CN208107076U - 一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构。其包括:包括:行星减速机构、自增力机构、预紧机构以及壳体；所述壳体包括：壳体A和壳体B；所述行星减速机构包括：太阳轮轴、至少两个行星轮、规定行星轮自转轴线与公转轴线的行星架和外圈，所述自增力机构包括：行星轮轴和输出盘轴。它对行星轮的个数没有绝对依赖；降低了在设计、制造以及对材料特性等方面的要求；在使用磨损后仍能使滚动体之间保持充分的接触，能够实现动力的双向传递。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械工程领域，尤其是一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构。
背景技术
为适应电机小型高速化的发展趋势，对减速器的要求也相应地提高。相比减速器中广泛应用的齿轮传动形式，摩擦传动的振动噪声能够降低近80％、传动平稳，具有优异的高速传动性能。摩擦传动的原理实际上是在滚动体之间接触产生变形处封入的特殊润滑油在较高的压力下发生固化，利用滚动体和油之间的摩擦力来传递动力。通常产生正压力的方式有恒压加压法和自适应加压法(即自增力) 两种。恒压加压法使滚动体持续处于高压应力状态，易引起滚动体的接触疲劳而失效，且一旦过载，滚动体之间易产生打滑现象；自适应加压法可以避免前者这两种现象的发生，根据外载荷(需求力矩)的大小自动调节正压力的大小，从而改变转矩容量，避免打滑，也能够避免摩擦传动装置中的滚动副长时间处在高接触应力状态，提高其使用寿命。在摩擦传动减速器中，尤其以行星滚轮摩擦传动形式应用较为广泛，此形式的正压力作为内力能够获得很好的平衡，因而成为摩擦传动的优选机构。专利JP5108974提出了一种利用负载状态下行星轮的相位变化和外圈的柔性来改变接触正压力的结构，此结构的行星轮的个数有一定限制，且由于考虑外圈柔性，对尺寸设计和材料特性等方面要较高的要求。专利US7118512 提出了一种双行星式的结构，在负载状态下利用双行星轮圆心连线相对行星架的角度变化实现自增力功能，但只能单向传递动力。
实用新型内容
本实用新型旨在解决上述问题，提供了一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构，它一方面通过较为简单的结构实现了摩擦行星传动的自增力功能，对行星轮的个数没有绝对依赖；利用刚体之间的几何关系实现自增力功能，降低了在设计、制造以及对材料特性等方面的要求；一方面在使用磨损后，由于采用特殊的锥面行星减速机构，以及具有自增力机构和预紧机构，仍能使滚动体之间保持充分的接触，避免磨损后正压力不足而失效，提高了使用寿命和安全性；再一方面能够实现动力的双向传递，能够满足电动汽车制动能量回收等功能的需求，其采用的技术方案如下：
一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构，其特征在于，包括:行星减速机构、自增力机构、预紧机构以及壳体；
所述壳体包括：壳体A和壳体B；
所述行星减速机构包括：太阳轮轴、至少两个行星轮、规定行星轮自转轴线与公转轴线的行星架和外圈，所述壳体A、壳体B和外圈固定连接于一起，所述太阳轮轴与壳体转动连接，所述行星架与壳体转动连接，所述行星轮为一圆台形滚子，所述太阳轮轴上具有与行星轮的外锥面相配合的接触圆锥面,所述外圈的内侧面为与行星轮的外锥面相配合的接触内锥面，所述太阳轮轴、行星轮和外圈的几何关系满足：太阳轮轴、外圈、行星架有共同轴线Ox，所有滚动体的轴线、所有滚动体之间的接触线、行星轮与外圈之间的接触线都相交于一点，所述滚动体是指太阳轮轴和行星轮；
所述自增力机构包括：行星轮轴和输出盘轴，所述输出盘轴与壳体转动连接，所述行星轮通过行星轮轴与行星架转动连接，所述输出盘轴由行星架驱动；
预紧机构用于将行星轮压入太阳轮轴和外圈之间使它们之间保持一定正压力的接触。
在上述技术方案基础上，所述预紧机构以弹簧作为压紧手段为行星轮提供一压入太阳轮轴和外圈之间的力使得行星轮可相对太阳轮轴和外圈进行一定量的移动，所述太阳轮轴和外圈相对壳体不发生轴向移动。
在上述技术方案基础上，所述输出盘轴与壳体转动连接且可相对壳体轴向滑动，所述行星轮轴的右端与输出盘轴相连接，行星轮轴公转的同时带动输出盘轴转动，所述预紧机构设置于壳体和输出盘轴之间为输出盘轴提供一向左的推力。
