CN108895121B - 蜗轮蜗杆减速器及减速电机 - Google Patents

蜗轮蜗杆减速器及减速电机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及减速器领域，公开了一种蜗轮蜗杆减速器，所述蜗轮蜗杆减速器包括蜗杆，所述蜗杆的一端设有与所述蜗杆同轴的第一爪盘，所述第一爪盘的背离所述蜗杆的一侧设有第一齿爪；所述蜗轮蜗杆减速器还包括用于驱动所述蜗杆转动的传动组件，所述传动组件与所述第一爪盘同轴设置，并与所述第一齿爪配合以与所述第一齿爪在所述第一爪盘的周向上形成间隙。本发明通过在第一齿爪与传动组件之间设置周向的间隙，使得第一爪盘与传动组件的运动存在时间差，利用这个时间差，能够提高传动组件的角动量，而传动组件的角动量能够转化为作用于蜗杆上的冲量，从而达到克服***中的最大静摩擦力的目的，使得减速电机易于启动。

Description

蜗轮蜗杆减速器及减速电机
技术领域
本发明涉及减速器领域，具体地涉及一种蜗轮蜗杆减速器及减速电机。
背景技术
蜗轮蜗杆减速器利用蜗杆的转动带动蜗轮转动，从而达到降低转速、增大扭矩的效果，蜗轮蜗杆减速器在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用。减速电机是减速器和电机的集合体，电机主轴直接与减速器连接，通过减速器的输出轴输出转速。
减速电机在启动时需要克服***中的静摩擦力和负载转矩，由于静摩擦力相对于动摩擦力较大、负载转矩保持不变，所以当负载转矩较大时，减速电机的主轴在启动时无法克服最大静摩擦，出现无法转动的问题。减速电机启动困难是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种蜗轮蜗杆减速器及含有该蜗轮蜗杆减速器的减速电机，以解决减速电机启动困难的问题。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种蜗轮蜗杆减速器，包括蜗杆，所述蜗杆的一端设有与所述蜗杆同轴的第一爪盘，所述第一爪盘的背离所述蜗杆的一侧设有第一齿爪；所述蜗轮蜗杆减速器还包括用于驱动所述蜗杆转动的传动组件，所述传动组件与所述第一爪盘同轴设置，并与所述第一齿爪配合以与所述第一齿爪在所述第一爪盘的周向上形成间隙。
优选地，所述传动组件包括同轴设置的第二爪盘和传动爪盘，所述传动爪盘夹设在所述第一爪盘和所述第二爪盘之间。
优选地，所述第二爪盘靠近所述传动爪盘的一侧设有第二齿爪，所述传动爪盘包括同轴设置的第三爪盘和第四爪盘，所述第三爪盘靠近所述第一爪盘设置并在其靠近所述第一爪盘的一侧上设有第三齿爪，所述第四爪盘的背离所述第三爪盘的一侧上设有第四齿爪；所述第三齿爪与所述第一齿爪相互配合并在所述第一爪盘的周向上形成间隙；所述第四齿爪与所述第二齿爪相互配合并在所述第二爪盘的周向上形成间隙。
优选地，所述第三爪盘的背离所述第三齿爪的一侧与所述第四爪盘的背离所述第四齿爪的一侧固定连接。
优选地，所述第一齿爪、所述第二齿爪、所述第三齿爪和所述第四齿爪分别固定在所述第一爪盘、所述第二爪盘、所述第三爪盘和所述第四爪盘的边缘。
优选地，所述蜗轮蜗杆减速器包括沿所述蜗杆的周向间隔排布的多个所述第一齿爪、多个所述第二齿爪、多个所述第三齿爪和多个所述第四齿爪。
优选地，所述第一齿爪、所述第二齿爪、所述第三齿爪和所述第四齿爪的横截面的形状均为扇环。
优选地，所述第一齿爪、所述第二齿爪、所述第三齿爪和所述第四齿爪中每种齿爪的所述扇环的角度的总和小于150度。
优选地，所述第一爪盘、所述第二爪盘和所述传动爪盘上还设有主轴孔，所述第二爪盘上的所述主轴孔的孔径小于所述第一爪盘和所述传动爪盘上的所述主轴孔的孔径。
本发明另一方面提供一种减速电机，所述减速电机包括电机、控制器和蜗轮蜗杆减速器，所述控制器与所述电机电连接以用于控制所述电机的转动方向和转动时间，所述蜗轮蜗杆减速器为以上所述的蜗轮蜗杆减速器。
通过上述技术方案，本发明的蜗轮蜗杆减速器通过在第一齿爪与传动组件之间设置周向的间隙，使得第一爪盘与传动组件的运动存在时间差，利用这个时间差，能够提高传动组件的角动量，而传动组件的角动量能够转化为作用于蜗杆上的冲量，从而达到克服***中的最大静摩擦力的目的，使得减速电机易于启动。
附图说明
图1是根据本发明一种实施方式的蜗轮蜗杆减速器的结构示意图；
图2是图1中蜗杆及传动组件的***视图；
图3是根据本发明一种实施方式的蜗杆的结构示意图；
图4是根据本发明一种实施方式的传动爪盘的结构示意图；
图5是根据本发明一种实施方式的第二爪盘的结构示意图；
图6是根据本发明一种实施方式的减速电机的结构示意图。
附图标记说明
1 蜗杆 2 第一爪盘
3 第二爪盘 4 传动爪盘
5 传动组件 6 电机
7 控制器 8 蜗轮
21 第一齿爪 31 第二齿爪
41 第三爪盘 42 第四爪盘
411 第三齿爪 421 第四齿爪
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明一方面提供一种蜗轮蜗杆减速器，该蜗轮蜗杆减速器包括蜗杆1，所述蜗杆1的一端设有与所述蜗杆1同轴的第一爪盘2，所述第一爪盘2的背离所述蜗杆1一侧设有第一齿爪21；所述蜗轮蜗杆减速器还包括用于驱动所述蜗杆1转动的传动组件5，所述传动组件5与所述第一爪盘2同轴设置，并与所述第一齿爪21配合以与所述第一齿爪21在所述第一爪盘2的周向上形成间隙。
本发明的蜗轮蜗杆减速器通过上述方案，使所述传动组件5与所述第一齿爪21同轴设置，并与所述第一齿爪21配合以与所述第一齿爪21在所述第一爪盘2的周向上形成间隙，使得所述传动组件5与所述第一爪盘2的运动存在时间差，利用这个时间差，能够提高所述传动组件5的角动量，而所述传动组件5的角动量能够转化为作用于所述蜗杆1上的冲量，从而达到克服***中的最大静摩擦力的目的，使得减速电机易于启动。
具体地，本发明通过在所述蜗杆1的一端设置第一爪盘2，通过所述传动组件5带动所述第一爪盘2转动，由于所述第一齿爪21与所述传动组件5存在周向间隙，使得所述传动组件5先转动而不带动所述第一爪盘2转动，当所述传动组件5与所述第一爪盘2发生碰撞，所述传动组件5的角动量转化为作用于所述蜗杆1上的冲量，所述传动组件5带动所述第一爪盘2继续转动，从而启动减速电机。
为了进一步提高作用于蜗杆1上的冲量的数值，根据本发明的一种优选实施方式，所述传动组件5包括同轴设置的第二爪盘3和传动爪盘4，所述传动爪盘4夹设在所述第一爪盘2和所述第二爪盘3之间，通过设置所述传动爪盘4，能够使所述第二爪盘3与所述第一爪盘2之间的相对转动角度增大，从而使所述传动组件5的角动量增大，所述传动组件5对所述蜗杆1进行冲击时，作用于蜗杆1上的冲量增大。
具体地，如图1和图2所示，所述第二爪盘3靠近所述传动爪盘4的一侧设有第二齿爪31，所述传动爪盘4包括同轴设置的第三爪盘41和第四爪盘42，所述第三爪盘41靠近所述第一爪盘2设置并在其靠近所述第一爪盘2的一侧上设有第三齿爪411，所述第四爪盘42的背离所述第三爪盘41的一侧上设有第四齿爪421；所述第三齿爪411与所述第一齿爪21相互配合并在所述第一爪盘2的周向上形成间隙；所述第四齿爪421与所述第二齿爪31相互配合并在所述第二爪盘3的周向上形成间隙。
通过设置所述传动爪盘4，使所述第一爪盘2与所述第三爪盘41之间、所述第二爪盘3与所述第四爪盘42之间能够同轴转动，达到使所述第一爪盘2与所述第二爪盘3之间的相对转动角度变大的目的，以此来提高所述第二爪盘3的角速度，从而提高所述第二爪盘3的角动量。
为了提高***的能量传递效率，根据本发明的一种优选实施方式，如图4所示，所述第三爪盘41的背离所述第三齿爪411的一侧与所述第四爪盘42的背离所述第四齿爪421的一侧固定连接，达到所述第三爪盘41与所述第四爪盘42同步运动的目的。
为了提高齿爪传递扭矩的最大值，根据本发明的一种优选实施方式，所述第一齿爪11、所述第二齿爪31、所述第三齿爪411和所述第四齿爪421分别固定在所述第一爪盘2、所述第二爪盘3、所述第三爪盘41和所述第四爪盘42的边缘(参见图2-图5)。
本发明中，第一齿爪11、第二齿爪31、第三齿爪411和第四齿爪421的个数不受限制，可以是1个，也可以是多个。而为了增加爪盘的强度和爪盘之间的相对转动角度，根据本发明的一种优选实施方式，所述蜗轮蜗杆减速器包括沿所述蜗杆1的周向间隔排布的多个所述第一齿爪21、多个所述第二齿爪31、多个所述第三齿爪411和多个所述第四齿爪421。优选的，所述第一齿爪21、所述第二齿爪31、所述第三齿爪411和所述第四齿爪421的数量分别为1到3个，进一步优选的，所述第一齿爪21、所述第二齿爪31、所述第三齿爪411和所述第四齿爪421的数量分别为2个。
为了降低齿爪接触面之间的压强，根据本发明的一种优选实施方式，所述第一齿爪21、所述第二齿爪31、所述第三齿爪411和所述第四齿爪421的横截面的形状均为扇环，这样齿爪之间在接触时为面接触，使得齿爪之间的压强降低。
为了增加爪盘之间的相对转动角度，根据本发明的一种优选实施方式，所述第一齿爪21、所述第二齿爪31、所述第三齿爪411和所述第四齿爪421中每种齿爪的所述扇环的角度的总和小于150度。优选的，所述第一齿爪21、所述第二齿爪31、所述第三齿爪411和所述第四齿爪421中每种齿爪的所述扇环的角度的总和在40度到120度之间，这样能够保证相配合的齿爪之间存在足够大的间隙。
本发明中，根据本发明的一种优选实施方式，所述第一爪盘2、所述第二爪盘3和所述传动爪盘4上还设有主轴孔，所述第二爪盘3上的所述主轴孔的孔径小于所述第一爪盘2和所述传动爪盘4上的所述主轴孔的孔径。这样的设置使与蜗轮蜗杆减速器配合的输入轴能够与所述第二爪盘3过盈配合，与所述传动爪盘4和所述第一爪盘2间隙配合，从而使所述输入轴在转动时，带动所述第二爪盘3转动，而所述传动爪盘4与所述第一爪盘2保持静止。
本发明中，所述蜗轮蜗杆减速器还可包括蜗轮8，所述蜗轮8与所述蜗杆1啮合，如图1所示。
本发明另一方面提供一种减速电机，所述减速电机包括电机6、控制器7和上述蜗轮蜗杆减速器，所述控制器7与所述电机6电连接以用于控制所述电机6的转动方向和转动时间。
工作时，当外界输入正转信号时，所述控制器7进行取反，发出反转信号，并持续一定时间，在这段时间内，所述第二爪盘3带动所述传动爪盘4运动，直至所述传动爪盘4的第三齿爪411与所述第一齿爪21接触，随后，所述控制器7发出正转信号，所述电机6正转；当外界输入反转信号时，所述控制器7进行取反，发出正转信号，并持续一定时间，在这段时间内，所述第二爪盘3带动所述传动爪盘4运动，直至所述传动爪盘4的第三齿爪411与所述第一齿爪21接触，随后，所述控制器7发出反转信号，所述电机6反转。
为了更好地理解本发明，下面将介绍本发明蜗轮蜗杆减速器的原理：
对于一个特定的电机6，其角加速度α是确定的，α＝M1/I，其中，M1是启动转矩，为1.7到2.2倍的额定转矩M0，取M1为2.2M0，I为转动惯量，则α为/>电机的最大自由转动角度/>是确定的，最大自由转动角度是指电机的主轴转动而不带动蜗杆转动的最大角度，因为α和/>确定，根据公式/>得出，电机的主轴最大自由转动时间/>由此，根据公式ω＝αt得出，/>将电机的主轴看作圆柱体，圆柱体的回转中心为圆柱体的轴线，得出电机的主轴的转动惯量为/>其中，m为主轴的质量，r为圆柱体的半径；对于一个特定的电机6，主轴的转动惯量为定值，根据角动量的计算公式L＝Iω，得出根据上述公式得出电机的转动角度/>后，产生角动量/>主轴带动第二爪盘3对第一爪盘2进行冲击，主轴的角动量在t2时间内转化为蜗杆1的动量，根据冲量的计算公式I＝∫Mdt，得出/>最终得到M2为/>M2/M1得
经多次实验测得，平均冲击时间Δt约为0.058s，实验中的电机的转子的等效直径为40mm，转子质量为350g，最大自由转动角度为0.75πrad，扭矩为0.037NM，根据上述数据，代入/>得到M2/M1为2.24，由冲击所产生的转矩M2是电机启动转矩的2.24倍，以此突破减速电机中的最大静摩擦力，带动蜗杆1转动。而现有技术中，电机在启动时，主轴带动蜗杆同步运动，无法完成上述中角动量转化为冲量的过程，所以当负载力矩较大时，电机无法克服最大静摩擦力，导致主轴无法转动。
上述中，所述电机6的主轴最大自由转动时间t1同样为所述控制器7对输入的信号进行取反后，取反后的信号的持续时间。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种蜗轮蜗杆减速器，包括蜗杆(1)，其特征在于，所述蜗杆(1)的一端设有与所述蜗杆(1)同轴的第一爪盘(2)，所述第一爪盘(2)的背离所述蜗杆(1)的一侧设有第一齿爪(21)；所述蜗轮蜗杆减速器还包括用于驱动所述蜗杆(1)转动的传动组件(5)，所述传动组件(5)与所述第一爪盘(2)同轴设置，并与所述第一齿爪(21)配合以与所述第一齿爪(21)在所述第一爪盘(2)的周向上形成间隙；
所述传动组件(5)包括同轴设置的第二爪盘(3)和传动爪盘(4)，所述传动爪盘(4)夹设在所述第一爪盘(2)和所述第二爪盘(3)之间；
所述第二爪盘(3)靠近所述传动爪盘(4)的一侧设有第二齿爪(31)，所述传动爪盘(4)包括同轴设置的第三爪盘(41)和第四爪盘(42)，所述第三爪盘(41)靠近所述第一爪盘(2)设置并在其靠近所述第一爪盘(2)的一侧上设有第三齿爪(411)，所述第四爪盘(42)的背离所述第三爪盘(41)的一侧上设有第四齿爪(421)；所述第三齿爪(411)与所述第一齿爪(21)相互配合并在所述第一爪盘(2)的周向上形成间隙；所述第四齿爪(421)与所述第二齿爪(31)相互配合并在所述第二爪盘(3)的周向上形成间隙；
所述第一齿爪(21)、所述第二齿爪(31)、所述第三齿爪(411)和所述第四齿爪(421)中每种齿爪的扇环的角度的总和小于150度；
所述第一齿爪(21)、所述第二齿爪(31)、所述第三齿爪(411)和所述第四齿爪(421)各自均匀的分布在对应的爪盘上。
2.根据权利要求1所述的蜗轮蜗杆减速器，其特征在于，所述第三爪盘(41)的背离所述第三齿爪(411)的一侧与所述第四爪盘(42)的背离所述第四齿爪(421)的一侧固定连接。
3.根据权利要求2所述的蜗轮蜗杆减速器，其特征在于，所述第一齿爪(21)、所述第二齿爪(31)、所述第三齿爪(411)和所述第四齿爪(421)分别固定在所述第一爪盘(2)、所述第二爪盘(3)、所述第三爪盘(41)和所述第四爪盘(42)的边缘。
4.根据权利要求2所述的蜗轮蜗杆减速器，其特征在于，所述蜗轮蜗杆减速器包括沿所述蜗杆(1)的周向间隔排布的多个所述第一齿爪(21)、多个所述第二齿爪(31)、多个所述第三齿爪(411)和多个所述第四齿爪(421)。
5.根据权利要求4所述的蜗轮蜗杆减速器，其特征在于，所述第一齿爪(21)、所述第二齿爪(31)、所述第三齿爪(411)和所述第四齿爪(421)的横截面的形状均为扇环。
6.根据权利要求2-5中任意一项所述的蜗轮蜗杆减速器，其特征在于，所述第一爪盘(2)、所述第二爪盘(3)和所述传动爪盘(4)上还设有主轴孔，所述第二爪盘(3)上的所述主轴孔的孔径小于所述第一爪盘(2)和所述传动爪盘(4)上的所述主轴孔的孔径。
7.一种减速电机，所述减速电机包括电机(6)、控制器(7)和蜗轮蜗杆减速器，其特征在于，所述控制器(7)与所述电机(6)电连接以用于控制所述电机(6)的转动方向和转动时间，
所述蜗轮蜗杆减速器为权利要求1至6中任一项所述的蜗轮蜗杆减速器。
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