CN109707802B - 一种基于导架耦合的双级集成平面活齿减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于导架耦合的双级集成平面活齿减速器，将第一级动力输出与第二级动力输入集成设计成导架，第一级传动中，波发生器与输入轴设计成一体同心结构的激波器，第一级活齿架固定，输入端为激波器，输出端为导架，第二级传动中，可根据工程实际需求设计成轴式输出与盘式输出结构，对于轴式输出结构，固定第二级中心轮A，第二级活齿架A带动输出轴输出动力；对于盘式输出结构，固定第二级活齿架B，第二级中心轮B输出动力。本发明传动稳定，灵活可靠，具有自平衡性好、结构紧凑等优点。

Description

一种基于导架耦合的双级集成平面活齿减速器

技术领域

本发明涉及活齿传动装置，特别涉及一种基于导架耦合的双级集成平面活齿减速器。

背景技术

随着活齿传动的不断发展，许多新型活齿减速器相继问世，申请号为CN201510629776.4的专利一种通过摆动盘输出的活齿凸轮机构，通过改变摆动盘封闭槽齿廓曲线，可以实现将匀速输入转化为多种形式的摆动凸轮输出运动，通过多级串联，虽然可以实现大减速比传动，但机构尺寸显著增大，不适宜应用在钻井平台和机器人关节等受空间尺寸限制的领域中，尤其是科技飞速发展，急需尺寸小、重量轻、大传动比的新型传动装置，平面活齿减速器是活齿传动中具有代表性的传动类型，不仅轴向尺寸小，而且由于波发生器和中心轮端面的滚道在平面内加工，制造工艺性好，但是单级平面活齿减速器的传动比较小，若将多个单级平面活齿减速器进行串联，虽然能实现大传动比，但轴向尺寸大，应用受限，为此，开发一种兼具平面活齿减速器的优点，又能在实现大传动比的同时保持较小轴向尺寸的双级集成平面活齿减速器，才能适用于更多新技术、新设备的发展需求。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于导架耦合的双级集成平面活齿减速器，在传动过程中实现第一级输出到第二级输入的无缝连接，减小两级之间的传动效率损失，同时减少了轴向尺寸，具有自平衡性好、结构紧凑的优点。

为实现上述目的，本发明是根据以下技术方案实现的：

一种基于导架耦合的双级集成平面活齿减速器，其特征在于：包括输入轴、第一壳体、第一调整垫片、第二壳体、波发生器、第三壳体、第一级活齿架、导架、第四壳体、第二级活齿架A、第二级中心轮A、输出轴、第一轴承、第二调整垫片、第二级活齿、第二轴承、第一级活齿、第三轴承、第四轴承、套筒、第五轴承，其中，输入轴和波发生器固连为一体，并二者同轴心构成激波器，输入轴的一端延伸至第一壳体的外部，与原动机相连，波发生器一端的端面具有偏心圆滚道；机构运转过程中，第一级活齿架与第二壳体、第三壳体及第四壳体通过螺栓连接在一起，保持固定不动；第二级中心轮A与第二调整垫片及第四壳体通过螺栓连接在一起，，保持固定不动；在第一级活齿架上径向均布Z₁个活齿槽，每个活齿槽中都有一个第一级活齿做往复直线运动，并将动力输出到导架上；导架左端面上具有波数为Z₂的正弦滚道，导架右端面上具有偏心圆滚道；第二级活齿架A上径向均布Z₃个活齿槽，每个活齿槽中都有一个第二级活齿做往复直线运动；输出轴与第二级活齿架A固连为一体，输出轴的左端伸入第一级活齿架内孔，输出轴的右端伸入第二级中心轮A并延伸至外部与负载相连，第二级活齿架A通过第三轴承和第一轴承定位，第二级活齿架A与输出轴为一体连接，第二轴承支撑导架保证导架的转动，第二级中心轮A左端面有波数为Z₄的正弦滚道，滚道均为梯形截面，增大活齿啮合；通过改变第一调整垫片和第二调整垫片的厚度预紧，其中Z₁、Z₂、Z₃、Z₄为正整数。

上述技术方案中，第二轴承选用滚柱轴承以保证导架运转平稳。

本发明还提供了另一种基于导架耦合的双级集成平面活齿减速器，其特征在于：包括输入轴、第一壳体、第一调整垫片、第二壳体、波发生器、第三壳体、第一级活齿、导架、第二调整垫片、第二级活齿、第二轴承、第四轴承、套筒、第五轴承、支撑轴、第六轴承、第七轴承/第六壳体、滚珠、第二级中心轮B、第五壳体、第三调整垫片、第七壳体、第二级活齿架B，其中，输入轴和波发生器固连为一体，二者同轴心并构成激波器，输入轴一端延伸至第一壳体的外部，与原动机相连，波发生器一端的端面具有偏心圆滚道；机构运转过程中，第一级活齿架与第二壳体、第三壳体及第七壳体通过螺栓连接在一起，保持固定不动；第二级活齿架B与第七壳体、第三调整垫片、第五壳体、第二调整垫片及第六壳体通过螺栓连接在一起，保持固定不动；在第一级活齿架上径向均布Z₁个活齿槽，每个活齿槽中都有一个第一级活齿在其中做往复直线运动，并将动力输出到导架上；导架左端面上具有波数为Z₂的正弦滚道，导架右端面上具有偏心圆滚道；第二级活齿架B上径向均布Z₃个活齿槽，每个活齿槽中都有一个第二级活齿在其中做往复直线运动，并将动力输出到盘式输出机构第二级中心轮B上，第二级中心轮B左端面有波数为Z₄的正弦滚道，右端面有螺纹孔，作为输出盘连接负载输出动力，第二级中心轮B台阶端面与第六壳体内端面具有圆滚道，中间夹有滚珠，用作平面轴承并对第二级中心轮B定位；支撑轴左端伸入第一级活齿架的内孔，二者之间采用间隙配合，支撑轴右端伸入第二级中心轮B的内孔，并通过第六轴承与第七轴承支撑第二级中心轮B，支撑轴通过第二轴承来支撑导架，支撑轴穿过第二级活齿架B的中心孔，且二者之间采用间隙配合，其中Z₁、Z₂、Z₃、Z₄为正整数。

上述技术方案中，所述第六轴承与所述第七轴承均采用圆锥滚子轴承，提高第二级中心轮B的回转精度。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1、波发生器与输入轴设计成一体同心结构，同时利用双轴承支撑，自平衡性得到大大提升。

2、第一级动力输出与第二级动力输入设计成双功能导架，在实现增大机构传动比的同时又保证了机构具有较小的轴向尺寸，使得该机构可以应用于空间尺寸受限的领域。

3、第二级活齿架A与输出轴固连在一起，输出轴两端分别有由固定件第一级活齿架一和第二级中心轮A支撑，避免了轴的摆动，保证机构运转平稳。

4、可根据工程实际情况采取输出轴输出的轴式输出或第二级中心轮B输出的盘式输出两种方式，灵活可靠。

5、本发明设计的基于导架耦合导架耦合的双级集成平面活齿减速器具有预紧功能，结构紧凑，整个机构具有小尺寸大传动比的特点，可显著提升其应用潜力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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它附图。

图1为本发明所述的轴式输出结构传动示意图；

图2为本发明所述的轴式输出结构装配示意图；

图3为本发明所述的盘式输出结构传动示意图；

图4为本发明所述的盘式输出结构装配示意图；

图5为本发明所述的波发生器右端面示意图；

图6为本发明所述的导架右端面示意图；

图中：1-输入轴；2-第一壳体；3-第一调整垫片；4-第二壳体；5-波发生器；6-第三壳体；7-第一级活齿架；8-导架；9-第四壳体；10-第二级活齿架A；11-第二级中心轮A；12-输出轴；13-第一轴承；14-第二调整垫片；15-第二级活齿；16-第二轴承；17-第一级活齿；18-第三轴承；19-第四轴承；20-套筒；21-第五轴承；22-支撑轴；23-第六轴承；24-第七轴承；25-第六壳体；26-滚珠；27-第二级中心轮B；28-第五壳体；29-第三调整垫片；30-第七壳体；31-第二级活齿架B。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，在本发明的一个具体实施例中，提出了一种基于导架耦合导架耦合的双级集成平面活齿减速器包括：激波器、第一级活齿架、导架、第二级活齿架组、以及分别与第二级活齿架组对应连接的第二级中心轮组，其中激波器由波发生器5与输入轴1同心连接设计而成，所述波发生器5右端面设上有偏心圆滚道，所述第一级活齿架与所述波发生器5的偏心圆滚道啮合，所述第一级活齿架设有Z₁个径向齿槽，在靠近第一级活齿架侧的导架8左端面上设有波数为Z₂个的正弦滚道，所述第一级活齿架的径向齿槽与所述导架左端面的正弦滚道啮合，在靠近第二级活齿架组一侧的导架8右端面上设有偏心圆滚道，所述第二级活齿架组分别与导架右端面上的偏心圆滚道啮合。

