CN107687500A - 包络线齿轮传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包络线齿轮传动装置，属于机械传动技术领域。本发明的传动装置包括动力输入轴、偏心运动齿轮、曲柄（或转臂）、行星齿轮、偏心运动齿轮自转控制机构、等角速比机构、输出轴、传动装置外壳体组成。通过本发明所述的包络线齿轮与行星齿轮的组合构成少齿差行星传动方案，两者的齿数差可以小于一，能够大幅提高传动比，可以用于各种运动和动力的传动。本发明所述的传动装置，具有：结构简单，制造容易，维修方便，传动比范围大，传动效率高，传递功率大，传动可靠，使用成本低等特点。

Description

包络线齿轮传动装置

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，涉及一种齿轮传动装置，更具体的是少齿差行星传动装置。

背景技术

在现有的少齿差行星传动技术中，一般采用行星齿轮与固定内齿轮啮合，两者齿差为一齿时，传动比最大。这种传动装置具有传动比大，结构简单，体积小，重量轻，加工维修容易，效率较高等诸多优点，但因两者齿数差小，相应地存在一些缺点，如变位计算比较复杂，啮合角增大，轴和轴承受载较大，齿型减小，承载能力有所降低，传动比受两者齿数的限制等。

本发明的目的是利用多齿差齿轮副实现微齿差行星传动，在本发明的传动装置中，利用偏心运动齿轮节圆的包络线形成另外一个实际工作的内齿轮，使得这个实际的工作齿轮与行星齿轮的齿数差可以远小于一，而偏心运动齿轮与行星齿轮是多齿差，从而消除因齿轮副的齿数差太小而带来的一些缺点又可显著增大传动比。

发明内容

本发明的技术方案是设计一种传动装置，行星齿轮与偏心运动齿轮啮合，它们的齿差可以是多齿数，不受传动比限制，在传动过程中，偏心运动齿轮节圆的包络线形成一个新的节圆，与之相应的偏心运动齿轮的轮齿构成一个实际的工作齿轮，这个起实际作用的工作齿轮，本发明称之为“包络线齿轮”。

本发明的传动装置中，行星齿轮与所述偏心运动齿轮的内啮合就是与所述包络线齿轮内啮合，从而实现包络线齿轮与行星齿轮的少齿差行星传动。

所述传动装置主要包括动力输入（曲柄）轴1；固定齿轮2；支撑偏心运动齿轮的曲柄及轴承3；控制行星齿轮4；偏心运动控制齿轮5；偏心运动母齿轮6；输出行星齿轮7；等角速比机构和输出轴8；传动装置外壳9组成。固定齿轮2、控制行星齿轮4和偏心运动控制齿轮5构成自转控制机构。

所述偏心运动母齿轮6为内齿圈，是在传动过程中形成包络线齿轮的母齿轮，其齿数较大于输出行星齿轮的齿数，与行星齿轮的齿数差大于两者非啮合区轮齿不会产生相互干涉的齿数差，它们的齿数差不受传动比的限制。

