CN115126828A - 变距消隙行星调速器 - Google Patents

Abstract

变距消隙行星调速器，一种高精度调速器，利用渐开线齿轮中心距可分的特性，通过变中心距结构来消除侧隙，以施力组件的“锁定”、“活动”、“弹性”和“刚性”四个特征为变量，给出变距机构的三种基本工作方式——在调整好侧隙后施力组件锁定在固定位置为行星轮提供刚性支撑，不再主动改变其径向位置，或者，施力组件锁定在固定位置后依然主动对行星轮施加弹性压力，使其径向位置自适应动态变化，或者，施力组件始终不锁定并且主动对行星轮施加弹性压力，使其径向位置自适应动态变化。此外，在多个关联细节上同步优化，协同提高渐开线齿轮***在精密应用领域的竞争力。

Description

变距消隙行星调速器

技术领域

本发明涉及一种减速器，特别是高精度渐开线齿轮行星减速器。

背景技术

齿轮减速器广泛应用于动力设备的输出端，起到改变转速、扭矩或惯量的作用，是动力机械领域不可或缺的传动装置。回差是精密减速器的重要指标，主要由材料变形和运动组件之间的间隙造成，其中，运动组件之间的间隙主要是齿轮侧隙。渐开线齿轮具有中心距可分性、扭矩和速比恒定、载荷大、加工方便以及成本低等众多优点，是普及范围最广的齿传动技术，但遗憾的是由于侧隙较大而难以在精密领域应用，业界不得不为使用替代技术而付出更高的成本代价并接受另一些遗憾。侧隙问题之所以成为渐开线齿轮的硬伤，主要原因在于，侧隙可以容纳油膜，吸收热膨胀和降低加工误差的影响，正常传动需要保留一定的侧隙；加工误差和轴承间隙不可避免；为了获得较大传动比而采用较长的传动链会增加侧隙累积量；传动副的中心距往往是固定的，或者传动轮双侧传动，不方便采用缩小中心距的方法来减少侧隙量。为了消除侧隙，人们想了很多办法，但往往是解决问题的同时又增加更难以接受的问题，例如，采用双片周向错位组合的“零侧隙”齿轮，会成倍增加齿轮数量、重量和体积，又如，齿轮副采用零侧隙标准设计和标准安装，这样会加大传动阻力，转速高就容易发热卡死，精度寿命短。精密应用领域目前一般采用针轮摆线减速器、RV减速器和谐波减速器，它们的侧隙相对较小，但也有其局限性——针轮和摆线轮制作和安装精度要求很高，强度较低，中心距不可分，磨损后不能通过变中心距来保持精度；RV减速器在针轮和摆线轮前边设置的一级减速齿轮副通常采用渐开线齿轮，同样也存在前述的侧隙问题；谐波减速器的柔轮材料性能和工艺要求较高，承载能力也比较有限；采用少齿差减速原理，传动比的大小决定于齿数差和大齿轮齿数，需要大传动比的时候也会面临着大齿轮不够大、齿数差不够小的境况。如果渐开线齿轮***能有效解决侧隙问题，在精密应用领域将大有可为。

发明内容

本发明旨在提高渐开线齿轮减速器的精度，首先，利用渐开线齿轮中心距可分的特性，通过变中心距结构来消除侧隙，以施力组件的“锁定”、“活动”、“弹性”和“刚性”四个特征为变量，给出变距机构的三种基本工作方式，并在多个关联细节上同步优化，协同提高渐开线齿轮***在精密应用领域的竞争力。

本发明带有变距机构，可以调整行星轮的径向位置来改变其与中心轮的中心距，由此改变侧隙；变距机构带有弹性或刚性的施力组件来改变传动轮组的中心距；变距机构的工作方式为——施力组件始终不锁定并且主动对行星轮施加弹性力，使其径向位置自适应动态变化，或者，在调整好侧隙后施力组件锁定在固定，依然主动对行星轮施加弹性作用力，使其径向位置自适应动态变化，或者，在调整好侧隙后施力组件锁定在固定位置为行星轮提供刚性作用力，不再主动改变其径向位置；行星轮为单层结构或阶梯结构，中心轮为外齿或内齿。

