本實(shí)用新型涉及一種減速機(jī)構(gòu)，尤其涉及一種用于小體積、小質(zhì)量、高比功率電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

減速機(jī)構(gòu)也稱減速器、減速機(jī)等，用于在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，是一種相對(duì)精密的機(jī)械，使用它的目的是降低轉(zhuǎn)速、增加轉(zhuǎn)矩。

減速機(jī)構(gòu)在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中有非常重要的作用，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種用伺服電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)，是控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如圖1所示，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由伺服電機(jī)、減速器、驅(qū)動(dòng)器、控制器和位置反饋傳感器組成，這里的減速器就是減速機(jī)構(gòu)，控制器接收來(lái)自上位機(jī)（即控制系統(tǒng)）的位置指令，與位置反饋傳感器反饋回來(lái)的實(shí)際位置信息比較形成位置誤差，通過(guò)控制算法形成脈寬調(diào)制控制量，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行信號(hào)放大后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，與電機(jī)相連的減速器對(duì)力矩進(jìn)行放大，驅(qū)動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)以減小位置誤差并形成位置負(fù)反饋，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載按位置指令的變化規(guī)律而運(yùn)動(dòng)，達(dá)到負(fù)載跟蹤指令的目的。

電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在無(wú)人機(jī)和導(dǎo)彈中應(yīng)用，簡(jiǎn)稱電動(dòng)舵機(jī)，可實(shí)現(xiàn)飛機(jī)和導(dǎo)彈的姿態(tài)控制；在機(jī)器人中應(yīng)用，簡(jiǎn)稱伺服器，可實(shí)現(xiàn)手爪或機(jī)器人工具的中心點(diǎn)以給定的速度沿著給定軌跡到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。由于其應(yīng)用條件制約，在最小質(zhì)量和體積的前提下，具有較大的輸出力矩和較高的傳動(dòng)精度，是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要盡可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，以滿足高端無(wú)人機(jī)、小型導(dǎo)彈、機(jī)器人等多方面的需求。所以，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的小體積、小質(zhì)量、高比功率要求，是無(wú)人機(jī)和導(dǎo)彈中應(yīng)用中的重要目標(biāo)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，對(duì)減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行減小重量和體積、提高扭矩重量比是重要的環(huán)節(jié)。但是，目前應(yīng)用于電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速機(jī)構(gòu)，其集成度和緊湊性不夠好，或者其減速部件搭配不合理，難以達(dá)到理想結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的就在于為了解決上述問(wèn)題而提供一種用于小體積、小質(zhì)量、高比功率電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速機(jī)構(gòu)。

本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：

一種用于小體積、小質(zhì)量、高比功率電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速機(jī)構(gòu)，其輸入端與伺服電機(jī)連接，其輸出端與空心輸出軸連接，所述減速機(jī)構(gòu)包括小齒輪、過(guò)渡齒輪、大齒輪和行星齒輪，所述小齒輪的外徑、所述過(guò)渡齒輪的外徑、所述大齒輪的外徑依次增大，所述小齒輪套裝于所述伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，所述小齒輪的外齒與所述過(guò)渡齒輪的外齒嚙合連接，所述過(guò)渡齒輪的外齒與所述大齒輪的外齒嚙合連接，所述大齒輪套裝于所述行星齒輪的太陽(yáng)輪上，所述行星齒輪的行星小齒輪套裝于外齒圈內(nèi)，所述行星齒輪的行星架與空心輸出軸連接；所述小齒輪、所述過(guò)渡齒輪和所述大齒輪的中心軸線相互平行。

作為優(yōu)選，所述行星齒輪的外齒圈為鈦合金外齒圈，所述行星齒輪的行星小齒輪為合金鋼行星小齒輪，所述合金鋼行星小齒輪的硬度大于所述鈦合金外齒圈的硬度；所述鈦合金外齒圈的內(nèi)齒形采用正變位系數(shù)，所述合金鋼行星小齒輪的外齒形采用負(fù)變位系數(shù)。正變位系數(shù)可以降低齒面的彎曲應(yīng)力，負(fù)變位系數(shù)會(huì)增大齒面的彎曲應(yīng)力，這樣就保證了兩種齒輪材料的抗彎能力相當(dāng)，使齒輪的模數(shù)可取為最小值，從而使齒輪的直徑最小，達(dá)到有效減小重量和體積的目的。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

本實(shí)用新型采用小齒輪、過(guò)渡齒輪和大齒輪構(gòu)成的第一級(jí)直齒輪減速機(jī)構(gòu)和行星齒輪構(gòu)成的第二級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)，第一級(jí)直齒輪減速機(jī)構(gòu)可以將伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速由15000轉(zhuǎn)/分降為2000轉(zhuǎn)/分左右，很好的適應(yīng)了第二級(jí)行星減速機(jī)構(gòu)的輸入，其傳動(dòng)效率很高（一般超過(guò)98%），而且在減小轉(zhuǎn)速和增大扭矩的同時(shí)功率損耗很?。坏诙?jí)行星減速機(jī)構(gòu)采用少齒差傳動(dòng)具有較大的減速比；兩級(jí)減速實(shí)現(xiàn)了高效率很大的總減速比，在同樣輸出扭矩和減速比的情況下，與一般齒輪減速器相比，體積下降三分之二；小齒輪、過(guò)渡齒輪和大齒輪的中心軸線相互平行，這種安裝結(jié)構(gòu)將各部件之間的空隙降低至極小，顯著減小了減速機(jī)構(gòu)體積。

附圖說(shuō)明

圖1是電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本實(shí)用新型所述用于小體積、小質(zhì)量、高比功率電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速機(jī)構(gòu)應(yīng)用時(shí)的主視剖視結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型所述用于小體積、小質(zhì)量、高比功率電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的減速機(jī)構(gòu)，其輸入端與伺服電機(jī)3連接，其輸出端與空心輸出軸7連接，所述減速機(jī)構(gòu)包括小齒輪4、過(guò)渡齒輪5、大齒輪6和行星齒輪13，小齒輪4的外徑、過(guò)渡齒輪5的外徑、大齒輪6的外徑依次增大，小齒輪4套裝于伺服電機(jī)3的轉(zhuǎn)軸上，小齒輪4的外齒與過(guò)渡齒輪5的外齒嚙合連接，過(guò)渡齒輪5的外齒與大齒輪6的外齒嚙合連接，大齒輪6套裝于行星齒輪13的太陽(yáng)輪（圖中未標(biāo)記）上，行星齒輪13的行星小齒輪（圖中未標(biāo)記）套裝于外齒圈14內(nèi)，行星齒輪13的行星架與空心輸出軸7連接；小齒輪4、過(guò)渡齒輪5和大齒輪6的中心軸線相互平行；行星齒輪13的外齒圈14為鈦合金外齒圈，行星齒輪13的行星小齒輪為合金鋼行星小齒輪，所述合金鋼行星小齒輪的硬度大于所述鈦合金外齒圈（即外齒圈14）的硬度；所述鈦合金外齒圈（即外齒圈14）的內(nèi)齒形采用正變位系數(shù)，所述合金鋼行星小齒輪的外齒形采用負(fù)變位系數(shù)。

如圖2所示，為了對(duì)本實(shí)用新型所述減速機(jī)構(gòu)的應(yīng)用進(jìn)行可行性說(shuō)明和進(jìn)一步具體描述，圖中還示出了本減速機(jī)構(gòu)應(yīng)用時(shí)與其配合的其它部件的優(yōu)選結(jié)構(gòu)，包括：電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)殼體包括第一鋁合金殼體2和第二鋁合金殼體15，位置反饋傳感器8、所述驅(qū)動(dòng)器（圖2中未示）和所述控制器（圖2中未示）均安裝于PCB電路板1上，伺服電機(jī)3安裝于第一鋁合金殼體2的外壁，PCB電路板1、小齒輪4和過(guò)渡齒輪5均安裝于第一鋁合金殼體2內(nèi)，空心輸出軸7設(shè)于第二鋁合金殼體15內(nèi)，第一鋁合金殼體2和第二鋁合金殼體15分別與行星齒輪13的外齒圈14的兩端連接，行星齒輪13的外齒圈14、第一鋁合金殼體2和第二鋁合金殼體15共同構(gòu)成所述機(jī)構(gòu)殼體；位置反饋傳感器8的動(dòng)力輸入端與傳動(dòng)桿10的一端連接，傳動(dòng)桿10的另一端穿過(guò)行星齒輪13的太陽(yáng)輪的中心通孔后與空心輸出軸7連接，傳動(dòng)桿10的另一端設(shè)有鋼絲螺套內(nèi)螺孔11，鋼絲螺套（圖中未標(biāo)記）通過(guò)鋼絲螺套內(nèi)螺孔11安裝于傳動(dòng)桿10的另一端，所述鋼絲螺套與設(shè)于空心輸出軸7上的花鍵9配合連接負(fù)載能防止負(fù)載的軸向串動(dòng)，傳動(dòng)桿10的另一端外周壁還與空心輸出軸7通過(guò)插銷12連接，小齒輪4、過(guò)渡齒輪5和大齒輪6的中心軸線均與PCB電路板1相互垂直。

說(shuō)明：上述本減速機(jī)構(gòu)以外的其它部件的優(yōu)選結(jié)構(gòu)是我們認(rèn)為的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，但并非唯一結(jié)構(gòu)，在此僅作了解，不是本實(shí)用新型的保護(hù)對(duì)象；圖2中的伺服電機(jī)3、減速機(jī)構(gòu)即減速器和位置反饋傳感器8即為圖1中的伺服電機(jī)、減速器和位置反饋傳感器，圖2中未示驅(qū)動(dòng)器和控制器，這兩個(gè)器件的各電子元件采用貼裝方式安裝于PCB電路板1上，以現(xiàn)有技術(shù)可以輕松實(shí)現(xiàn)；圖中的第一鋁合金殼體2為分體結(jié)構(gòu)，位于PCB電路板1內(nèi)外兩側(cè)的部分相互連接，這樣設(shè)計(jì)是為了便于安裝各部件；為了便于安裝過(guò)渡齒輪5，過(guò)渡齒輪5的中心軸穿過(guò)PCB電路板1的通孔通過(guò)軸承安裝于第一鋁合金殼體2的內(nèi)壁上。

如圖1和圖2所示，下面對(duì)本實(shí)用新型所述減速機(jī)構(gòu)應(yīng)用于小體積、小質(zhì)量、高比功率電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作原理進(jìn)行說(shuō)明如下：

PCB電路板1上的控制器接收來(lái)自上位機(jī)（即控制系統(tǒng)，為其它設(shè)備）的位置指令，與位置反饋傳感器8反饋回來(lái)的實(shí)際位置信息比較形成位置誤差，通過(guò)控制算法形成脈寬調(diào)制控制量（這里涉及控制器處理方法為傳統(tǒng)方法），經(jīng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行信號(hào)放大后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)3旋轉(zhuǎn)，伺服電機(jī)3依次帶動(dòng)小齒輪4、過(guò)渡齒輪5、大齒輪6和行星齒輪13旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)減速目的，最后由行星齒輪13的行星架驅(qū)動(dòng)空心輸出軸7旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)負(fù)載運(yùn)行；同時(shí)，空心輸出軸7帶動(dòng)傳動(dòng)桿10旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)桿10驅(qū)動(dòng)位置反饋傳感器8將空心輸出軸7的位置反饋信號(hào)傳遞給控制器，通過(guò)控制器對(duì)伺服電機(jī)3的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制和修正，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載按位置指令的變化規(guī)律而運(yùn)動(dòng)，達(dá)到負(fù)載跟蹤指令的目的。

上述實(shí)施例只是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不是對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本實(shí)用新型專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。