CN111828557B - 一种消隙行星齿轮减速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种消隙行星齿轮减速器，包括太阳轮、第一行星架、第二行星架、多个第一行星轮、多个第二行星轮、第一内齿圈和第二内齿圈，第一行星架和第二行星架均安装在太阳轮的中心轴上，且两者在中心轴上可相对转动，第一行星轮安装在第一行星架及第二行星架上且与太阳轮相外啮合，与第一内齿圈相内啮合；第二行星轮安装在第一行星架及第二行星架上且与第二内齿圈相内啮合，第一行星架和第二行星架之间通过弹性元件连接，第一行星轮和第二行星轮在弹性元件的作用下分别与内齿圈的齿面贴紧。本发明解决了目前行星齿轮减速器存在齿侧间隙从而导致传动精度低以及换向时存在冲击等问题，具有广阔的市场应用价值。

Description

一种消隙行星齿轮减速器
技术领域
本发明属于减速器技术领域，具体涉及一种消隙行星齿轮减速器。
背景技术
减速器是机器人驱动关节的核心传动部件，行星齿轮减速器与谐波减速器相比，具有刚度高，效率高以及支持反向传动等优点，且它与RV减速器相比，具有体积小、重量轻等优点。对行星齿轮减速器内部各齿轮通过一定的齿数配比设计，就可以实现大传动比、高传动效率。
但是，传统的行星齿轮减速器因其内部采用的齿轮的固有特性，使一对啮合轮齿的齿侧间存在着间隙，这个间隙会影响行星齿轮传动的精度、动态响应以及在传动机构运动方向切换时带来冲击，使它不能应用于高精度传动(如机器人驱动关节)的场合。
如何提供一种可以消除行星齿轮减速器齿侧间隙的消隙机构，是一个急需解决的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种消隙行星齿轮减速器，从而克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：一种消隙行星齿轮减速器，所述减速器包括：太阳轮、第一行星架、第二行星架、多个第一行星轮、多个第二行星轮、第一内齿圈和第二内齿圈，所述第一行星架和第二行星架均安装在太阳轮的中心轴上，且两者在所述中心轴上可相对转动，所述第一行星轮安装在第一行星架及第二行星架上且与所述太阳轮相外啮合，与所述第一内齿圈相内啮合；所述第二行星轮安装在第一行星架及第二行星架上且与所述第二内齿圈相内啮合，所述第一行星架和第二行星架之间通过弹性元件连接，所述第一行星架和第二行星架上的第一行星轮在所述弹性元件的作用下与太阳轮和第一内齿圈的齿面贴紧，所述第一行星架和第二行星架上的第二行星轮在所述弹性元件的作用下与第二内齿圈的齿面贴紧。
在一优选实施例中，所述第一行星架和第二行星架上各设置一预紧力调整结构，所述弹性元件通过所述预紧力调整结构调整其预紧力。
在一优选实施例中，所述预紧力调整结构包括设置于所述第一行星架和第二行星架上的连接座，所述连接座分别与所述第一行星架和第二行星架螺纹连接。
在一优选实施例中，所述连接座与第一行星架和第二行星架螺纹连接的深度可调。
在一优选实施例中，所述连接座与第一行星架和第二行星架螺纹连接的深度通过螺母调节。
在一优选实施例中，所述第一行星轮通过第一轴承与第一行星架形成转动连接，所述第二行星轮通过第二轴承与第二行星架形成转动连接。
在一优选实施例中，所述第一行星架通过第三轴承安装到所述太阳轮的中心轴上，所述第二行星架通过第四轴承安装到所述太阳轮的中心轴上。
在一优选实施例中，所述第一行星轮和对应的第二行星轮之间通过平键固定连接。
在一优选实施例中，所述太阳轮与电机连接，所述第一内齿圈固定，正向转动时，运动从所述太阳轮输入，所述第二内齿圈输出，反向转动时，运动从所述第二内齿圈输入，从所述太阳轮输出。
在一优选实施例中，所述减速器的传动比为：
Figure BDA0002611425760000021
其中，Rae是整个减速器的传动比，Rap是太阳轮到第一行星架之间的传动比，Rpe是第二行星架到第二内齿圈之间的传动比，Zr1是第一内齿圈的齿数，Zr2是第二内齿圈的齿数，Zp是太阳轮的齿数，Zp1第一行星轮的齿数，Zp2是第二行星轮的齿数。
与现有技术相比较，本发明的有益效果至少在于：
1、通过在两个行星架之间加入弹性元件连接，使两个行星架上的行星轮分别与太阳轮和内齿圈上的两侧齿面贴紧，从而消除正反向传动时的齿侧间隙。
2、通过在行星架上设置预紧力调整机构，可以调节消隙弹簧的刚度，以适应不同的载荷工况，保证消隙机构可靠运行，无侧隙的行星齿轮传动可以保证各齿轮的均载性，从而使整个行星齿轮传动效率高并且平稳可靠，可以应用于机器人驱动关节或其他需要精密传动的场合。
