齿轮减速箱和舵机的制作方法

1.本技术涉及舵机技术领域，尤其涉及一种齿轮减速箱和舵机。


背景技术：

2.舵机是一种角度伺服的驱动器，一般包括电机和减速机构，在减速机构中，多用行星齿轮的转动方式来减速。行星齿轮结构具有高精度、高传动效率、高的扭矩/传动比等特点，但是在行星齿轮的传动中，存在制造加工误差、装配误差和使用过程中出现的磨损、导致齿轮啮合时产生齿间间隙，尤其是在轮齿反向传动时这一瞬间所产生的空程误差，会带来这一传动角度的失控，以及冲击载荷带来的震动噪音问题。
3.现有技术较为常见的消隙结构有：弹簧消隙结构、中心距消隙结构、双电机消隙结构等，但是以上结构都较为复杂，承载能力较弱，而且占用空间大、装配难度高、成本高等问题，为此，本领域亟需一种结构简单、成本低的具有消隙功能的行星减速结构。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种齿轮减速箱和舵机，以提供一种结构简单、低成本、可靠性高的具有消隙功能的行星减速结构。
5.本技术公开了一种齿轮减速箱，包括：齿轮减速箱输出端、齿轮减速箱输入端和至少一组行星齿轮组；齿轮减速箱输出端用于输出所述齿轮减速箱动力；齿轮减速箱输入端用于驱动所述齿轮减速箱动力；以及至少一组行星齿轮组，所述行星齿轮组分别与所述齿轮减速箱输出端和所述齿轮减速箱输入端传动连接；所述行星齿轮组包括太阳轮、第一齿轮系和第二齿轮系，所述齿轮减速箱输入端为所述太阳轮输入动力；所述第一齿轮系与所述第二齿轮系同步转动，并驱动所述齿轮减速箱输出端输出动力；其中，所述太阳轮顺时针转动时，所述太阳轮驱动第一齿轮系传动，所述太阳轮逆时针转动时，所述太阳轮驱动所述第二齿轮系传动。
6.可选的，所述第一齿轮系包括至少一个第一行星齿轮和第一外圈齿；所述第二齿轮系包括至少一个第二行星齿轮和第二外圈齿；其中，所述第一行星齿轮的数量与所述第二行星齿轮的数量对应，且所述第一行星齿轮与对应的第二行星齿轮同轴转动；在所述太阳轮顺时针转动时，所述太阳轮与所述第一行星齿轮、第一外圈齿啮合连接；在所述太阳轮逆时针转动时，所述太阳轮与所述第二行星齿轮、第二外圈齿啮合连接。
7.可选的，所述第一行星齿轮与所述第二行星齿轮的轮齿参数一致；所述第一行星齿轮的数量为三个或四个或五个。
8.可选的，所述第一行星齿轮的轮齿与所述第二行星齿轮的轮齿错位设置；所述第一行星齿轮的相邻两个轮齿之间的间距大于所述太阳轮的轮齿的宽度；所述第二行星齿轮的相邻两个轮齿之间的间距大于所述太阳轮的轮齿的宽度；所述太阳轮的轮齿的一侧与所述第一行星齿轮对应的轮齿抵接，且所述太阳轮的轮齿的另一侧与所述第二行星齿轮对应的轮齿抵接。
9.可选的，所述第一行星齿轮的轮齿与对应的第二行星齿轮的轮齿在轴向上的投影具有重叠部，所述重叠部的宽度等于所述太阳轮的相邻轮齿的间距。
10.可选的，所述第一行星齿轮的轮齿与所述第二行星齿轮的轮齿错位设置，且所述第一行星齿轮的轮齿与所述第二行星齿轮可拆卸的组装设置，所述第一行星齿轮的轮齿与所述第二行星齿轮之间可旋转调节。
11.可选的，所述齿轮减速箱还包括外壳，所述第一外圈齿通过第一连接结构固定在所述外壳上；所述第二外圈齿通过第二连接结构固定在所述第一外圈齿上；且所述第一连接结构可调节所述第一外圈齿的水平位置，所述第二连接结构可调节所述第二外圈齿的水平位置；所述第一外圈齿与所述第二外圈齿错位设置。
12.可选的，所述行星齿轮组设置有两组，所述齿轮减速箱输入端为第一组行星齿轮组的太阳轮输入动力，所述第一组行星齿轮组的太阳轮带动所述第一组行星齿轮组的第一齿轮系或第二齿轮系转动，并为第二组行星齿轮组的太阳轮输入动力；所述第二组行星齿轮组的太阳轮驱动所述第二组行星齿轮组的第一齿轮系或第二齿轮系转动，并驱动所述齿轮减速箱输出端输出动力。
