專利名稱:二次偏心包容式少齒差減速器的制作方法
二次偏心包容式少齒差減速器，是一種結(jié)構(gòu)緊湊，加工方便而實(shí)用的新型漸開線少齒差齒輪減速器。
本實(shí)用新型的顯著特點(diǎn)是軸向尺寸短，體積小，傳動比大，制造和維修簡便，用五個齒輪零件即可實(shí)現(xiàn)高達(dá)1000000的大傳動比。
現(xiàn)有的少齒差減速器，為了獲得大傳動比和高的效率，常采取兩級以上軸向串聯(lián)的方式，級間聯(lián)接和輸出端均需使用不同的輸出機(jī)構(gòu)。其結(jié)果必然導(dǎo)致軸向尺寸大，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，裝配和維修比較困難。目前國內(nèi)外廣泛使用的二級和三級擺線針輪減速器或各種齒型的少齒差減速器都是如此。例如保加利亞專利BG33693(Лo
eB CToЯH CTo
eB)的多級串聯(lián)式行星減速器。就是通過在軸向進(jìn)行串聯(lián)的形式，以達(dá)到大傳動比和結(jié)構(gòu)緊湊的目的。本實(shí)用新型為了克服在軸向串聯(lián)仍然有軸向尺寸大的不足之處，改軸向串聯(lián)為徑向串聯(lián)，使在串聯(lián)級數(shù)相同的條件下軸向結(jié)構(gòu)更為緊湊。
本實(shí)用新型的目的是用較少的零件，簡單的結(jié)構(gòu)，最小的軸向尺寸和簡單方便的加工方法實(shí)現(xiàn)大的傳動比和高的傳動效率，同時還能作到使減速器拆裝方便，易于維修，以便為諸如工業(yè)鍋爐爐排傳動等一系列需要大傳動比的機(jī)械傳動設(shè)備提供一種實(shí)用而性能優(yōu)良的減速裝置。
本實(shí)用新型的傳動原理如圖1和圖2所示，系一級N型少齒差內(nèi)嚙合傳動與一個由兩對內(nèi)嚙合齒輪付構(gòu)成的兩級NN型少齒差傳動串聯(lián)而成。其中低速級NN型少齒差傳動即可用內(nèi)齒輪輸出如圖1，也可用外齒輪輸出如圖2。NN型的兩對齒輪付可以用相同模數(shù)和齒數(shù)差，也可以用不同模數(shù)和齒數(shù)差組合。但采用內(nèi)齒輪輸出易于實(shí)現(xiàn)更大的傳動比。由高速軸輸入的運(yùn)動經(jīng)第一級N型少齒差內(nèi)嚙合傳動減速后，由內(nèi)齒輪輸出，同時將運(yùn)動輸入到NN型傳動，經(jīng)NN級再次減速，最后由末級齒輪輸出。
本實(shí)用新型的前級N型傳動與常見的N型少齒差內(nèi)嚙合傳動不同。此處選用了一種簡單易行的齒輪機(jī)構(gòu)。在圖1或圖2中，與內(nèi)齒輪Z2相嚙合的外齒輪Z1通過滾動軸承活套在輸入偏心軸(即高速軸)上，在Z1齒輪靠近輸入側(cè)的端平面上，以齒輪中心為對稱點(diǎn)垂直于該平面對稱安置2個銷軸。在與輸入偏心軸軸線垂直的減速器箱體內(nèi)側(cè)平面上，亦以箱體軸承孔中心為對稱點(diǎn)垂直于該內(nèi)側(cè)平面對稱安置2個銷軸。箱體內(nèi)側(cè)平面與外齒輪Z1之間設(shè)置一塊控制板，其上有對中心對稱布置的4個長孔，同方向的兩個長孔的中心線與另外兩個長孔中心線相互垂直，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。齒輪Z1和輸入端箱體內(nèi)側(cè)面上的兩對銷軸分別插入控制板的4個長孔中。當(dāng)輸入偏心軸轉(zhuǎn)動時，齒輪Z1受到控制板的限制只能作平面運(yùn)動。但由于齒輪Z1與相嚙合的內(nèi)齒輪Z2齒數(shù)不同(Z2＞Z1)因而當(dāng)Z1作平面運(yùn)動時，Z2將作減速的自轉(zhuǎn)運(yùn)動，且Z2是定軸減速轉(zhuǎn)動的。后面的NN型傳動中，亦因各對齒輪付內(nèi)外齒輪存在齒數(shù)差，故當(dāng)其偏心轉(zhuǎn)臂(即與內(nèi)齒輪Z2連成一體的偏心軸)轉(zhuǎn)動時，NN級又將由Z2輸出的運(yùn)動再次減速最后由末級輸出減速運(yùn)動。
本實(shí)用新型少齒差減速器的減速原理與常見的少齒差減速器的減速原理無本質(zhì)的區(qū)別，僅其中N型傳動的外齒輪Z1作平面運(yùn)動。此項(xiàng)技術(shù)在煤碳工業(yè)出版社出版的《煤礦機(jī)械傳動手冊》上冊386頁有反映，末級的NN型傳動，在一般的行星齒輪傳動的專業(yè)書籍上均有反映。例如在馮澄宙編著的《漸開線少齒差行星傳動》第177頁上及著名日本齒輪專家兩角宗晴1985年來華講學(xué)講義Ⅱ冊第176頁上有反映。
本實(shí)用新型將上述的N型傳動與NN型傳動以不同于以往的聯(lián)接型式設(shè)計(jì)成在徑向進(jìn)行串聯(lián)的結(jié)構(gòu)型式，達(dá)到了軸向尺寸短，傳動比大的目的。
本實(shí)用新型的傳動原理圖的圖1和圖2的傳動比為前級N型傳動的傳動比i1與后級NN型傳動的傳動比i2的乘積，即i＝i1×i2(1)設(shè)N型傳動的外齒輪齒數(shù)為Z1，內(nèi)齒輪齒數(shù)為Z2(圖1，圖2)，由轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法可得i1＝ (Z2)/(Z2- Z1) (2)其中齒輪Z3的轉(zhuǎn)向與輸入軸轉(zhuǎn)向相同。對于其后的NN型傳動，當(dāng)為內(nèi)齒輪輸出時(圖1)，設(shè)輸入側(cè)外齒輪齒數(shù)為Z2，內(nèi)齒輪齒數(shù)為Z4輸出側(cè)外齒輪齒數(shù)為Z5，內(nèi)齒輪齒數(shù)為Z8，則根據(jù)轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法可得i2＝ (Z3Z6)/(Z3Z6- Z4Z5) = (Z3Z6)/(Z3(Z5+ Z△Ⅱ) - Z5(Z3+ △ZI))＝ (Z3Z6)/(Z3·△ZⅡ-Z6·△ZⅠ) (3)其中△ZI＝Z4－Z3， △ZⅡ＝Z6－Z5；通過調(diào)整齒數(shù)可以作到Z3·△ZⅡ＝Z5·△ZⅠ＝1 (4)此時傳動比為
i3= (Z3Z6)/1 (5)因而本二次偏心包容式少齒差減速器的傳動比為i＝ (Z2·Z3·Z6)/(Z2- Z1) (6)從式(6)可以看出，當(dāng)滿足式(4)且滿足Z2－Z1＝1時，本減速器的傳動比可以很大，為Z2Z3Z6的乘積。
當(dāng)(4)式的右邊為－1時，則本減速器的傳動比為i＝ (Z2Z3Z6)/(Z2- Z1) (7)因此通過調(diào)整齒數(shù)可以控制減速器的輸出方向與輸入軸同向或反向。
例1Z1＝50、Z2＝54、Z3＝77、Z4＝82、Z5＝51、Z6＝56；由(1)式(2)式和(3)式可得i＝ (54×77×56)/((54－50)(77×56－82×51)) ＝447.79例2Z1＝88、Z2＝90、Z3＝91、Z4＝96、Z5＝109、Z6＝115，即Z3、Z4、Z5、Z6滿足(4)式，則由(6)式得i＝ (90×91×115)/(90－88) ＝470925在例2中如使Z1＝89即滿足Z2－Z1＝1則可得i＝90×91×115＝941850由上述實(shí)例可見，適當(dāng)調(diào)整齒數(shù)可以得到很大的傳動比。
對于圖2所示后部為外齒輪輸出的NN型傳動，設(shè)末級內(nèi)齒輪齒數(shù)為Z6，外齒輪齒數(shù)為Z5，則可得i2＝ (Z3Z5)/(Z4Z6- Z3Z5) (8)對于圖2的情況，減速器的傳動比應(yīng)按式(1)、(2)、(8)式計(jì)算。
二次偏心包容式少齒差減速器的傳動比在100－10000范圍內(nèi)變動時，其相應(yīng)的效率約在0.90－0.7范圍內(nèi)變動；當(dāng)傳動比高達(dá)40000時，其效率的概略值為0.55～0.6左右，仍可用于動力傳動。齒輪的幾何及強(qiáng)度計(jì)算按相應(yīng)齒形的少齒差傳動的有關(guān)方法計(jì)算。
本實(shí)用新型的末級齒輪Z5和Z6也可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)成零齒差單純用作輸出機(jī)構(gòu)，也可以取消Z5和Z6使用十字滑塊、浮動盤、或銷軸式等輸出機(jī)構(gòu)，此時實(shí)用新型成為二級N型少齒差傳動的串聯(lián)。如果再將上述的末級傳動的N型少齒差傳動也設(shè)計(jì)成前級N型傳動的結(jié)構(gòu)型式，即外齒輪Z3作平動，內(nèi)齒輪Z4作定軸減速轉(zhuǎn)動并輸出，則本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步簡化，這種結(jié)構(gòu)的二次偏心包容式少齒差減速器的傳動比為i＝ (Z2Z4)/((Z2- Z1)(Z4- Z3)) (9)仍然可以達(dá)到很大的傳動比。
本實(shí)用新型前后兩級的偏心距e1和e2在設(shè)計(jì)上比較自由。由于輸入速度較高，為避免因偏心量導(dǎo)致的離心力引起的振動，故e1應(yīng)設(shè)計(jì)得小些，這樣容易采取平衡措施(如軸上加偏心配重)。由于后級輸入速度低，可不考慮平衡問題。
本實(shí)用新型在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，采取了與現(xiàn)有技術(shù)和傳統(tǒng)方法不同的處理方法，其特點(diǎn)在于將第一級N型傳動的齒輪付，包容在其后NN型傳動齒輪機(jī)構(gòu)的腹腔內(nèi)，其方法為在前級N型傳動中已經(jīng)減速的作定軸轉(zhuǎn)動的內(nèi)齒輪Z2的外園柱面上設(shè)置二次偏心機(jī)構(gòu)，在二次偏心機(jī)構(gòu)的外園柱面上，再安裝其后NN型傳動的雙聯(lián)行星齒輪Z3和Z5，(或者當(dāng)Z3＝Z5，m3＝m5時，構(gòu)成奇異齒輪)，也可以在二次偏心機(jī)構(gòu)的外園上，安裝一級N型的少齒差傳動(可以用前述的各種輸出機(jī)構(gòu)輸出)。設(shè)二次偏心機(jī)構(gòu)的外園上安裝NN型少齒差傳動，由于Z3、Z4、Z5、Z6構(gòu)成NN型少齒差傳動，故使前級N型傳動中內(nèi)齒輪Z2減速后的運(yùn)動經(jīng)Z3、Z4、Z5、Z6再次減速，使減速器的輸出軸獲得低速或超低速運(yùn)動。二次偏心機(jī)構(gòu)可以用大內(nèi)徑的偏心軸承來實(shí)現(xiàn)，也可以將內(nèi)齒輪Z2的外園柱面加工成與其中心偏心量為e3的偏心園柱面，再用普通軸承與偏心園柱面的配合來實(shí)現(xiàn)。
由于在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采取了上述的處理方法，既省略了級間的聯(lián)接部份，簡化了機(jī)構(gòu)，有利于提高效率，又達(dá)到了多級串聯(lián)實(shí)現(xiàn)大傳動比且高效率的目的。采取此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的結(jié)果，使減速器軸向尺寸大大縮短，對于實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中某些尺寸受限制的場合是具有特殊意義的。
本實(shí)用新型不僅適用于大傳動比的場合，也適用于中等傳動比(如i＝100～2000)的場合。單級少齒差傳動的傳動比較大時，其效率較低。因此為了獲得較高的效率，應(yīng)當(dāng)采取兩級串聯(lián)的型式，可獲得較高的整機(jī)效率。
二次偏心機(jī)構(gòu)還可用于符合少齒差傳動原理的各種齒型的行星減速器如擺線針輪行星減速器，園弧針輪行星減速器、活齒少齒差減速器等各類減速器中，都能使原有結(jié)構(gòu)得到改進(jìn)而性能得以提高。
下面參照附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行較為詳細(xì)的描述，
附圖1，附圖2是本實(shí)用新型傳動原理圖。
附圖3是本實(shí)用新型的一個應(yīng)用實(shí)例。
附圖4是圖3應(yīng)用實(shí)例中的控制板4。
附圖5是圖3應(yīng)用實(shí)例中的銷軸6。
附圖6是圖3應(yīng)用實(shí)例中銷軸6的組合式結(jié)構(gòu)。
在圖3的應(yīng)用實(shí)例中，序號1、17、21分別為機(jī)蓋(一)、機(jī)座、機(jī)蓋(二)，所有的零件都直接或間接地支撐于其上，其中1為高速端機(jī)蓋，左端法蘭用來安裝直聯(lián)式電機(jī)，其凹止口與電機(jī)凸止口配合，以保證電機(jī)軸與本減速器高速軸同心。3為高速軸端通蓋，可對支撐高速軸2的一對軸承11進(jìn)行軸向定位，并能通過調(diào)整墊調(diào)整軸承的間隙。高速軸右端的軸承11支撐在內(nèi)齒輪13的空腔中。高速軸2是空心軸，電機(jī)軸與空心軸配合并通過鍵來傳遞動力。高速軸上安裝一個偏心軸承7。8為偏心軸承的外圈，行星齒輪9通過偏心軸承7和外圈8支撐在高速軸2上，偏心軸承7的偏心量為e1。如果將高速軸加工成偏心軸，則偏心軸承7和外圈8可以用一個普通的滾動軸承來代替。當(dāng)高速軸轉(zhuǎn)動時，為了使行星齒輪9作平面運(yùn)動，在機(jī)蓋1的內(nèi)側(cè)面和行星齒輪9的左端面上，各裝有一對銷軸6，其外露部份插入控制板4的長形孔中，為了對行星齒輪9進(jìn)行平衡，可附加一個平衡配重塊5，它和軸承7是通過鍵10來固定的。當(dāng)高速軸2轉(zhuǎn)動時，在偏心量e1的作用下及銷軸6、控制板4的作用下，行星齒輪9作平面運(yùn)動，使其與內(nèi)齒輪13嚙合形成該減速器的前級N型少齒差傳動。內(nèi)齒輪13通過軸承19、20支撐在機(jī)蓋(一)1與低速軸26的空腔間，低速軸26通過一對軸承23支撐在與機(jī)座把合成一體的機(jī)蓋21上。內(nèi)齒輪13是二次偏心機(jī)構(gòu)的支撐構(gòu)件，在它的外園上安裝兩個大孔徑的偏心軸承12、15是隔套，14為外圈，三者構(gòu)成二次偏心機(jī)構(gòu)。如將內(nèi)齒輪13的外園加工成偏心園柱面，則偏心軸承可以用普通的滾動軸承或滑動軸承來代替。鍵29將內(nèi)齒輪13與偏心軸承12進(jìn)行周向固定。在二次偏心機(jī)構(gòu)的外園上，安裝次級NN型少齒差齒輪付。16為這個齒輪付的外齒輪，亦即NN級的行星輪，它是一個雙聯(lián)外齒輪，也可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成奇異齒輪。30為固定內(nèi)齒輪，28為輸出內(nèi)齒輪。為了加工的方便，將內(nèi)齒輪28與低速軸26做成兩體，并用鍵18相聯(lián)。從圖3中可以看出，前級N型傳動的齒輪構(gòu)件被包容在二次偏心機(jī)構(gòu)的腹腔內(nèi)，而二次偏心機(jī)構(gòu)又被包容在后級NN型少齒差齒輪付的腹腔內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)上的處理使整機(jī)的軸向尺寸被大大地壓縮。經(jīng)第一級減速后作定軸轉(zhuǎn)動的內(nèi)齒輪13作為第二級少齒差傳動的轉(zhuǎn)臂，其偏心量e3由二次偏心機(jī)構(gòu)來滿足，這樣就實(shí)現(xiàn)了兩級間的串聯(lián)而無需其它任何級間聯(lián)接機(jī)構(gòu)。
隔套22將一對軸承23隔開，隔圈24、通蓋25可對軸承23作軸向固定，套27對軸承12作軸向限位。低速軸26為空心軸，與工作機(jī)的軸伸聯(lián)接傳遞扭矩。這樣，當(dāng)高速軸轉(zhuǎn)動時，行星齒輪9在第一層偏心機(jī)構(gòu)作用下作平面運(yùn)動并與內(nèi)齒輪13嚙合使13作減速定軸轉(zhuǎn)動，內(nèi)齒輪13外園上的第二層偏心機(jī)構(gòu)又將內(nèi)齒輪13的運(yùn)動作為后級的輸入運(yùn)動經(jīng)外齒輪16、內(nèi)齒輪30和28組成的NN型少齒差傳動將減速的運(yùn)動由低速軸26輸出，完成整機(jī)減速的傳動過程。
圖3中銷軸6的結(jié)構(gòu)如圖5、圖6所示。圖5為簡單式銷軸，一端與行星齒輪9或機(jī)蓋1的銷孔牢固配合，另一端伸入控制板4的長形孔中，可以在長孔中滑動。為了減少銷軸的磨損，伸入控制板內(nèi)的部分可以加工成矩形截面以增加接觸面積。當(dāng)減速器的規(guī)格較大時，銷軸6可以做成圖6所示的組合式，使?jié)L動軸承在長孔中滾動，這樣還能提高效率。
在國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域中，有相當(dāng)多的場合需要使用大傳動比的減速器。無論是機(jī)械、輕工、食品、化工、鍋爐行業(yè)、或是軍工、航天、天文等等都有應(yīng)用。但現(xiàn)有大傳動比減速器不是傳動效率低就是體積重量大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。例如目前常用的鍋爐爐排傳動變速箱，用園柱齒輪與蝸輪傳動組合而成，傳動比大于10000時總傳動級數(shù)達(dá)5～6級，傳動效率僅為0.2～0.3左右。一臺輸出扭矩為5000N·m的變速箱就有430kg左右。而一臺功能相同的二次偏心包容式少齒差減速器，機(jī)重將減輕60％以上，而效率至少可提高一倍以上。不僅如此，它還可以很方便地設(shè)計(jì)成軸裝式、雙軸伸式。兩端法蘭聯(lián)接式等各種安裝型式，對用戶選用極為便利。另外此種減速器傳動比調(diào)整亦很方便，只要任意改變一個齒輪的齒數(shù)，傳動比將發(fā)生較大的變化，不僅可以實(shí)現(xiàn)密集的傳動比，還易于實(shí)現(xiàn)大傳動比。同一機(jī)座，傳動比可以小到幾十，大到百萬。
由前面敘述的一切內(nèi)容可見，特別是對于需要使用大傳動比減速器的領(lǐng)域，采用本實(shí)用新型不僅可以提高主機(jī)的技術(shù)指標(biāo)，同時使主機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊合理。更主要的是當(dāng)大批量生產(chǎn)時，必將因減輕重量、提高傳動效率，零件加工工藝性好使成本降低等帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
圖3的實(shí)例采用內(nèi)齒輪輸出，不僅實(shí)現(xiàn)大傳動比，而且效率高、軸向尺寸短，為本實(shí)用新型的最佳方案。
顯然，按照上面敘述的內(nèi)容可能作出許多改進(jìn)和變異。因此可以充分理解和推斷的是，符合少齒差傳動原理的其他齒形的行星減速器，都可能通過本實(shí)用新型提出的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行改進(jìn)實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種二次偏心包容式少齒差減速器，具有串聯(lián)的二級少齒差傳動，其特征是在前級少齒差傳動中已經(jīng)減速且作定軸轉(zhuǎn)動的齒輪構(gòu)件的園柱形外表面上，設(shè)置一個二次偏心機(jī)構(gòu)，該二次偏心機(jī)構(gòu)將前級少齒差傳動齒輪付包容在自己的腹腔內(nèi)，在二次偏心機(jī)構(gòu)的外園上，再設(shè)置一級少齒差傳動，后級少齒差傳動齒輪付將已包容了前級少齒差傳動齒輪付的二次偏心機(jī)構(gòu)包容在它的腹腔內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的少齒差減速器，其特征是二次偏心機(jī)構(gòu)可以用偏心軸承來實(shí)現(xiàn)，也可以將支撐二次偏心機(jī)構(gòu)的齒輪構(gòu)件的園柱形外表面，加工成與其中心偏心的園柱面，再用普通軸承來實(shí)現(xiàn)，普通軸承是指滾動軸承或滑動軸承。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的少齒差減速器其特征是后級少齒差傳動可以是N型，也可以是NN型。
專利摘要
一種二次偏心包容式少齒差減速器具有軸向尺寸短，傳動比寬廣而密集的特點(diǎn)，特別是適用于大傳動比的場合。它通過在前級少齒差傳動中作定軸轉(zhuǎn)動已經(jīng)減速的齒輪構(gòu)件外圓上，設(shè)置一個二次偏心機(jī)構(gòu)。在二次偏心機(jī)構(gòu)的外圓上，再嵌套一級少齒差傳動，以實(shí)現(xiàn)兩級少齒差傳動的串聯(lián)。后級少齒差傳動齒輪副將已包容了前級少齒差齒輪副的二次偏心機(jī)構(gòu)，又包容在它的腹腔內(nèi)，省略了級間聯(lián)接機(jī)構(gòu)并使軸向尺寸大大壓縮。該少齒差減速器的傳動比可在幾十至百萬之間變動。
文檔編號F16H1/32GK87200923SQ87200923
公開日1988年2月24日 申請日期1987年1月16日
發(fā)明者任喬圭 申請人:任喬圭導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan