二次偏心包容式少齒差減速器的製作方法

2023-05-29 03:38:41 2

專利名稱:二次偏心包容式少齒差減速器的製作方法
二次偏心包容式少齒差減速器，是一種結構緊湊，加工方便而實用的新型漸開線少齒差齒輪減速器。
本實用新型的顯著特點是軸向尺寸短，體積小，傳動比大，製造和維修簡便，用五個齒輪零件即可實現高達1000000的大傳動比。
現有的少齒差減速器，為了獲得大傳動比和高的效率，常採取兩級以上軸向串聯的方式，級間聯接和輸出端均需使用不同的輸出機構。其結果必然導致軸向尺寸大，機構複雜，裝配和維修比較困難。目前國內外廣泛使用的二級和三級擺線針輪減速器或各種齒型的少齒差減速器都是如此。例如保加利亞專利BG33693(Лo
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eB)的多級串聯式行星減速器。就是通過在軸向進行串聯的形式，以達到大傳動比和結構緊湊的目的。本實用新型為了克服在軸向串聯仍然有軸向尺寸大的不足之處，改軸向串聯為徑向串聯，使在串聯級數相同的條件下軸向結構更為緊湊。
本實用新型的目的是用較少的零件，簡單的結構，最小的軸向尺寸和簡單方便的加工方法實現大的傳動比和高的傳動效率，同時還能作到使減速器拆裝方便，易於維修，以便為諸如工業鍋爐爐排傳動等一系列需要大傳動比的機械傳動設備提供一種實用而性能優良的減速裝置。
本實用新型的傳動原理如圖1和圖2所示，系一級N型少齒差內嚙合傳動與一個由兩對內嚙合齒輪付構成的兩級NN型少齒差傳動串聯而成。其中低速級NN型少齒差傳動即可用內齒輪輸出如圖1，也可用外齒輪輸出如圖2。NN型的兩對齒輪付可以用相同模數和齒數差，也可以用不同模數和齒數差組合。但採用內齒輪輸出易於實現更大的傳動比。由高速軸輸入的運動經第一級N型少齒差內嚙合傳動減速後，由內齒輪輸出，同時將運動輸入到NN型傳動，經NN級再次減速，最後由末級齒輪輸出。
本實用新型的前級N型傳動與常見的N型少齒差內嚙合傳動不同。此處選用了一種簡單易行的齒輪機構。在圖1或圖2中，與內齒輪Z2相嚙合的外齒輪Z1通過滾動軸承活套在輸入偏心軸(即高速軸)上，在Z1齒輪靠近輸入側的端平面上，以齒輪中心為對稱點垂直於該平面對稱安置2個銷軸。在與輸入偏心軸軸線垂直的減速器箱體內側平面上，亦以箱體軸承孔中心為對稱點垂直於該內側平面對稱安置2個銷軸。箱體內側平面與外齒輪Z1之間設置一塊控制板，其上有對中心對稱布置的4個長孔，同方向的兩個長孔的中心線與另外兩個長孔中心線相互垂直，其結構如圖4所示。齒輪Z1和輸入端箱體內側面上的兩對銷軸分別插入控制板的4個長孔中。當輸入偏心軸轉動時，齒輪Z1受到控制板的限制只能作平面運動。但由於齒輪Z1與相嚙合的內齒輪Z2齒數不同(Z2＞Z1)因而當Z1作平面運動時，Z2將作減速的自轉運動，且Z2是定軸減速轉動的。後面的NN型傳動中，亦因各對齒輪付內外齒輪存在齒數差，故當其偏心轉臂(即與內齒輪Z2連成一體的偏心軸)轉動時，NN級又將由Z2輸出的運動再次減速最後由末級輸出減速運動。
本實用新型少齒差減速器的減速原理與常見的少齒差減速器的減速原理無本質的區別，僅其中N型傳動的外齒輪Z1作平面運動。此項技術在煤碳工業出版社出版的《煤礦機械傳動手冊》上冊386頁有反映，末級的NN型傳動，在一般的行星齒輪傳動的專業書籍上均有反映。例如在馮澄宙編著的《漸開線少齒差行星傳動》第177頁上及著名日本齒輪專家兩角宗晴1985年來華講學講義Ⅱ冊第176頁上有反映。
本實用新型將上述的N型傳動與NN型傳動以不同於以往的聯接型式設計成在徑向進行串聯的結構型式，達到了軸向尺寸短，傳動比大的目的。
本實用新型的傳動原理圖的圖1和圖2的傳動比為前級N型傳動的傳動比i1與後級NN型傳動的傳動比i2的乘積，即i＝i1×i2(1)設N型傳動的外齒輪齒數為Z1，內齒輪齒數為Z2(圖1，圖2)，由轉化機構法可得i1＝ (Z2)/(Z2- Z1) (2)其中齒輪Z3的轉向與輸入軸轉向相同。對於其後的NN型傳動，當為內齒輪輸出時(圖1)，設輸入側外齒輪齒數為Z2，內齒輪齒數為Z4輸出側外齒輪齒數為Z5，內齒輪齒數為Z8，則根據轉化機構法可得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；通過調整齒數可以作到Z3·△ZⅡ＝Z5·△ZⅠ＝1 (4)此時傳動比為
i3= (Z3Z6)/1 (5)因而本二次偏心包容式少齒差減速器的傳動比為i＝ (Z2·Z3·Z6)/(Z2- Z1) (6)從式(6)可以看出，當滿足式(4)且滿足Z2－Z1＝1時，本減速器的傳動比可以很大，為Z2Z3Z6的乘積。
當(4)式的右邊為－1時，則本減速器的傳動比為i＝ (Z2Z3Z6)/(Z2- Z1) (7)因此通過調整齒數可以控制減速器的輸出方向與輸入軸同向或反向。
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滿足(4)式，則由(6)式得i＝ (90×91×115)/(90－88) ＝470925在例2中如使Z1＝89即滿足Z2－Z1＝1則可得i＝90×91×115＝941850由上述實例可見，適當調整齒數可以得到很大的傳動比。
對於圖2所示後部為外齒輪輸出的NN型傳動，設末級內齒輪齒數為Z6，外齒輪齒數為Z5，則可得i2＝ (Z3Z5)/(Z4Z6- Z3Z5) (8)對於圖2的情況，減速器的傳動比應按式(1)、(2)、(8)式計算。
二次偏心包容式少齒差減速器的傳動比在100－10000範圍內變動時，其相應的效率約在0.90－0.7範圍內變動；當傳動比高達40000時，其效率的概略值為0.55～0.6左右，仍可用於動力傳動。齒輪的幾何及強度計算按相應齒形的少齒差傳動的有關方法計算。
本實用新型的末級齒輪Z5和Z6也可根據實際需要設計成零齒差單純用作輸出機構，也可以取消Z5和Z6使用十字滑塊、浮動盤、或銷軸式等輸出機構，此時實用新型成為二級N型少齒差傳動的串聯。如果再將上述的末級傳動的N型少齒差傳動也設計成前級N型傳動的結構型式，即外齒輪Z3作平動，內齒輪Z4作定軸減速轉動並輸出，則本實用新型的結構將進一步簡化，這種結構的二次偏心包容式少齒差減速器的傳動比為i＝ (Z2Z4)/((Z2- Z1)(Z4- Z3)) (9)仍然可以達到很大的傳動比。
本實用新型前後兩級的偏心距e1和e2在設計上比較自由。由於輸入速度較高，為避免因偏心量導致的離心力引起的振動，故e1應設計得小些，這樣容易採取平衡措施(如軸上加偏心配重)。由於後級輸入速度低，可不考慮平衡問題。
本實用新型在結構設計上，採取了與現有技術和傳統方法不同的處理方法，其特點在於將第一級N型傳動的齒輪付，包容在其後NN型傳動齒輪機構的腹腔內，其方法為在前級N型傳動中已經減速的作定軸轉動的內齒輪Z2的外園柱面上設置二次偏心機構，在二次偏心機構的外園柱面上，再安裝其後NN型傳動的雙聯行星齒輪Z3和Z5，(或者當Z3＝Z5，m3＝m5時，構成奇異齒輪)，也可以在二次偏心機構的外園上，安裝一級N型的少齒差傳動(可以用前述的各種輸出機構輸出)。設二次偏心機構的外園上安裝NN型少齒差傳動，由於Z3、Z4、Z5、Z6構成NN型少齒差傳動，故使前級N型傳動中內齒輪Z2減速後的運動經Z3、Z4、Z5、Z6再次減速，使減速器的輸出軸獲得低速或超低速運動。二次偏心機構可以用大內徑的偏心軸承來實現，也可以將內齒輪Z2的外園柱面加工成與其中心偏心量為e3的偏心園柱面，再用普通軸承與偏心園柱面的配合來實現。
由於在結構設計上採取了上述的處理方法，既省略了級間的聯接部份，簡化了機構，有利於提高效率，又達到了多級串聯實現大傳動比且高效率的目的。採取此種結構設計方案的結果，使減速器軸向尺寸大大縮短，對於實際工業應用中某些尺寸受限制的場合是具有特殊意義的。
本實用新型不僅適用於大傳動比的場合，也適用於中等傳動比(如i＝100～2000)的場合。單級少齒差傳動的傳動比較大時，其效率較低。因此為了獲得較高的效率，應當採取兩級串聯的型式，可獲得較高的整機效率。
二次偏心機構還可用於符合少齒差傳動原理的各種齒型的行星減速器如擺線針輪行星減速器，園弧針輪行星減速器、活齒少齒差減速器等各類減速器中，都能使原有結構得到改進而性能得以提高。
下面參照附圖對本實用新型進行較為詳細的描述，
附圖1，附圖2是本實用新型傳動原理圖。
附圖3是本實用新型的一個應用實例。
附圖4是圖3應用實例中的控制板4。
附圖5是圖3應用實例中的銷軸6。
附圖6是圖3應用實例中銷軸6的組合式結構。
在圖3的應用實例中，序號1、17、21分別為機蓋(一)、機座、機蓋(二)，所有的零件都直接或間接地支撐於其上，其中1為高速端機蓋，左端法蘭用來安裝直聯式電機，其凹止口與電機凸止口配合，以保證電機軸與本減速器高速軸同心。3為高速軸端通蓋，可對支撐高速軸2的一對軸承11進行軸向定位，並能通過調整墊調整軸承的間隙。高速軸右端的軸承11支撐在內齒輪13的空腔中。高速軸2是空心軸，電機軸與空心軸配合併通過鍵來傳遞動力。高速軸上安裝一個偏心軸承7。8為偏心軸承的外圈，行星齒輪9通過偏心軸承7和外圈8支撐在高速軸2上，偏心軸承7的偏心量為e1。如果將高速軸加工成偏心軸，則偏心軸承7和外圈8可以用一個普通的滾動軸承來代替。當高速軸轉動時，為了使行星齒輪9作平面運動，在機蓋1的內側面和行星齒輪9的左端面上，各裝有一對銷軸6，其外露部份插入控制板4的長形孔中，為了對行星齒輪9進行平衡，可附加一個平衡配重塊5，它和軸承7是通過鍵10來固定的。當高速軸2轉動時，在偏心量e1的作用下及銷軸6、控制板4的作用下，行星齒輪9作平面運動，使其與內齒輪13嚙合形成該減速器的前級N型少齒差傳動。內齒輪13通過軸承19、20支撐在機蓋(一)1與低速軸26的空腔間，低速軸26通過一對軸承23支撐在與機座把合成一體的機蓋21上。內齒輪13是二次偏心機構的支撐構件，在它的外園上安裝兩個大孔徑的偏心軸承12、15是隔套，14為外圈，三者構成二次偏心機構。如將內齒輪13的外園加工成偏心園柱面，則偏心軸承可以用普通的滾動軸承或滑動軸承來代替。鍵29將內齒輪13與偏心軸承12進行周向固定。在二次偏心機構的外園上，安裝次級NN型少齒差齒輪付。16為這個齒輪付的外齒輪，亦即NN級的行星輪，它是一個雙聯外齒輪，也可以根據需要設計成奇異齒輪。30為固定內齒輪，28為輸出內齒輪。為了加工的方便，將內齒輪28與低速軸26做成兩體，並用鍵18相聯。從圖3中可以看出，前級N型傳動的齒輪構件被包容在二次偏心機構的腹腔內，而二次偏心機構又被包容在後級NN型少齒差齒輪付的腹腔內，這種結構上的處理使整機的軸向尺寸被大大地壓縮。經第一級減速後作定軸轉動的內齒輪13作為第二級少齒差傳動的轉臂，其偏心量e3由二次偏心機構來滿足，這樣就實現了兩級間的串聯而無需其它任何級間聯接機構。
隔套22將一對軸承23隔開，隔圈24、通蓋25可對軸承23作軸向固定，套27對軸承12作軸向限位。低速軸26為空心軸，與工作機的軸伸聯接傳遞扭矩。這樣，當高速軸轉動時，行星齒輪9在第一層偏心機構作用下作平面運動並與內齒輪13嚙合使13作減速定軸轉動，內齒輪13外園上的第二層偏心機構又將內齒輪13的運動作為後級的輸入運動經外齒輪16、內齒輪30和28組成的NN型少齒差傳動將減速的運動由低速軸26輸出，完成整機減速的傳動過程。
