专利名称:二次偏心包容式少齿差减速器的制作方法
二次偏心包容式少齿差减速器，是一种结构紧凑，加工方便而实用的新型渐开线少齿差齿轮减速器。
本实用新型的显著特点是轴向尺寸短，体积小，传动比大，制造和维修简便，用五个齿轮零件即可实现高达1000000的大传动比。
现有的少齿差减速器，为了获得大传动比和高的效率，常采取两级以上轴向串联的方式，级间联接和输出端均需使用不同的输出机构。其结果必然导致轴向尺寸大，机构复杂，装配和维修比较困难。目前国内外广泛使用的二级和三级摆线针轮减速器或各种齿型的少齿差减速器都是如此。例如保加利亚专利BG33693(Лo
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eB)的多级串联式行星减速器。就是通过在轴向进行串联的形式，以达到大传动比和结构紧凑的目的。本实用新型为了克服在轴向串联仍然有轴向尺寸大的不足之处，改轴向串联为径向串联，使在串联级数相同的条件下轴向结构更为紧凑。
本实用新型的目的是用较少的零件，简单的结构，最小的轴向尺寸和简单方便的加工方法实现大的传动比和高的传动效率，同时还能作到使减速器拆装方便，易于维修，以便为诸如工业锅炉炉排传动等一系列需要大传动比的机械传动设备提供一种实用而性能优良的减速装置。
本实用新型的传动原理如图1和图2所示，系一级N型少齿差内啮合传动与一个由两对内啮合齿轮付构成的两级NN型少齿差传动串联而成。其中低速级NN型少齿差传动即可用内齿轮输出如图1，也可用外齿轮输出如图2。NN型的两对齿轮付可以用相同模数和齿数差，也可以用不同模数和齿数差组合。但采用内齿轮输出易于实现更大的传动比。由高速轴输入的运动经第一级N型少齿差内啮合传动减速后，由内齿轮输出，同时将运动输入到NN型传动，经NN级再次减速，最后由末级齿轮输出。
本实用新型的前级N型传动与常见的N型少齿差内啮合传动不同。此处选用了一种简单易行的齿轮机构。在图1或图2中，与内齿轮Z2相啮合的外齿轮Z1通过滚动轴承活套在输入偏心轴(即高速轴)上，在Z1齿轮靠近输入侧的端平面上，以齿轮中心为对称点垂直于该平面对称安置2个销轴。在与输入偏心轴轴线垂直的减速器箱体内侧平面上，亦以箱体轴承孔中心为对称点垂直于该内侧平面对称安置2个销轴。箱体内侧平面与外齿轮Z1之间设置一块控制板，其上有对中心对称布置的4个长孔，同方向的两个长孔的中心线与另外两个长孔中心线相互垂直，其结构如图4所示。齿轮Z1和输入端箱体内侧面上的两对销轴分别插入控制板的4个长孔中。当输入偏心轴转动时，齿轮Z1受到控制板的限制只能作平面运动。但由于齿轮Z1与相啮合的内齿轮Z2齿数不同(Z2＞Z1)因而当Z1作平面运动时，Z2将作减速的自转运动，且Z2是定轴减速转动的。后面的NN型传动中，亦因各对齿轮付内外齿轮存在齿数差，故当其偏心转臂(即与内齿轮Z2连成一体的偏心轴)转动时，NN级又将由Z2输出的运动再次减速最后由末级输出减速运动。
本实用新型少齿差减速器的减速原理与常见的少齿差减速器的减速原理无本质的区别，仅其中N型传动的外齿轮Z1作平面运动。此项技术在煤碳工业出版社出版的《煤矿机械传动手册》上册386页有反映，末级的NN型传动，在一般的行星齿轮传动的专业书籍上均有反映。例如在冯澄宙编著的《渐开线少齿差行星传动》第177页上及著名日本齿轮专家两角宗晴1985年来华讲学讲义Ⅱ册第176页上有反映。
本实用新型将上述的N型传动与NN型传动以不同于以往的联接型式设计成在径向进行串联的结构型式，达到了轴向尺寸短，传动比大的目的。
本实用新型的传动原理图的图1和图2的传动比为前级N型传动的传动比i1与后级NN型传动的传动比i2的乘积，即i＝i1×i2(1)设N型传动的外齿轮齿数为Z1，内齿轮齿数为Z2(图1，图2)，由转化机构法可得i1＝ (Z2)/(Z2- Z1) (2)其中齿轮Z3的转向与输入轴转向相同。对于其后的NN型传动，当为内齿轮输出时(图1)，设输入侧外齿轮齿数为Z2，内齿轮齿数为Z4输出侧外齿轮齿数为Z5，内齿轮齿数为Z8，则根据转化机构法可得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；通过调整齿数可以作到Z3·△ZⅡ＝Z5·△ZⅠ＝1 (4)此时传动比为
i3= (Z3Z6)/1 (5)因而本二次偏心包容式少齿差减速器的传动比为i＝ (Z2·Z3·Z6)/(Z2- Z1) (6)从式(6)可以看出，当满足式(4)且满足Z2－Z1＝1时，本减速器的传动比可以很大，为Z2Z3Z6的乘积。
当(4)式的右边为－1时，则本减速器的传动比为i＝ (Z2Z3Z6)/(Z2- Z1) (7)因此通过调整齿数可以控制减速器的输出方向与输入轴同向或反向。
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满足(4)式，则由(6)式得i＝ (90×91×115)/(90－88) ＝470925在例2中如使Z1＝89即满足Z2－Z1＝1则可得i＝90×91×115＝941850由上述实例可见，适当调整齿数可以得到很大的传动比。
对于图2所示后部为外齿轮输出的NN型传动，设末级内齿轮齿数为Z6，外齿轮齿数为Z5，则可得i2＝ (Z3Z5)/(Z4Z6- Z3Z5) (8)对于图2的情况，减速器的传动比应按式(1)、(2)、(8)式计算。
二次偏心包容式少齿差减速器的传动比在100－10000范围内变动时，其相应的效率约在0.90－0.7范围内变动；当传动比高达40000时，其效率的概略值为0.55～0.6左右，仍可用于动力传动。齿轮的几何及强度计算按相应齿形的少齿差传动的有关方法计算。
本实用新型的末级齿轮Z5和Z6也可根据实际需要设计成零齿差单纯用作输出机构，也可以取消Z5和Z6使用十字滑块、浮动盘、或销轴式等输出机构，此时实用新型成为二级N型少齿差传动的串联。如果再将上述的末级传动的N型少齿差传动也设计成前级N型传动的结构型式，即外齿轮Z3作平动，内齿轮Z4作定轴减速转动并输出，则本实用新型的结构将进一步简化，这种结构的二次偏心包容式少齿差减速器的传动比为i＝ (Z2Z4)/((Z2- Z1)(Z4- Z3)) (9)仍然可以达到很大的传动比。
本实用新型前后两级的偏心距e1和e2在设计上比较自由。由于输入速度较高，为避免因偏心量导致的离心力引起的振动，故e1应设计得小些，这样容易采取平衡措施(如轴上加偏心配重)。由于后级输入速度低，可不考虑平衡问题。
本实用新型在结构设计上，采取了与现有技术和传统方法不同的处理方法，其特点在于将第一级N型传动的齿轮付，包容在其后NN型传动齿轮机构的腹腔内，其方法为在前级N型传动中已经减速的作定轴转动的内齿轮Z2的外园柱面上设置二次偏心机构，在二次偏心机构的外园柱面上，再安装其后NN型传动的双联行星齿轮Z3和Z5，(或者当Z3＝Z5，m3＝m5时，构成奇异齿轮)，也可以在二次偏心机构的外园上，安装一级N型的少齿差传动(可以用前述的各种输出机构输出)。设二次偏心机构的外园上安装NN型少齿差传动，由于Z3、Z4、Z5、Z6构成NN型少齿差传动，故使前级N型传动中内齿轮Z2减速后的运动经Z3、Z4、Z5、Z6再次减速，使减速器的输出轴获得低速或超低速运动。二次偏心机构可以用大内径的偏心轴承来实现，也可以将内齿轮Z2的外园柱面加工成与其中心偏心量为e3的偏心园柱面，再用普通轴承与偏心园柱面的配合来实现。
由于在结构设计上采取了上述的处理方法，既省略了级间的联接部份，简化了机构，有利于提高效率，又达到了多级串联实现大传动比且高效率的目的。采取此种结构设计方案的结果，使减速器轴向尺寸大大缩短，对于实际工业应用中某些尺寸受限制的场合是具有特殊意义的。
本实用新型不仅适用于大传动比的场合，也适用于中等传动比(如i＝100～2000)的场合。单级少齿差传动的传动比较大时，其效率较低。因此为了获得较高的效率，应当采取两级串联的型式，可获得较高的整机效率。
二次偏心机构还可用于符合少齿差传动原理的各种齿型的行星减速器如摆线针轮行星减速器，园弧针轮行星减速器、活齿少齿差减速器等各类减速器中，都能使原有结构得到改进而性能得以提高。
下面参照附图对本实用新型进行较为详细的描述，
附图1，附图2是本实用新型传动原理图。
附图3是本实用新型的一个应用实例。
附图4是图3应用实例中的控制板4。
附图5是图3应用实例中的销轴6。
附图6是图3应用实例中销轴6的组合式结构。
在图3的应用实例中，序号1、17、21分别为机盖(一)、机座、机盖(二)，所有的零件都直接或间接地支撑于其上，其中1为高速端机盖，左端法兰用来安装直联式电机，其凹止口与电机凸止口配合，以保证电机轴与本减速器高速轴同心。3为高速轴端通盖，可对支撑高速轴2的一对轴承11进行轴向定位，并能通过调整垫调整轴承的间隙。高速轴右端的轴承11支撑在内齿轮13的空腔中。高速轴2是空心轴，电机轴与空心轴配合并通过键来传递动力。高速轴上安装一个偏心轴承7。8为偏心轴承的外圈，行星齿轮9通过偏心轴承7和外圈8支撑在高速轴2上，偏心轴承7的偏心量为e1。如果将高速轴加工成偏心轴，则偏心轴承7和外圈8可以用一个普通的滚动轴承来代替。当高速轴转动时，为了使行星齿轮9作平面运动，在机盖1的内侧面和行星齿轮9的左端面上，各装有一对销轴6，其外露部份插入控制板4的长形孔中，为了对行星齿轮9进行平衡，可附加一个平衡配重块5，它和轴承7是通过键10来固定的。当高速轴2转动时，在偏心量e1的作用下及销轴6、控制板4的作用下，行星齿轮9作平面运动，使其与内齿轮13啮合形成该减速器的前级N型少齿差传动。内齿轮13通过轴承19、20支撑在机盖(一)1与低速轴26的空腔间，低速轴26通过一对轴承23支撑在与机座把合成一体的机盖21上。内齿轮13是二次偏心机构的支撑构件，在它的外园上安装两个大孔径的偏心轴承12、15是隔套，14为外圈，三者构成二次偏心机构。如将内齿轮13的外园加工成偏心园柱面，则偏心轴承可以用普通的滚动轴承或滑动轴承来代替。键29将内齿轮13与偏心轴承12进行周向固定。在二次偏心机构的外园上，安装次级NN型少齿差齿轮付。16为这个齿轮付的外齿轮，亦即NN级的行星轮，它是一个双联外齿轮，也可以根据需要设计成奇异齿轮。30为固定内齿轮，28为输出内齿轮。为了加工的方便，将内齿轮28与低速轴26做成两体，并用键18相联。从图3中可以看出，前级N型传动的齿轮构件被包容在二次偏心机构的腹腔内，而二次偏心机构又被包容在后级NN型少齿差齿轮付的腹腔内，这种结构上的处理使整机的轴向尺寸被大大地压缩。经第一级减速后作定轴转动的内齿轮13作为第二级少齿差传动的转臂，其偏心量e3由二次偏心机构来满足，这样就实现了两级间的串联而无需其它任何级间联接机构。
隔套22将一对轴承23隔开，隔圈24、通盖25可对轴承23作轴向固定，套27对轴承12作轴向限位。低速轴26为空心轴，与工作机的轴伸联接传递扭矩。这样，当高速轴转动时，行星齿轮9在第一层偏心机构作用下作平面运动并与内齿轮13啮合使13作减速定轴转动，内齿轮13外园上的第二层偏心机构又将内齿轮13的运动作为后级的输入运动经外齿轮16、内齿轮30和28组成的NN型少齿差传动将减速的运动由低速轴26输出，完成整机减速的传动过程。
图3中销轴6的结构如图5、图6所示。图5为简单式销轴，一端与行星齿轮9或机盖1的销孔牢固配合，另一端伸入控制板4的长形孔中，可以在长孔中滑动。为了减少销轴的磨损，伸入控制板内的部分可以加工成矩形截面以增加接触面积。当减速器的规格较大时，销轴6可以做成图6所示的组合式，使滚动轴承在长孔中滚动，这样还能提高效率。
在国民经济的各个领域中，有相当多的场合需要使用大传动比的减速器。无论是机械、轻工、食品、化工、锅炉行业、或是军工、航天、天文等等都有应用。但现有大传动比减速器不是传动效率低就是体积重量大，结构复杂。例如目前常用的锅炉炉排传动变速箱，用园柱齿轮与蜗轮传动组合而成，传动比大于10000时总传动级数达5～6级，传动效率仅为0.2～0.3左右。一台输出扭矩为5000N·m的变速箱就有430kg左右。而一台功能相同的二次偏心包容式少齿差减速器，机重将减轻60％以上，而效率至少可提高一倍以上。不仅如此，它还可以很方便地设计成轴装式、双轴伸式。两端法兰联接式等各种安装型式，对用户选用极为便利。另外此种减速器传动比调整亦很方便，只要任意改变一个齿轮的齿数，传动比将发生较大的变化，不仅可以实现密集的传动比，还易于实现大传动比。同一机座，传动比可以小到几十，大到百万。
由前面叙述的一切内容可见，特别是对于需要使用大传动比减速器的领域，采用本实用新型不仅可以提高主机的技术指标，同时使主机结构更加紧凑合理。更主要的是当大批量生产时，必将因减轻重量、提高传动效率，零件加工工艺性好使成本降低等带来巨大的经济效益。
图3的实例采用内齿轮输出，不仅实现大传动比，而且效率高、轴向尺寸短，为本实用新型的最佳方案。
显然，按照上面叙述的内容可能作出许多改进和变异。因此可以充分理解和推断的是，符合少齿差传动原理的其他齿形的行星减速器，都可能通过本实用新型提出的结构型式进行改进实施。
权利要求
1.一种二次偏心包容式少齿差减速器，具有串联的二级少齿差传动，其特征是在前级少齿差传动中已经减速且作定轴转动的齿轮构件的园柱形外表面上，设置一个二次偏心机构，该二次偏心机构将前级少齿差传动齿轮付包容在自己的腹腔内，在二次偏心机构的外园上，再设置一级少齿差传动，后级少齿差传动齿轮付将已包容了前级少齿差传动齿轮付的二次偏心机构包容在它的腹腔内。
2.根据权利要求
1所述的少齿差减速器，其特征是二次偏心机构可以用偏心轴承来实现，也可以将支撑二次偏心机构的齿轮构件的园柱形外表面，加工成与其中心偏心的园柱面，再用普通轴承来实现，普通轴承是指滚动轴承或滑动轴承。
3.根据权利要求
1所述的少齿差减速器其特征是后级少齿差传动可以是N型，也可以是NN型。
专利摘要
一种二次偏心包容式少齿差减速器具有轴向尺寸短，传动比宽广而密集的特点，特别是适用于大传动比的场合。它通过在前级少齿差传动中作定轴转动已经减速的齿轮构件外圆上，设置一个二次偏心机构。在二次偏心机构的外圆上，再嵌套一级少齿差传动，以实现两级少齿差传动的串联。后级少齿差传动齿轮副将已包容了前级少齿差齿轮副的二次偏心机构，又包容在它的腹腔内，省略了级间联接机构并使轴向尺寸大大压缩。该少齿差减速器的传动比可在几十至百万之间变动。
文档编号F16H1/32GK87200923SQ87200923
公开日1988年2月24日 申请日期1987年1月16日
发明者任乔圭 申请人:任乔圭导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan