原理为，动力源驱动偏心轴，偏心轴推动偏心轮，让偏心轮变动位置(此造成偏心轮公转)。在啮合的过程中，由于偏心轮与固定刚轮之间有齿差，造成偏心轮产生自转，又偏心轮同时地啮合转动刚轮，而带动转动刚轮运转。其中，转动刚轮做为同步摆线减速装置的输出。

总言之，本发明的同步摆线减速装置可根据应用的需求，通过调整齿牙数量或齿型模数除可解决传统的行星减速器、谐波减速器与摆线减速器的缺点之外，还可以维持各类减速器原有的优点。

相较于传统的行星减速器，本发明可在固定的齿轮数量之下，利用改变齿牙数量，以对减速比进行大范围的调整，以解决行星减速器必须要藉由叠加多个星型减速器才能达到高减速比的缺点。再者，由于不需要再额外叠加多个减速器，因此，本发明并不会有定位精度变差与成本增加等缺点。另外，本发明可藉由改变齿差而决定可逆操作模式与不可逆操作模式的任一种模式，故可满足各种可逆操作模式或不可逆操作模式的应用，而传统的行星减速器仅具有可逆操作模式，无法设计成不可逆操作模式。

相较于传统的谐波减速器，本发明采用刚性的齿轮，因此，本发明不存在谐波减速机因采用柔轮导致使用寿命短的问题。再者，本发明可以通过调整齿牙数量或齿型模数来决定减速比，故本发明除保有原有谐波减速器的中高减速比的范围外，更能扩展低减速比与更高减速比的范围，因此，本发明可视情况满足低、中或高减速比的应用。

相较于传统的摆线减速器，由于本发明仅采用一根偏心轴，故本发明可使用较大型号的偏心轴与轴承贯穿偏心轮，以延长该轴承的使用寿命与提升承载的扭力，进而解决传统的摆线减速器之偏心轴因采用的轴承型号小而容易发生损坏的缺点。另外，本发明可通过改变齿差而决定可逆操作模式与不可逆操作模式的任一种模式，故可满足各种操作应用的需求，而传统的该摆线减速器仅具有不可逆操作模式，相对应用范围便因此缩减。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术中的技术方案，下面将对实施例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是本发明第一实施例的分解示意图；

图2是本发明第二实施例的分解示意图；

图3是本发明第三实施例的分解示意图。

具体实施方式

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，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1所示，是本发明第一实施例之同步摆线减速装置的分解示意图。在第1图中，同步摆线减速装置10包含偏心轮12、固定刚轮14、转动刚轮16、轴承18与偏心轴20。

偏心轮12包含第一层齿轮122与第二层齿轮124。第一层齿轮122形成第一穿孔1222，以及第二层齿轮124形成第二穿孔1242。第一层齿轮122叠合第二层齿轮124，以形成偏心轮12。第一层齿轮122形成复数第一外齿牙1224，等第一外齿牙1224的齿数为P1。第二层齿轮124形成复数第二外齿牙1244，等第二外齿牙1244的齿数为P2。

于本实施例中，第一层齿轮122的尺寸等于第二层齿轮124的尺寸。因此，第一层齿轮122叠合第二层齿轮124之后，可视为单一个构件，彼此不产生相对运动。

固定刚轮14形成若干第一内齿牙142，第一内齿牙142的齿数为A。第一内齿牙142啮合第一外齿牙1224。第一内齿牙142的齿数A多于第一外齿牙1224的齿数P1。

转动刚轮16形成复数第二内齿牙162，第二内齿牙162的齿数为B。第二内齿牙162啮合第二外齿牙1244。其中，第二内齿牙162的齿数B多于第二外齿牙1244的齿数P2。

再者，第一内齿牙142的齿数A不等于第二内齿牙162的齿数B。

轴承18具有第三穿孔182，轴承18设置于第一穿孔1222与第二穿孔1242。

偏心轴20具有第四穿孔202。偏心轴20设置于轴承18的第三穿孔182。于其它实施例中，第四穿孔202并非必要的条件，即在其他实施例中，偏心轴20并无第四穿孔202。

值得注意的是，偏心轮12、轴承18与偏心轴20的轴心(图未示)，并非为与同步摆线减速装置10的***轴心(即图式的中心轴线)一致，而是具有自己的轴心。因此，当偏心轴20受到一动力源(图未示)的驱动，偏心轴20转动。由于偏心轴20不在同步摆线减速装置10的中心轴，使得偏心轴20以偏轴心的方式推动轴承18，进而轴承18以偏轴心的方式推动偏心轮12，而能够偏心轮12啮合固定刚轮14与转动刚轮16。

在啮合的过程中，由于偏心轮12与固定刚轮14之间有齿差，造成偏心轮12产生自转，又偏心轮12同时地啮合转动刚轮16，以带动转动刚轮16运转。转动刚轮16做为同步摆线减速装置10的输出，运转的速度由原本动力源的第一转速下降至转动刚轮16的第二转速。第一转速与第二转速之间存在一减速比。其中，减速比的数学式表示为：

B/(B－A×P)

其中，A为第一内齿牙142的齿数、B为第二内齿牙162的齿数与P为介质传递常数。介质传递常数P为第二外齿牙1244与第一外齿牙1224的齿数比值(P2/P1)。由于第一外齿牙1224与第二外齿牙1244的齿数相同。因此，于本实施例中，介质传递常数P为1，减速比可进一步简化成：

B/(B－A)

参照图2所示，是本发明第二实施例的同步摆线减速装置的分解示意图。在第2图中，同步摆线减速装置10’包含第一实施例中的固定刚轮14、转动刚轮16、轴承18与偏心轴20，而与第一实施例不同之处，在于偏心轮12’的结构。

偏心轮12’包含第一层齿轮122与第二层齿轮124，第一层齿轮122的尺寸与第二层齿轮124的尺寸不相同。于本实施例中，是以第一层齿轮122的尺寸大于第二层齿轮124的尺寸为例说明，于其它实施例中，第一层齿轮122的尺寸可小于第二层齿轮124的尺寸。于第一层齿轮122叠合第二层齿轮124之后，可视为单一个构件，彼此不产生相对运动。

第一层齿轮122形成第一穿孔1222，以及第二层齿轮124形成第二穿孔1242。第一层齿轮122叠合第二层齿轮124，以形成偏心轮12。第一层齿轮122形成若干第一外齿牙1224，第一外齿牙1224的齿数为P1。第二层齿轮124形成若干第二外齿牙1244，第二外齿牙1244的齿数为P2。第一外齿牙1224与第二外齿牙1244具有相同的齿型模数。

固定刚轮14形成复数第一内齿牙142，第一内齿牙142的齿数为A。第一内齿牙142啮合第一外齿牙1224。其中，第一内齿牙142的齿数A多于第一外齿牙1224的齿数P1。

转动刚轮16形成复数第二内齿牙162，第二内齿牙162的齿数为B。第二内齿牙162啮合第二外齿牙1244。其中，第二内齿牙162的齿数B多于第二外齿牙1244的齿数P2。

值得注意的是，第一内齿牙142的齿数A不等于第二内齿牙162的齿数B。第一内齿牙142的齿数A减去第一外齿牙1224的齿数P1之差值等于第二内齿牙162的齿数B减去第二外齿牙1244的齿数P2之差值，值为正数。

通过第一外齿牙1224、第二外齿牙1244、第一内齿牙142与第二内齿牙162配合形成一减速比。其中，减速比的数学式表示为：

B/(B－A×P)

其中A，为第一内齿牙142的齿数、B为第二内齿牙162的齿数与P为介质传递常数。介质传递常数P为第二外齿牙1244与第一外齿牙1224的齿数比值(P2/P1)。因此，减速比的数学式可进一步改写成：

B/(B－A×(P2/P1))

参照图3所示，是本发明第三实施例之同步摆线减速装置的分解示意图。在第3图中，同步摆线减速装置10”包含第一实施例中的固定刚轮14、转动刚轮16、轴承18与偏心轴20，而与第一实施例不同之处，同样在于偏心轮12”的结构。

偏心轮12”包含第一层齿轮122与第二层齿轮124，具有不同的是齿型模数(即齿牙的尺寸)。于本实施例中，是以第一层齿轮122的齿型模数X大于第二层齿轮124的齿型模数Y为例说明。于其它实施例中，第一层齿轮122的齿型模数X可小于第二层齿轮124的齿型模数Y。

于第一层齿轮122叠合第二层齿轮124之后，可视为单一个构件，彼此不产生相对运动。

第一层齿轮122形成第一穿孔1222，以及第二层齿轮124形成第二穿孔1242。第一层齿轮122叠合第二层齿轮124，以形成偏心轮12。第一层齿轮122形成复数第一外齿牙1224，第一外齿牙1224的齿数为P1。第二层齿轮124形成复数第二外齿牙1244，第二外齿牙1244的齿数为P2。

固定刚轮14形成复数第一内齿牙142，第一内齿牙142的齿数为A。其中，第一内齿牙142的齿型模数对应于第一外齿牙1224的齿型模数。第一内齿牙142啮合第一外齿牙1224。其中，第一内齿牙142的齿数A大于第一外齿牙1224的齿数P1，以及第一内齿牙142的齿数A减去第一外齿牙1224的齿数P1为第一差值D1，第一差值D1为正数。

转动刚轮16形成复数第二内齿牙162，第二内齿牙162的齿数为B。其中，第二内齿牙162的齿型模数对应于第二外齿牙1244的齿型模数。第二内齿牙162啮合第二外齿牙1244。其中，第二内齿牙162的齿数B大于第二外齿牙1244的齿数P2，以及第二内齿牙162的齿数B减去第二外齿牙1244的齿数P2为第二差值D2，第二差值D2为正数。

值得注意的是，第一内齿牙142的齿数A不等于第二内齿牙162的齿数B。

再者，第一差值D1、第二差值D2，与齿型模数X,Y之间的关系式为：

$\frac{D1}{D2}=\frac{Y}{X}$

换言之,第一差值D1与第二差值D2的比值等于第二外齿牙1244与第一外齿牙1224的齿型模数比值(Y/X)。

藉由第一外齿牙1224、第二外齿牙1244、第一内齿牙142与二内齿牙162配合形成一减速比。其中，减速比的数学式表示为：

B/(B－A×P)

其中A，为第一内齿牙142的齿数、B为第二内齿牙162的齿数与P为介质传递常数。介质传递常数P为第二外齿牙1244与第一外齿牙1224的齿数比值(P2/P1)。因此，减速比的数学式可进一步改写成：

B/(B－A×(P2/P1))

值得注意的是，在实施例一至三中，同步摆线减速装置10,10’,10”更包含一动力源(图未示)。动力源转动时，是朝第一运动方向(例如顺时针方向)运转。当减速比为正数，则转动刚轮16以顺时针方向运转；但当减速比为负数时，则转动刚轮16以第二运动方向(例如逆时针方向)运转。换言之，通过调整减速比为正数或负数，即可决定转动刚轮16的运转方向是否与动力源的运转方向相同或是相反。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.同步摆线减速装置，其特征在于，其包括：

偏心轮，所述偏心轮具有第一层齿轮与第二层齿轮，所述第一层齿轮设有第一穿孔，所述第二层齿轮设有第二穿孔，所述第一层齿轮叠合第二层齿轮，所述第一层齿轮上设有若干第一外齿牙，所述第二层齿轮上设有若干第二外齿牙；

固定刚轮，所述固定钢轮上设有若干第一内齿牙，所述第一内齿牙与第一外齿牙啮合连接；

转动刚轮，所述转动钢轮上设有若干第二内齿牙，所述第二内齿牙与第二外齿牙啮合；

轴承，所述轴承上设有第三穿孔，所述轴承设置于第一穿孔与第二穿孔内；

偏心轴，所述偏心轴设置于第三穿孔内；以及

所述偏心轮、所述轴承与所述偏心轴的轴心相异于所述同步摆线减速装置的***轴心。

2.根据权利要求1所述的同步摆线减速装置，其特征在于：所述第一内齿牙的齿数不等于第二内齿牙的齿数。

3.根据权利要求2所述的同步摆线减速装置，其特征在于：所述第一外齿牙的齿数少于第一内齿牙的齿数，以及所述第二外齿牙的齿数少于所述第二内齿牙的齿数。

4.根据权利要求3所述的同步摆线减速装置，其特征在于：所述第一层齿轮的尺寸等于第二层齿轮的尺寸，以及所述第一外齿牙的齿数等于所述第二外齿牙的齿数。

5.根据权利要求4所述的同步摆线减速装置，其特征在于：所述第一外齿牙、第二外齿牙、第一内齿牙与第二内齿牙配合形成一减速比，所述减速比的数学式表示为B/(B－A×P),其中A为第一内齿牙的齿数、B为第二内齿牙的齿数与P为介质传递常数，所述介质传递常数P为第二外齿牙与第一外齿牙的齿数比值。

6.根据权利要求3所述的同步摆线减速装置，其特征在于：所述第一层齿轮的尺寸不等于第二层齿轮的尺寸，以及所述第一内齿牙的齿数减去第一外齿牙的齿数的差值等于所述第二内齿牙的齿数减去第二外齿牙的齿数的差值，所述差值为正数。

7.根据权利要求6所述的同步摆线减速装置，其特征在于：所述第一外齿牙、第二外齿牙、第一内齿牙与第二内齿牙配合形成一减速比，所述减速比的数学式表示为B/(B－A×P)，其中A为第一内齿牙的齿数、B为第二内齿牙的齿数与P为介质传递常数，所述介质传递常数P为第二外齿牙与第一外齿牙的齿数比值。

8.根据权利要求3所述的同步摆线减速装置，其特征在于：所述第一内齿牙的齿型模数与第一外齿牙的齿型模数相对应，所述第二内齿牙的齿型模数与第二外齿牙的齿型模数相对应，所述第一外齿牙的齿型模数不等于第二外齿的齿型模数，所述第一内齿牙的齿数减去第一外齿牙的齿数为第一差值，所述第二内齿牙的齿数减去第二外齿牙的齿数为第二差值，所述第一差值与第二差值各为正数，其中第一差值与第二差值的比值等于第二外齿牙与第一外齿牙的齿型模数比值。

9.根据权利要求8所述的同步摆线减速装置，其特征在于：所述第一外齿牙、第二外齿牙、第一内齿牙与第二内齿牙配合形成一减速比，所述减速比的数学式表示为B/(B－A×P)，其中A为第一内齿牙的齿数、B为第二内齿牙的齿数与P为介质传递常数，所述介质传递常数P为第二外齿牙与第一外齿牙的齿数比值。

10.根据权利要求5或7或9所述的同步摆线减速装置，其特征在于：还包括一动力源，所述动力源朝第一运动方向转动，当减速比为正数，则所述转动刚轮以第一运动方向转动，以及当减速比为负数，则所述转动刚轮以第二运动方向转动，其中第二运动方向反向于第一运动方向。