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中记载的一些实施例，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是本发明减速器的侧视结构示意图；
图2是图1中A-A方向的剖视图；
图3是本发明减速器另一方向的侧视结构示意图；
图4是本发明减速器的俯视结构示意图；
图5是本发明传动原理示意图。
附图标记：
10、太阳轮，20、第一行星架，21、第三轴承，22、第一连接座，30、第二行星架，31、第四轴承，40、第一行星轮，50、第二行星轮，60、第一内齿圈，70、第二内齿圈，80、平键，90、弹性元件，91、螺母，92、轴套，93、轴承压盖。
具体实施方式
通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。
结合图1～图4所示，本发明所揭示的一种消隙行星齿轮减速器，包括太阳轮10、第一行星架20、第二行星架30、多个第一行星轮40、多个第二行星轮50、第一内齿圈60和第二内齿圈70，其中，太阳轮10固定于其中心轴(图未示)上，且其中心轴与电机(图未示)相连，第一行星架20通过第三轴承21转动连接于太阳轮10的中心轴上，用于安装第一行星轮40及第二行星轮50，本实施例中，第一行星架20上设置四个第一行星轮40，每个第一行星轮40通过一第一轴承(图未)与第一行星架20形成转动连接。第二行星架30通过第四轴承31转动连接于太阳轮10的中心轴上，用于安装第二行星轮50，且第一行星架20和第二行星架30安装到太阳轮10的中心轴上后，两者可相对转动。
优选地，所有轴承的中心轴上均设置有轴套92，及轴承上均设置有轴承压盖93。
本实施例中，第二行星架30上也设置有四个第二行星轮50，每个第二行星轮50通过一第二轴承(图未示)与第二行星架30形成转动连接。且第一行星轮40和第二行星轮50安装到各自的行星架上后，第一行星轮40和第二行星轮50均与中心的太阳轮10相外啮合，且第一行星架20上的第一行星轮40对应第二行星架30上的一第二行星轮50，即四个第一行星轮40与四个第二行星轮50是一一对应的，每个第一行星轮40和与之对应的第二行星轮50之间通过平键80相固定连接。
且，所有的第一行星轮40与第一内齿圈60均相内啮合，第一内齿圈60固定。所有的第二行星轮50与第二内齿圈70均相内啮合。当减速器正向转动时，运动从太阳轮10输入，第二内齿圈70输出，反向传动时，第二内齿圈70作为运动输入，太阳轮10为运动输出。
本发明基于3K行星齿轮传动的构型，该构型的行星轮可以浮动于太阳轮10和内齿圈之间，行星架在传动时不受力，仅起到辅助支撑的作用。因此，本发明将第一行星架20和第二行星架30设计为彼此可以相对转动的两部分。
优选地，第一行星架20和第二行星架30之间至少通过一弹性元件90连接，本实施例中，弹性元件90采用弹簧。具体地，第一行星架20上和第二行星架30上均设置预紧力调整结构，弹性元件90的一端通过第一行星架20上的预紧力调整结构与第一行星架20连接，弹性元件90的另一端通过第二行星架30上的预紧力调整结构与第二行星架30连接，本实施例中，预紧力调整结构包括连接座，第一行星架20上的第一连接座22与第二行星架30上的第二连接座(图未示)和各自行星架之间通过螺纹连接，通过调节第一连接座22拧入第一行星架20上的深度和/或调节第一连接座22拧入第一行星架20上的深度，可以调节第一连接座22和第二连接座之间的弹性元件90的预紧力。第一连接座22和第二连接座的拧入深度可以通过螺母91来调节。通过第一行星架20上和第二行星架30上的连接座以及螺母91可以调节弹性元件90的位移，从而调节各啮合齿轮之间的预紧力及啮合刚度，以便适应各种负载工况。
当第一行星轮40、第二行星轮50、太阳轮10、第一内齿圈60和第二内齿圈70装配到位后，各啮合齿轮对(包括第一行星轮40与太阳轮10之间、第二行星轮50与太阳轮10之间、第一行星轮40与第一内齿圈60之间、第二行星轮50与第二内齿圈70之间)之间存在间隙，此时，将第一行星架20和第二行星架30之间的定位销卸掉，第一行星架20与第二行星架30在弹性元件90的作用下发生相对转动，它们上面的各自行星轮在弹性元件90的作用下与太阳轮10以及第一内齿圈60、第二内齿圈70上相应的齿面贴紧，从而消除它们齿侧间存在的间隙，弹性元件90两侧的行星轮分别消除各自对应侧的间隙。所以当行星减速器正向传动时，第二行星架20上的第二行星轮50与对应的太阳轮10和第二内齿圈70，或第一行星架20上的第一行星轮40与对应的太阳轮10和第一内齿圈60为无侧隙传动；反向传动时，第一行星架20上的第一行星轮40与对应的太阳轮10和第一内齿圈60，或第二行星架30上的第二行星轮50与对应的太阳轮10和第二内齿圈70为无侧隙传动，保证了各传动齿轮的均载性(受力均匀)，从而使整个行星减速器具有高效率双向无间隙传动能力，并且传动稳定可靠。本发明的行星减速器不仅可以在机器人驱动关节中使用，也可以应用于其他需要精密传动的场合中。
