一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器的制作方法

本实用新型涉及机械传动领域，特别涉及一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器。

背景技术：

目前广泛应用的减速器包括三环减速器。其基本原理为三套平行四边形机构中的三块环板做平动运动，靠环板上的内齿轮驱动输出轴中心齿轮将运动输出。

三环减速器的工作原理如图1所示。图1中DCFE为一平行四边形机构，内齿圈固连在连杆CF上，同时内齿圈与输出轴上的外齿轮啮合。当主动曲柄绕D点旋转时，内齿圈(连杆)做平动运动，通过与外齿轮的啮合驱动输出轴绕B点转动，从而输出运动。为了克服平行四边形机构在个别位置存在的运动不确定的现象，三环减速器采取三套相同的平行四边形机构互错120°排列的方式。在三环减速器的实际结构中，固连在一起的三个主动曲柄和固连在一起的三个从动曲柄均采用一根轴上装设三个偏心套的结构，但存在三块做平动运动的环板，且三块环板沿轴向依次排列。

在三环减速器的运动构件中，两根曲柄轴(其中一根为运动输入轴)、输出轴均为轴对称结构，忽略其离心惯性力不计,重点讨论三块环板的惯性力。由于三片环板的结构和尺寸基本相同且均为对称结构，可以认为环板的质量相同，且环板构件的质心位于环板的对称中心(图1中的A点)。又由于平行四边形机构中的三块环板作平动运动，其上任意一点的运动轨迹均为圆周。所以质心点A的运动轨迹为以B为圆心，以曲柄长度CD为半径的圆周。当主动曲柄等速转动时，质心点A沿该圆周等速运动，从而产生离心惯性力P_i。

由于三块环板质心的相位互错120°，所以其离心惯性力之间夹120°角度，且均作用在以CD为半径的圆周上，如图2所示。

由于三个离心惯性力大小相等，方向互错120°，所以(i是环板的标号)。

如图1、2所示建立坐标系，三个离心惯性力均作用在与Z轴垂直的三个平面内。假设相邻环板轴向对称面之间的距离是a，则三个惯性力P_i1、P_i2、P_i3对X、Y、Z轴之矩为：

减速器运转时，惯性力在水平面内对Y轴有一个顺时针作用的惯性力矩。故三块环板虽然是静平衡的，但动不平衡，从而产生冲击与振动。因此必须要对环板的惯性力矩进行平衡。

现有技术中，提出了几种三环减速器平衡的方法，其中典型的全平衡双驱动三环减速器，如实用新型专利(200920012531.7)和“全平衡双驱动三环减速器设计与研制”(机械设计与制造2011年第2期发表，黄恺)等，其技术方案要点为中间环板与两侧环板对称布置，且中间环板的厚度为两侧环板厚度之和，即中间环板的质量是两侧环板质量的2倍。这些方案增大了环板的厚度和重量，提高了成本，且需要双驱动，结构复杂，成本高。

技术实现要素：

本实用新型目的是提供一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器，解决三环减速器平衡惯性力矩的现有技术结构复杂，重量和厚度大，生产成本高等技术问题。

本实用新型所采用的技术方案是：一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器，包括：

在轴向上依次设置有第一主动曲柄、第二主动曲柄、第三主动曲柄的主动轴，第一主动曲柄、第二主动曲柄、第三主动曲柄互成120°夹角且相邻轴向间距相同；

在轴向上依次设置有第一从动曲柄，第二从动曲柄，第三从动曲柄的从动轴；

与主动轴和从动轴分别通过铰链连接的环板，环板包括第一环板，第二环板，第三环板，且均设置有相同的内齿圈；

第一环板与第一主动曲柄和第一从动曲柄铰链连接，第二环板与第二主动曲柄和第二从动曲柄铰链连接，第三环板与第三主动曲柄和第三从动曲柄铰链连接；

在轴向上依次设置有第一外齿轮，第二外齿轮，第三外齿轮的输出轴，第一外齿轮，第二外齿轮，第三外齿轮分别与第一环板，第二环板，第三环板的内齿圈啮合，且均与输出轴通过键固定连接；

在第二环板的圆周上对称设置有若干通孔，在第一环板，第三环板上均设置有对应于通孔的若干盲孔；

设置于盲孔与通孔中的若干剪切弹簧。

进一步的，在第二环板的圆周上对称设置有若干通孔，在第一环板，第三环板上均设置有对应于通孔的若干盲孔具体是在第二环板的圆周上对称设置有4个通孔，在第一环板，第三环板上均设置有对应于通孔的4个盲孔。

进一步的，设置于盲孔与通孔中的若干剪切弹簧具体是个橡胶剪切弹簧或拉压弹簧。

进一步的，与主动轴和从动轴铰链连接的环板具体是环板通过偏心套与主动轴和从动轴铰链连接。

通过在各环板之间增设剪切弹簧的技术方案，有效降低甚至完全消除了动不平衡，且结构简单，重量、尺寸和生产成本基本不变。

附图说明

图1为本实用新型中三环减速器的原理示意图；

图2为三环减速器的动平衡分析；

图3为一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器的示意图；

图4为图3中G-G处的截面示意图；

图5为一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器的第二环板示意图；

图6为一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器的主动轴示意图；

图7为一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器的主动轴的左视图；

图8为一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器的从动轴示意图；

图9为一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器的从动轴左视图；

图10为一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器的单个剪切弹簧的示意图；

图11为一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器的相同相位处2个弹簧受力分析示意图。

图12为一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器环板惯性力和弹簧力分析示意图。

具体实施方式

如图3-图9所示，一种能够平衡环板惯性力矩的三环减速器，包括：

在轴向上依次通过设置3个偏心套构成第一主动曲柄11、第二主动曲柄12、第三主动曲柄13的主动轴1，且第一主动曲柄11、第二主动曲柄12、第三主动曲柄13互成120°夹角且相邻轴向间距相同，如图6-图7所示；

在轴向上依次设置有第一从动曲柄51，第二从动曲柄52，第三从动曲柄53的从动轴5，如图8-图9；

与主动轴1和从动轴5分别通过铰链连接的环板，环板包括第一环板21，第二环板22，第三环板23，且均设置有相同的内齿圈，如图5所示；

第一环板21与第一主动曲柄11和第一从动曲柄51铰链连接，第二环板22与第二主动曲柄12和第二从动曲柄52铰链连接，第三环板23与第三主动曲柄13和第三从动曲柄53铰链连接，如图3所示；

在轴向上依次设置有第一外齿轮41，第二外齿轮42，第三外齿轮43的输出轴4，第一外齿轮41，第二外齿轮42，第三外齿轮43分别与第一环板21，第二环板22，第三环板23的内齿圈啮合，且均与输出轴4通过键固定连接，如图3所示；

在第二环板22的圆周上对称设置有若干通孔7，在第一环板21，第三环板23上均设置有对应于通孔7的若干盲孔6；

设置于盲孔6与通孔7中的若干剪切弹簧3，如图4所示。

进一步的，在第二环板22的圆周上对称设置有若干通孔7，在第一环板21，第三环板23上均设置有对应于通孔7的若干盲孔6具体是在第二环板22的圆周上对称设置有4个通孔7，在第一环板21，第三环板23上均设置有对应于通孔7的4个盲孔6。

进一步的，设置于盲孔6与通孔7中的若干剪切弹簧3具体是8个橡胶剪切弹簧或拉压弹簧。

进一步的，与主动轴1和从动轴5铰链连接的环板2具体是环板2通过偏心套与主动轴1和从动轴5铰链连接。此外，环板2通过转动副与主动轴1和从动轴5铰链连接。

需要说明的是，主动轴上的第一、二、三主动曲柄和从动轴上的第一、二、三从动曲柄，在工程实践中可以通过设置偏心套的方式进行设置。

下面简单叙述本实用新型的原理，每个环板在运动过程中都会产生一个离心惯性力，该离心惯性力处于环板的对称平面内，若离心惯性力或其力矩的矢量和为零，就能够消除不平衡。在环板之间设置剪切弹簧的目的就是如此，利用剪切弹簧产生的弹簧反力矩(剪切力矩)抵消环板产生的离心惯性力矩，从而降低或消除整个装置的动不平衡。

以下是定量分析：

假设在第二环板22的圆周上开设有M21，M22，M23，M24等4个通孔，在第一环板21，第三环板23对应的位置分别开设盲孔M11，M12，M13，M14，M31，M32，M33，M34，作为剪切弹簧安装孔；在剪切弹簧安装孔中安装8个如图10所示的橡胶剪切弹簧。减速器安装时要强迫剪切弹簧产生剪切变形，安装好后弹簧的剪切力分别施加在三块环板上。

如图11所示，以第二环板22左上方的弹簧中心M21为例，当第一环板21上的M11与M21重合时，弹簧的变形量为0，反弹力为0。现由于安装时三套机构互错120゜，当第二环板22左上方弹簧中心点位运动到图11所示的M21点时，第一环板21左上方弹簧中心位于M11点，第三环板23左上方的弹簧中心位于M31点。弹簧的变形量为b，弹簧的剪切力F＝Kb，K为弹簧的刚度。

由于4个剪切弹簧中心分布在以A为圆心的圆周上，且受力与变形完全相同。故将4个弹簧的反力统一简化为：作用在A点,大小为F₁₂＝4F₁，方向不变的一个总力。其中F₁₂表示第一环板21与第二环板22之间的弹簧反力。F₁表示第一环板21上的其中一个盲孔受到的弹簧反力。

同时考虑离心惯性力、剪切弹簧的剪切力，则环板的受力图如图12所示,其中F₂₃表示第二环板22对第三环板23的弹簧反力，F₂₁表示第二环板22对第一环板21的弹簧反力，F₃₂表示第三环板23对第二环板22的弹簧反力。

加装剪切弹簧之后，三个环板在惯性力P_i1、P_i2、P_i3，弹簧反力F₁,F₃共同作用下，对三个坐标轴的总力矩为：

减速器运转时，加装剪切弹簧之后，三个环板在惯性力、弹簧反力共同作用下，对三个坐标轴的力矩可以大幅度减小，若满足

2a·F₃cos60-2a·P_i3cos30＝0

即K＝mω²＝0条件，则对三个坐标轴的力矩均为0，达到完全平衡的目的。

通过在各环板之间增设剪切弹簧的技术方案，有效降低或完全消除了动不平衡，且结构简单，三环减速器的重量、尺寸和生产成本基本不变。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。