CN113775726A - 一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器 - Google Patents

一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器 Download PDF

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CN113775726A CN202111117255.2A CN202111117255A CN113775726A CN 113775726 A CN113775726 A CN 113775726A CN 202111117255 A CN202111117255 A CN 202111117255A CN 113775726 A CN113775726 A CN 113775726A
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Abstract

本发明涉及一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，包括左端盖、输入轴、一级激波器、一级活齿架、一级中心轮、一级传动钢球、一级支撑钢球、第一壳体、第二壳体、二级激波器、二级活齿架、二级中心轮、二级传动钢球、二级支撑钢球和交叉滚子轴承等。本发明一级激波器与对应输入轴通过第五轴承连接，一二级传动***之间通过交叉滚子轴承连接，左端盖以及二级中心轮上安装有密排支撑钢球，无需等速传动机构，使得活齿减速器具有较高的传动效率、传动精度与承载力，且传动平稳，结构简单，便于安装，减速器的轴向尺寸与径向尺寸较小，而且通过齿数组合可以实现大传动比，可以进行参数化与系列化设计生产并应用于特定的应用场景。

Description

一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器
技术领域
本发明涉及减速器技术领域，尤其涉及一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器。
背景技术
随着科技的高速发展，现代机械逐步向高速、精密等方向发展，而减速器作为现代机械中的关键传动部件，也随之有了更高的要求，比如小型化、轻量化、高速化、低噪声和高可靠度等。活齿传动作为一种区别于传统齿轮传动型式的新型传动，因其独特的结构特点，使之具有传统齿轮传动所不可比拟的优越性能，平面活齿传动就是极具代表性的活齿传动类型，因其具有结构简单紧凑、传动效率高、传动误差小、传动平稳等特点被广泛应用于国防、石油化工、汽车、电子仪表、航空航天、精密仪器等领域。
申请号为201910975881.1的发明专利公开了一种基于交叉滚子轴承和中心轮集成结构的微小型钢球减速器，此发明中的交叉滚子轴承均采用了集成结构，轴承内圈端面设有正弦滚道，作为第二级传动***的中心轮进行传动，同时又起到了支撑作用，两级交叉滚子轴承的结构完全相同，具有互换性，可延长工作寿命，但其两个交叉滚子轴承均为非标结构，这对加工生产造成了一定困难，而且无法保证一二级之间平稳传动。通过将单级活齿传动结构优化设计为双级活齿传动结构，平面活齿传动减速器已经可以实现大传动比，但不能同时保证传动平稳与高效率的要求，因此需要设计一种兼具大传动比、传动平稳、小尺寸和高效率的减速器以适用于更多的发展需求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，使得双级活齿减速器兼具大传动比、传动平稳、小尺寸和高效率等特点。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，包括输入轴、左端盖、一级支撑钢球、第一螺栓、第一壳体、一级激波器、一级活齿架、第二壳体、一级中心轮、二级激波器、二级活齿架、二级中心轮、第二螺栓、二级支撑钢球、第四轴承、第三轴承、第三螺栓、二级传动钢球、交叉滚子轴承、第二轴承、轴套、一级传动钢球、第五轴承和第一轴承；
所述左端盖、第一壳体、一级活齿架和第二壳体从首端到尾端依次通过第一螺栓连接，且轴线均重合；所述一级中心轮、交叉滚子轴承内圈和二级激波器从首端到尾端依次通过第二螺栓连接，且轴线均重合，所述一级中心轮位于第二壳体圆周内侧；所述第二壳体、交叉滚子轴承外壳和二级中心轮从首端到尾端依次通过第三螺栓连接，且轴线均重合；
所述输入轴与左端盖相连形成传动空腔，空腔内设有第一轴承；所述左端盖内侧端面上设有一个圆型环槽，用于密排一级支撑钢球；所述输入轴上设有偏心轴段，与一级激波器相连形成传动空腔，空腔内设有第五轴承；所述一级激波器与一级中心轮之间设有一级活齿架，所述一级激波器设于输入轴偏心轴段，右侧端面形成与一级传动钢球配合的偏心圆滚道，所述一级活齿架的端面周向设有均匀分布的活齿导槽，所述一级传动钢球均布于所述活齿导槽内，所述一级中心轮左侧端面设置有与一级传动钢球配合的正弦滚道；所述交叉滚子轴承与输入轴相连形成传动空腔，空腔内设置有第二轴承；所述轴套设置在输入轴中部，且位于第二轴承和第五轴承之间；所述二级激波器设置在交叉滚子轴承和二级中心轮之间，且所述二级激波器与二级中心轮之间设有二级活齿架；所述二级激波器右侧端面设置有与二级传动钢球配合的正弦滚道；所述二级活齿架的端面周向设有均匀分布的活齿导槽，所述二级传动钢球均布于所述活齿导槽内；所述二级活齿架左轴段与二级激波器相连形成传动空腔，空腔内设有第三轴承；所述二级活齿架右轴段与二级中心轮相连形成传动空腔，空腔内设有第四轴承；所述二级中心轮内侧端面上设有一个圆型环槽，用于密排二级支撑钢球；所述圆形环槽的外侧设置有与二级传动钢球配合的正弦滚道；
所述一级传动钢球、一级激波器、一级活齿架和一级中心轮组成第一级传动***；所述二级传动钢球、二级激波器、二级活齿架、二级中心轮组成第二级传动***；
所述第一级传动***由偏心圆滚道驱动，所述一级活齿架固定，由所述一级中心轮输出；所述第二级传动***由正弦滚道驱动，所述二级中心轮固定，由所述二级活齿架输出。
进一步的，所述一级中心轮、二级激波器和交叉滚子轴承三个零件集成为一体。
进一步的，所述一级激波器的齿廓线的方程为
x2+y2＝b1 2
其中，b1为一级中心轮理论齿廓线半径，单位mm。
进一步的，所述一级中心轮的正弦滚道理论轮廓线的参数方程为
Figure BDA0003275926720000031
其中，a1为一级中心轮活齿滚道波幅，单位mm；Z2为一级中心轮理论齿廓线波动周期数；
Figure BDA0003275926720000032
为一级中心轮转角，单位°。
进一步的，所述二级激波器的正弦滚道理论轮廓线的参数方程为
Figure BDA0003275926720000033
其中，a2为二级激波器活齿滚道波幅，单位mm；b2为二级激波器理论齿廓线半径，单位mm；Z3为二级激波器理论齿廓线波动周期数；
Figure BDA0003275926720000034
为二级活齿架转角，单位°。
进一步的，所述的二级中心轮正弦滚道理论齿廓线的参数方程为
Figure BDA0003275926720000035
其中，Z5为二级中心轮理论齿廓线波动周期数。
进一步的，所述一级活齿架和二级活齿架采用抽齿方法，实际活齿导槽数为理论活齿导槽数的二分之一或四分之一，并且
Z1＝Z2+1
Z4＝Z3+Z5
其中，Z1为一级活齿架的理论活齿导槽数，Z4为二级活齿架的理论活齿导槽数。
进一步的，所述第一级传动***的传动比计算公式为
Figure BDA0003275926720000041
进一步的，所述第二级传动***的传动比计算公式为
Figure BDA0003275926720000042
进一步的，所述第一级传动***和第二级传动***二级串联结构总传动比计算公式为
Figure BDA0003275926720000043
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明第一级传动***采用偏心圆滚道驱动，第二级传动***采用正弦滚道驱动，一级中心轮、二级激波器以及交叉滚子轴承三个零件集成为一体，无需采用非标交叉滚子轴承，通过齿数组合可以实现大传动比，且在径向尺寸不变的情况下，轴向尺寸显著缩短，小于传统减速器，无等速输出机构，结构简单，便于安装；
2、一级激波器与输入轴偏心轴段通过第五轴承连接，一级激波器在公转的同时，还会沿着输入轴偏心轴线自转，且一二级传动***之间通过交叉滚子轴承连接，大大提高了减速器的传动效率与传动精度；
3、左端盖上设有密排一级支撑钢球，二级中心轮上设有密排二级支撑钢球，提高了***的轴向承载能力与传动平稳性，使用寿命更长；
4、本发明减速器结构的相关轴承以及交叉滚子轴承均为标准件，且主要传动部件容易加工制造，故可进行参数化和系列化设计，适合大范围应用；
综上，应用本发明的技术方案能够解决现有技术中的减速器无法同时保证传动平稳、高效率、结构紧凑、高承载能力的问题。
附图说明
图1为本发明的总体装配结构示意图；
图2为本发明的整机剖视结构示意图；
图3为本发明输入轴的结构示意图；
图4为本发明一级激波器结构示意图；
图5为本发明一级活齿架结构示意图；
图6为本发明一级中心轮结构示意图；
图7为本发明二级激波器零件结构示意图；
图8为本发明二级活齿架零件结构示意图；
图9为本发明二级中心轮结构示意图。
其中，附图标记：1-输入轴；2-左端盖；3-一级支撑钢球；4-第一螺栓；5-第一壳体；6-一级激波器；7-一级活齿架；71-活齿导槽；8-第二壳体；9-一级中心轮；10-二级激波器；11-二级活齿架；111-活齿导槽；12-二级中心轮；121-圆形环槽；13-第二螺栓；14-二级支撑钢球；15-第四轴承；16-第三轴承；17-第三螺栓；18-二级传动钢球；19-交叉滚子轴承；20-第二轴承；21-轴套；22-一级传动钢球；23-第五轴承；24-第一轴承。
具体实施方式
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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他的附图。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”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。
参见附图1至9，给出了本发明所提出的一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器的一个实施例的具体结构，本实施例针对某种应用场合设计了一款偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，其总体尺寸为外径φ73mm，总长54.8mm；活齿滚道截面形状为半圆形；第一轴承、第四轴承型号为61801；第五轴承型号为63901；第二轴承型号为619/9；第三轴承型号为618/9；交叉滚子轴承轴承型号为CH42；一二级传动的理论参数见表1。
表1结构理论参数表
Figure BDA0003275926720000061
所述减速器包括输入轴(1)、左端盖(2)、一级支撑钢球(3)、第一螺栓(4)、第一壳体(5)、一级激波器(6)、一级活齿架(7)、第二壳体(8)、一级中心轮(9)、二级激波器(10)、二级活齿架(11)、二级中心轮(12)、第二螺栓(13)、二级支撑钢球(14)、第四轴承(15)、第三轴承(16)、第三螺栓(17)、二级传动钢球(18)、交叉滚子轴承(19)、第二轴承(20)、轴套(21)、一级传动钢球(22)、第五轴承(23)和第一轴承(24)。
其中，所述左端盖(2)、第一壳体(5)、一级活齿架(7)和第二壳体(8)从首端到尾端依次通过第一螺栓(4)连接，且轴线均重合；所述一级中心轮(9)、交叉滚子轴承(19)内圈和二级激波器(10)从首端到尾端依次通过第二螺栓连接(13)，且轴线均重合，本实施例中，所述一级中心轮(9)、二级激波器(10)和交叉滚子轴承(19)三个零件集成为一体，所述一级中心轮(9)位于第二壳体(8)圆周内侧；所述第二壳体(8)、交叉滚子轴承(19)外壳和二级中心轮(12)从首端到尾端依次通过第三螺栓(17)连接，且轴线均重合。
所述输入轴(1)与左端盖(2)相连形成传动空腔，空腔内设有第一轴承(24)；所述左端盖(2)内侧端面上设有一个圆型环槽，用于密排一级支撑钢球(3)；所述输入轴(1)上设有偏心轴端，与一级激波器(6)相连形成传动空腔，空腔内设有第五轴承(23)；所述一级激波器(6)与一级中心轮(9)之间设有一级活齿架(7)，一级激波器(6)设于输入轴(1)偏心轴段，右侧端面形成与一级传动钢球(22)配合的偏心圆滚道，所述一级活齿架(7)的端面周向设有均匀分布的活齿导槽(71)，所述一级传动钢球(22)均布于所述活齿导槽(71)内，所述一级中心轮左侧端面设置有与一级传动钢球(22)配合的正弦滚道；所述交叉滚子轴承(19)与输入轴(1)相连形成传动空腔，空腔内设置有第二轴承(20)；所述轴套(21)设置在输入轴中部，且位于第二轴承(20)和第五轴承(23)之间；所述所述二级激波器(10)设置在交叉滚子轴承(19)和二级中心轮(12)之间，且所述二级激波器(10)与二级中心轮(12)之间设有二级活齿架(11)；所述二级激波器(10)右侧端面设置有与二级传动钢球(18)配合的正弦滚道；所述二级活齿架(11)的端面周向设有均匀分布的活齿导槽(111)，所述二级传动钢球(18)均布于所述活齿导槽内；所述二级活齿架(11)左轴段与二级激波器(10)相连形成传动空腔，空腔内设有第三轴承(16)；所述二级活齿架(11)右轴段与二级中心轮相连形成传动空腔，空腔内设有第四轴承(15)；所述二级中心轮(12)内侧端面上设有一个圆型环槽(121)，用于密排二级支撑钢球(14)，且所述二级中心轮(12)上的圆型环槽(121)的圆周外侧设置有与二级传动钢球(18)配合的正弦滚道。
所述一级传动钢球(22)、一级激波器(6)、一级活齿架(7)和一级中心轮(9)组成第一级传动***；所述二级传动钢球(18)、二级激波器(10)、二级活齿架(11)、二级中心轮(12)组成第二级传动***；
所述第一级传动***由偏心圆滚道驱动，所述一级活齿架(7)固定，由所述一级中心轮(9)输出；所述第二级传动***由正弦滚道驱动，所述二级中心轮(12)固定，由所述二级活齿架(11)输出。
所述一级激波器的齿廓线的方程为
x2+y2＝22.52
所述一级中心轮的正弦滚道理论轮廓线的参数方程为
Figure BDA0003275926720000081
其中，
Figure BDA0003275926720000082
为一级中心轮转角，单位°。
所述二级激波器的正弦滚道理论轮廓线的参数方程为
Figure BDA0003275926720000083
其中，
Figure BDA0003275926720000084
为二级活齿架转角，单位°。
所述的二级中心轮正弦滚道理论齿廓线的参数方程为
Figure BDA0003275926720000085
所述一级活齿架采用抽齿方法，理论活齿导槽数为
Z1＝Z2+1＝23+1＝24
其中，Z1为一级活齿架的理论活齿导槽数，其实际活齿导槽数为理论活齿导槽数的二分之一，即12个。
所述二级活齿架采用抽齿方法，理论活齿导槽数为
Z4＝Z3+Z5＝16+16＝32
其中，Z4为二级活齿架的理论活齿导槽数，其实际活齿导槽数为理论活齿导槽数的四分之一，即8个。
所述第一级传动***的传动比计算公式为
Figure BDA0003275926720000091
所述第二级传动***的传动比计算公式为
Figure BDA0003275926720000092
所述第一级传动***和第二级传动***二级串联结构总传动比计算公式为
Figure BDA0003275926720000093
本发明工作原理在于：使用时，以上述实施例为例，转动输入轴(1)，其上偏心轴段会带着一级激波器(6)绕着输入轴1轴线公转，从而推动一级传动钢球(22)同时沿着一级活齿架(7)的活齿导槽和一级中心轮(9)的正弦滚道移动，由于一级活齿架(7)固定不动，故一级中心轮(9)绕轴线转动，且减速比为-23；接着，所述一级中心轮(9)带动交叉滚子轴承(19)内圈与二级激波器(10)绕轴线转动，从而推动二级传动钢球(18)同时沿着二级活齿架(11)的活齿导槽和二级中心轮(12)的正弦滚道移动，由于二级中心轮(12)固定不动，故二级活齿架(11)绕轴线转动，且减速比为2，故减速器总减速比为-23×2＝-46。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，其特征在于：所述减速器包括输入轴、左端盖、一级支撑钢球、第一螺栓、第一壳体、一级激波器、一级活齿架、第二壳体、一级中心轮、二级激波器、二级活齿架、二级中心轮、第二螺栓、二级支撑钢球、第四轴承、第三轴承、第三螺栓、二级传动钢球、交叉滚子轴承、第二轴承、轴套、一级传动钢球、第五轴承和第一轴承；
所述左端盖、第一壳体、一级活齿架和第二壳体从首端到尾端依次通过第一螺栓连接，且轴线均重合；所述一级中心轮、交叉滚子轴承内圈和二级激波器从首端到尾端依次通过第二螺栓连接，且轴线均重合，所述一级中心轮位于第二壳体圆周内侧；所述第二壳体、交叉滚子轴承外壳和二级中心轮从首端到尾端依次通过第三螺栓连接，且轴线均重合；
所述输入轴与左端盖相连形成传动空腔，空腔内设有第一轴承；所述左端盖内侧端面上设有一个圆型环槽，用于密排一级支撑钢球；所述输入轴上设有偏心轴段，与一级激波器相连形成传动空腔，空腔内设有第五轴承；所述一级激波器与一级中心轮之间设有一级活齿架，所述一级激波器设于输入轴偏心轴段，右侧端面形成与一级传动钢球配合的偏心圆滚道，所述一级活齿架的端面周向设有均匀分布的活齿导槽，所述一级传动钢球均布于所述活齿导槽内，所述一级中心轮左侧端面设置有与一级传动钢球配合的正弦滚道；所述交叉滚子轴承与输入轴相连形成传动空腔，空腔内设置有第二轴承；所述轴套设置在输入轴中部，且位于第二轴承和第五轴承之间；所述二级激波器设置在交叉滚子轴承和二级中心轮之间，且所述二级激波器与二级中心轮之间设有二级活齿架；所述二级激波器右侧端面设置有与二级传动钢球配合的正弦滚道；所述二级活齿架的端面周向设有均匀分布的活齿导槽，所述二级传动钢球均布于所述活齿导槽内；所述二级活齿架左轴段与二级激波器相连形成传动空腔，空腔内设有第三轴承；所述二级活齿架右轴段与二级中心轮相连形成传动空腔，空腔内设有第四轴承；所述二级中心轮内侧端面上设有一个圆型环槽，用于密排二级支撑钢球；所述圆形环槽的外侧设置有与二级传动钢球配合的正弦滚道；
所述一级传动钢球、一级激波器、一级活齿架和一级中心轮组成第一级传动***；所述二级传动钢球、二级激波器、二级活齿架、二级中心轮组成第二级传动***；
所述第一级传动***由偏心圆滚道驱动，所述一级活齿架固定，由所述一级中心轮输出；所述第二级传动***由正弦滚道驱动，所述二级中心轮固定，由所述二级活齿架输出。
2.根据权利要求1所述的一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，其特征在于：所述一级中心轮、二级激波器和交叉滚子轴承三个零件集成为一体。
3.根据权利要求1所述的一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，其特征在于：所述一级激波器的齿廓线的方程为
x2+y2＝b1 2
其中，b1为一级中心轮理论齿廓线半径，单位mm。
4.根据权利要求3所述的一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，其特征在于：所述一级中心轮的正弦滚道理论轮廓线的参数方程为
Figure FDA0003275926710000021
其中，a1为一级中心轮活齿滚道波幅，单位mm；Z2为一级中心轮理论齿廓线波动周期数；
Figure FDA0003275926710000022
为一级中心轮转角，单位°。
5.根据权利要求4所述的一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，其特征在于：所述二级激波器的正弦滚道理论轮廓线的参数方程为
Figure FDA0003275926710000023
其中，a2为二级激波器活齿滚道波幅，单位mm；b2为二级激波器理论齿廓线半径，单位mm；Z3为二级激波器理论齿廓线波动周期数；
Figure FDA0003275926710000024
为二级活齿架转角，单位°。
6.根据权利要求5所述的一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，其特征在于：所述的二级中心轮正弦滚道理论齿廓线的参数方程为
Figure FDA0003275926710000031
其中，Z5为二级中心轮理论齿廓线波动周期数。
7.根据权利要求6所述的一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，其特征在于：所述一级活齿架和二级活齿架采用抽齿方法，实际活齿导槽数为理论活齿导槽数的二分之一或四分之一，并且
Z1＝Z2+1
Z4＝Z3+Z5
其中，Z1为一级活齿架的理论活齿导槽数，Z4为二级活齿架的理论活齿导槽数。
8.根据权利要求7所述的一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，其特征在于：所述第一级传动***的传动比计算公式为
Figure FDA0003275926710000032
9.根据权利要求8所述的一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，其特征在于：所述第二级传动***的传动比计算公式为
Figure FDA0003275926710000033
10.根据权利要求9所述的一种偏心圆和正弦滚道组合驱动的双级活齿减速器，其特征在于：所述第一级传动***和第二级传动***二级串联结构总传动比计算公式为
Figure FDA0003275926710000034
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