CN109854686A - 一种单级大传动比齿轮减速器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种单级大传动比齿轮减速器，包括：至少三个行星齿轮、中心齿轮、杯型壳体和固定内齿盘；中心齿轮为外齿轮，杯型壳体和固定内齿盘分别设置有第一内齿圈和第二内齿圈；中心齿轮、第一内齿圈和第二内齿圈为同轴设置，并且分别同时与至少三个行星齿轮相啮合；通过外部扭矩带动中心齿轮旋转，杯型壳体用于输出扭矩。本发明的单级大传动比齿轮减速器，可以提供更大的传动比，有利于提高传动副的传动刚度与承载能力，并且降低加工制造成本；使用寿命更长、维护成本更低；零件种类和数量较少，重量较轻，便于拆卸和维修，可替代谐波齿轮减速器等，具有重要实用价值。

Description

一种单级大传动比齿轮减速器

技术领域

本发明涉及齿轮传动技术领域，尤其涉及一种单级大传动比齿轮减速器。

背景技术

减速器是机器人和伺服***不可缺少的核心关键部件，用于将电机较小的力矩和较高的转速转化为较大力矩和较低转速驱动关节运动。目前，谐波齿轮减速器广泛应用于机器人、航空航天等领域。谐波齿轮传动依靠薄壁零件柔性的弹性变形来实现运动转换，主要零件为柔轮、刚轮和波发生器。谐波齿轮减速器的齿轮模数较小，机加工艺复杂、对刀具要求较高。但是，柔性零件在使用过程中容易产生疲劳破坏，寿命有限；并且这种谐波齿轮传动一般只能承受纯扭矩负载，复合负载能力差，当承受扭矩、弯矩和轴向力等的复合负载时，负载能力明显下降，甚至不能正常传动；因此，需要一种新型的减速器。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的一个技术问题是提供一种单级大传动比齿轮减速器。

根据本发明的一个方面，提供一种单级大传动比齿轮减速器，包括：至少三个行星齿轮、中心齿轮、杯型壳体和固定内齿盘；所述中心齿轮为外齿轮，所述杯型壳体和所述固定内齿盘分别设置有第一内齿圈和第二内齿圈；所述中心齿轮、所述第一内齿圈和所述第二内齿圈为同轴设置，并且分别同时与所述至少三个行星齿轮相啮合；通过外部扭矩带动所述中心齿轮旋转，所述杯型壳体用于输出单级大传动比齿轮减速器的输出扭矩。

可选地，所述固定内齿圈设置有中心通孔，在所述中心通孔的内壁上设置有用于与所述至少三个行星齿轮相啮合的内齿，形成第二内齿圈；所述第一内齿圈与所述第二内齿圈围成减速器空腔，所述中心齿轮以及所述至少三个行星齿轮设置在所述减速器空腔内。

可选地，所述中心齿轮包括：齿轮本体和输入轴；所述齿轮本体和所述输入轴固定连接；所述杯型壳体的底端设置有与所述第一内齿圈相连通并且同轴的安装通孔，所述输入轴与所述安装通孔转动连接；其中，所述输入轴用于输入所述外部扭矩。

可选地，包括：前支板、后支板和行星轮轴；所述行星轮轴与所述行星齿轮的中心孔转动连接，所述前支板和所述后支板分别与所述行星轮轴的两端连接。

可选地，所述中心轴包括：连接轴；所述连接轴与所述齿轮本体固定连接，所述齿轮本***于所述连接轴和所述输入轴之间，并且所述齿轮本体的外径大于所述连接轴和所述输入轴的直径；所述前支板和所述后支板分别设置有第一中心安装通孔和第二中心安装通孔；所述连接轴与所述第一中心安装通孔间隙配合，所述第二中心安装通孔与所述输入轴间隙配合；其中，所述固定内齿盘位于所述杯型壳体和所述前支板之间，所述后支板位于所述减速器空腔内。

可选地，所述输入轴通过轴承与所述安装通孔转动连接；所述行星轮轴通过轴承与所述行星齿轮的中心孔转动连接。

可选地，所述输入轴、所述连接轴和所述齿轮本体为一体成型。

可选地，在所述杯型壳体的底部设置有用于与扭矩输出设备相连接的连接孔；其中，所述连接孔包括：螺纹孔。

可选地，在所述固定内齿盘的边缘设置有安装孔，其中，所述安装孔包括：通孔或螺纹孔。

可选地，所述行星齿轮的数量为多个，多个所述行星齿轮沿所述中心齿轮的周向均匀分布；所述单级大传动比齿轮减速器的减速比为50-330。

本发明的单级大传动比齿轮减速器，可以提供更大的传动比，与谐波齿轮传动式减速器等相比能够输出一致或更大的力矩；齿轮具有较大模数，有利于提高传动副的传动刚度与承载能力，并且降低加工制造成本；没有柔性元件，使用寿命更长、维护成本更低；可以减小传动间隙，增大传动刚度与承载能力；零件种类和数量较少，重量较轻，便于拆卸和维修，可替代谐波齿轮减速器等，具有重要实用价值。

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一简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图：

图1为根据本发明的单级大传动比齿轮减速器的一个实施例的组成示意图；

图2为根据本发明的单级大传动比齿轮减速器的一个实施例的剖视示意图；

图3为根据本发明的单级大传动比齿轮减速器的一个实施例的行星齿轮的布置示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。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做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。下面结合图和实施例对本发明的技术方案进行多方面的描述。

下文中的“第一”、“第二”等为描述上相区别，并没有其它特殊的含义。

如图1-3所示，本发明提供一种单级大传动比齿轮减速器，包括：至少三个行星齿轮、中心齿轮4、杯型壳体10和固定内齿盘1。中心齿轮4为外齿轮，杯型壳体10和固定内齿盘1分别设置有第一内齿圈18和第二内齿圈17。中心齿轮4、第一内齿圈18和第二内齿圈17为同轴设置，并且分别同时与至少三个行星齿轮相啮合。通过外部扭矩带动中心齿轮4旋转，杯型壳体10用于输出扭矩。

行星齿轮是指除了能象定轴齿轮那样围绕着自己的转动轴转动之外，它们的转动轴还绕其它齿轮的轴线转动的齿轮，绕自己轴线的转动称为“自转”，绕其它齿轮轴线的转动称为“公转”。行星齿轮的数量可以为3、4个等，为单排排列。外部扭矩可以为电机等提供的扭矩，杯型壳体10在至少三个行星齿轮、中心齿轮的驱动下，能够实现相对于固定内齿盘1的旋转动作，输出扭矩。

本发明的单级大传动比齿轮减速器的传动比范围为50-330，传动效率可以达到0.70-0.85，可以在有限的空间提供更大的传动比和更多的选择范围，在同样的电机力矩输入情况下，与谐波减速器相比较，能够输出一致或更大的力矩。

在一个实施例中，固定内齿圈1设置有中心通孔，在中心通孔的内壁上设置有用于与至少三个行星齿轮相啮合的内齿，形成第二内齿圈17。第一内齿圈18与第二内齿圈17围成减速器空腔，中心齿轮1以及至少三个行星齿轮设置在减速器空腔内。在杯型壳体10的底部设置有用于与扭矩输出设备相连接的连接孔，连接孔包括螺纹孔等。

行星轮轴8与行星齿轮3的中心孔转动连接，前支板2和后支板7分别与行星轮轴8的两端连接。前支板2和后支板7起到行星架的作用，行星轮轴8可以通过轴承与行星齿轮3的中心孔转动连接。至少三个行星齿轮进行公转时，前支板2和后支板7自身也进行转动。

在一个实施例中，中心齿轮4包括：齿轮本体41和输入轴42，齿轮本体41和输入轴42固定连接。杯型壳体10的底端设置有与第一内齿圈18相连通并且同轴的安装通孔，输入轴42与安装通孔转动连接，输入轴42用于输入外部扭矩。中心轴包括：连接轴43，连接轴43与齿轮本体41固定连接。输入轴42、连接轴43和齿轮本体41可以为一体成型。齿轮本体41位于连接轴43和输入轴42之间，齿轮本体41的外径大于连接轴43和输入轴42的直径。输入轴42可以与电机连接，输入轴42在外力的作用下相对于固定内齿圈1旋转，杯型壳体10输出低速旋转动作，实现减速作用。