在上述技术方案基础上，所述行星轮沿轴线开有安装向心滚针轴承的圆柱孔，在行星轮较大端面一侧安装有止推轴承，在行星轮轴上相应地设置有向心滚针轴承和止推轴承的安装面，行星轮和行星轮轴之间的轴向力通过止推轴承传递，此轴向力将行星轮压入太阳轮轴和外圈之间。
在上述技术方案基础上，所述行星架包括前保持架、后保持架和销钉，所述前保持架和后保持架通过螺栓固定连接，用以安装、约束行星轮轴；在后保持架安装行星轮轴的孔壁上开销孔，并在行星轮轴相应位置设置长圆销孔，前、后保持架能够约束行星轮轴不发生自转且允许其少量的轴向移动。
在上述技术方案基础上，所述行星轮轴尾端具有第一楔面，所述第一楔面与输出盘轴上的第二楔面相互配合，所述第一楔面和第二楔面为相同的直纹面。
在上述技术方案基础上，在圆柱坐标系(r,θ,x)中，曲面方程应满足：
曲面为直纹曲面，圆柱坐标系原点取在O点，轴线沿Ox方向，θ＝0平面与行星轮轴线重合，式中l表示以行星轮轴外端点为垂足作行星轮轴的垂线与中心轴线Ox的交点到坐标原点的距离，k表示母直线绕Ox轴转过单位角度沿Ox向原点方向平移距离，k取较小的数值可防止自锁，同时也决定了输出转矩和压紧力之间的关系，
使得行星轮轴和输出盘轴在接触时总是面面接触，同时输出盘轴与行星架相位差θ与行星轮轴轴向位移具有线性关系。
在上述技术方案基础上，所述预紧机构包括防扭套筒A、防扭套筒B、预紧弹簧和止推轴承，所述预紧机构安装在输出盘轴和壳体B之间，所述防扭套筒A 与防扭套筒B轴向滑动连接且它们之间形成转动约束，防扭套筒A和防扭套筒B 起到防止预紧弹簧发生扭转的作用，同时在有负载的情况下，限制输出盘轴轴向位置，预紧弹簧在安装时具有一定的预压缩量，提供零负载下的行星减速机构中太阳轮轴、行星轮及外圈之间的接触正压力，所述止推轴承安装在输出盘轴和防扭套筒A之间，允许输出盘轴和预紧机构之间的相对转动，所述防扭套筒B镶嵌在于壳体B上，并通过缺口与壳体配合限制了整个预紧机构的转动。
本实用新型的有益效果为：一方面通过较为简单的结构实现了摩擦行星传动的自增力功能，对行星轮的个数没有绝对依赖；利用刚体之间的几何关系实现自增力功能，降低了在设计、制造以及对材料特性等方面的要求；一方面在使用磨损后，由于采用特殊的锥面行星减速机构，以及具有自增力机构和预紧机构，仍能使滚动体之间保持充分的接触，避免磨损后正压力不足而失效，提高了使用寿命和安全性；再一方面能够实现动力的双向传递，能够满足电动汽车制动能量回收等功能的需求。
附图说明
图1为本实用新型的几何关系原理简图；
图2为本实用新型的侧视结构示意图；
图3为图2的剖面结构示意图；
图4为本实用新型的剖视简图；
图5为本实用新型所述行星轮的结构示意图；
图6 a和图6 b 为本实用新型所述行星轮轴两个不同视角的结构示意图；
图7为本实用新型所述输出盘轴的剖面结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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实用新型中的具体含义。
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1至图7所示，一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构，其特征在于，包括:行星减速机构、自增力机构、预紧机构以及壳体；
所述壳体包括：壳体A41和壳体B42；
所述行星减速机构包括：太阳轮轴11、至少两个行星轮12、规定行星轮自转轴线与公转轴线的行星架13和外圈14，所述壳体A41、壳体B42和外圈14 固定连接于一起，所述太阳轮轴11与壳体转动连接，所述行星架13与壳体转动连接，所述行星轮12为一圆台形滚子，所述太阳轮轴11上具有与行星轮12的外锥面相配合的接触圆锥面11A,所述外圈14的内侧面为与行星轮12的外锥面相配合的接触内锥面14A，所述太阳轮轴11、行星轮12和外圈14的几何关系满足：太阳轮轴11、外圈14、行星架13有共同轴线Ox，所有滚动体的轴线、所有滚动体之间的接触线、行星轮12与外圈14之间的接触线都相交于一点，所述滚动体是指太阳轮轴11和行星轮12；如图2至图4所示，其中太阳轮轴11是动力输入端，其上除设置有接触锥面11A，还设置有与原动机输出端联接的第一花键11B、与油封44的唇口配合的第一配合面11C以及用于安装轴承17，18，19的轴承安装面11D，11E，11F。
