一种智能自适应少齿差行星传动装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及少齿差行星传动领域，特别是涉及一种对工作负载实现智能自适应的少齿差行星传动装置。包括左行星轮、右行星轮、左端盘、右端盘、壳体和连接构件所述连接构件的一端沿轴向穿过所述左行星轮和右行星轮，且连接构件两端的端部分别与所述左端盘和所述右端盘固连，所述左行星轮同时与左端盘和壳体上的齿廓啮合，所述右行星轮同时与右端盘和壳体上的齿廓啮合，所述左行星轮、右行星轮、左端盘、右端盘和壳体形成力封闭机构。本实用新型通过左行星轮、右行星轮、左端盘、右端盘和壳体形成的力封闭机构使得该传动装置可以根据负载的变化自动无级调整传动比和输出转速，无需依赖测控系统，结构简单、成本低。
【专利说明】
-种智能自适应少齿差行星传动装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及少齿差行星传动领域，特别是设及一种对工作负载实现智能自适 应的少齿差行星传动装置。
【背景技术】
[0002] 少齿差行星传动由于具有传动比大、体积小、传动效率高和承载能力大等优点，已 经在冶金、矿山、机器人、航空航天和武器装备等领域得到广泛应用。现有的少齿差行星传 动的传动比均为定值，当工作负载发生变化需要调整输出转速W保证设备的最佳运行状态 时，一般是通过电气控制方式调节驱动装置的转速W适应变化，该方式主要依靠测量和控 审IJ，导致系统结构复杂、成本高。而自适应机构是一种无需通过测控，仅依靠自身的结构特 性实现对外部变化工作条件的自动适应调整，并可靠地完成预期的工作要求。目前的自适 应机构主要有一些由连杆结构和普通齿轮组成的加压装置、夹持器和机械手爪等，缺乏一 种可W实现自适应的少齿差行星传动装置。 【实用新型内容】
[0003] 鉴于W上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种智能自适应少齿 差行星传动装置，用于解决现有技术中的传动装置需要通过测控系统进行适应调节、传动 装置本身无法根据负载变化自动调整输出转速、结构复杂、成本高等缺陷。
[0004] 为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种智能自适应少齿差行星传 动装置，包括左行星轮、右行星轮、左端盘、右端盘、壳体和连接构件，所述连接构件的一端 沿轴向穿过所述左行星轮和右行星轮，且连接构件两端的端部分别与所述左端盘和所述右 端盘固连，所述左行星轮同时与左端盘和壳体上的齿廓晒合，所述右行星轮同时与右端盘 和壳体上的齿廓晒合，所述左行星轮、右行星轮、左端盘、右端盘和壳体形成力封闭机构。
[0005] 本实用新型通过左行星轮、右行星轮、左端盘、右端盘和壳体形成的力封闭机构使 得该传动装置可W根据负载的变化自动无级调整传动比和输出转速，无需依赖测控系统， 结构简单、传动效率高、成本低。
[0006] 进一步，还包括输入轴和输出轴，所述输入轴通过第一端面轴承支撑在右端盘上， 且所述输入轴通过转臂轴承与右行星轮传动连接，所述输出轴通过第一端面轴承支撑在左 端盘上，且所述输出轴通过转臂轴承与左行星轮传动连接。
[0007] 进一步，所述转臂轴承和所述第一端面轴承之间设有隔离套筒。
[000引进一步，所述壳体、所述左行星轮和所述右行星轮均为双联齿轮。
[0009] 进一步，所述左行星轮和所述右行星轮上的双联齿轮的偏屯、方向均相差180°。
[0010] 进一步，所述左端盘和所述右端盘的齿轮齿廓设置在端面上。
[0011] 进一步，所述左行星轮和所述右行星轮的双联齿轮均为外齿轮，设置在所述左端 盘和所述右端盘端面上的齿轮均为内齿轮;或所述左行星轮与左端盘晒合的齿轮、所述右 行星轮与右端盘晒合的齿轮均为内齿轮，设置在所述左端盘和所述右端盘端面上的齿轮均 为外齿轮。
[0012] 进一步，所述连接构件为联结柱销，所述联结柱销的一端沿轴向穿过左行星轮和 右行星轮，且所述联结柱销的两端分别与左端盘和右端盘固连。
[0013] 进一步，所述左端盘和所述右端盘分别通过第二端面轴承支撑在所述壳体的内齿 轮上。
[0014] 进一步，所述力封闭机构上的各齿轮的齿数关系为：
[0015] (Z1Z23-Z21Z32) (Z4-Z己4) (Z己4+Z己3) = (Z4Z己3-Z己4Z3己)(Z1-Z31) (Z21+Z23);
[0016] Z32 = Z 广 Z21+Z23;
[0017] Z35 = Z4-Z54+Z53；
[0018] 其中，Zl为右端盘上的齿轮的齿数，Z21为右行星轮上与右端盘晒合的齿轮的齿数， Z23为右行星轮上与壳体晒合的齿轮的齿数，Z32为壳体上与右行星轮晒合的齿轮的齿数，Z35 为壳体上与左行星轮晒合的齿轮的齿数，Z4为左端盘上的齿轮的齿数，Z53为左行星轮上与 壳体晒合的齿轮的齿数，Z54为左行星轮上与左端盘晒合的齿轮的齿数。
[0019] 如上所述，本实用新型与现有技术相比，具有W下有益效果：
[0020] (1)该传动装置在驱动装置转速和扭矩保持变化的情况下，可W根据工作负载的 变化自动调整传动比和输出转速；
[0021] (2)该传动装置的自适应仅依靠自身的机构特性实现，不依赖于测控系统，结构简 单、成本低、可靠性高；
[0022] (3)该传动装置的传动比是连续变化的，转速调整方式为无级变速，可W实现平稳 传动；
[0023] (4)该传动装置具有过载自保护功能，当工作负载超过最大输出负载时，输出轴将 停止旋转停机，同时驱动装置的转速和扭矩均保持不变，实自动保护；
[0024] (5)该传动装置具有自恢复功能，装置由于过载自动停机后，当工作负载又小于最 大输出负载时，可自动恢复运行实现正常传动。
【附图说明】
[0025] 图1为本实用新型实施例的结构示意图；
[0026] 图2为本实用新型实施例的转速一一扭矩图；
[0027] 图3为本实用新型实施例的传动比一一扭矩图；
[00%]图4为本实用新型实施例的功率封闭验证图。
[0029] 零件标号说明
[0030] Hl 输入轴
[00川肥 输出轴
[0032] 1 右端盘
[0033] 2 右行星轮
[0034] 3 壳体
[0035] 4 左端盘
[0036] 5 左行星轮
[0037] 6 转臂轴承
[0038] 7 第一端面轴承
[0039] 8 连接构件
[0040] 9 螺钉
[0041 ] 10 垫片
[0042] 11 第二端面轴承
[00创 12 密封件
[0044] 13 隔离套筒
【具体实施方式】
[0045] W下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说 明书所掲露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可W通过另外 不同的【具体实施方式】加 W实施或应用，本说明书中的各项细节也可W基于不同观点与应 用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
[0046] 请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅W示意方式说明本 实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的 组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改 变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均 仅用W配合说明书所掲示的内容，W供熟悉此技术的人±了解与阅读，并非用W限定本实 用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或 大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实 用新型所掲示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如"上"、"下"、 "左"、"右"、"中间"及"一"等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用W限定本实用新型可 实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可 实施的范畴。
[0047] 如图1所示，本实用新型的智能自适应少齿差行星传动装置包括左行星轮5、右行 星轮2、左端盘4、右端盘1、壳体3和连接构件8，其中，左行星轮5、右行星轮2、左端盘4、右端 盘1和壳体3形成力封闭机构。还包括输入轴Hl和输出轴H2,输入轴Hl和输出轴H2上均安装 有第一端面轴承7和转臂轴承6,输入轴Hl上的转臂轴承6和第一端面轴承7之间设有隔离套 筒13,输出轴肥上的转臂轴承6和第一端面轴承7之间设有隔离套筒13,转臂轴承6和第一端 面轴承7之间通过隔离套筒13隔开，使得互不干扰有利于正常运行。输入轴Hl通过第一端面 轴承7支撑在右端盘1上，且输入轴Hl通过转臂轴承6与右行星轮2传动连接，输入轴Hl通过 转臂轴承6驱动右行星轮2。输出轴H2通过第一端面轴承7支撑在左端盘4上，且输出轴H2通 过转臂轴承6与左行星轮5传动连接，左行星轮5通过转臂轴承6驱动输出轴H2。其中，本实用 新型中的各齿轮的齿廓曲线无特别限制，可W采用常见的渐开线、摆线针轮等。
[0048] 连接构件8可W采用联结柱销，如图1所示，连接构件8的一端沿轴向穿过左行星轮 5和右行星轮2,且连接构件8-端的端部通过螺钉9和垫片10与左端盘4固定连接，连接构件 8另一端的端部也通过螺钉9和垫片10与右端盘1固定连接，通过连接构件8使得左端盘4和 右端盘1同步运行。左端盘4上的齿轮齿廓加工在右端面，右端盘1上的齿轮齿廓加工在左端 面，左行星轮5和右行星轮2均为双联齿轮，其中，左行星轮5上的两个双联齿轮的偏屯、方向 相差180°，右行星轮2上的两个双联齿轮的偏屯、方向相差180°。
[0049] 壳体3的内表面加工有双联内齿轮，壳体3内表面的双联内齿轮分别位于壳体3内 表面的左端和右端。左行星轮5同时与壳体3左端的齿廓W及左端盘4上的齿廓晒合，右行星 轮2同时与壳体3右端的齿廓W及右端盘1上的齿廓晒合。其中，左行星轮5和右行星轮2的双 联齿轮均为外齿轮，设置在左端盘4和右端盘1端面上的齿轮均为内齿轮;或左行星轮5上的 双联齿轮中与左端盘4晒合的齿轮为内齿轮，左行星轮5上的双联齿轮中与壳体3内表面晒 合的齿轮为外齿轮，右行星轮2上的双联齿轮中与右端盘1晒合的齿轮为内齿轮，右行星轮2 上的双联齿轮中与壳体3内表面晒合的齿轮为外齿轮，设置在左端盘4和右端盘1端面上的 齿轮均为外齿轮。在本实施例中优选左行星轮5和右行星轮2的双联齿轮均为外齿轮，设置 在左端盘4和右端盘1端面上的齿轮均为内齿轮。左端盘4通过第二端面轴承11支撑在壳体3 内齿轮的左端上，右端盘1通过第二端面轴承11支撑在壳体3内齿轮的右端上。
[0050] 其工作过程为:输入轴Hl通过转臂轴承6驱动右行星轮2运行，右行星轮巧E动壳体 3和右端盘1运行，右端盘1通过连接构件8驱动左端盘4运行，壳体3和左端盘4同时驱动调整 左行星轮5的运行情况，左行星轮5通过转臂轴承6驱动输出轴肥运行。通过左端盘4、右端盘 1、左行星轮5、右行星轮2和壳体3形成了力封闭机构，使得该传动装置可W根据输入轴Hl的 负载进行自动调节传动比和输出转速，结构简单、传动效率高，降低了成本。
[0051] 在本实用新型中，力封闭机构上的各齿轮的齿数关系为：
[0052] (Z1Z23-Z21Z32) (Z4-Z己4) (Z己4+Z己3) = (Z4Z己3-Z己4Z3己)(Z1-Z21) (Z21+Z23) ( 1 )
[0053] Z32 = Z1-Z21+Z23 (2)
[0化4]
(3)
[0055] Z35 = Z4-Z54+Z53
[0056] 其中，Zi为右端盘上的齿轮的齿数，Z21为右行星轮上与右端盘晒合的齿轮的齿数， Z23为右行星轮上与壳体晒合的齿轮的齿数，Z32为壳体上与右行星轮晒合的齿轮的齿数，Z35 为壳体上与左行星轮晒合的齿轮的齿数，Z4为左端盘上的齿轮的齿数，Z53为左行星轮上与 壳体晒合的齿轮的齿数，Z54为左行星轮上与左端盘晒合的齿轮的齿数。
[0057] 下面对力封闭机构上的各齿轮齿数满足式（1)、式(2)和式(3)的齿数关系时的工 作原理进行详细描述，同时左行星轮5和右行星轮2的双联齿轮均为外齿轮，设置在左端盘4 和右端盘1端面上的齿轮均为内齿轮，W便充分理解该技术方案。设Mhi为输入扭矩，Mh2为工 作负载扭矩，MH2max为最大许用工作负载扭矩，为输入轴Hl的转速，COH2为输出轴H2的转 速，O 1、O 2、《3、《4和《5分别为右端盘1、右行星轮2、壳体3、左端盘4和左行星轮5的转速， Ha和分别为输入轴Hl的转臂和输出轴H2的转臂的偏屯、距，ri为右端盘1上齿轮的节圆半 径，02为壳体3上与右行星轮2晒合的齿轮的节圆半径，05为壳体3上与左行星轮5晒合的齿 轮的节圆半径，r4为左端盘4上齿轮的节圆半径。
[0化引当左端盘4和右端盘1转速为0,即01 = 0时，对应的传动比和工作负载为 [0化9] (4)
[0060] (5)
[0061]当壳体转速为0,即O 3 = 0时，对应的传动比和工作负载为
[0062] (6)
[0063] 巧)
[0064] 则最大的许用工作负载Mh2"3x为不足W克服内部零部件之间的摩擦力导致输出转 速为0的负载，与M谊 > 和M哲常如下关系
[00 化]
C8)
[0066] 当Mhi < Mh2含寸，传动装置将根据工作负载Mh2自动调整传动比和输出转速，输 出轴肥的转速和传动比为
[0067] <9)
[0068] (K))
[0069] 左端盘4和右端盘1的转速为
[0070] (U)
[0071]
[0072] ^ 12)
[0073] 其中U沪为右端盘1和壳体3的内齿轮之间相对于输入轴Hl的传动比，U沪为左端 盘4和壳体3内齿轮之间相对于输出轴肥的传动比，分别为
[007^ (13 )
[007引 （14)
[0076] 时，左端盘4和右端盘1的旋转方向将发生变化；当Mg, ，壳 体3的旋转方向将发生变化；当MH2>MH2max时，为过载区域，理想的输出转速将很小，将不足 W克服零部件之间的相互摩擦，实际输出转速将为0,实现自动保护停机。
[0077] 验证功率是否封闭标准为施加在左右端盘1和壳体3上的虚功率时刻相等，计算式 如下
[007引化 0i=M3?3 (15)
[0079] 其中化为施加在左端盘4和右端盘1上的扭矩
[0080] ( 16 '>
[0081]
[0082] U7)
[0083] 本实用新型中右端盘I和左端盘4端面上的齿轮也可W为外齿轮，相应的右行星轮 2和左行星轮5的双联齿轮中与其晒合的部分为内齿轮，其原理相同，在此不再寶述。为清楚 表明本实用新型的原理，上述计算式针对的是理想传动装置，未考虑传动损失，考虑传动损 失的实际传动装置，只需利用传动效率对上述计算式进行系数修正，其原理相同，在此不再 寶述。
[0084] W下采用具体的数值进行对本实用新型的实施方式进行举例说明，但并非局限于 W下实施方式。
[0085] 实施例一：
[0086] 右端盘1和左端盘4的端面上加工的齿轮为内齿轮，右行星轮2和左行星轮5的双联 齿轮均为外齿轮，右端盘1、左端盘3、右行星轮2和左行星轮5上的齿轮的齿廓曲线采用渐开 线。
[0087] 偏屯、距为
[0088] rHi = 0.5mm，;rH2 = 2.5mm
[0089] 齿数为
[0090] zi = 66，Z2i = 65，Z23 = 130，Z32=131，Z35 = 27，Z4=14，Z53 = 26，Z54=13
[0091] 模数为
[0092] mi=m2i=m23=m32= Imm，m35=m53=m54=m4 = 5mm
[0093] 输入转速和扭矩为
[0094] O Hi = 1 OOrad/s，Mhi = 50N. m，lH2max =1000 N.m [OOM]则各齿轮的齿数关系如下
[0096] (Z1Z23-Z21Z32) (Z4-Z已4) (Z已4+Z已3) = (66 X 130-65 X 131) X (14-13) X (13+26) = 2535
[0097] (Z位53-Z54Z35) (Z广Z21) (Z21+Z23) = (14X 26-13 X 27) X (66-65) X (65+130) = 2535
[009引 则有
[0099] (Z1Z23-Z21Z32) (Z4-Z己4) (Z己4 + Z己3) = (Z4Z己3-Z己4Z3己)(Z1-Z21) (Z21+Z23)
[0100] Z 广 Z21+Z23 = 66-65+130 = 131 = Z32
[0101 ] Z 广Z 已4+Z 已3 = 14-13+26 = 27 = Z3 已
[0102] 由上述计算可知，各齿轮的齿数之间的关系满足力封闭条件。
[0103] 当左端盘和右端盘转速为0,即01 = 0时传动比和输出扭矩为
[0104]
[0105]
[0106]
[0107]
[010 引
[0109] 如图2所示的实施例的转速--扭矩图可W看出，当工作负载5ON . m < Mh2 < lOOON.m时，为正常工作区域，输出转速根据工作负载的变化自动调整；当MH2 = 235.71N.m 时，左端盘4和右端盘1的旋转方向将发生变化；当Mh2 = 242.59N. m时，壳体3的旋转方向将发 生变化；当Mh2> 1000 N.m时，为过载区域，理想的输出转速将很小，考虑到零部件之间的相互 摩擦，实际输出转速将为0,实现自动保护停机。如图3所示的实施例的传动比一一扭矩图， 传动比为连续变化，为无级调速方式传动平稳。如图4所示的实施例的功率封闭验证图，施 加在左右端盘和壳体上的虚功率时刻相等，验证为功率封闭结构。
[0110] 本实用新型在正常工作区域无需依赖测控系统，仅依靠自身的机构特性，使得输 出转速可W根据工作负载的变化自动调整，且调整方式为无级调速，传动平稳;在过载区 域，输出转速将为0，自动停机，实现自动保护；由于自动保护时，输入轴的转速和扭矩均保 持不变，当工作负载又小于最大输出负载时，传动装置可自动恢复运行实现正常传动。
[0111] 上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新 型。任何熟悉此技术的人±皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行 修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所掲示的精 神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
【主权项】
1. 一种智能自适应少齿差行星传动装置，其特征在于，包括左行星轮、右行星轮、左端 盘、右端盘、壳体和连接构件，所述连接构件的一端沿轴向穿过所述左行星轮和右行星轮， 且连接构件两端的端部分别与所述左端盘和所述右端盘固连，所述左行星轮同时与左端盘 和壳体上的齿廓啮合，所述右行星轮同时与右端盘和壳体上的齿廓啮合，所述左行星轮、右 行星轮、左端盘、右端盘和壳体形成力封闭机构。2. 根据权利要求1所述的一种智能自适应少齿差行星传动装置，其特征在于，还包括输 入轴和输出轴，所述输入轴通过第一端面轴承支撑在右端盘上，且所述输入轴通过转臂轴 承与右行星轮传动连接，所述输出轴通过第一端面轴承支撑在左端盘上，且所述输出轴通 过转臂轴承与左行星轮传动连接。3. 根据权利要求2所述的一种智能自适应少齿差行星传动装置，其特征在于，所述转臂 轴承和所述第一端面轴承之间设有隔离套筒。4. 根据权利要求1所述的一种智能自适应少齿差行星传动装置，其特征在于，所述壳 体、所述左行星轮和所述右行星轮均为双联齿轮。5. 根据权利要求4所述的一种智能自适应少齿差行星传动装置，其特征在于，所述左行 星轮和所述右行星轮上的双联齿轮的偏心方向均相差180°。6. 根据权利要求5所述的一种智能自适应少齿差行星传动装置，其特征在于，所述左端 盘和所述右端盘的齿轮齿廓设置在端面上。7. 根据权利要求6所述的一种智能自适应少齿差行星传动装置，其特征在于，所述左行 星轮和所述右行星轮的双联齿轮均为外齿轮，设置在所述左端盘和所述右端盘端面上的齿 轮均为内齿轮;或所述左行星轮与左端盘啮合的齿轮、所述右行星轮与右端盘啮合的齿轮 均为内齿轮，设置在所述左端盘和所述右端盘端面上的齿轮均为外齿轮。8. 根据权利要求1所述的一种智能自适应少齿差行星传动装置，其特征在于，所述连接 构件为联结柱销，所述联结柱销的一端沿轴向穿过左行星轮和右行星轮，且所述联结柱销 的两端分别与左端盘和右端盘固连。9. 根据权利要求1所述的一种智能自适应少齿差行星传动装置，其特征在于，所述左端 盘和所述右端盘分别通过第二端面轴承支撑在所述壳体的内齿轮上。10. 根据权利要求1所述的一种智能自适应少齿差行星传动装置，其特征在于，所述力 封闭机构上的各齿轮的齿数关系为： (Z1Z23-Z21Z32) (Z4-Z54) (Z54+Z53) = (Z4Z53-Z54Z35) (Z1-Z31) (Z21+Z23); Z32 = Z1-Z21+Z23； Z35 - Z4-Z54+Z53 ; 其中，Z1为右端盘上的齿轮的齿数，Z21为右行星轮上与右端盘啮合的齿轮的齿数，Z23为 右行星轮上与壳体啮合的齿轮的齿数，Z32为壳体上与右行星轮啮合的齿轮的齿数，Z35为壳 体上与左行星轮啮合的齿轮的齿数，Z4为左端盘上的齿轮的齿数， Z53为左行星轮上与壳体 啮合的齿轮的齿数，Z54为左行星轮上与左端盘啮合的齿轮的齿数。
【文档编号】F16H3/46GK205423706SQ201620196214
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月15日
【发明人】刘景亚, 王蜀生, 彭晓华, 戴文军
【申请人】中冶赛迪工程技术股份有限公司