在一个实施例中，前支板2和后支板7分别设置有第一中心安装通孔和第二中心安装通孔，连接轴43与第一中心安装通孔间隙配合，第二中心安装通孔与输入轴42间隙配合。固定内齿盘1位于杯型壳体10和前支板2之间，后支板7位于减速器空腔内。

每个行星齿轮3内装有2个第Ⅰ轴承5，第Ⅰ轴承5内装有销轴8，销轴8外套有销轴套筒6，销轴套筒位于2个第Ⅰ轴承5之间，销轴8通过轴孔配合与螺纹连接与后支板7和前支板2连接，行星齿轮3的中心孔内设置有孔用弹性挡圈11。行星齿轮3与中心齿轮4、固定内齿盘1的第二内齿圈17、杯型壳体10的第一内齿圈18分别啮合，行星齿轮3与中心齿轮4、第二内齿圈17、第一内齿圈18均为变位齿轮，组成齿轮传动副，齿轮表面涂有宽温航空润滑脂。

输入轴42通过轴承与安装通孔转动连接。中心齿轮4一侧的安装有第Ⅱ轴承9，第Ⅱ轴承9安装在杯型壳体10上的安装通孔中，中心齿轮4左侧的连接轴43与前支板2的中心内孔形成小间隙配合。固定内齿盘1的外边缘有安装孔，用于其安装固定，安装孔包括通孔、螺纹孔等。

本发明的单级大传动比齿轮减速器的零件种类与数量较少，并且例如杯型壳体10、中心齿轮等零件大多为中空结构，因此可以在相同体积和性能的前提下，实现较轻的重量；单级大传动比齿轮减速器的行星齿轮的模数是相同减速比与外形尺寸的谐波齿轮的2至3倍，较大的模数有利于提高传动副的传动刚度与承载能力，并且本发明的单级大传动比齿轮减速器中不存在谐波齿轮传动中的柔性元件，使用寿命更长、维护成本更低。

单级大传动比齿轮减速器的行星齿轮的模数相比谐波齿轮较大的模数，可以提高机加工艺性，不用采用特殊的小模数加工刀具。至少一个行星齿轮沿中心齿轮的周向均匀分布。如图3所示，行星齿轮可以设置为三个，行星齿轮3、行星齿轮15和行星齿轮16可以实现三对齿轮副同时啮合，减小传动间隙，提高传动精度。

在一个实施例中，可以根据传动比等参数设计行星齿轮3、中心齿轮4、第一内齿圈18和第二内齿圈17、的齿数等。单级大传动比齿轮减速器为一种单极大减速比单级大传动比齿轮减速器，减速比为50至330。第一内齿圈18和第二内齿圈17以及至少三个行星齿轮组成齿轮传动副，第一内齿圈18和第二内齿圈17以及至少三个行星齿轮可以都为变位齿轮，采取变位以保证各齿轮副中心距匹配。

采用改变刀具与被加工齿轮相对位置来加工齿轮的方法称为变位修正法，采用变位修正法加工的齿轮称为变位齿轮，包括切向变位、径向变位等变位。例如，第一内齿圈18和第二内齿圈17以及至少三个行星齿轮的模数为0.1-5、变位系数为0.01-3。第一内齿圈18和第二内齿圈17以及至少三个行星齿轮的表面可以涂有航空润滑脂，例如为宽温航空润滑脂等。

上述实施例中的单级大传动比齿轮减速器，可以在有限的空间可以提供更大的传动比，减速比一般为50至330，传动比大、选择范围广；可以在同样体积下提供和谐波齿轮传动式减速器一致或更大的传动比，因此在同样的电机力矩输入情况下，此方案与谐波齿轮传动式减速器相比能够输出一致或更大的力矩；行星齿轮的模数，是相同减速比与外形尺寸的谐波齿轮的2至3倍，较大模数有利于提高传动副的传动刚度与承载能力，并且此方案中不存在谐波齿轮传动中的柔性元件，使用寿命更长、维护成本更低；

