基于双合星轮的减速器原型机

1.本实用新型属于减速机技术领域，具体涉及一种基于双合星轮的减速器原型机。


背景技术：

2.减速器常用作原动件与工作机之间的减速传动装置，使用减速器的目的在于降低转速，增加转矩。减速器的种类繁多，不同种类有不同的用途，在现代机械中应用极为广泛。将高速运转的动力通过减速器输入轴上的齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，大小齿轮的齿数之比，就是传动比。但是，传统的减速器无法保证，传动比小，而且在少齿差时容易发生干涉问题。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有技术中机器人减速器传动比无法保证的问题，本技术提供一种基于双合星轮的减速器原型机，包括本体结构件，所述本体结构件内部具有容纳空间，所述容纳空间内设置有星轮减速机构，所述星轮减速机构包括主轴、星轮和外壳，所述星轮和所述外壳依次套设于所述主轴外部，所述主轴的两端分别延伸于所述外壳外部并与所述本体结构件连接，所述星轮轴线与所述主轴轴线偏心设置；
4.所述外壳包括依次连接设置的所述第一内齿圈和第二内齿圈，所述星轮包括与所述第一内齿圈匹配的第一齿轮结构和与所述第二内齿圈匹配的第二齿轮结构，所述第一齿轮结构和所述第二齿轮结构同轴固定连接，所述第二齿轮结构和所述第二内齿圈的齿廓为波浪梯形齿，所述波浪梯形齿齿顶/齿底和渐开线区域的交界处设置有过渡区。
5.在一些优选技术方案中，所述主轴通过偏心轴承与所述星轮连接。
6.在一些优选技术方案中，所述本体结构件包括输入轴座和输出法兰，所述主轴一端与所述输入轴座连接，另一端与所述输出法兰连接。
7.在一些优选技术方案中，所述主轴的输入端通过输入轴承与所述输入轴座回转连接，所述主轴的输入端用于与动力装置输出端连接。
8.在一些优选技术方案中，所述主轴的输出端通过输出轴承与所述输出法兰固定连接，所述输出法兰用于固定负载。
9.在一些优选技术方案中，所述波浪梯形齿廓的最小重复单元包括顺序连接的波峰—上过渡区—升降区—下过渡区—波谷—下过渡区—升降区—上过渡区—波峰；所述过渡区的齿廓线为连接波峰/波谷与升降区的起止点的弧线。
10.在一些优选技术方案中，所述波浪梯形齿廓的形状以波峰中心线为中心左右两侧呈镜面对称。
11.在一些优选技术方案中，所述波浪梯形齿廓的波峰和波谷的齿廓线形状为直线，或齿顶/齿底圆的一部分弧线。
12.在一些优选技术方案中，所述升降区的齿廓线形状为连接所述上过渡区与所述下过渡区起止点的直线/齿轮基圆渐开线或近似的直线 /齿轮基圆渐开线。
13.在一些优选技术方案中，所述升降区齿廓线与齿轮分度圆法线的夹角为压力角α，α∈(20，50)。
14.本实用新型的有益效果：
15.本实用新型的基于双合星轮的减速器原型机，能够有效解决 40mm直径以下300减速比以上刚性减速器设计问题。在不使用谐波和 rv减速器结构的前提下实现了1齿差无干涉内啮合。通过采用波浪梯形齿廓，将对应渐开线齿廓较为尖锐的齿顶、齿底圆和渐开线区域的交界处设置了过渡区，可以很好的解决传统的渐开线齿廓在少齿差时易发生干涉的问题，让齿差为1的内外齿啮合成为可能，从而使装置能达到极高的传动比。
附图说明
16.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
17.图1为本实用新型一种实施例的基于双合星轮的减速器原型机整体结构示意图；
18.图2为本实用新型一种实施例的基于双合星轮的减速器原型机分解结构示意图；
19.图3为本实用新型一种实施例中波浪梯形齿廓的形状示意图；
20.附图标记列表：
21.1-输入轴座，2-外壳，3-输出内齿圈，4-输出法兰，5-主轴， 6-第一齿轮结构，7-第二齿轮结构，8-输入轴承，9-输出轴承，10-偏心轴承，11-法兰轴承；o-中心线、α-压力角、f-波峰、g-波谷、b-下过渡区、 u-上过渡区、s-升降区。
具体实施方式
22.为使本实用新型的实施例、技术方案和优点更加明显，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。
23.本实用新型的一种基于双合星轮的减速器原型机，包括本体结构件，所述本体结构件内部具有容纳空间，所述容纳空间内设置有星轮减速机构，所述星轮减速机构包括主轴、星轮和外壳，所述星轮和所述外壳依次套设于所述主轴外部，所述主轴的两端分别延伸于所述外壳外部并与所述本体结构件连接，所述星轮轴线与所述主轴轴线偏心设置；
24.所述外壳包括依次连接设置的所述第一内齿圈和第二内齿圈，所述星轮包括与所述第一内齿圈匹配的第一齿轮结构和与所述第二内齿圈匹配的第二齿轮结构，所述第一齿轮结构和所述第二齿轮结构同轴固定连接，所述第二齿轮结构和所述第二内齿圈的齿廓为波浪梯形齿，所述波浪梯形齿齿顶/齿底和渐开线区域的交界处设置有过渡区。
25.为了更清晰地对本实用新型的基于双合星轮的减速器原型机进行说明，下面结合附图对本实用新型一种优选实施例进行展开详述。
26.作为本实用新型的一个优选实施例，本实用新型的基于双合星轮的减速器原型机如图1所示，包括本体结构件，本体结构件内部具有容纳空间，容纳空间内设置有星轮减速机构，星轮减速机构包括主轴5、星轮和外壳2，星轮和外壳2依次套设于主轴5外部，主轴5的两端分别延伸于外壳2外部并与本体结构件连接，星轮轴线与主轴轴线偏心设置；第二齿轮
结构7的轴线相对于主轴的轴线偏心且平行设置。星轮能够绕主轴做圆周运动和绕自身的中心轴做自旋转运动，且星轮能够将圆周运动和自旋转运动叠加传至第二内齿圈。星轮和第二内齿圈的齿廓为少齿差时不易发生干涉的波浪梯形齿廓。
27.外壳2包括依次连接设置的第一内齿圈和第二内齿圈，第二内齿圈为输出内齿圈3，星轮包括与第一内齿圈匹配的第一齿轮结构6和与第二内齿圈匹配的第二齿轮结构7，第一齿轮结构6和第二齿轮结构7 同轴固定连接，第二齿轮结构7和第二内齿圈的齿廓为波浪梯形齿，波浪梯形齿齿顶/齿底和渐开线区域的交界处设置有过渡区b、u。
28.具体而言，本体结构件包括输入轴座1和输出法兰4，主轴 5一端与输入轴座1连接，另一端与输出法兰4连接。
29.主轴5通过偏心轴承10与星轮连接。主轴5的输入端通过输入轴承8与输入轴座1回转连接，主轴5的输入端用于与动力装置输出端连接。具体而言，主轴5的输出端通过输出轴承9与输出法兰4固定连接，输出法兰4用于固定负载。
30.波浪梯形齿廓的最小重复单元包括顺序连接的波峰f—上过渡区u—升降区s—下过渡区b—波谷g—下过渡区b—升降区s—上过渡区u—波峰f；过渡区b、u的齿廓线为连接波峰f/波谷g与升降区 s的起止点的弧线。
31.波浪梯形齿廓的形状以波峰中心线为中心左右两侧呈镜面对称。波浪梯形齿廓的波峰和波谷的齿廓线形状为直线，或齿顶/齿底圆的一部分弧线。升降区的齿廓线形状为连接上过渡区与下过渡区起止点的直线/齿轮基圆渐开线或近似的直线/齿轮基圆渐开线。升降区齿廓线与齿轮分度圆法线的夹角为压力角α，α∈(20，50)。在上述的星轮减速机构中，各级部件的连接方式均为内齿轮啮合。各齿轮的齿廓均为波浪梯形。这样，通过主轴5带动星轮转动以及第二齿轮结构与第二内齿圈之间的配合，星轮进行绕主轴的圆周运动和自转两种运动，且此两种运动叠加传至第二内齿圈，从而可以使该星轮减速机构具有较大的传动比。该星轮减速机构结构简单，便于加工、重量轻成本低，具有广阔的应用前景。进一步地，通过采用波浪梯形齿廓，将对应渐开线齿廓较为尖锐的齿顶、齿底圆和渐开线区域的交界处设置了过渡区，可以很好的解决传统的渐开线齿廓在少齿差时易发生干涉的问题。
32.如图1所示，输入轴座与外壳通过螺栓连接固定。主轴上端通过输入轴承与输入轴座连接，下端通过法兰轴承与输出法兰连接，中间部分通过偏心轴承10与第一齿轮结构6、第二齿轮结构7相连接。第一齿轮结构6、第二齿轮结构7通过销钉及紧定螺栓固定，第一齿轮结构 6与外壳内壁的第一内齿圈啮合，第二齿轮结构7与第二内齿圈，即输出内齿圈3啮合。输出内齿圈3与输出法兰4通过螺栓连接固定，二者通过输出轴承9与外壳2连接。
33.如图3所示，为本实用新型一种实施方式的波浪梯形齿廓的形状示意图。波浪梯形齿廓的形状以波峰中心线o为中心左右两侧呈镜面对称。波峰中心线o为过波峰的中点的垂线。波浪梯形齿廓从左至右依次包括：波谷g—下过渡区b—升降区s—上过渡区u—波峰f—上过渡区u—升降区s—下过渡区b—波谷g。上过渡区u和下过渡区b的齿廓线为连接波峰f/波谷g与升降区s的起止点的弧线，呈一小段圆弧状。这样，圆弧可以将波峰f/波谷g与升降区s之间平缓过渡，使得齿廓线没有突出的尖锐区，进而减小了齿轮在运行过程中，尖锐区对啮合齿轮齿廓产生干涉、刮蹭的可能性。
34.由于应用齿廓的主体结构可能是齿条、内齿轮、外齿轮、方齿轮或其他形状齿轮等。当主体结构为齿条时，波浪梯形齿廓的波峰f 和波谷g的齿廓线形状为直线，而当主体
结构为齿轮时，波浪梯形齿廓的波峰f和波谷g的齿廓线形状为齿顶/齿底圆的一部分弧线。
35.升降区s的齿廓线形状为连接上过渡区u与下过渡区b起止点的直线/齿轮基圆渐开线或近似的直线/齿轮基圆渐开线。升降区s齿廓线与齿轮分度圆法线的夹角为压力角α，其中，压力角α的范围可根据需要在0-90度之间任意设置。分度圆是齿轮在啮合运动过程中，可以等效相当于两个相接触的圆柱体依靠静摩擦力进行无相互滑动的滚动传动的虚拟圆，是为了便于齿轮设计和制造而选择的一个尺寸参考。压力角是齿面传导力与齿轮周向运动切线的夹角。压力角增大，摩擦力矩增大，在实际运行中传导效率会降低，齿廓变平缓，内齿啮合的情况下发生干涉的可能性变小，齿根部受应力变小，更不易产生疲劳和断裂。压力角减小，摩擦力矩减小，在实际运行中传导效率升高，齿廓变尖锐，内齿啮合的情况下发生干涉的可能性变大，齿根部受应力变大，较易产生疲劳和断裂。
36.优选地，压力角α的范围为20-50度或21-50度，较佳角度为40度。这样，既可以保证齿轮具有一定的传导效率又可以防止内齿啮合发生干涉，产生疲劳和断裂。
37.在本实用新型的一个具体的实施方式中，设第一内齿圈的齿数为nh、第二内齿圈的齿数为no、第一齿轮结构的齿数为n1、第二齿轮结构的齿数为n2，则根据几何法则：no＝nh+n
2-n1。
38.星轮相对于固定坐标系做两种运动，第一种为星轮绕主轴做角速度等于主轴角速度ωi的圆周运动；第二种是星轮的自转，该自转的角速度为：在第二级齿轮与输出内齿圈啮合过程中，星轮的两种运动叠加作用于输出内齿圈，则则该星轮减速机构的减速比为：其中，ωi为输入端角速度，ω0为输出端角速度。
39.例如，在nh＝100、n1＝40、n2＝39时no＝99，减速比为 66:1；又如，nh＝100、n1＝80、n2＝79时no＝99，减速比为396:1；再如nh＝100、n1＝99、n2＝98时no＝99，减速比为9801:1。由此可见，该星轮减速机构可以在较小的空间内，通过实现范围极大的减速配比。
40.优选地，本技术的齿轮啮合方式为两级内齿轮啮合，模数均为0.5mm。其中，第一内齿圈的齿数为50，第一齿轮结构为48，第二齿轮结构为45，第二内齿圈为47。其减速比为48
×
47/(50
×
45-48
×
47) ＝376:1。在实际应用过程中，主轴与电机主轴固定连接，原型机通过外壳进行固定，负载与输出法兰固定连接。每当电机转动时，输出法兰相应地反向转动1/376的电机转动角度。
41.优选地，本技术基于双合星轮的减速器原型机的减速比为 376：1，重量为0.3kg，材质由不锈钢制成，采用脂润滑，输入轴直径为 5mm，总体直径为40mm，输入转速为3000～5000rpm，额定负载为5n
·
m；传动效率＞85％，背隙＜1arcmin，双向传动精度
±
1arcmin，动态传动精度
±
5arcmin；额定寿命6000h，刚度＞5n
·
m/arcmin。
42.上述本技术实施例中的技术方案中，至少具有如下的技术效果及优点：
43.本实用新型的基于双合星轮的减速器原型机，能够有效解决 40mm直径以下300减速比以上刚性减速器设计问题。在不使用谐波和 rv减速器结构的前提下实现了1齿差无干涉内啮合。通过采用波浪梯形齿廓，将对应渐开线齿廓较为尖锐的齿顶、齿底圆和渐开线区
域的交界处设置了过渡区，可以很好的解决传统的渐开线齿廓在少齿差时易发生干涉的问题，让齿差为1的内外齿啮合成为可能，从而使装置能达到极高的传动比。
44.需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
46.术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。
47.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。