一种恒扭单输出的双输入换向传动装置

1.本发明涉及减速器领域，涉及一种恒扭单输出的双输入换向传动装置构型。


背景技术：

2.减速器是实现原动机与工作机之间的减速和提升输出力矩的传动装置，同时，减速器还也可以起到改变功率传输方向的作用，因此，在航空航天、精密数控设备、工业机器人、医疗器械等领域应用广泛。
3.目前，可通过安装多台减速机或者增加减速器中的齿轮副传动比或者增加减速器传动级数达到原动机与工作机之间的大幅度减速目的。但是，无论是增加减速机数量还是齿轮副传动比或者传动级数，都会导致安装及调试难度增大、效率降低、成本加大。而且，对于常应用于各种减速器中的渐开线齿轮，一般单级减速比限制为不超过1:10，增大传动比会导致传动装置体积和重量会大幅增大，且需要借助额外的消隙机构来调整齿侧间隙；对于蜗轮蜗杆传动虽具备大速比传动特性和体积小、重量轻的特点，但也需额外的消隙机构来调整齿侧，导致结构复杂调试困难。锥齿轮一般常用功率输入与输出间的换向，但因锥齿轮对轴向安装误差敏感，安装调试困难、传动精度也达不到预期要求。而现有的换向减速器还不兼备恒扭矩输出、高可靠性、结构紧凑、方便安装及调试等特性，亟需一种双输入、恒扭矩输出的换向传动装置来满足减速器领域在这些方面的需求。


技术实现要素：

4.本发明针对以上问题，提出了一种恒扭单输出的双输入换向传动装置，具有大速比、换向、高可靠性、方便安装及调试、结构紧凑等特点。
5.本发明的技术方案为：所述双输入换向传动装置包括箱体、十字形输出轴以及第一级蜗杆面齿轮传动副和第二级面齿轮差动轮系；第一级蜗杆面齿轮传动副包括两对蜗杆面齿轮啮合副，其中，蜗杆为主动轮，面齿轮为从动轮，两个蜗杆转动连接在箱体上，作为双输入；第二级的面齿轮差动轮系包括两个面齿轮啮合副，其中，圆柱齿轮为主动轮，面齿轮为从动轮；上述中，由第一级蜗杆面齿轮传动副中的从动轮和第二级的面齿轮差动轮系中的主动轮构成双联齿轮；所述十字形输出轴包括水平方向、竖直方向上两个相互垂直的轴，所述双联齿轮套接十字形输出轴的水平方向的轴，第二级的面齿轮差动轮系中的从动轮则套接十字形输出轴的竖直方向的轴，十字形输出轴的水平方向的轴转动连接在箱体上，作为输出轴。
6.关于第一级蜗杆面齿轮传动副，两个蜗杆分别为第一蜗杆4、第二蜗杆5，两个双联齿轮分别为第一双联齿轮12、第二双联齿轮9；第一蜗杆4与第一双联齿轮12中的面齿轮保持啮合，第二蜗杆5与第二双联齿轮9中的面齿轮保持啮合。
7.进一步的，所述第一双联齿轮12通过第一滚针轴承可旋转的套接在十字形输出轴
8的水平方向的轴上，并且在第一滚针轴承的两侧对称的设置有推力轴承、止动垫圈、圆螺母，以对第一双联齿轮12进行轴向限位；所述第二双联齿轮9通过第二滚针轴承可旋转的套接在十字形输出轴8的水平方向的轴上，并且在第一滚针轴承的两侧对称的设置有推力轴承、止动垫圈、圆螺母，以对第一双联齿轮9进行轴向限位。
8.关于第二级的面齿轮差动轮系，第二级的面齿轮差动轮系中的主动轮为第一双联齿轮12中的圆柱齿轮及第二双联齿轮9中的圆柱齿轮，第二级的面齿轮差动轮系中的从动轮为套接在十字形输出轴的竖直方向的轴上的面齿轮一11、面齿轮二10，所述第一双联齿轮12中的圆柱齿轮同时与面齿轮一11、面齿轮二10保持啮合，所述第二双联齿轮9中的圆柱齿轮也同时与面齿轮一11、面齿轮二10保持啮合。
9.进一步的，所述面齿轮一11、面齿轮二10均为直齿面齿轮。
10.进一步的，所述面齿轮一11通过深沟球轴承一可旋转的套接在十字形输出轴8的竖直方向的轴上，并且在深沟球轴承一两侧对称的设置有推力轴承、止动垫圈、圆螺母，以对面齿轮一11进行轴向限位；所述面齿轮二10通过深沟球轴承二可旋转的套接在十字形输出轴8的竖直方向的轴上，并且在深沟球轴承二两侧对称的设置有推力轴承、止动垫圈、圆螺母，以对面齿轮一10进行轴向限位。
11.所述深沟球轴承一背向十字形输出轴8中心的一侧还设有垫片一，垫片一抵在面齿轮一11和深沟球轴承一的外圈上；所述深沟球轴承二背向十字形输出轴8中心的一侧还设有垫片二，垫片二抵在面齿轮二10和深沟球轴承二的外圈上。
12.本发明的优点在于：（1）输出扭矩是衡量传动装置的性能的重要参数，本发明传动装置拥有两个输入端口，即使一个发动机出现故障停机，依然不会改变传动装置输出扭矩，可以实现恒扭矩输出的目的；具有结构精巧、可靠性高、装配方便、齿侧间隙容易调整等优点。
13.（2）本发明传动装置中的蜗杆面齿轮传动副，具有大速比传动特性，且较蜗轮蜗杆传动具有重合度大、效率高、抗磨损能力强等优点；本发明中的面齿轮差动轮系，较锥齿轮传动具有安装调试容易、传动平稳、承载能力强等优点；蜗杆面齿轮与圆柱齿轮构成双联齿轮，具有结构紧凑优点。
14.（3）由于本发明采用了蜗杆面齿轮传动，使得装置整体具备大速比传动特性和体积小、重量轻的特点；与此同时，无需借助消隙机构，通过简单、有效的螺母、轴承结构也能调整齿侧间隙，使得各个啮合副的结合更为紧密。
15.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
16.图1是本发明的传动原理的示意图。
17.图2是本发明的外部结构的示意图。
18.图3是本发明的内部结构的示意图。
19.图4是本发明中双联齿轮的结构示意图。
20.图5是本发明的剖视图。
21.图6是本发明中双联齿轮结构装配的示意图。
22.图7是本发明的差动轮系中的面齿轮结构装配的示意图。
23.附图标记：1是上箱体、2是下箱体；3是轴承端盖一、4是第一蜗杆、5是第二蜗杆、6是轴承端盖二、7是轴承端盖三、8是十字形输出轴、9是第二双联齿轮、10是面齿轮一、11是面齿轮二、12是第一双联齿轮（由面齿轮a和圆柱齿轮b构成）、13是轴承端盖四、14是圆锥滚子轴承一、15是圆螺母二、16是止动垫圈二、17是推力轴承二、18是第一滚针轴承、19是垫片一、20是推力轴承六、21是止动垫圈六、22是圆螺母六、23是深沟球轴承一、24是推力轴承五、25是止动垫圈五、26是圆螺母五、27是圆锥滚子轴承二、28是轴承端盖五、29是轴承端盖六、30是圆螺母一、31是止动垫圈一、32是推力轴承一。
具体实施方式
24.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。
25.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。
26.本发明公开了一种恒扭单输出的双输入换向传动装置，其传动原理如图1所示，传动装置的外型及内部结构如图2、3、4和5所示，齿轮副结构装配如图6和7所示。
27.本发明提供的一种恒扭单输出的双输入换向传动装置的箱体包括上箱体1、下箱体2；轴承端盖包括轴承端盖一3、轴承端盖二6、轴承端盖三7、轴承端盖四13、轴承端盖五28、轴承端盖六29；箱体内设置第一级蜗杆面齿轮传动和第二级面齿轮差动轮系及十字形输出轴8。
28.第一级蜗杆面齿轮传动副，包含两对蜗杆面齿轮啮合副，两对蜗杆面齿轮啮合副在箱体内呈左右对称分布；靠近箱体左侧的蜗杆面齿轮啮合副包括第一蜗杆4、面齿轮a和圆柱齿轮b构成的第一双联齿轮12；第一蜗杆4的轴上两端分别安装轴承，轴承通过轴肩与
轴承端盖一3、轴承端盖六29进行轴向限位，轴承端盖一3、轴承端盖六29通过螺钉紧固到下箱体2上；第一双联齿轮12内孔装有第一滚针轴承18，第一滚针轴承18安装到十字形输出轴8的水平方向的轴上，在第一双联齿轮12的右侧，从左向右依次装有推力轴承一32、止动垫圈一31、圆螺母一30，在第一双联齿轮12的左侧，从右向左依次装有推力轴承二17、止动垫圈二16、圆螺母二15，实现第一滚针轴承18和第一双联齿轮12的限位。
29.靠近箱体右侧的蜗杆面齿轮副包括第二蜗杆5、第二双联齿轮9；第二蜗杆5和第二双联齿轮9装配的零部件及安装方式与左侧第一蜗杆4、第一双联齿轮12相同。
30.第二蜗杆5的轴上两端分别安装轴承，轴承通过轴肩与轴承端盖二6、轴承端盖五28进行轴向限位，轴承端盖二6、轴承端盖五28通过螺钉紧固到下箱体2上；第二双联齿轮9内孔装有第二滚针轴承，第二滚针轴承安装到十字形输出轴8的水平方向的轴上，在第二双联齿轮9的右侧，从左向右依次装有推力轴承三、止动垫圈三、圆螺母三，在第二双联齿轮9的左侧，从右向左依次装有推力轴承四、止动垫圈四、圆螺母四，实现第二滚针轴承和第二双联齿轮9的限位。
31.第二级面齿轮差动轮系包含第一双联齿轮12、第二双联齿轮9中的圆柱齿轮、面齿轮一10、面齿轮二11，面齿轮一10、面齿轮二11在箱体内沿十字形输出轴8的水平方向的轴向对称分布。面齿轮二11内孔装有深沟球轴承一23，深沟球轴承一23安装在十字形输出轴8的竖直方向的轴上。在面齿轮二11的上侧，从下向上依次装有推力轴承五24、止动垫圈五25、圆螺母五26，在面齿轮二11的下侧，从上向下依次装有垫片一19、推力轴承六20、止动垫圈六21、圆螺母六22。
32.面齿轮一10装配的零部件及安装方式与面齿轮二11相同。面齿轮一10内孔装有深沟球轴承二，深沟球轴承二安装在十字形输出轴8的竖直方向的轴上。在面齿轮一10的上侧，从下向上依次装有垫片二、推力轴承七、止动垫圈七、圆螺母七，在面齿轮一10的下侧，从上向下依次装有推力轴承八、止动垫圈八、圆螺母八。
33.十字形输出轴8水平方向的轴向两端分别安装圆锥滚子轴承一14、圆锥滚子轴承二27，圆锥滚子轴承一14通过轴上的轴肩与轴承端盖四13进行轴向限位，圆锥滚子轴承二27通过轴上的轴肩与轴承端盖三7进行轴向限位，轴承端盖三7、轴承端盖四13通过螺钉紧固到上箱体1和下箱体2上。
34.传动装置在工作前，首先调整止动垫圈一31、圆螺母一30、止动垫圈二16、圆螺母二15在十字形输出轴8水平方向的轴向上的位置以实现第一级蜗杆面齿轮传动副位置关系的调整，然后调整止动垫圈五25、圆螺母五26、止动垫圈六21、圆螺母六22在十字形输出轴8竖直方向的轴向上的位置以实现第二级面齿轮差动轮系各齿轮位置关系的调整；工作时，首先发动机经第一蜗杆4、第二蜗杆5输入功率，然后第一蜗杆4、第二蜗杆5分别驱动第一双联齿轮12、第二双联齿轮9，再由双联齿轮联合驱动直齿的面齿轮一10、面齿轮二11，最后直齿的面齿轮一10、面齿轮二11驱动十字形输出轴8实现动力输出。
35.实际使用时，可如图5所示，将两个蜗杆的结合位置设置在十字形输出轴的两侧，正常工作时，输入两个同速同向的旋转运动，此时，两个直齿面齿轮无自转，仅公转。假设发动机提供的输入转速为n，输入功率为p，第一级蜗杆面齿轮减速比为u。
36.当两发输入同速n同功率p输入时，两个双联齿轮同向同速转动，两个直齿面齿轮无自转，仅公转运动驱动十字形输出轴转动，输出轴转速为n/u，输出轴的功率为2p*k (k为
传动效率)，输出轴提供的力矩为t1=9550*2p*k*u/n；当有一发输入由于故障断开，另一发输入以转速n，功率p输入时，此输入端的双联齿轮的圆柱齿轮，驱动两个直齿面齿轮，这两个直齿面齿轮有自转也有公转，整个传动装置的减速比较双发输入时增大一倍，即为2u，输出轴转速为n/2/u，此时根据输出功率为p*k (k为传动效率)，则输出轴提供的力矩为t2=9550*p*k/(n/2/u)=9550*p*k*2u=t1，因此，最终可以实现恒扭矩输出的目的。
37.当齿面磨损后，又可以用上述方法来调节啮合副位置关系实现齿侧间隙的控制，保证传动精度及平稳性。
38.本发明提供的一种恒扭单输出的双输入换向传动装置，第一级蜗杆面齿轮传动可采用蜗轮蜗杆、锥蜗杆等传动结构替换；第二级面齿轮差动轮系中面齿轮副不仅限于本结构图示中直齿面齿轮，可采用斜齿面齿轮副、弧齿面齿轮副等，亦可采用锥齿轮副、螺旋锥齿轮副等传动结构替换；输出轴可采取两端动力输出形式。
39.本发明具体实施途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。