所述自增力机构包括：行星轮轴21和输出盘轴22，所述输出盘轴22与壳体转动连接，所述行星轮12通过行星轮轴21与行星架13转动连接，所述输出盘轴22由行星架13驱动；
预紧机构用于将行星轮12压入太阳轮轴11和外圈14之间使它们之间保持一定正压力的接触。
行星轮12、太阳轮轴11、外圈之间相互接触的曲面由一条与轴线共面但不平行的直线绕轴线旋转一周生成，即圆锥面。对行星轮沿轴线施加推力，可在圆锥面接触线上产生正压力。在传递动力时，力矩由摩擦力沿圆周切向的分量提供，滚子之间的正压力越大，能够允许产生的摩擦力就越大，转矩容量越高。
如图2至图4所示，外圈14可为法兰类零件，通过法兰孔14C和螺栓43固定在壳体A41和壳体B42之间，并开有安装O型密封圈46用的槽14B。
优选的，所述预紧机构以弹簧作为压紧手段为行星轮12提供一压入太阳轮轴11和外圈14之间的力使得行星轮12可相对太阳轮轴11和外圈14进行一定量的移动，所述太阳轮轴11和外圈14相对壳体不发生轴向移动。
优选的，所述输出盘轴22与壳体转动连接且可相对壳体轴向滑动，所述行星轮轴21的右端与输出盘轴22相连接，行星轮轴21公转的同时带动输出盘轴 22转动，所述预紧机构设置于壳体和输出盘轴22之间为输出盘轴22提供一向左的推力。
其中输出盘轴22作为输出轴，设置有与负载端联接的内花键22B，与密封件45配合的配合面22C和与轴承17，18，24配合的配合面22E，22F，22D。
优选的，所述行星轮12沿轴线开有安装向心滚针轴承15的圆柱孔12A，在行星轮12较大端面12B一侧安装有止推轴承16，在行星轮轴21上相应地设置有向心滚针轴承15和止推轴承16的安装面21D，21B，行星轮12和行星轮轴21之间的轴向力通过止推轴承16传递，此轴向力将行星轮12压入太阳轮轴11和外圈14之间。
优选的，所述行星架13包括前保持架131、后保持架132和销钉23，所述前保持架131和后保持架132通过螺栓133固定连接，用以安装、约束行星轮轴 21；在后保持架132安装行星轮轴21的孔壁上开销孔132A，并在行星轮轴21 相应位置设置长圆销孔21C，前、后保持架131，132能够约束行星轮轴21不发生自转且允许其少量的轴向移动。
优选的，所述行星轮轴21尾端具有第一楔面21A，所述第一楔面21A与输出盘轴22上的第二楔面22A相互配合，所述第一楔面21A和第二楔面22A为相同的直纹面，自增力功能的实现依靠第一楔面21A和第二楔面22A实现，在圆柱坐标系(r,θ,x)中，曲面方程应满足：
曲面为直纹曲面，圆柱坐标系原点取在O点，轴线沿Ox方向，θ＝0平面与行星轮轴线重合，式中l表示以行星轮轴外端点为垂足作行星轮轴的垂线与中心轴线Ox的交点到坐标原点的距离，k表示母直线绕Ox轴转过单位角度沿Ox向原点方向平移距离，k取较小的数值可防止自锁，同时也决定了输出转矩和压紧力之间的关系。太阳轮轴，行星轮和外圈的几何关系应该满足：太阳轮轴、外圈、行星架有共同的轴线，所有滚动体轴线及所有滚动体之间的接触线都交在一点上。如果设太阳轮轴锥角α，行星轮锥角β，外圈锥角γ，则有角度关系
γ＝α+2β。
见图1，在行星轮轴线上取两点A和A'，并以A、A'为垂足做垂线，与行星轮-外圈接触线得到交点B、B'；与行星轮-太阳轮轴接触线得到交点C、C'。再通过C、C'向太阳轮轴与外圈的有共同的轴线Ox做垂线。
设太阳轮轴转速为ωs、不妨假设在接触点B和C处相互接触的两个滚动体具有相同的线速度，此时，接触点B、C处的线速度vB、vC分别为：
vB＝0，vC＝ωsrsC。
则位于行星轮轴线上的A点的线速度
可得行星轮公转角速度
由于行星轮轴线通过O点，并且始终与中心轴线Ox保持固定角度可得A'点线速度
此时行星轮自转的角速度为
以及行星轮上B'点线速度
可得行星轮上C'点线速度
式中故有
太阳轮上C'点线速度vsC'＝ωsrsC'，齿圈上B'点线速度vrB'＝0，且有则有
vpB'＝vrB'
这样就可以说明，不考虑机械零件的微观要素，在此机构中各约束条件下，如果在两滚动体之间的一个接触点处不发生相对滑动，则其他接触点处也不发生滑移，即能够滚动体之间能够实现纯滚动。这可以减少磨损、发热等负面效应，延长使用寿命。
根据上述的计算过程，当太阳轮轴转速为ωs时，行星轮公转角速度
可以确定减速机构传动比
又因为则传动比可由滚动体锥角确定：
优选的，所述预紧机构包括防扭套筒A31、防扭套筒B32、预紧弹簧33和止推轴承34，所述预紧机构安装在输出盘轴22和壳体B42之间，所述防扭套筒A31 与防扭套筒B32轴向滑动连接且它们之间形成转动约束如采用花键相互连接，防扭套筒A31和防扭套筒B32起到防止预紧弹簧33发生扭转的作用，同时在有负载的情况下，限制输出盘轴22轴向位置，预紧弹簧33刚度较大，预紧弹簧33 在安装时具有一定的预压缩量，提供零负载下的行星减速机构中太阳轮轴11、行星轮12及外圈14之间的接触正压力，所述止推轴承34安装在输出盘轴22和防扭套筒A31之间，允许输出盘轴22和预紧机构之间的相对转动，所述防扭套筒 B32镶嵌在于壳体B42上，并通过缺口32A与壳体配合限制了整个预紧机构的转动。
该机构在工作时，若无负载，通过设计的适当预紧弹簧33的预紧力，使得输出盘轴压紧行星轮轴，由于保持架对行星轮轴的约束，使得行星轮轴在轴向上压紧行星轮，于是滚动体之间产生接触正压力，使减速装置具有初始的转矩容量。在有负载力矩时，由于行星轮轴和输出盘轴上设置了相互接触的楔面使之具有自增力功能，输出盘轴压紧行星轮轴的力自动调整，通过合理设计前述的太阳轮锥角α、行星轮锥角β，以及系数k，获得合适的力矩—压紧力关系，使减速器在的转矩容量随负载的变化而变化，从而提高了摩擦传动效率，避免出现打滑。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点, 对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构，其特征在于，包括:行星减速机构、自增力机构、预紧机构以及壳体；
所述壳体包括：壳体A(41)和壳体B(42)；
所述行星减速机构包括：太阳轮轴(11)、至少两个行星轮(12)、规定行星轮自转轴线与公转轴线的行星架(13)和外圈(14)，所述壳体A(41)、壳体B(42)和外圈(14)固定连接于一起，所述太阳轮轴(11)与壳体转动连接，所述行星架(13)与壳体转动连接；
所述自增力机构包括：行星轮轴(21)和输出盘轴(22)，所述输出盘轴(22)与壳体转动连接，所述行星轮(12)通过行星轮轴(21)与行星架(13)转动连接，所述输出盘轴(22)由行星架(13)驱动；
预紧机构用于将行星轮(12)压入太阳轮轴(11)和外圈(14)之间使它们之间保持一定正压力的接触。
2.根据权利要求1所述的一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构，其特征在于：所述行星轮(12)为一圆台形滚子，所述太阳轮轴(11)上具有与行星轮(12)的外锥面相配合的接触圆锥面(11A),所述外圈(14)的内侧面为与行星轮(12)的外锥面相配合的接触内锥面(14A)，所述太阳轮轴(11)、行星轮(12)和外圈(14)的几何关系满足：太阳轮轴(11)、外圈(14)、行星架(13)有共同轴线（Ox），所有滚动体的轴线、所有滚动体之间的接触线、行星轮(12)与外圈(14)之间的接触线都相交于一点，所述滚动体是指太阳轮轴(11)和行星轮(12)。
3.根据权利要求1或2所述的一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构，其特征在于：所述输出盘轴(22)与壳体转动连接且可相对壳体轴向滑动，所述行星轮轴(21)的右端与输出盘轴(22)相连接，行星轮轴(21)公转的同时带动输出盘轴(22)转动，所述预紧机构设置于壳体和输出盘轴(22)之间为输出盘轴(22)提供一向左的推力。
4.根据权利要求2所述的一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构，其特征在于：所述行星轮(12)沿轴线开有安装向心滚针轴承(15)的圆柱孔(12A)，在行星轮(12)较大端面(12B)一侧安装有止推轴承(16)，在行星轮轴(21)上相应地设置有向心滚针轴承(15)和止推轴承(16)的安装面(21D，21B)，行星轮(12)和行星轮轴(21)之间的轴向力通过止推轴承(16)传递，此轴向力将行星轮(12)压入太阳轮轴(11)和外圈(14)之间。
5.根据权利要求3所述的一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构，其特征在于：所述行星架(13)包括前保持架(131)、后保持架(132)和销钉(23)，所述前保持架(131)和后保持架(132)通过螺栓(133)固定连接，用以安装、约束行星轮轴(21)；在后保持架(132)安装行星轮轴(21)的孔壁上开销孔(132A)，并在行星轮轴(21)相应位置设置长圆销孔(21C)，前、后保持架(131，132)能够约束行星轮轴(21)不发生自转且允许其少量的轴向移动。
6.根据权利要求5所述的一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构，其特征在于：所述行星轮轴(21)尾端具有第一楔面(21A)，所述第一楔面(21A)与输出盘轴(22)上的第二楔面(22A)相互配合，所述第一楔面(21A)和第二楔面(22A)为相同的直纹面。
7.根据权利要求2所述的一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构，其特征在于：所述预紧机构包括防扭套筒A(31)、防扭套筒B(32)、预紧弹簧(33)和止推轴承(34)，所述预紧机构安装在输出盘轴(22)和壳体B(42)之间，所述防扭套筒A(31)与防扭套筒B(32)轴向滑动连接且它们之间形成转动约束，防扭套筒A(31)和防扭套筒B(32)起到防止预紧弹簧(33)发生扭转的作用，同时在有负载的情况下，限制输出盘轴(22)轴向位置，预紧弹簧(33)在安装时具有一定的预压缩量，提供零负载下的行星减速机构中太阳轮轴(11)、行星轮(12)及外圈(14)之间的接触正压力，所述止推轴承(34)安装在输出盘轴(22)和防扭套筒A(31)之间，允许输出盘轴(22)和预紧机构之间的相对转动，所述防扭套筒B(32)镶嵌在于壳体B(42)上，并通过缺口(32A)与壳体配合限制了整个预紧机构的转动。
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| CN201721845786.2U CN208107076U (zh) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | 一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构 |
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| CN201721845786.2U CN208107076U (zh) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | 一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构 |
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| CN208107076U true CN208107076U (zh) | 2018-11-16 |
Family
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| CN201721845786.2U Active CN208107076U (zh) | 2017-12-26 | 2017-12-26 | 一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构 |
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107956843A (zh) * | 2017-12-26 | 2018-04-24 | 吉林大学青岛汽车研究院 | 一种带有自增力结构的行星式摩擦传动减速机构 |
| CN113090726A (zh) * | 2019-06-20 | 2021-07-09 | 成都中良川工科技有限公司 | 一种低损耗回转装置 |
-
2017
- 2017-12-26 CN CN201721845786.2U patent/CN208107076U/zh active Active
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