所述偏心运动控制齿轮5可以是内齿轮或外齿轮，和偏心运动母齿轮6同轴心并连接在一起。

所述曲柄轴是与输入轴连成一体，其曲柄是行星齿轮和偏心运动齿轮的转臂，驱动行星齿轮和偏心运动齿轮绕输入轴轴心转动。

所述偏心运动控制齿轮5、偏心运动母齿轮6除随曲柄轴转动做偏心运动外还有独立绕其轴心转动的自转。

所述偏心运动齿轮的自转是指偏心运动齿轮绕其自己轴心的转动；是受自转控制机构约束，控制机构的作用是控制偏心运动齿轮自转的速度和方向。

所述包络线齿轮是偏心运动母齿轮6在传动过程中，其节圆包络线形成另外一个节圆，与该圆相对应的偏心运动母齿轮6的周齿所形成的工作齿轮。

所述母齿轮在绕驱动轴偏心转动时，也可以绕其自己的轴心转动，随着自转速度的不同，节点的变化会出现两种特殊状况：

一种是自转速度为零时，节点不变，啮合的齿不变，母齿轮与行星齿轮相对固定不动，共同绕驱动轴转运动；

另一种是当自转速度为某一特定速度时，节点是连续变化的且形成另外一个节圆，这些节点有一个共同特点，相对于驱动轴是固定不动的。例如：当一个内齿圈绕一个直径较小于它的固定圆柱齿轮内啮合转动时，节点是与圆柱齿轮一样固定不动的，而内齿圈的轴心围绕固定圆柱齿轮的轴心转动，同时内齿圈本身（即内齿圈上的周齿）又围绕内齿圈自己的轴心转动。这个实例说明，内齿圈上这样瞬时相对驱动轴静止不动的一系列连续的节点是存在的，这些节点所形成的另一个节圆就是内齿圈节圆的包络线，与之相应的内齿圈的周齿就构成一个所述的包络线齿轮。这个包络线齿轮，在工作中与直径相等的固定的内齿圈所起的作用相同。

所述包络线齿轮的半径与母齿轮的半径和其偏心距关系为：

r = R – e

r：包络线齿轮的半径；

R：偏心运动母齿轮的半径；

e：偏心运动母齿轮的偏心距。

要形成所述包络线齿轮，所述偏心运动母齿轮的自转速度与偏心运动齿轮驱动轴的转动速度满足下列关系：

n×R = N×e

n：偏心运动母齿轮的自转速度；

R：偏心运动母齿轮的半径；

N：偏心运动齿轮驱动轴的转速；

e：偏心运动母齿轮的偏心距。

所述偏心运动齿轮自转控制机构，是根据上述原则，按照设定的要求控制母齿轮自转的速度和方向，其自转的方向与偏心运动齿轮做偏心运动的方向一至。

所述偏心运动齿轮自转转速控制机构，由固定齿轮2、控制行星齿轮4 和偏心运动控制齿轮5 构成；控制行星齿轮4 分别与固定齿轮2 和偏心运动控制齿轮5 啮合，在它们之间起过渡作用。

当固定齿轮2 和偏心运动控制齿轮5 可以直接啮合时，自转控制机构就不需要控制行星齿轮4 过渡。

所述传动装置中，偏心运动母齿轮在工作过程中形成一个半径为 R – e 的包络线齿轮，在传动过程中所述包络线齿轮的作用等同一个相应的固定内齿圈，构成所述包络线齿轮的实体齿是周期性变化的母齿轮的周齿，而形成包络线齿轮的齿数是不变的。

所述母齿轮的偏心距 e ，可以在 0 到 R 范围内任意选定，相应地包络线齿轮的半径或齿数也随之确定，在传动装置中，包络线齿轮的齿数是固定的，但齿数不限于是整数。

所述包络线齿轮的齿数可以大于行星齿轮的齿数，也可以小于行星齿轮的齿数，它们的齿数差可以是少于一的微齿差，因而能实现更大的传动比。

所述等角速比传动机构，是将输出行星齿轮的绝对转速等效地传递给输出机构。

所述传动装置中，偏心运动齿轮的支撑方式，可以在内置曲柄和轴承支撑，也可以外置曲柄和轴承支撑。

所述传动装置中，存在偏心运动的机构，可以协调布置各构件或增加平衡机构，保持转动平衡，实现平稳运转。

所述包络线齿轮传动装置，其齿轮副可以是渐开线齿轮或摆线针轮等。

所述包络线齿轮传动装置，除上述内啮合方式，也很容易以行星齿轮与包络线齿轮外啮合方式，实现行星齿轮传动。

所述传动装置，输入、输出和传动装置外壳的作用可以互为转换，即：固定外壳，所述输入轴和输出轴可以对调；固定输入轴，外壳和输出轴可以互为输入输出；固定输出轴，外壳和输入轴也可以互为输入输出。

本发明所述传动装置不存在非啮合区轮齿的相互干涉，避免了现有技术中因齿差小带来的问题。

本发明所述的传动装置，输出行星齿轮与包络迹齿轮齿数差可以比一少得多的微齿差，因而可以在不增加行星齿轮与偏心运动母齿轮齿数的情况下，大幅提高传动比，同时也提高了承载能力。

附图说明

图1为本发明的传动图。

图1中，1- 输入（曲柄）轴；2- 固定齿轮；3-支撑偏心运动齿轮的曲柄及轴承；4-控制行星齿轮；5-偏心运动控制齿轮；6- 偏心运动母齿轮；7- 输出行星齿轮；8- 等角速比机构（输出轴）；9- 传动装置外壳。

图2为实施方式一的传动图。

图2中，1- 输入（曲柄）轴；2-支撑偏心运动齿圈的曲柄盘及轴承；3- 偏心运动母齿圈；4- 偏心运动控制齿圈；5- 固定齿圈；6- 输出行星齿轮和轴；7- 传动装置外壳。

图3为实施方式二的传动图。

图3中，1- 输入（曲柄）轴；2- 固定齿圈；3-支撑偏心运动齿圈的曲柄及轴承；4-偏心运动控制齿圈；5- 偏心运动母齿圈；6- 输出行星齿轮和轴；7- 传动装置外壳。

具体实施方式

本发明列举两种具体实施方式，在所列举的方式中，控制机构的固定齿圈与偏心运动控制齿圈的齿数差值和输出行星齿轮与偏心运动母齿圈的齿数差值相差不大于一。

所列举的方式中，包络线齿轮的直径与输出行星齿轮的直径相差小于一毫米。

具体实施方式一：

如图2 所示，是本发明的具体实施方式一，为包络线齿轮少齿差行星传动装置，包括输入轴（曲柄轴）1、支撑偏心运动齿圈的曲柄盘及轴承2、偏心运动母齿圈3、偏心运动控制齿圈4、固定齿圈5、输出行星齿轮和轴6、传动装置外壳7。

所述实施方式一中，输入轴1 与曲柄盘2 连接在一起。

所述实施方式一中，偏心运动齿圈3、4 均为内齿圈，两者同轴心并且连接在一起。

偏心运动齿圈3、4 通过外置轴承安装在曲柄盘2 内，由曲柄盘2 驱动做偏心运动，同时还可以绕自己的轴心转动。

固定齿圈5 是外齿圈，同传动装置外壳连7接在一起，和偏心运动控制齿圈4 内啮合。

固定齿圈5 和偏心运动控制齿圈4 构成偏心运动齿圈的自转控制机构。通过控制齿圈4 与固定齿圈5 啮合，控制偏心运动齿圈3、4 在传动过程中的自转速度与方向。其自转的速度和其偏心距相适应，满足前述相应关系；自转方向与偏心运动齿轮转动方向一致。

在所述自转控制机构的约束下，偏心运动母齿圈3 在传动过程中形成所述的包络线齿轮。

输出行星齿轮与偏心运动母齿圈3 内啮合，亦即是与偏心运动母齿圈3 形成的所述包络线齿轮内啮合，实现输出行星齿轮与所述包络线齿轮的少齿差行星传动。

所述实施方式一中，输出行星齿轮是通过内置轴承直接安装在输入轴上，采用变位齿轮解决实际中心距与标准中心距之差。

输出行星齿轮与输出轴直接相连接，无须等角速比传动机构。

所述实施方式一的传动装置中，偏心运动齿圈3、4 是安装在曲柄盘2 内的，通过调整曲柄盘2 的形状，使整个转体达到转动平衡，实现运行平稳。

具体实施方式二：

具体实施方式二与所述实施方式一主要区别在于偏心运动齿圈的支撑方式上。

如图3所示，是本发明具体实施方式二，同为包络线齿轮少齿差行星传动装置，包括输入轴（曲柄轴）1、固定齿圈2、支撑偏心运动齿圈的曲柄及轴承3、偏心运动控制齿圈4、偏心运动母齿圈5、输出行星齿轮和轴6、传动装置外壳7。

所述实施方式二中，输入轴1 与曲柄3 连接在一起。

所述实施方式二中，偏心运动齿圈4、5 均为内齿圈，两者同轴心并且连接在一起。

偏心运动齿圈4、5通过内置轴承安装在曲柄3 上，由曲柄3 驱动做偏心运动，同时还可以自转。

固定齿圈2 是外齿圈，同传动装置外壳7连接在一起，和偏心运动控制齿圈4内啮合。

固定齿圈2 和偏心运动控制齿圈4 构成偏心运动齿圈的自转控制机构。通过控制齿圈4 与固定齿圈2 啮合，控制偏心运动齿圈4、5 在传动过程中的自转速度与转动方向。其自转的速度和其偏心距相适应，满足前述相应关系；自转方向与偏心运动齿轮转动方向一致。

在所述自转控制机构的约束下，偏心运动母齿圈5 在传动过程中形成所述的包络线齿轮。

输出行星齿轮与偏心运动母齿圈5 内啮合，亦即是与偏心运动母齿圈5形成的所述包络线齿轮内啮合。实现输出行星齿轮与所述包络线齿轮的少齿差行星传动。

所述实施方式二中，输出行星齿轮是通过内置轴承直接安装在输入轴上，采用变位齿轮解决实际中心距与标准中心距之差。

输出行星齿轮与输出轴直接相连接，无须等角速比传动机构。

所述技术方式二的传动装置中，偏心运动齿圈4、5 和其支撑轴承是偏心运动的，通过调整曲柄形状和增加平衡机构，使整个转体达到转动平衡，实现运行平稳。

Claims (10)

1.一种机械传动装置，包含行星齿轮和与之啮合的偏心运动齿轮，该齿轮副可以是渐开线齿轮或摆线针轮等，

其特征在于：

在传动过程中，偏心运动母齿轮节圆的包络线形成另外一个节圆，与之相应的母齿轮轮齿构成一个以其节圆包络线为节圆的实际工作齿轮，在与其啮合的齿轮之间产生的实际传动比与这个节圆包络线的曲率半径相关。

2.根据权利要求1所述的传动装置，

其特征在于：

所述偏心运动齿轮在传动过程中，其轴心绕驱动轴轴心做偏心转动，同时偏心运动母齿轮本身也绕其自己的轴心自转，这个自转受控制机构约束。

3.根据前述权利要求所述的传动装置，

其特征在于：

所述偏心运动母齿轮的偏心距可以在偏心运动母齿轮的半径范围内任意选择，相应的节圆包络线的半径和与之啮合的齿轮之间的传动比也随之确定。

4.根据前述权利要求所述的传动装置，

其特征在于：

所述偏心运动齿轮是由本发明所述偏心运动母齿轮和偏心运动控制齿轮连接在一起，两者同轴心。

5.根据前述权利要求所述的传动装置，

其特征在于：

所述偏心运动齿轮中的偏心运动母齿轮为内齿圈，与输出行星齿轮内啮合，构成少齿差行星传动。

6.根据前述权利要求所述的传动装置，

其特征在于：

所述偏心运动控制齿轮可以直接或通过行星齿轮过渡与和所述装置外壳连接在一起的齿轮啮合，控制偏心运动齿轮的自转速度和方向，其自转方向与偏心运动齿轮的旋转方向一至。

7.根据前述权利要求所述的传动装置，

其特征在于：

所述偏心运动齿轮可以选择内置曲柄和轴承支撑或选择外置曲柄和轴承支撑方式。

8.根据前述权利要求所述的传动装置，

其特征在于：

输入轴是一曲柄轴，既是所述传动装置中偏心运动齿轮做偏心运动的驱动轴，同时也是它们的支撑轴。

9.根据前述权利要求所述的传动装置，

其特征在于：

当行星齿轮的偏心距在其齿轮副的合理变位范围内，行星齿轮轴可以与输入轴同心，输出行星齿轮直接与输出轴连接。

10.根据前述权利要求所述的传动装置，

其特征在于：

输入、输出和传动装置外壳的作用可以互为转换，即，固定外壳，所述输入轴和输出轴可以对调；固定输入轴，外壳和输出轴可以互为输入输出；固定输出轴，外壳和输入轴也可以互为输入输出。