一种高承载章动面齿轮传动装置的制作方法

本发明涉及机械传动技术领域，具体而言，尤其涉及机器人用关节减速器、大功率传动等领域。

背景技术：

高承载章动面齿轮传动综合了章动齿轮传动和面齿轮传动的优点，是在外切面齿轮与内切面齿轮所构成的共轭啮合齿轮副(简称“面-面”齿轮副)的基础上，结合章动原理而形成的一种新型传动，具有结构紧凑、重合度大、体积小、零件少、传动比大、承载能力强等优点，在机器人关节、直升机、盾构机等大功率领域具有良好的应用前景。

本专利所涉及的内容是一种高承载章动面齿轮传动装置，结合章动齿轮传动的原理而研发的一种新型空间齿轮传动，具有体积小、重量轻、噪声低、承载能力高、寿命长、可靠性高等诸多优点。由于面齿轮齿面存在界限条件，致使通过轮齿修形的方式提升传动的承载能力有限，从而使面齿轮在传动中往往需要通过增大齿轮直径来获得更大的承载能力，这样势必会导致传动装置的尺寸增加。为此，本发明提出一种类似自然界中莲花“花瓣结构”可形成多接触线的章动面齿轮传动结构，以完成运动和动力的传递，可形成高承载章动面齿轮传动装置。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种新的解决方法和结构，可以使得面齿轮在有限的空间内提供更大的承载能力，节省了空间。

本发明采用的技术手段如下：

一种高承载章动面齿轮传动装置，包括：

被配置为输入件的固定侧“花瓣”型面齿轮，被配置为中间传动件的“花瓣”型章动盘和被配置为输出件的转动侧“花瓣”型面齿轮；

其中，中间传动件的“花瓣”型章动盘为轴向两侧端面均加工有啮合齿圈的齿轮，固定侧“花瓣”型面齿轮装配于中间传动件的“花瓣”型章动盘的动力输入端，转动侧“花瓣”型面齿轮装配于中间传动件的“花瓣”型章动盘的动力输出端；

固定侧“花瓣”型面齿轮为由中部凸出向外逐级阶梯式环状向外延伸，形成阶梯锥状的多级齿圈的齿轮，其相邻齿圈之间齿布局为自然界中莲花花瓣的布局型式，即每相邻两个齿圈的齿均为径向方向上交错分布，位于中部的齿圈的齿最小，位于其外圈的齿圈的齿逐级增大；

“花瓣”型章动盘动力输入端齿圈被配置为与固定侧“花瓣”型面齿轮所有齿圈能够啮合，即为中部凹陷外部突出的阶梯式环状向内延伸，形成阶梯凹型的多级齿圈的齿轮；

其中，转动侧“花瓣”型面齿轮与固定侧“花瓣”型面齿轮结构相同，即“花瓣”型章动盘动力输出端齿圈被配置为与转动侧“花瓣”型面齿轮所有齿圈能够啮合，即为中部凹陷外部突出的阶梯式环状向内延伸，形成阶梯凹型的多级齿圈的齿轮；

上述“凸”“凹”为相对提出，即保证固定侧“花瓣”型面齿轮、“花瓣”型章动盘以及转动侧“花瓣”型面齿轮相互之间拥有轴向潜入啮合部分；

例如：固定侧“花瓣”型面齿轮为“凸”齿状态(中部凸出向外逐级阶梯式环状向外延伸，形成阶梯锥状的多级齿圈的齿轮)，“花瓣”型章动盘与其啮合侧为“凹”齿状态(中部凹陷外部突出的阶梯式环状向内延伸，形成阶梯凹型的多级齿圈)，转动侧“花瓣”型面齿轮为凸齿状态“花瓣”型章动盘与其啮合侧为“凹”齿状态；

固定侧“花瓣”型面齿轮、“花瓣”型章动盘以及转动侧“花瓣”型面齿轮啮合形式为“花瓣”型章动盘倾斜啮合，即以“花瓣”型章动盘几何中心为参照与固定侧“花瓣”型面齿轮于上部区域啮合则与转动侧“花瓣”型面齿轮于下部区域啮合，且“花瓣”型章动盘传动过程中为左右摆动，即两端的啮合部位实时更替。

进一步的，

固定侧“花瓣”型面齿轮、“花瓣”型章动盘以及转动侧“花瓣”型面齿轮每相邻两组啮合齿圈之间，前一组为齿圈外缘啮合，与其相邻的一组齿圈为齿圈内缘啮合，这样交替错位啮合。

进一步的，

其中，固定侧“花瓣”型面齿轮上部区域的啮合与下部区域的啮合是以以“花瓣”型章动盘几何中心为参照中心对称布局。

进一步的，

固定侧“花瓣”型面齿轮、“花瓣”型章动盘以及转动侧“花瓣”型面齿轮每一组相互啮合的齿圈的齿的大小相同。

进一步的，

固定侧“花瓣”型面齿轮、“花瓣”型章动盘以及转动侧“花瓣”型面齿轮的所有齿圈均中心同轴。

进一步的，

固定侧“花瓣”型面齿轮、“花瓣”型章动盘以及转动侧“花瓣”型面齿轮每一组对应齿圈的啮合模式均满足共轭啮合。

采用上述技术方案的本发明，空间“花瓣”型章动面齿轮结构上利用了齿轮的端面空间，增加了啮合齿数，具有更大的承载能力、更低的噪声、更高的精度和同工况下更小的体积。其齿圈层数可2层，亦可更多，每层之间可有角度差，避免啮合产生“同进同出”现象，这里“同进同出”是指各层齿在啮合时具有相同的相位角度时，提高传动精度，使传递更平稳准确。

空间“花瓣”型面齿轮结构，可在不增加体积的前提下提高轮齿齿面承载能力。

根据仿生学原理，自然界中莲花花瓣的布局型式有利于植物花瓣在紧凑空间内的生长。

对于章动齿轮传动，将莲花花瓣布局的构型方式与章动传动相结合，可以带来结构紧凑，承载能力高，以及提高传动精度的效果。

基于上述理由本发明可在机械传动等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的空间“花瓣”型章动面齿轮传动的成型原理。

图2为本发明的空间“花瓣”型章动面齿轮传动简图。

图3为本发明的正移距空间“花瓣”型章动面齿轮传动简图。

图4为本发明的负移距空间“花瓣”型章动面齿轮传动简图。

图5为本发明的固定侧“花瓣”型面齿轮的其中一种形式结构示意图。

图6-1为本发明的“花瓣”型章动盘与图5中固定侧“花瓣”型面齿轮匹配形式一侧结构示意图。

图6-2为本发明的“花瓣”型章动盘与图5中固定侧“花瓣”型面齿轮匹配形式另一侧结构示意图。

图7为本发明的转动侧“花瓣”型面齿轮与图6中“花瓣”型章动盘匹配形式结构示意图。

图8为本发明的装配结构剖面示意图。

图中：

1)固定侧“花瓣”型面齿轮，2)刀具a，3)刀具b，4)“花瓣”型章动盘，5)转动侧“花瓣”型面齿轮，6)刀具c，7)刀具d，

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1、图2、图3、图4和图8所示，本发明提供了一种高承载章动面齿轮传动装置，包括：

被配置为输入件的固定侧“花瓣”型面齿轮，被配置为中间传动件的“花瓣”型章动盘和被配置为输出件的转动侧“花瓣”型面齿轮；

其中，中间传动件的“花瓣”型章动盘为轴向两侧端面均加工有啮合齿圈的齿轮，固定侧“花瓣”型面齿轮装配于中间传动件的“花瓣”型章动盘的动力输入端，转动侧“花瓣”型面齿轮装配于中间传动件的“花瓣”型章动盘的动力输出端；

固定侧“花瓣”型面齿轮为由中部凸出向外逐级阶梯式环状向外延伸，形成阶梯锥状的多级齿圈的齿轮，其相邻齿圈之间齿布局为自然界中莲花花瓣的布局型式，即每相邻两个齿圈的齿均为径向方向上交错分布，位于中部的齿圈的齿最小，位于其外圈的齿圈的齿逐级增大；

“花瓣”型章动盘动力输入端齿圈被配置为与固定侧“花瓣”型面齿轮所有齿圈能够啮合，即为中部凹陷外部突出的阶梯式环状向内延伸，形成阶梯凹型的多级齿圈的齿轮；

其中，转动侧“花瓣”型面齿轮与固定侧“花瓣”型面齿轮结构相同，即“花瓣”型章动盘动力输出端齿圈被配置为与转动侧“花瓣”型面齿轮所有齿圈能够啮合，即为中部凹陷外部突出的阶梯式环状向内延伸，形成阶梯凹型的多级齿圈的齿轮；

上述“凸”“凹”为相对提出，即保证固定侧“花瓣”型面齿轮、“花瓣”型章动盘以及转动侧“花瓣”型面齿轮相互之间拥有轴向潜入啮合部分；

例如：固定侧“花瓣”型面齿轮为“凸”齿状态(中部凸出向外逐级阶梯式环状向外延伸，形成阶梯锥状的多级齿圈的齿轮)，“花瓣”型章动盘与其啮合侧为“凹”齿状态(中部凹陷外部突出的阶梯式环状向内延伸，形成阶梯凹型的多级齿圈)，转动侧“花瓣”型面齿轮为凸齿状态“花瓣”型章动盘与其啮合侧为“凹”齿状态；

固定侧“花瓣”型面齿轮、“花瓣”型章动盘以及转动侧“花瓣”型面齿轮啮合形式为“花瓣”型章动盘倾斜啮合，即以“花瓣”型章动盘几何中心为参照与固定侧“花瓣”型面齿轮于上部区域啮合则与转动侧“花瓣”型面齿轮于下部区域啮合，且“花瓣”型章动盘传动过程中为左右摆动，即两端的啮合部位实时更替。

进一步的，

固定侧“花瓣”型面齿轮、“花瓣”型章动盘以及转动侧“花瓣”型面齿轮每相邻两组啮合齿圈之间，前一组为齿圈外缘啮合，与其相邻的一组齿圈为齿圈内缘啮合，这样交替错位啮合。

进一步的，

其中，固定侧“花瓣”型面齿轮上部区域的啮合与下部区域的啮合是以以“花瓣”型章动盘几何中心为参照中心对称布局。

进一步的，

固定侧“花瓣”型面齿轮、“花瓣”型章动盘以及转动侧“花瓣”型面齿轮每一组相互啮合的齿圈的齿的大小相同。

进一步的，

固定侧“花瓣”型面齿轮、“花瓣”型章动盘以及转动侧“花瓣”型面齿轮的所有齿圈均中心同轴。

进一步的，

固定侧“花瓣”型面齿轮、“花瓣”型章动盘以及转动侧“花瓣”型面齿轮每一组对应齿圈的啮合模式均满足共轭啮合。

采用上述技术方案的本发明，空间“花瓣”型章动面齿轮结构上利用了齿轮的端面空间，增加了啮合齿数，具有更大的承载能力、更低的噪声、更高的精度和同工况下更小的体积。其齿圈层数可2层，亦可更多，每层之间可有角度差，避免啮合产生“同进同出”现象，提高传动精度，使传递更平稳准确。

空间“花瓣”型面齿轮结构，可在不增加体积的前提下提高轮齿齿面承载能力。

根据仿生学原理，自然界中莲花花瓣的布局型式有利于植物花瓣在紧凑空间内的生长。

对于章动齿轮传动，将莲花花瓣布局的构型方式与章动传动相结合，可以带来结构紧凑，承载能力高，以及提高传动精度的效果。

其中，图2所示为空间“花瓣”型章动面齿轮传动简图，以固定侧齿轮移距为例，图3为正移距空间“花瓣”型章动面齿轮的传动简图，图4为负移距空间“花瓣”型章动面齿轮的传动简图。这里“正”和“负”是以图2中章动盘为参考对象，图3中固定侧“花瓣”型面齿轮的轮齿短于图2所示固定侧“花瓣”型面齿轮的轮齿，定义为“正”移距，反之，为“负”移距，刀具偏移距离x为移距系数。通过改变移距系数进行正移距或负移距，可以构造出不同类型的“花瓣”型章动面齿轮传动。

如图5、图6-1和图6-2和图7所示，

(1)章动面齿轮传动中的传动比计算须满足公式：i＝Z2Z4/(Z2Z4-Z1Z3)，根据确定的传动比i，可求出多组满足传动比要求的齿数Z1、Z2、Z3、Z4，齿数为正整数。

(2)对于面齿轮成型刀具，当保持其他参数不变，改变模数ms时，会在不同位置生成齿面。

这样由一组相同齿数组合Z1、Z2、Z3、Z4，形成多对空间共轭啮合的章动面齿轮啮合副，将得到的章动面齿轮啮合副进行结构组合，构成了本发明方案之一；

由满足传动比i的不同组齿数组合Z1、Z2、Z3、Z4，形成多对空间共轭啮合的章动面齿轮啮合副，将得到的章动面齿轮啮合副进行结构组合，构成了本发明方案之二。

(1)Z1为固定侧“花瓣”型面齿轮的齿面，Z2Z3构成“花瓣”型章动盘的齿面，Z4为转动侧“花瓣”型面齿轮的齿面；

(1)Z11Z12具有相同的齿数Z1，Z21Z22具有相同的齿数Z2，Z31Z32具有相同的齿数Z3，Z41Z42具有相同的齿数Z4，

(2)Z1Z2通过2对面-面齿轮副啮合，也可以多个，Z3Z4通过2对面-面齿轮副啮合，也可以多对；

(3)Z11Z21是成型刀模数为ms11时生成，Z12Z22是成型刀模数为ms12时生成，Z11Z21为一对面-面齿轮副，Z12Z22为一对面-面齿轮副；

(4)Z31Z41是成型刀模数为ms21时生成，Z32Z42是成型刀模数为ms22时生成，

Z31Z41是一对面-面齿轮副，Z32Z42是一对面-面齿轮副。

其中，(1)固定侧“花瓣”型面齿轮，“花瓣”型章动盘及转动侧“花瓣”型面齿轮即可做成一体，也可以做成分体再组装的形式；

(2)固定侧“花瓣”型面齿轮上的2个面齿轮和转动侧“花瓣”型面齿轮的2个面齿轮为外切齿，“花瓣”型章动盘的两侧的4个面齿轮为内切面齿轮；

(3)只要参与啮合的一对面-面齿轮副是由同一把成型刀内外切成型，固定齿轮、行星齿轮、转动齿轮上的啮合面面齿轮副既可是外切，也可是内切的；

(4)本专利所示的结构图，固定侧“花瓣”型面齿轮和“花瓣”型章动盘左侧为2对面-面齿轮副，也可以超过2对；

(5)本专利所示的结构图，“花瓣”型章动盘右侧和转动侧“花瓣”型面齿轮为2对面-面齿轮副，也可以超过2对；

(6)左右两侧的啮合对数可以是1对对应多对，也可以是多对对应1对；

(7)成型刀的模数不局限于标准的齿轮模数系列，还包括小数，分数，无限循环小数；

(8)对于只有单侧的面-面齿轮副传动(非章动传动形式)，由于成型刀模数变化，也存在同时多对面-面齿轮副同时参与啮合现象，均在本专利保护范围内。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。