所述第二级活齿架组包括两个第二级活齿架，分别为第二级活齿架A和第二级活齿架B，其中第二级活齿架A采用轴式方式输出，其中第二级活齿架B采用盘式方式输出。

如图2所示，轴式输出结构主要包括输入轴1、第一壳体2、第一调整垫片3、第二壳体4、波发生器5、第三壳体6、第一级活齿架一7、导架8、第四壳体9、第二级活齿架A10、第二级中心轮A11、输出轴12、第一轴承13、第二调整垫片14、第二级活齿15、第二轴承16、第一级活齿17、第三轴承18、第四轴承19、套筒20、第五轴承21，其中，输入轴1和波发生器5固连为一体，二者同心，构成激波器，减小因装配而产生的偏心，输入轴1一端延伸至第一壳体2的外部，与原动机相连，波发生器5一端的端面具有偏心圆滚道；机构运转过程中，第一级活齿架一7与第二壳体4、第三壳体6及第四壳体9通过螺栓连接在一起，保持固定不动；第二级中心轮A11与第二调整垫片14及第四壳体9通过螺栓连接在一起，保持固定不动；在第一级活齿架一7上径向均布Z₁个活齿槽，每个活齿槽中都有一个第一级活齿17在其中做往复直线运动，并将动力输出到导架8上；导架8具有双重功能，导架8作为第一级中心轮，起到动力输出功能，导架8左端面上具有波数为Z₂的正弦滚道，导架8作为第二级波发生器，起到动力输入功能，导架8右端面上具有偏心圆滚道；第二级活齿架A10上径向均布Z₃个活齿槽，每个活齿槽中都有一个第二级活齿15在其中做往复直线运动；输出轴12与第二级活齿架A10固连为一体，输出轴12左端伸入第一级活齿架一7内孔，输出轴12右端伸入第二级中心轮A11并延伸至外部与负载相连，由于第一级活齿架一7与第二级中心轮A11都是固定件，通过第三轴承18和第一轴承13第二级活齿架A10得到定位，同时，第二轴承16支撑导架8，保证导架8的转动，为保证导架8运转平稳精确，第二轴承16选用滚柱轴承，第二级中心轮A11左端面有波数为Z₄的正弦滚道，滚道均为梯形截面，增大活齿啮合；通过改变第一调整垫片3和第二调整垫片14的厚度可以起到预紧作用，其中Z₁、Z₂、Z₃、Z₄为正整数。

如图3所示，盘式输出结构主要包括输入轴1、第一壳体2、第一调整垫片3、第二壳体4、波发生器5、第三壳体6、第一级活齿17、导架8、第二调整垫片14、第二级活齿15、第四轴承19、第二轴承16、套筒20、第五轴承21、支撑轴22、第六轴承23、第七轴承24、第六壳体25、滚珠26、第二级中心轮B27、第五壳体28、第三调整垫片29、第七壳体30、第二级活齿架B31、第一级活齿架二32，其中，输入轴1和波发生器5固连为一体，二者同心，构成激波器，减小因装配而产生的偏心，输入轴1一端延伸至第一壳体2的外部，与原动机相连，波发生器5一端的端面具有偏心圆滚道；机构运转过程中，第一级活齿架二32与第二壳体4、第三壳体6及第七壳体30通过螺栓连接在一起，保持固定不动；第二级活齿架B31与第七壳体30、第三调整垫片29、第五壳体28、第二调整垫片14及第六壳体25通过螺栓连接在一起，保持固定不动；在第一级活齿架二32上径向均布Z₁个活齿槽，每个活齿槽中都有一个第一级活齿17在其中做往复直线运动，并将动力输出到导架8上；导架8具有双重功能，导架8作为第一级中心轮，起到动力输出功能，导架8左端面上具有波数为Z₂的正弦滚道，导架8作为第二级波发生器，起到动力输入功能，导架8右端面上具有偏心圆滚道；第二级活齿架B31上径向均布Z₃个活齿槽，每个活齿槽中都有一个第二级活齿15在其中做往复直线运动，并将动力输出到盘式输出机构第二级中心轮B27上，第二级中心轮B27左端面有波数为Z₄的正弦滚道，右端面有螺纹孔，可作为输出盘连接负载输出动力，第二级中心轮B27台阶端面与第六壳体25内端面具有圆滚道，中间夹有滚珠26，起到平面轴承作用，并对第二级中心轮B27起到定位作用；支撑轴22左端伸入第一级活齿架二32的内孔，二者之间采用间隙配合，便于装配，支撑轴22右端伸入第二级中心轮B27的内孔，并通过第六轴承23与第七轴承24支撑第二级中心轮B27，支撑轴22通过第二轴承16来支撑导架8，第六轴承23与第七轴承24均采用圆锥滚子轴承，提高第二级中心轮B27的回转精度；支撑轴22穿过第二级活齿架B31的中心孔，且二者之间采用间隙配合，其中Z₁、Z₂、Z₃、Z₄为正整数。

如图4所示，波发生器5右端面有梯形截面的偏心圆滚道，偏心距为ɑ₁，偏心圆半径为b₁，激波系数λ₁＝b₁/ɑ₁。

如图5所示，导架8右端面有偏心圆滚道，偏心距为ɑ₂，偏心圆半径为b₂，激波系数λ₂＝b₂/ɑ₂。

导架8左端面具有波数为Z₂的正弦滚道，θ₂为导架8转动的角度，正弦滚道理论齿廓线参数方程为：

第一级传动比计算公式为：

第二级中心轮A11左端面和第二级中心轮B27左端面均有波数为Z₄的正弦滚道，θ₃为第二级输出件转动的角度，(对于轴式输出结构，θ₃代表第二级活齿架A10转动的角度；对于盘式输出结构，θ₃代表第二级中心轮B27转动的角度)，正弦滚道理论齿廓线参数方程为：

对于轴式输出结构，传动***的传动比计算公式为：

对于盘式输出结构，传动***的传动比计算公式为：

θ₁为输入轴1转过的角度，θ₁、θ₂、θ₃之间的关系满足：

θ₁＝i₁θ₂＝i₁i₂₁θ₃(轴式输出结构)

θ₁＝i₁θ₂＝i₁i₂₂θ₃(盘式输出结构)。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (4)

1.一种基于导架耦合的双级集成平面活齿减速器，其特征在于：包括输入轴(1)、第一壳体(2)、第一调整垫片(3)、第二壳体(4)、波发生器(5)、第三壳体(6)、第一级活齿架(7)、导架(8)、第四壳体(9)、第二级活齿架A(10)、第二级中心轮A(11)、输出轴(12)、第一轴承(13)、第二调整垫片(14)、第二级活齿(15)、第二轴承(16)、第一级活齿(17)、第三轴承(18)、第四轴承(19)、套筒(20)、第五轴承(21)，其中，输入轴(1)和波发生器(5)固连为一体，并二者同轴心构成激波器，输入轴(1)的一端延伸至第一壳体(2)的外部，与原动机相连，波发生器(5)一端的端面具有偏心圆滚道；机构运转过程中，第一级活齿架(7)与第二壳体(4)、第三壳体(6)及第四壳体(9)通过螺栓连接在一起，保持固定不动；第二级中心轮A(11)与第二调整垫片(14)及第四壳体(9)通过螺栓连接在一起，保持固定不动；在第一级活齿架(7)上径向均布Z₁个活齿槽，每个活齿槽中都有一个第一级活齿(17)做往复直线运动，并将动力输出到导架(8)上；导架(8)左端面上具有波数为Z₂的正弦滚道，导架(8)右端面上具有偏心圆滚道；第二级活齿架A(10)上径向均布Z₃个活齿槽，每个活齿槽中都有一个第二级活齿(15)做往复直线运动；输出轴(12)与第二级活齿架A(10)固连为一体，输出轴(12)的左端伸入第一级活齿架(7)内孔，输出轴(12)的右端伸入第二级中心轮A(11)并延伸至外部与负载相连，第二级活齿架A(10)通过第三轴承(18)和第一轴承(13)定位，第二级活齿架A(10)与输出轴(12)为一体连接，第二轴承(16)支撑导架(8)保证导架(8)的转动，第二级中心轮A(11)左端面有波数为Z₄的正弦滚道，滚道均为梯形截面，增大活齿啮合；通过改变第一调整垫片(3)和第二调整垫片(14)的厚度预紧，其中Z₁、Z₂、Z₃、Z₄为正整数；所述波发生器(5)的端面的偏心圆滚道，偏心距为ɑ₁，偏心圆半径为b₁，激波系数λ₁＝b₁/ɑ₁；所述导架(8)右端面的偏心圆滚道，偏心距为ɑ₂，偏心圆半径为b₂，激波系数λ₂＝b₂/ɑ₂；θ₂为导架(8)转动的角度，正弦滚道理论齿廓线参数方程为：

第一级传动比计算公式为：

θ₃为第二级活齿架A(10)转动的角度，正弦滚道理论齿廓线参数方程为：

传动***的传动比计算公式为：

θ₁为输入轴(1)转过的角度，θ₁、θ₂、θ₃之间的关系满足：

θ₁＝i₁θ₂＝i₁i₂₁θ₃。

2.根据权利要求1的双级集成平面活齿减速器，其特征在于：第二轴承(16)选用滚柱轴承以保证导架(8)运转平稳。

3.一种基于导架耦合的双级集成平面活齿减速器，其特征在于：包括输入轴(1)、第一壳体(2)、第一调整垫片(3)、第二壳体(4)、波发生器(5)、第三壳体(6)、第一级活齿(17)、导架(8)、第二调整垫片(14)、第二级活齿(15)、第二轴承(16)、第四轴承(19)、套筒(20)、第五轴承(21)、支撑轴(22)、第六轴承(23)、第七轴承(24)、第六壳体(25)、滚珠(26)、第二级中心轮B(27)、第五壳体(28)、第三调整垫片(29)、第七壳体(30)、第二级活齿架B(31)，其中，输入轴(1)和波发生器(5)固连为一体，二者同轴心并构成激波器，输入轴(1)一端延伸至第一壳体(2)的外部，与原动机相连，波发生器(5)一端的端面具有偏心圆滚道；机构运转过程中，第一级活齿架(7)与第二壳体(4)、第三壳体(6)及第七壳体(30)通过螺栓连接在一起，保持固定不动；第二级活齿架B(31)与第七壳体(30)、第三调整垫片(29)、第五壳体(28)、第二调整垫片(14)及第六壳体(25)通过螺栓连接在一起，保持固定不动；在第一级活齿架(7)上径向均布Z₁个活齿槽，每个活齿槽中都有一个第一级活齿(17)在其中做往复直线运动，并将动力输出到导架(8)上；导架(8)左端面上具有波数为Z₂的正弦滚道，导架(8)右端面上具有偏心圆滚道；第二级活齿架B(31)上径向均布Z₃个活齿槽，每个活齿槽中都有一个第二级活齿(15)在其中做往复直线运动，并将动力输出到盘式输出机构第二级中心轮B(27)上，第二级中心轮B(27)左端面有波数为Z₄的正弦滚道，右端面有螺纹孔，作为输出盘连接负载输出动力，第二级中心轮B(27)台阶端面与第六壳体(25)内端面具有圆滚道，中间夹有滚珠(26)，用作平面轴承并对第二级中心轮B(27)定位；支撑轴(22)左端伸入第一级活齿架(7)的内孔，二者之间采用间隙配合，支撑轴(22)右端伸入第二级中心轮B(27)的内孔，并通过第六轴承(23)与第七轴承(24)支撑第二级中心轮B(27)，支撑轴(22)通过第二轴承(16)来支撑导架(8)，支撑轴(22)穿过第二级活齿架B(31)的中心孔，且二者之间采用间隙配合，其中Z₁、Z₂、Z₃、Z₄为正整数；所述波发生器(5)的端面的偏心圆滚道，偏心距为ɑ₁，偏心圆半径为b₁，激波系数λ₁＝b₁/ɑ₁；所述导架(8)右端面的偏心圆滚道，偏心距为ɑ₂，偏心圆半径为b₂，激波系数λ₂＝b₂/ɑ₂；θ₂为导架(8)转动的角度，正弦滚道理论齿廓线参数方程为：

第一级传动比计算公式为：

θ₃为第二级中心轮B(27)转动的角度，正弦滚道理论齿廓线参数方程为：

传动***的传动比计算公式为：

θ₁为输入轴( 1) 转过的角度，θ₁、θ₂、θ₃之间的关系满足：θ₁＝i₁θ₂＝i₁i₂₂θ₃。

4.根据权利要求3所述的一种基于导架耦合的双级集成平面活齿减速器，其特征在于：所述第六轴承(23)与所述第七轴承(24)均采用圆锥滚子轴承，提高第二级中心轮B(27)的回转精度。

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