13.可选的，所述第一组行星齿轮组中的第一行星齿轮的轮齿参数与所述第二组行星齿轮组中的第一行星齿轮的轮齿参数一致；所述第一组行星齿轮组中的第二行星齿轮的轮齿参数与所述第二组行星齿轮组中的第二行星齿轮的轮齿参数一致。
14.本技术还公开了一种舵机，包括：电机和如上述的齿轮减速箱；所述电机与所述齿轮减速箱的齿轮减速箱输入端传动连接。
15.本技术中行星齿轮组的结构简单，具有体积小，传动效率高的特点，而且在一组行星齿轮组中设计两套齿轮系，且分别在太阳轮不同转向时，采用不同的齿轮系与太阳轮啮合，消除了轮齿间的间隙影响。保证了在顺时针或逆时针之间的切换中的稳定性。而且由于转动惯量的存在，本技术也减少了在顺时针和逆时针切换转向过程中的动负载冲击突变的作用，从而减小冲击噪音和震动，消除或减小转动误差。
附图说明
16.所包括的附图用来提供对本技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本技术的实施方式，并与文字描述一起来阐释本技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。在附图中：
17.图1是本技术的第一实施例的舵机的示意图；
18.图2是本技术的第一实施例的齿轮减速箱的示意图；
19.图3是本技术的第一实施例的行星齿轮组的示意图；
20.图4是本技术的第一实施例的行星齿轮组的俯视示意图；
21.图5是本技术的图4的部分放大示意图；
22.图6是本技术的第二实施例的齿轮减速箱的示意图；
23.图7是本技术的第二实施例的齿轮减速箱的截面示意图；
24.图8是本技术的第二实施例的齿轮减速箱的示意图；
25.图9是本技术的第二实施例的行星齿轮组的示意图。
26.其中，1、舵机；2、电机；3、齿轮减速箱；31、齿轮减速箱输出端；32、齿轮减速箱输入端；5、行星齿轮组；51、太阳轮；52、第一齿轮系；521、第一行星齿轮；522、第一外圈齿；523、第一连接结构；53、第二齿轮系；531、第二行星齿轮；532、第二外圈齿；533、第二连接结构。
具体实施方式
27.需要理解的是，这里所使用的术语、公开的具体结构和功能细节，仅仅是为了描述具体实施例，是代表性的，但是本技术可以通过许多替换形式来具体实现，不应被解释成仅受限于这里所阐述的实施例。
28.在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
29.另外，“中心”、“横向”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语，是基于附图所示的方位或相对位置关系描述的，仅是为了便于描述本技术的简化描述，而不是指示所指的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技术的限制。
30.此外，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，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
31.下面参考附图和可选的实施例对本技术作详细说明。
32.实施例一：
33.如图1所示，作为本技术的第一实施例，公开了一种舵机1，包括：电机2和齿轮减速箱33；所述电机与所述齿轮减速箱3的齿轮减速箱输入端32传动连接。齿轮减速箱3包括：齿轮减速箱输出端31、齿轮减速箱输入端32和设置在电机定子33内部的一组行星齿轮组(未在图1中显示，见图3)，图2示出了该齿轮减速箱3的结构，该齿轮减速箱输出端31用于输出所述齿轮减速箱3动力；该齿轮减速箱输入端32用于驱动所述齿轮减速箱3动力；所述行星齿轮组分别与所述齿轮减速箱输出端31和所述齿轮减速箱输入端32传动连接；该行星齿轮组内设置由减速用的齿轮，用于将齿轮减速箱输入端32的输入的动力重新调配后通过齿轮减速箱输出端31输出。
34.如图3示出了行星齿轮组的示意图，所述行星齿轮组包括太阳轮51、第一齿轮系52和第二齿轮系53，所述齿轮减速箱输入端32为所述太阳轮51输入动力；所述第一齿轮系52与所述第二齿轮系53同步转动，并驱动所述齿轮减速箱输出端31输出动力；其中，所述太阳轮51顺时针转动时，所述太阳轮51驱动第一齿轮系52传动，所述太阳轮51逆时针转动时，所述太阳轮51驱动所述第二齿轮系53传动。
35.其中，该第一齿轮系52与第二齿轮系53共用该太阳轮51，即共同围绕该太阳轮51旋转，且该第一齿轮系52与第二齿轮系53在太阳轮51的轴线方向上依次设置。所述第一齿轮系52与所述第二齿轮系53同步转动指的是，第一齿轮系52与第二齿轮系53绕太阳轮51同
步转动，即在所述太阳轮51顺时针转动时，所述太阳轮51驱动第一齿轮系52传动，此时第二齿轮系53会同第一齿轮系52转动，该第二齿轮系53的转动是由第一齿轮系52驱动的，而不是太阳轮51驱动第二齿轮系53转动的，即在顺时针情况下，只有第一齿轮系52由太阳轮51直接驱动。同理，逆时针情况下，只有第二齿轮系53由太阳轮51直接驱动。
36.本技术行星齿轮组中设置两种齿轮系，第一齿轮系52在太阳轮51顺时针转动时，与太阳轮51啮合；第二齿轮系53在太阳轮51逆时针转动时与太阳轮51啮合。即每一时刻，该太阳轮51仅驱动一个齿轮系，第一齿轮系52或第二齿轮系53与太阳系有效啮合；而不管驱动哪一个齿轮系，该两个齿轮系会同步驱动输出端输出动力。由此，可以防止在只设置一个齿轮系的情况下，太阳轮51正反向转动时，太阳轮51需要啮合到该齿轮系中轮齿的不同面，而且从正向转动切换为反向转动的瞬间，太阳轮51的轮齿需要历经齿间侧隙，才会与齿轮系的轮齿的另一侧啮合，从而造成失控以及误差的问题。本技术通过在太阳轮51顺时针转动时，太阳轮51始终与第一齿轮系52啮合，而逆时针时，太阳轮51始终与第二齿轮啮合。可以避免在正向转动变为反向转动的过程需要经历间隙，从而消除了间隙。而且本技术的结构简单，仅需一组行星齿轮组，而一组行星齿轮组中仅需两套同步转动的行星齿轮系即可。
37.具体第一齿轮系52和第二齿轮系53的结构如下：所述第一齿轮系52包括至少一个第一行星齿轮521和第一外圈齿522；所述第二齿轮系53包括至少一个第二行星齿轮531和第二外圈齿532；其中，所述第一行星齿轮521的数量与所述第二行星齿轮531的数量对应，且所述第一行星齿轮521与对应的第二行星齿轮531同轴转动；在所述太阳轮51顺时针转动时，所述太阳轮51与所述第一行星齿轮521、第一外圈齿522啮合连接；在所述太阳轮51逆时针转动时，所述太阳轮51与所述第二行星齿轮531、第二外圈齿532啮合连接，第一外圈齿522和第二外圈齿532见图3所示，该第一外圈齿522的内圈设置有轮齿。
38.如图4示出了第一齿轮系52的俯视示意图，该第一外圈齿522与第二外圈齿532为圆形，使得第一行星齿轮521与第二行星齿轮531分别绕太阳轮51转动，而第一行星齿轮521与第二行星齿轮531的轴运动的轨迹为圆形。该第一行星齿轮521的数量一般设置为3个及以上，使得行星齿轮绕太阳轮51旋转更稳定，本技术中以4个第一行星齿轮521为例，从结构上来看，第一行星齿轮521和第二行星齿轮531为同轴转动，在结构上较好实现，即同一根轴，在轴上部设置第一行星齿轮521的轮齿，在轴的下部设置第二行星齿轮531的轮齿。在太阳轮51带动第一行星齿轮521转动的时候，第二行星齿轮531上的轮齿与太阳轮51的轮齿在不受力的一面接触，对于的太阳轮51不会直接提供动力给第二行星齿轮531，因为在太阳轮51转动方方向上，以顺时针为例，在受力的一侧，该第二行星齿轮531的轮齿与太阳轮51的轮齿有一定间隙，而不受力的一侧，该第二行星齿轮531的轮齿会与太阳轮51的轮齿接触。在反向转动，即逆时针转动时，上述不受力的一侧变为受力侧，使得太阳轮51传输的动力直接到了第二行星齿轮531，而不会到第一行星齿轮521，此时，在不受力的一侧，第一行星齿轮521的轮齿与太阳轮51的轮齿也有一定的间隙。如图5示出了图4的部分放大图，所述太阳轮51的轮齿的一侧与所述第一行星齿轮521对应的轮齿抵接，且所述太阳轮51的轮齿的另一侧与所述第二行星齿轮531对应的轮齿抵接(图中未显示)。
39.需要说明的是，该第一行星齿轮521与第二行星齿轮531的轴链接到一圆盘中，该圆盘的圆心与太阳轮51自转的轴心在同一直线上，在第一行星齿轮521或第二行星齿轮531与太阳轮51啮合带动该轴沿圆形轨迹运动时，该轴带动该圆盘自转，该圆盘可同步链接至
齿轮减速箱输出端31，将该动力输出，而对于设置多组行星齿轮组的齿轮减速箱3来说，该圆盘可连接至下一组行星齿轮组的太阳轮51，使得下一组的太阳轮51自转，从而下一组第一齿轮系52或第二齿轮系53将动力输出。从理论上来讲，行星齿轮组的数量时可以无限增加的，但是一般使用一组、两组、三组即可，在第二实施例中再具体论述。
40.实施例二
41.如图6所示，作为本技术的第二实施例，该实施例中选用了两组行星齿轮组，为本技术的优选实施例。具体来说，所述行星齿轮组设置有两组，所述齿轮减速箱输入端32为第一组行星齿轮组5a的太阳轮51输入动力，所述第一组行星齿轮组5a的太阳轮511带动所述第一组行星齿轮组5a的第一齿轮系52或第二齿轮系53转动，并为第二组行星齿轮组5b的太阳轮512输入动力；所述第二组行星齿轮组5b的太阳轮512驱动所述第二组行星齿轮组5b的第一齿轮系52或第二齿轮系53转动，并驱动所述齿轮减速箱输出端31输出动力。
42.本实施例选用两组行星齿轮组，在电机换向时，两组行星齿轮组会自动选择合适的传动副进行传动，从而消除或减小了背隙；此外，在齿轮减速箱3的负载输出端或电机的输入端发生同向转速变化时，由于转动惯量的存在，两套行星齿轮组中不同啮合面的传动副也会起到减小动负载冲击突变的作用，从而减小冲击噪音和振动，消除或减小转动误差。
43.如图7为图6的截面示意图，其中第一组行星齿轮组5a中的第一行星齿轮521的轴插入一圆盘555中，该圆盘与第二组行星齿轮组5b中的太阳轮512同轴且同步转动，因而为第二组行星齿轮组5b的太阳轮512输入动力，第二组行星齿轮组5b中的第一行星齿轮521的轴插入到减速齿轮箱输出端。如图9中第二组行星齿轮组5b中的第二行星齿轮531的转轴突出于第二行星齿轮531齿轮，用于驱动减速齿轮箱输出端。
44.具体来说，为了在太阳轮51顺时针和逆时针转动时，传输出的动力保持一致，需要将所述第一行星齿轮521与所述第二行星齿轮531的轮齿参数一致，所述第一组行星齿轮组中的第二行星齿轮的轮齿参数与所述第二组行星齿轮组中的第二行星齿轮的轮齿参数一致。使得即使在切换转向时，由第一行星齿轮521或第二行星齿轮531输出的动力保持一致，有利于后期选择不同的减速比。所述第一组行星齿轮组5a中的第一行星齿轮521的轮齿参数与所述第二组行星齿轮组5b中的第一行星齿轮521的轮齿参数一致。当然，将两组行星齿轮组设置成不同的减速比也是可以的，具体的减速比相同或不同可以根据实际情况进行选择。
45.如图8仅示出第一组行星齿轮组5a中的第一行星系和第二行星系，其中第一外圈齿522和第二外圈齿532隐藏，第二组行星齿轮组5b中的第一行星系和第二行星系，其中第一外圈齿522隐藏和第二外圈齿532显示，如何将同轴转动的第一行星齿轮521与第二行星齿轮531调节成上述结构，本技术还公开了具体地结构：所述齿轮减速箱3还包括外壳，所述第一外圈齿522通过第一连接结构523固定在所述外壳上；所述第二外圈齿532通过第二连接结构533固定在所述第一外圈齿522上；且所述第一连接结构523可调节所述第一外圈齿522的水平位置，所述第二连接结构533可调节所述第二外圈齿532的水平位置；所述第一外圈齿522与所述第二外圈齿532错位设置。所述第一连接结构523和所述第二连接结构533分别采用螺丝固定结构，所述第一连接结构523和所述第二连接结构533的螺孔分别错位设置。
46.调试过程如下：装配第一齿轮系52并预紧第一行星齿轮521。先将第一外齿圈用螺
丝锁紧在外壳上进行固定，同时固定与第一行星齿轮521连接的输出端，顺时针调节太阳轮51，使得每一对传动副(太阳轮51和第一行星齿轮521、第一行星齿轮521和第一外齿圈)单向贴合。装配第二齿轮系53并预紧第二行星齿轮531；继续固定第二外圈齿532，将其固定到第一外圈齿或外壳上，且固定输出端，逆时针旋转太阳轮51，调节第二级齿轮系的第二外齿圈，直至每一对传动副(太阳轮51和第二行星齿轮531、第二行星齿轮531和第二外齿圈)单向贴合，最后用螺丝将第一齿轮系52的第一外圈齿522和第二齿轮系53的第二外齿圈固接起来；此时，第一齿轮系52的传动副的贴合面正好与第二齿轮系53的传动副的贴合面相反，实现消除间隙的目的。上述的第一行星齿轮与第二行星齿轮的同轴转动指的是在实际工作中，两者同步驱动共用的轴移动。具体地，所述第一行星齿轮的轮齿与所述第二行星齿轮可拆卸的组装设置，所述第一行星齿轮的轮齿与所述第二行星齿轮之间可旋转调节。方便在调节时，可以将所述第一行星齿轮的轮齿与所述第二行星齿轮的轮齿错位设置，下面再进一步说明。而且还可以通过在第一行星齿轮与第二行星齿轮共用的轴中设置差速结构，差速结构在第一行星齿轮顺时针转动时，可通过第一行星齿轮带动共用的轴转动，在第二行星齿轮逆时针转动时，可通过第二行星齿轮带动共用的轴转动，实现单一转动的方式。
47.当然，本实施例还可通过设置所述第一行星齿轮521的轮齿与所述第二行星齿轮531的轮齿错位设置。进而使得太阳轮51在每一时刻仅与第一行星齿轮521或第二行星齿轮531啮合。该实施例中的第一外圈齿522与第二外圈齿532也处于错位状态。
48.相比于上一种实施方式，本实施方式需要所述第一行星齿轮521的相邻两个轮齿之间的间距大于所述太阳轮51的轮齿的宽度，第二行星齿轮531的相邻两个轮齿之间的间距大于所述太阳轮的轮齿的宽度；进而使得第一行星齿轮521的某一个轮齿刚好与太阳轮51的轮齿的一侧贴合，而第二行星齿轮531的对应位置处的轮齿刚好与太阳轮51的轮齿的另一侧贴合。优选地，所述第一行星齿轮的轮齿与对应的第二行星齿轮的轮齿在轴向上的投影具有重叠部，所述重叠部的宽度等于所述太阳轮的相邻轮齿的间距。而上一实施方式，不需要考虑轮齿间宽度的问题，只需要第一行星齿轮521与太阳轮51的一侧贴合，而第二行星齿轮531系与太阳轮51的另一侧贴合，甚至可以将第一行星齿轮521与第二行星齿轮531在轴向方向上的投影完全重合。
49.需要说明的是,本技术的发明构思可以形成非常多的实施例，但是申请文件的篇幅有限，无法一一列出，因而，在不相冲突的前提下,以上描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例，各实施例或技术特征组合之后，将会增强原有的技术效果
50.以上内容是结合具体的可选实施方式对本技术所作的进一步详细说明，不能认定本技术的具体实施只局限于这些说明。对于本技术所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本技术的保护范围。