本发明的传动原理如图5所示，运动由电机端通过太阳轮10输入，第二内齿圈70输出，其中第一内齿圈60固定，第一内齿圈60和第二内齿圈70、第一行星轮40和第二行星轮50的齿数分别配置成适当的数值。这样的行星齿轮传动***通过相应的结构参数匹配设计可以实现很大的传动比，以满足驱动关节单元或其他单元对于减速器高传动比的需求。因此，通过对传动***进行运动分析，可以得到输入太阳轮10和输出第二内齿圈70之间的传动比。本发明整个传动***的传动比为：
Figure BDA0002611425760000051
其中，Rae是整个减速器的传动比，Rap是输入太阳轮10到第一行星架20之间的传动比，Rpe是第二行星架30到第二内齿圈70之间的传动比，Zr1是第一内齿圈60的齿数，Zr2是第二内齿圈70的齿数，Zp是太阳轮10的齿数，Zp1是第一行星轮40的齿数，Zp2是第二行星轮50的齿数。
本发明通过对行星齿轮减速器中太阳轮10、第一行星轮40、第一内齿圈60、第二行星轮50、第二内齿圈70的齿数匹配设计，使该行星减速器可以实现很大的传动比以及达到高传动效率，并且支持双向传动。
另外，本发明的行星齿轮减速器还具有结构简单、紧凑，制造与装配成本低以及后期维护方便等优点。
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本发明案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (8)

1.一种消隙行星齿轮减速器，其特征在于，所述减速器包括：太阳轮、第一行星架、第二行星架、多个第一行星轮、多个第二行星轮、第一内齿圈和第二内齿圈，所述第一行星架和第二行星架均安装在太阳轮的中心轴上，且两者在所述中心轴上可相对转动，所述第一行星轮安装在第一行星架及第二行星架上且与所述太阳轮相外啮合，与所述第一内齿圈相内啮合；所述第二行星轮安装在第一行星架及第二行星架上且与所述第二内齿圈相内啮合，所述第一行星架和第二行星架之间通过弹性元件连接，所述第一行星架和第二行星架上的第一行星轮在所述弹性元件的作用下与太阳轮和第一内齿圈的齿面贴紧，所述第一行星架和第二行星架上的第二行星轮在所述弹性元件的作用下与第二内齿圈的齿面贴紧；
所述第一行星架和第二行星架上各设置一预紧力调整结构，所述弹性元件通过所述预紧力调整结构调整其预紧力；
所述预紧力调整结构包括设置于所述第一行星架和第二行星架上的连接座，所述连接座分别与所述第一行星架和第二行星架螺纹连接。
2.根据权利要求1所述的消隙行星齿轮减速器，其特征在于：所述连接座与第一行星架和第二行星架螺纹连接的深度可调。
3.根据权利要求2所述的消隙行星齿轮减速器，其特征在于：所述连接座与第一行星架和第二行星架螺纹连接的深度通过螺母调节。
4.根据权利要求1所述的消隙行星齿轮减速器，其特征在于：所述第一行星轮通过第一轴承与第一行星架形成转动连接，所述第二行星轮通过第二轴承与第二行星架形成转动连接。
5.根据权利要求1所述的消隙行星齿轮减速器，其特征在于：所述第一行星架通过第三轴承安装到所述太阳轮的中心轴上，所述第二行星架通过第四轴承安装到所述太阳轮的中心轴上。
6.根据权利要求1所述的消隙行星齿轮减速器，其特征在于：所述第一行星轮和对应的第二行星轮之间通过平键固定连接。
7.根据权利要求1所述的消隙行星齿轮减速器，其特征在于：所述太阳轮与电机连接，所述第一内齿圈固定，正向转动时，运动从所述太阳轮输入，所述第二内齿圈输出，反向转动时，运动从所述第二内齿圈输入，从所述太阳轮输出。
8.根据权利要求1所述的消隙行星齿轮减速器，其特征在于，所述减速器的传动比为：
Figure FDA0003751262680000021
其中，Rae是整个减速器的传动比，Rap是太阳轮到第一行星架之间的传动比，Rpe是第二行星架到第二内齿圈之间的传动比，Zr1是第一内齿圈的齿数，Zr2是第二内齿圈的齿数，Zp是太阳轮的齿数，Zp1第一行星轮的齿数，Zp2是第二行星轮的齿数。
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