本发明的施力组件和行星轮为一对一关系，或者一个施力组件同时作用于多个行星轮，不同的行星轮通过施力组件相互约束。

本发明的施力组件、行星轮或者它们之间的轴套带有斜面，彼此在轴向相对移动可以改变行星轮径向位置，变距机构带有轴向位移装置来改变施力组件的轴向位置。

本发明的轴向位移装置为手动装置，或者是自动弹力装置，或者是磁、电、液或气动智能化伺服装置。

本发明带有作用力自动调节装置，类型为离心式，或者是磁、电、液或气动智能化伺服装置，用来改变施力组件对行星轮的作用力大小，避免行星轮在传动时因作用力不够大而后撤，或者作用力过大而导致不必要的齿面磨损或被卡死。

本发明的施力组件带有弹性，本身也作为行星架或空心传动轴。

本发明的行星轮和中心轮的侧面有限隙轮与施力组件配合来保持最小侧隙，或者，有控油环来控制润滑剂，或者，有环轨来替代行星架的作用，或者，限隙轮、控油环和环轨至少有两者是同一组件。

本发明带有中轴，变距机构通过中轴的孔或槽与外部或***自带的控制装置相连。

本发明的中轴或行星轮轴的内部有油液通道，以自转产生的离心作用和负压吸力驱动润滑油或冷却液运动。

本发明的转动连接组件的接触面带有轴向锥度或通过带锥度的衬套相互连接，通过改变连接件之间的相对轴向位置可以调整径向间隙，或者，行星轮的安装孔带有方形轴套来增加接触面积，其与安装孔侧壁或施力组件之间为面接触。

附图说明

图1是变距机构径向视图；

图2是是变距机构轴向视图；

图3是变距机构的轴向位移装置；

图4是变距机构的压力调节装置；

图5是本身也作为行星架的施力组件；

图6是带有限隙环的传动轮；

图7是从外部控制施力组件的连接方式。

具体实施方式

本发明带有变距机构，可以调整行星轮的径向位置来改变其与中心轮的中心距，由此改变侧隙；变距机构带有弹性或刚性的施力组件来改变传动轮组的中心距；变距机构的工作方式为——施力组件始终不锁定并且主动对行星轮施加弹性力，使其径向位置自适应动态变化，或者，在调整好侧隙后施力组件锁定在固定，依然主动对行星轮施加弹性作用力，使其径向位置自适应动态变化，或者，在调整好侧隙后施力组件锁定在固定位置为行星轮提供刚性作用力，不再主动改变其径向位置；行星轮为单层结构或阶梯结构，中心轮为外齿或内齿。如图1和图2，转臂7固定在中轴8上，行星轮2的轴4与轴套3转动连接，轴套3安装在行星架6上，在周向受限而在径向可以活动，内齿1定轴转动，压环5作为变距机构的施力组件，向轴套3施加径向压力使行星轮2移动来改变其与内齿圈1的中心距，由此调整行星轮2和内齿1的侧隙。压环5带有弹性或有弹性力作为驱动，使行星轮2和内齿1在传动中自适应动态保持周向零侧隙，或者在有限隙装置配合来保持大于零的最小侧隙。变距机构的工作方式还可以是——压环5为弹性件，在调整好侧隙后锁定在固定位置，依然主动对行星轮施加弹性压力，使其径向位置自适应动态变化，或者，压环5为刚性件，在调整好侧隙后锁定在固定位置为行星轮提供刚性支撑，不再主动改变其径向位置。传动轮组可以是任何一种类型的“中心轮-行星轮”组合，行星轮是单层齿轮，与中心轮组合成单一行星轮系，类型包括但不限于WG、NG、NGW和2K-H结构，或者行星轮是阶梯结构，与中心轮组合成同位差动行星轮系，类型包括但不限WGGW、NGGW、NGGN或带有一级减速轮的同位差动行星轮系，在此，N代表内齿，G代表行星轮，W代表外齿。在要改变外齿与行星轮中心距的实施例中，压环5采用同时作用于多个行星轮的拉环来代替。施力组件与行星轮在数量上也可以是一对一关系。传动轮的齿形采用渐开线齿形，或者其它具有中心距可分性的齿形。

如图2，压环5同时作用于多个行星轮2的轴套3，使不同的行星轮2对顶而相互约束，可以简化结构，而且，不同的作用点受力均匀，使不同的传动组易于保持相同的侧隙。

图3，行星轮11的外边有轴套12来承受压环13的压力；压环13和轴套12的接触面为斜面，在轴向相对移动可以改变行星轮径向位置；螺丝15与行星架14螺纹连接，用来调节压环13的轴向位置。螺丝15也可以采用其它类型的移动机构代替。

如图3，轴向位移装置是可以手动操作的螺丝15，还可以是始终保持压力的自动弹压装置，或者是磁、电、液或气动智能化伺服装置，带有传感器、处理器和控制器，可以根据压力、相对位置或距离等检测数据来自动调整压环13的轴向位置，从而改变行星轮11的径向位置来获得预期的侧隙。

在采用弹性材料作为施力组件的实施例中，设置压力自动调节装置来改变施力组件的弹力大小，以避免行星轮在传动时因支撑力不够大而后撤，或者支撑力过大而导致不必要的齿面磨损或被卡死，如图4所示，离心块18可以在行星架16的槽上径向移动，通过斜槽与有弹力的压环17活动连接；离心块18在自身离心力和复位弹簧19的共同作用下自动调整径向位置，从而改变压环17的轴向位置，使压环17的变形程度与行星架16的转速关联；当载荷发生变化，或者行星架16转速变化使行星轮和中心轮之间的压力随惯量变化时，压环17同时也会做出反应来调整对行星轮施加的压力。压力自动调节装置也可以是磁、电、液或气动智能化伺服装置。

图5为由内齿21、行星轮22和外齿24构成的行星轮系，压环23的环体有折弯弹性，在中心轮的约束下有向心收缩或向外扩张的势能，整体为一个零件，或由多个零件弹性弹性铰接而成；压环23上转动安装行星轮22，利用环体的弹性把行星轮22向一侧压紧来缩小侧隙；压环23本身也作为行星架，与作为中间轮的行星轮22一起悬空浮动，或者还作为带有弹性的空心传动轴，可以输入或输出动力。

图6，内齿41和行星轮44在侧面分别固定连接有第一限隙轮42和第二限隙轮43，是与齿轮同轴的圆环状组件；压环47把行星轮44向外压紧时，第一限隙轮42和第二限隙轮43先接触而使内齿41和行星轮44之间存在大于零的最小侧隙；第一限隙轮42和第二限隙轮43在传动过程中保持滚动接触，使内齿41和行星轮44始终保留最小侧隙。第一限隙轮42和第二限隙轮43分别在内齿41和行星轮44的双侧设置成槽状结构，使润滑齿面上的剂容易滞留在槽的内壁而减少流失，设置有泄压缝来避免把齿轮顶死。第一限隙轮42或第二限隙轮43的外径大于内齿41或行星轮44的齿根圆直径时，可以作为运动轨道来阻止传动轮组双方在轴向相对移动，配合外齿48或压环47来限制行星轮44的自由度，可以替代行星架的作用。压环47具有作为施力组件、控油槽和环轨的作用之一或同时具有两种以上的作用。

图7，施力组件为中间带V形结构的弹力杆35，V形结构在中轴37的空腔或槽内，两端伸出来分别向不同的行星轮32施加弹性压力，中轴37的空腔或槽内有拉杆38，向上拉动弹力杆35的V形结构的尖端时，使其开口端受中轴37括约而收缩，松开拉力时可以回弹复位，由此改变对行星轮32的位置或压力大小。拉杆38由***自带的或外部的控制装置来驱动。

图1，为了增加润滑***或冷却***又不使整体结构变得太复杂，在中轴7或轴4的内部有油液通道，包括中心通道和通往外周的辐射通道，转动的时候，在离心作用下把内部中心的润滑油或冷却液通过辐射通道甩向外周，同时，中心通道产生负压吸入油液。

图1和图2，采用如下措施来减少机械连接间隙或磨损——在中轴7或轴4的转动连接面设置轴向锥度，或者，它们通过带有锥度的衬套连接，有自动的或手动的调节装置用来改变连接件之间相对轴向位移从而调整径向间隙，或者，行星架6和轴4之间，通过抗磨减磨高强材料制作的方形轴套3以面接触的方式活动连接，增加接触面积来降低压强，其与安装孔侧壁或压环5之间为面接触，以避免接触面凹陷或过度磨损而增加侧隙。

Claims (10)

1.变距消隙行星调速器，带有机架、中心轮和行星轮，其特征在于：带有变距机构，可以调整行星轮的径向位置来改变其与中心轮的中心距，由此改变侧隙；变距机构带有弹性或刚性的施力组件来改变传动轮组的中心距；变距机构的工作方式为——施力组件始终不锁定并且主动对行星轮施加弹性力，使其径向位置自适应动态变化，或者，在调整好侧隙后施力组件锁定在固定，依然主动对行星轮施加弹性作用力，使其径向位置自适应动态变化，或者，在调整好侧隙后施力组件锁定在固定位置为行星轮提供刚性作用力，不再主动改变其径向位置；行星轮为单层结构或阶梯结构，中心轮为外齿或内齿。

2.根据权利要求1所述的变距消隙行星调速器，其特征在于：施力组件和行星轮为一对一关系，或者一个施力组件同时作用于多个行星轮，不同的行星轮通过施力组件相互约束。

3.根据权利要求2所述的变距消隙行星调速器，其特征在于：施力组件、行星轮或者它们之间的轴套带有斜面，彼此在轴向相对移动可以改变行星轮径向位置，变距机构带有轴向位移装置来改变施力组件的轴向位置。

4.根据权利要求3所述的变距消隙行星调速器，其特征在于：轴向位移装置为手动装置，或者是自动弹力装置，或者是磁、电、液或气动智能化伺服装置。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的变距消隙行星调速器，其特征在于：带有作用力自动调节装置，类型为离心式，或者是磁、电、液或气动智能化伺服装置，用来改变施力组件对行星轮的作用力大小，避免行星轮在传动时因作用力不够大而后撤，或者作用力过大而导致不必要的齿面磨损或被卡死。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的变距消隙行星调速器，其特征在于：施力组件带有弹性，本身也作为行星架或空心传动轴。

7.根据权利要求1、2、3或4所述的变距消隙行星调速器，其特征在于：行星轮和中心轮的侧面有限隙轮与施力组件配合来保持最小侧隙，或者，有控油环来控制润滑剂，或者，有环轨来替代行星架的作用，或者，限隙轮、控油环和环轨至少有两者是同一组件。

8.根据权利要求1、2、3或4所述的变距消隙行星调速器，其特征在于：带有中轴，变距机构通过中轴的孔或槽与外部或***自带的控制装置相连。

9.根据权利要求1、2、3或4所述的变距消隙行星调速器，其特征在于：中轴或行星轮轴的内部有油液通道，以自转产生的离心作用和负压吸力驱动润滑油或冷却液运动。

10.根据权利要求1、2、3或4所述的变距消隙行星调速器，其特征在于：转动连接组件的接触面带有轴向锥度或通过带锥度的衬套相互连接，通过改变连接件之间的相对轴向位置可以调整径向间隙，或者，行星轮的安装孔带有方形轴套来增加接触面积，其与安装孔侧壁或施力组件之间为面接触。

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