圖3中銷軸6的結構如圖5、圖6所示。圖5為簡單式銷軸，一端與行星齒輪9或機蓋1的銷孔牢固配合，另一端伸入控制板4的長形孔中，可以在長孔中滑動。為了減少銷軸的磨損，伸入控制板內的部分可以加工成矩形截面以增加接觸面積。當減速器的規格較大時，銷軸6可以做成圖6所示的組合式，使滾動軸承在長孔中滾動，這樣還能提高效率。
在國民經濟的各個領域中，有相當多的場合需要使用大傳動比的減速器。無論是機械、輕工、食品、化工、鍋爐行業、或是軍工、航天、天文等等都有應用。但現有大傳動比減速器不是傳動效率低就是體積重量大，結構複雜。例如目前常用的鍋爐爐排傳動變速箱，用園柱齒輪與蝸輪傳動組合而成，傳動比大於10000時總傳動級數達5～6級，傳動效率僅為0.2～0.3左右。一臺輸出扭矩為5000N·m的變速箱就有430kg左右。而一臺功能相同的二次偏心包容式少齒差減速器，機重將減輕60％以上，而效率至少可提高一倍以上。不僅如此，它還可以很方便地設計成軸裝式、雙軸伸式。兩端法蘭聯接式等各種安裝型式，對用戶選用極為便利。另外此種減速器傳動比調整亦很方便，只要任意改變一個齒輪的齒數，傳動比將發生較大的變化，不僅可以實現密集的傳動比，還易於實現大傳動比。同一機座，傳動比可以小到幾十，大到百萬。
由前面敘述的一切內容可見，特別是對於需要使用大傳動比減速器的領域，採用本實用新型不僅可以提高主機的技術指標，同時使主機結構更加緊湊合理。更主要的是當大批量生產時，必將因減輕重量、提高傳動效率，零件加工工藝性好使成本降低等帶來巨大的經濟效益。
圖3的實例採用內齒輪輸出，不僅實現大傳動比，而且效率高、軸向尺寸短，為本實用新型的最佳方案。
顯然，按照上面敘述的內容可能作出許多改進和變異。因此可以充分理解和推斷的是，符合少齒差傳動原理的其他齒形的行星減速器，都可能通過本實用新型提出的結構型式進行改進實施。
權利要求
1.一種二次偏心包容式少齒差減速器，具有串聯的二級少齒差傳動，其特徵是在前級少齒差傳動中已經減速且作定軸轉動的齒輪構件的園柱形外表面上，設置一個二次偏心機構，該二次偏心機構將前級少齒差傳動齒輪付包容在自己的腹腔內，在二次偏心機構的外園上，再設置一級少齒差傳動，後級少齒差傳動齒輪付將已包容了前級少齒差傳動齒輪付的二次偏心機構包容在它的腹腔內。
2.根據權利要求
1所述的少齒差減速器，其特徵是二次偏心機構可以用偏心軸承來實現，也可以將支撐二次偏心機構的齒輪構件的園柱形外表面，加工成與其中心偏心的園柱面，再用普通軸承來實現，普通軸承是指滾動軸承或滑動軸承。
3.根據權利要求
1所述的少齒差減速器其特徵是後級少齒差傳動可以是N型，也可以是NN型。
專利摘要
一種二次偏心包容式少齒差減速器具有軸向尺寸短，傳動比寬廣而密集的特點，特別是適用於大傳動比的場合。它通過在前級少齒差傳動中作定軸轉動已經減速的齒輪構件外圓上，設置一個二次偏心機構。在二次偏心機構的外圓上，再嵌套一級少齒差傳動，以實現兩級少齒差傳動的串聯。後級少齒差傳動齒輪副將已包容了前級少齒差齒輪副的二次偏心機構，又包容在它的腹腔內，省略了級間聯接機構並使軸向尺寸大大壓縮。該少齒差減速器的傳動比可在幾十至百萬之間變動。
文檔編號F16H1/32GK87200923SQ87200923
公開日1988年2月24日 申請日期1987年1月16日
發明者任喬圭 申請人:任喬圭導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan