一种行星线齿轮传动装置的制作方法

本发明涉及微机电系统的技术领域，特别是涉及一种行星线齿轮传动装置。

背景技术：

科学技术的进步，促使微小机械的需求越来越大。机械微型化已经是当代社会机械设计领域的一种普遍追求。然而传统意义上的微型化，通常执着于直接减小机械的体积或者等比缩小机械装置，这样得到的微小机械具有一些无法避免的缺陷。传统的行星齿轮传动比传统的齿轮传动在体积和平稳性能上已经有了明显的优势，但大功率高速行星齿轮传动结构较复杂，要求的制造精度也比较高，这使得行星齿轮在微型化领域面临了更多的难题。

技术实现要素：

本发明提供了一种行星线齿轮传动装置，该行星线齿轮传动装置包括太阳轮、行星轮和外齿轮，太阳轮包括太阳主体件和设置在太阳主体件的外侧面上的太阳钩杆，太阳钩杆为圆柱螺旋状；行星轮包括行星主体件和设置在行星主体件的外侧面上的行星钩杆，行星钩杆为圆柱螺旋状；外齿轮包括外框体和设置在外框体的内侧面上的外齿钩杆，外齿钩杆均为圆柱螺旋状，太阳轮和行星轮均设置在外框体的内部；其中，在行星线齿轮传动装置转动时，太阳钩杆、行星钩杆之间形成连续的啮合传动，行星钩杆、外齿钩杆之间形成连续的啮合传动。

可选地，行星线齿轮传动装置还包括行星架，行星轮的数量为n个，n大于或者等于2，行星架分别与多个行星主体件连接。

可选地，行星主体件的回转轴线与太阳主体件的回转轴线平行，外框体的回转轴线与太阳主体件的回转轴线重合；其中，在o-xyz、op2-xp2yp2zp2和op3-xp3yp3zp3的空间坐标系中，z轴与行星主体件的回转轴线重合，zp2轴与太阳主体件的回转轴线重合，zp3轴与外框体的回转轴线重合，x轴、xp2轴、xp3轴共线，坐标系o1-x1y1z1与行星主体件固联，坐标系o2-x2y2z2与太阳主体件固联，坐标系o3-x3y3z3与外框体固联，在初始状态下，o1-x1y1z1与o-xyz重合，o2-x2y2z2与op2-xp2yp2zp2重合，o3-x3y3z3与op3-xp3yp3zp3重合。

可选地，行星钩杆的接触线参数方程为：行星钩杆的中心线空间曲线方程为：其中，m为行星钩杆的螺旋半径，t为运动参数变量，-π≤t≤-π/2，n为行星钩杆的螺距参数，r1t为行星钩杆的半径。

可选地，太阳钩杆的接触线参数方程为：

太阳钩杆的中心线空间曲线方程为：

其中，i12为行星轮和太阳轮的传动比，θ1为行星轮的角速度和太阳轮的角速度的夹角，b1为x轴到xp2轴的距离，a1为zp2轴点到z轴的距离，r2为太阳钩杆的半径。

可选地，外齿钩杆的接触线参数方程为：

外齿钩杆的中心线空间曲线方程为：

其中，i13为行星轮和外齿轮的传动比，θ2为行星轮的角速度和外齿轮的角速度的夹角，b2为xp3轴到x轴的距离，a2为z到zp3轴的距离，r3为外齿钩杆的半径。

可选地，行星轮的齿数为c，太阳轮与行星轮的齿数比为n×k1，外齿轮与行星轮的齿数比为k2。

可选地，当太阳轮作为动力输入端，太阳轮的转速为n1′，且行星架固定时，外齿轮的转速为n′1/(k2/(n×k1))；或者当太阳轮作为动力输入端，太阳轮的转速为n′1，且外齿轮固定时，行星架的转速为n′1/(1+k2/(n×k1))。

可选地，当行星架作为动力输入端，行星架的转速为n′2，且太阳轮固定时，外齿轮的转速为n′2/(k2/(n×k1+k2))；或者当行星架作为动力输入端，行星架的转速为n′2，且外齿轮固定时，太阳轮的转速为n′2/(n×k1/(n×k1+k2))。

可选地，当外齿轮作为动力输入端，外齿轮的转速为n′3，且行星架固定时，太阳轮的转速为n′3/(k2/(n×k1+k2))；或者当外齿轮作为动力输入端，外齿轮的转速为n′3，且太阳轮固定时，行星架的转速为n′3/((n×k1+k2)/k2)。

本发明的有益效果如下：

1、本申请的行星线齿轮传动装置100采用的是空间曲线啮合原理的线齿轮传动，相较于传统齿轮的行星齿轮传动机构，行星线齿轮传动装置100在传动中承受的负载较小，从而线齿变形较小，进而行星线齿轮传动装置100中各部件传动地平稳性能有了很好的提升。

2、本申请的行星线齿轮传动装置100采用了圆柱螺旋线啮合齿轮，其结构简单、重量轻、体积小，制造与安装相对简单，相较于传统齿轮的行星齿轮传动机构，成本低廉，振动与噪声较小。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明提供的行星线齿轮传动装置的一实施例的装配结构示意图；

图2是本发明提供的行星线齿轮传动装置的一实施例的分解结构示意图；

图3是对图1中行星线齿轮传动装置抽象出来的参数模型的示意图。

具体实施方式

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。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅1图和图2，图1是本发明提供的行星线齿轮传动装置100的一实施例的装配结构示意图，图2是本发明提供的行星线齿轮传动装置100的一实施例的分解结构示意图。

本发明的行星线齿轮传动装置100包括太阳轮10、行星轮20和外齿轮30。太阳轮10和行星轮20均设置在外齿轮30的内部，行星轮20设置在太阳轮10和外齿轮30之间。

太阳轮10包括太阳主体件11和设置在太阳主体件11的外侧面上的太阳钩杆12，太阳钩杆12为圆柱螺旋状。

行星轮20包括行星主体件21和设置在行星主体件21的外侧面上的行星钩杆22，行星钩杆22为圆柱螺旋状。

外齿轮30包括外框体31和设置在外框体31的内侧面上的外齿钩杆32，外齿钩杆32均为圆柱螺旋状，太阳轮10和行星轮20均设置在外框体31的内部。

其中，在行星线齿轮传动装置100转动时，太阳钩杆12、行星钩杆22之间形成连续的啮合传动，行星钩杆22、外齿钩杆32之间形成连续的啮合传动。

行星线齿轮传动装置100转动的模式分为以下九种：

1、当太阳轮10作为动力输入端，行星轮20固定时，外齿轮30获得了输出动力。

2、当太阳轮10作为动力输入端，外齿轮30固定时，行星轮20获得了输出动力。

3、当行星轮20作为动力输入端，太阳轮10固定时，外齿轮30获得了输出动力。

4、当行星轮20作为动力输入端，外齿轮30固定时，太阳轮10获得了输出动力。

5、当外齿轮30作为动力输入端，行星轮20固定时，太阳轮10获得了输出动力。

6、当外齿轮30作为动力输入端，太阳轮10固定时，行星轮20获得了输出动力。

7、当太阳轮10与外齿轮30同时作为动力输入端时，行星轮20获得了输出动力。

8、当行星轮20与外齿轮30同时作为动力输入端时，太阳轮10获得了输出动力。

9、当太阳轮10与行星轮20同时作为动力输入端时，外齿轮30获得了输出动力。

本实施例的有益效果如下：

1、本申请的行星线齿轮传动装置100采用的是空间曲线啮合原理的线齿轮传动，相较于传统齿轮的行星齿轮传动机构，行星线齿轮传动装置100在传动中承受的负载较小，从而线齿变形较小，进而行星线齿轮传动装置100中各部件传动地平稳性能有了很好的提升。

2、本申请的行星线齿轮传动装置100采用了圆柱螺旋线啮合齿轮，其结构简单、重量轻、体积小，制造与安装相对简单，相较于传统齿轮的行星齿轮传动机构，成本低廉，振动与噪声较小。

本申请的行星线齿轮传动装置100还包括行星架，行星轮20的数量为n个，n大于或者等于1的正整数，行星架分别与多个行星主体件21连接。

行星主体件21的回转轴线与太阳主体件11的回转轴线平行，外框体31的回转轴线与太阳主体件11的回转轴线重合。本申请的行星线齿轮传动装置100采用平行轴行星线齿安装技术，相较于传统齿轮的平行轴式行星齿轮传动机构，单级传动比要更大。

行星轮20的齿数为c，则太阳轮10与行星轮20的齿数比为n×k1，外齿轮30与行星轮20的齿数比为k2。行星线齿轮传动装置100不同传动模式下对应的转速关系为：

1、当太阳轮10作为动力输入端，太阳轮10的转速为n′1，行星轮20固定时，外齿轮30获得了输出动力，外齿轮30的转速为n′1/(k2/(n×k1))。

2、当太阳轮10作为动力输入端，太阳轮10的转速为n′1，外齿轮30固定时，行星轮20获得了输出动力，行星架的转速为n′1/(1+k2/(n×k1))。

3、当行星轮20作为动力输入端，行星架的转速为n′2，太阳轮10固定时，外齿轮30获得了输出动力，外齿轮30的转速为n′2/(k2/(n×k1+k2))。

4、当行星轮20作为动力输入端，行星架的转速为n′2，外齿轮30固定时，太阳轮10获得了输出动力，太阳轮10的转速为n′2/(n×k1/(n×k1+k2))。

5、当外齿轮30作为动力输入端，外齿轮30的转速为n′3，行星轮20固定时，太阳轮10获得了输出动力，太阳轮10的转速为n′3/(k2/(n×k1+k2))。

6、当外齿轮30作为动力输入端，外齿轮30的转速为n′3，太阳轮10固定时，行星轮20获得了输出动力，行星架的转速为n′3/((n×k1+k2)/k2)。

7、当太阳轮10与外齿轮30同时作为动力输入端，太阳轮10的转速为n1，外齿轮30的转速为n2时，行星轮20获得了输出动力，行星架的转速为(n×k1×n1+k2×n2)/(n×k1+k2)。

8、当行星轮20与外齿轮30同时作为动力输入端，行星架的转速为n3，外齿轮30的转速为n4时，太阳轮10的转速为(n3-(n4-n3)k2/(n×k1))。

9、当太阳轮10与行星轮20同时作为动力输入端，太阳轮10的转速为n5，行星架的转速为n6的动力时，外齿轮30获得了输出动力，外齿轮30的转速为(n6-(n5-n6)×n×k1/k2)。

请参阅图1和图3，图3是对图1中行星线齿轮传动装置100抽象出来的参数模型的示意图。

在o-xyz、op2-xp2yp2zp2和op3-xp3yp3zp3的空间坐标系中，z轴与行星主体件21的回转轴线重合，zp2轴与太阳主体件11的回转轴线重合，zp3轴与外框体31的回转轴线重合，x轴、xp2轴、xp3轴共线，坐标系o1-x1y1z1与行星主体件21固联，坐标系o2-x2y2z2与太阳主体件11固联，坐标系o3-x3y3z3与外框体31固联，在初始状态下，o1-x1y1z1与o-xyz重合，o2-x2y2z2与op2-xp2yp2zp2重合，o3-x3y3z3与op3-xp3yp3zp3重合。

在行星轮20、太阳轮10以及外齿轮30啮合传动的过程中，太阳钩杆12与行星钩杆22是线接触，行星钩杆22与外齿钩杆32是线接触。太阳钩杆12为圆柱螺旋状，对应的圆柱中心线为太阳钩杆12的中心线，行星钩杆22为圆柱螺旋状，对应的圆柱中心线为行星钩杆22的中心线，外齿轮30为圆柱螺旋状，对应的圆柱中心线为外齿轮30的中心线。行星轮20与太阳轮10啮合点记为m，与外齿轮30啮合点记为n。

行星钩杆22的接触线参数方程为：

行星钩杆22的中心线空间曲线方程为：

其中，m为行星钩杆22的螺旋半径，t为运动参数变量，-π≤t≤-π/2，n为行星钩杆22的螺距参数，行星钩杆22的螺距为2πn，r1t为行星钩杆22的半径。为啮合点m在o1-x1y1z1坐标系下的接触线的x的参数方程，为啮合点m在o1-x1y1z1坐标系下的接触线的y的参数方程，为啮合点m在o1-x1y1z1坐标系下的接触线的z的参数方程。为啮合点m在o1-x1y1z1坐标系下的中心线的x的参数方程，为啮合点m在o1-x1y1z1坐标系下的中心线的y的参数方程，为啮合点m在o1-x1y1z1坐标系下的中心线的z的参数方程。

太阳钩杆12的接触线参数方程为：

太阳钩杆12的中心线空间曲线方程为：

其中，i12为行星轮20和太阳轮10的传动比，θ1为行星轮20的角速度和太阳轮10的角速度的夹角，b1为x轴到xp2轴的距离，a1为zp2轴点到z轴的距离，r2为太阳钩杆12的半径。为啮合点m在o2-x2y2z2坐标系下的接触线的x的参数方程，为啮合点m在o2-x2y2z2坐标系下的接触线的y的参数方程，为啮合点m在o2-x2y2z2坐标系下的接触线的z的参数方程。为啮合点m在o2-x2y2z2坐标系下的中心线的x的参数方程，为啮合点m在o2-x2y2z2坐标系下的中心线的y的参数方程，为啮合点m在o2-x2y2z2坐标系下的中心线的z的参数方程。

外齿钩杆32的接触线参数方程为：

外齿钩杆32的中心线空间曲线方程为：

其中，i13为行星轮20和外齿轮30的传动比，θ2为行星轮20的角速度和外齿轮30的角速度的夹角，b2为xp3轴到x轴的距离，a2为z到zp3轴的距离，r3为外齿钩杆32的半径。为啮合点n在o3-x3y3z3坐标系下的接触线的x的参数方程，为啮合点n在o3-x3y3z3坐标系下的接触线的y的参数方程，为啮合点n在o3-x3y3z3坐标系下的接触线的z的参数方程。为啮合点n在o3-x3y3z3坐标系下的中心线的x的参数方程，为啮合点n在o3-x3y3z3坐标系下的中心线的y的参数方程，为啮合点n在o3-x3y3z3坐标系下的中心线的z的参数方程。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。