上述实施例中的单级大传动比齿轮减速器，行星齿轮相比谐波齿轮具有较大的模数，也可以提高机加工艺性，不用采用特殊的小模数加工刀具；使用至少三个行星齿轮，可以减小传动间隙，增大传动刚度与承载能力；杯型壳体上设有的螺纹孔方便连接被驱动设备，固定内齿圈上设有的螺纹孔方便安装在任意基座上固定；零件种类和数量较少，重量较轻，可靠性和使用寿命高，便于拆卸和维修。

上述实施例中的单级大传动比齿轮减速器，可替代谐波齿轮减速器，显著提高传动刚度与承载能力，提高使用寿命，降低加工制造成本。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种单级大传动比齿轮减速器，其特征在于，包括：

至少三个行星齿轮、中心齿轮、杯型壳体和固定内齿盘；所述中心齿轮为外齿轮，所述杯型壳体和所述固定内齿盘分别设置有第一内齿圈和第二内齿圈；所述中心齿轮、所述第一内齿圈和所述第二内齿圈为同轴设置，并且分别同时与所述至少三个行星齿轮相啮合；通过外部扭矩带动所述中心齿轮旋转，所述杯型壳体用于输出单级大传动比齿轮减速器的输出扭矩。

2.如权利要求1所述的单级大传动比齿轮减速器，其特征在于，

所述固定内齿圈设置有中心通孔，在所述中心通孔的内壁上设置有用于与所述至少三个行星齿轮相啮合的内齿，形成第二内齿圈；所述第一内齿圈与所述第二内齿圈围成减速器空腔，所述中心齿轮以及所述至少三个行星齿轮设置在所述减速器空腔内。

3.如权利要求2所述的单级大传动比齿轮减速器，其特征在于，

所述中心齿轮包括：齿轮本体和输入轴；所述齿轮本体和所述输入轴固定连接；所述杯型壳体的底端设置有与所述第一内齿圈相连通并且同轴的安装通孔，所述输入轴与所述安装通孔转动连接；其中，所述输入轴用于输入所述外部扭矩。

4.如权利要求3所述的单级大传动比齿轮减速器，其特征在于，包括：

前支板、后支板和行星轮轴；所述行星轮轴与所述行星齿轮的中心孔转动连接，所述前支板和所述后支板分别与所述行星轮轴的两端连接。

5.如权利要求4所述的单级大传动比齿轮减速器，其特征在于，

所述中心轴包括：连接轴；所述连接轴与所述齿轮本体固定连接，所述齿轮本***于所述连接轴和所述输入轴之间，并且所述齿轮本体的外径大于所述连接轴和所述输入轴的直径；所述前支板和所述后支板分别设置有第一中心安装通孔和第二中心安装通孔；所述连接轴与所述第一中心安装通孔间隙配合，所述第二中心安装通孔与所述输入轴间隙配合；其中，所述固定内齿盘位于所述杯型壳体和所述前支板之间，所述后支板位于所述减速器空腔内。

6.如权利要求5所述的单级大传动比齿轮减速器，其特征在于，

所述输入轴通过轴承与所述安装通孔转动连接；所述行星轮轴通过轴承与所述行星齿轮的中心孔转动连接。

7.如权利要求5所述的单级大传动比齿轮减速器，其特征在于，

所述输入轴、所述连接轴和所述齿轮本体为一体成型。

8.如权利要求1所述的单级大传动比齿轮减速器，其特征在于，

在所述杯型壳体的底部设置有用于与扭矩输出设备相连接的连接孔；其中，所述连接孔包括：螺纹孔。

9.如权利要求1所述的单级大传动比齿轮减速器，其特征在于，

在所述固定内齿盘的边缘设置有安装孔，其中，所述安装孔包括：通孔或螺纹孔。

10.如权利要求1至9任一项所述的单级大传动比齿轮减速器，其特征在于，

所述行星齿轮的数量为多个，多个所述行星齿轮沿所述中心齿轮的周向均匀分布；

所述单级大传动比齿轮减速器的减速比为50-330。