圓弧齒輪針輪行星嚙合傳動機構的製作方法

2023-04-22 18:21:16

專利名稱：圓弧齒輪針輪行星嚙合傳動機構的製作方法
技術領域：
本發明屬於傳送旋轉運動的齒輪傳動裝置，一種行星嚙合傳動機構。
在現有技術領域中，用來實現大傳動比減速傳動的行星齒輪傳動機構主要有漸開線少齒差行星齒輪機構和擺線針輪行星嚙合傳動機構。就漸開線少齒差行星齒輪機構而言，為了避免輪齒的重迭幹涉，必須採用角度變位，從而導致嚙合角增大。例如一齒差行星齒輪機構的嚙合角高達56°，二齒差時嚙合角為41°。對於擺線針輪行星嚙合傳動機構，為了避免擺線齒輪齒廓過切，常取短幅係數值為0.75～0.5，與之對應的最小嚙合角達41.4°～60°。當輸出扭矩一定時，由於嚙合角過大，必將導致較大的齒面壓力，機構中各支承上的徑向負荷也相應增大。因而限制了上述兩類機構的承載能力及傳動效率。
為了進一步提高大傳動比行星齒輪減速傳動機構的承載能力及傳動效率，現研製成一種便於加工的圓弧齒輪針輪行星嚙合傳動機構，特提出本發明。


圖1、第一種嚙合傳動方式機構圖;
圖2、第二種嚙合傳動方式機構圖;
圖3、單圓弧行星齒輪的齒形;
圖4、單圓弧中心輪的齒形;
圖5、三圓弧行星齒輪的齒形;
圖6、三圓弧中心輪的齒形;
圖7、用於重負荷減速傳動的構造示意圖。
本發明的結構是，如附圖1、附圖2所示，它由至少一個轉臂(即由轉軸〔1〕和偏心套〔2〕組成或者直接製成偏心軸)，至少一個行星輪和一個固定的中心輪構成的少齒差行星傳動機構中，當轉臂作為輸入構件時，行星輪的自轉運動通過軸銷式機構或者其他形式的機構輸出，實現大傳動比減速之目的;當行星輪作為輸入構件(通過合適的前導輸入機構)，而轉臂作為輸出構件時，實現大傳動比的增速傳動。
第一種圓弧齒輪針輪行星嚙合傳動機構，如圖1所示，轉軸〔1〕和偏心套〔2〕以鍵連接(或者直接製成偏心軸)，〔1〕為輸入軸，行星齒輪〔3〕與偏心套〔2〕以轉動副連接，針齒套筒〔4〕與軸銷〔5〕以轉動副連接，軸銷〔5〕在圓周上均勻分布並固定在針輪座(即中心輪，以下同)〔6〕上，針輪座〔6〕與機座固定連接。當轉軸〔1〕迴轉時，行星齒輪〔3〕作周轉運動，行星齒輪〔3〕的圓弧齒面與針齒套筒〔4〕的圓柱面構成嚙合副。行星齒輪〔3〕的自轉運動通過由行星齒輪〔3〕、套筒〔7〕、軸銷〔8〕和與輸出軸固定連接的法蘭盤〔9〕組成的軸銷式輸出機構輸出。也可以採用其他形式的輸出機構，例如浮動盤機構、漸開線零齒差機構或萬向聯軸節等。行星齒輪〔3〕的齒形可以是單圓弧齒形，如附圖3所示，圖中O點為行星齒輪的幾何中心，OX為齒槽的對稱軸，齒廓圓弧K1K2K3的半徑為rZ，圓心OZ位於OX軸線上，LOOZ為行星齒輪的幾何中心O點到齒廓圓弧K1K2K3中心OZ的距離，齒頂圓半徑為Ra，齒頂部分齒廓是與圓弧齒廓相切並且與OX軸平行的直線段K1K4及K3K5。行星齒輪〔3〕的齒形也可以是依次相切的三圓弧構成的齒形，如附圖5所示，圖中O點為行星齒輪的幾何中心，OX為齒槽的對稱軸，齒廓圓弧K11K12及K13K14的半徑rz1和rZ3相等，它們的圓心分別為O1和O3，齒底圓弧K12K13的半徑為rZ2，圓心O2位於OX軸上，齒頂圓半徑為Ra，齒頂部分齒廓是與圓弧齒廓相切並且與OX軸平行的直線段K11K15及K14K16。
第二種圓弧齒輪針輪行星嚙合傳動機構，如圖2所示，它與第一種行星嚙合傳動機構的區別是，行星輪〔10〕與轉臂以轉動副連接，行星輪〔10〕的自轉運動通過由行星輪〔10〕、套筒〔7〕、軸銷〔8〕和與輸出軸固定連接的法蘭盤〔9〕組成的軸銷式機構或者其他形式的機構輸出(或者輸入)，針齒套筒〔4〕與軸銷〔5〕以轉動副連接，軸銷〔5〕在圓周上均勻分布並固定在行星輪〔10〕上，行星輪〔10〕上的針齒套筒〔4〕的圓柱面與中心輪(即圓弧內齒輪，以下同)〔11〕上的圓弧齒廓面構成嚙合副。行星輪〔10〕在轉軸〔1〕的驅動下作周轉運動。而中心輪〔11〕固定不動。中心輪〔11〕的齒形是單圓弧齒形，如附圖4所示，圖中O點為中心輪的幾何中心，OX為齒槽的對稱軸，齒廓圓弧K6K7K8的半徑為rZ，圓心OZ位於OX軸線上，LOOZ為中心輪的幾何中心O點到齒廓圓弧K6K7K8中心OZ的距離，齒頂圓半徑為Ra，齒頂部分齒廓是與圓弧齒廓相切並且與OX軸平行的直線段K6K，及K8K10。中心輪〔11〕的齒形也可以是依次相切的三圓弧構成的齒形，如附圖6所示，圖中O點為中心輪的幾何中心，OX為齒槽的對稱軸，齒廓圓弧K17K18及K19K20的半徑rZ4和rZ6相等，它們的圓心分別為O4和O6，齒底圓弧K18K19的半徑為rZ5，圓心O，位於OX軸上，齒頂部分齒廓是與圓弧齒廓相切並且與OX軸平行的直線段K17K22及K20K21。
單圓弧齒廓在次要的承載區段上的理論誤差比較大，傳動中同時嚙合的輪齒對數較少，通常適用於輕負荷條件下的減速傳動，如鐘錶及其他儀表機構和分度機構中的傳動;三圓弧齒輪的齒廓與正確齒廓的理論誤差值小於0.01毫米，誤差方向是使齒厚減薄，避免傳動的幹涉。傳動中，單個行星輪的同時承載齒數可達總齒數的1/7～1/5，因而適用於重負荷條件下的減速傳動。在工作條件相同情況下，體積和重量可比擺線針輪減速機構減少30%～35%。
設行星輪齒數為Z2(附圖1機構中是指圓弧齒輪的齒數，附圖2機構中是指針輪的針齒數)，中心輪的齒數為Z3(附圖1機構中是指針輪的針齒數，附圖2機構中是指圓弧內齒輪的齒數)，則機構的傳動比為i=12=-Z2Z3-Z2]]>式中ω1-輸入軸的角速度ω2-輸出軸的角速度與漸開線少齒差行星齒輪機構和擺線針輪行星傳動機構比較，本發明除了能實現大傳動比減速傳動以及多對齒同時承載嚙合等特點以外，還具有以下獨特之優點1.嚙合齒面壓力最大時所對應的嚙合角為0°，因而當載荷一定時，齒面壓力小，嚙合元素之間的滑動率低，機構的承載能力及傳動效率提高;
2.嚙合副元素的幾何形狀呈包容性，利於降低接觸應力;
3.嚙合副元素位於瞬心線圓以內，針齒中心的分布圓半徑小於(i12+1)e(e為偏心套〔2〕的偏心距)，因此在給定齒高的條件下可以獲得更小的機構尺寸;
4.內凹狀圓弧齒廓製造方便。
該傳動機構可在化工、礦山、冶金、國防、輕工、紡織、食品、製藥、建築工程等工業部門中廣泛應用。
附圖7是本發明的一個用於重負荷減速傳動的實施例構造示意圖。圖中，雙偏心套〔13〕與輸入軸〔12〕一起迴轉，圓弧齒行星齒輪〔15〕、〔16〕以180°相反方向安裝於偏心套〔13〕上，使機構保持基本平衡。行星齒輪〔15〕、〔16〕與針齒套〔17〕實現多齒同時嚙合。構件〔14〕、套筒〔18〕、傳動銷〔19〕、法蘭〔20〕及輸出軸〔21〕組成輸出機構。
根據附圖2所示的嚙合傳動方式，也可以採用兩個相反安裝的針輪作行星齒輪，此時中心輪採用圓弧內齒輪。當用於儀表機構或分度機構等輕負荷傳動時，通常只需要一隻行星齒輪與針輪嚙合傳動來實現大傳動比減速之目的。
權利要求
1.一種圓弧齒輪針輪行星嚙合傳動機構，它包括至少一個由轉軸[1]和偏心套[2]組成或者直接製成偏心軸的轉臂為輸入構件(或者為輸出構件)，至少一個行星輪和一個固定的中心輪構成的少齒差行星傳動機構，行星齒輪[3]與轉臂以轉動副連接，行星齒輪[3]的自轉運動通過行星齒輪[3]、套筒[7]、軸銷[8]和與輸出軸固定連接的法蘭盤[9]組成的軸銷式機構或者其他形式的機構輸出(或者輸入)，本發明的特徵是針齒套筒[4]與軸銷[5]以轉動副連接，軸銷[5]在圓周上均勻分布並固定在針輪座[6]上，針輪座[6]與機座固定連接，行星齒輪[3]的圓弧齒廓面與針齒套筒[4]的圓柱面構成嚙合副。
2.根據權利要求1所述的行星嚙合傳動機構，其特徵是行星齒輪〔3〕的齒形是單圓弧齒形K1K2K3，齒頂部分齒廓是與圓弧齒廓相切並且與OX軸平行的直線段K1K4和K3K5或行星齒輪〔3〕的齒形是依次相切的三圓弧構成的齒形K11K12、K12K13、K13K14，齒頂部分齒廓是與圓弧齒廓相切並且與OX軸平行的直線段K11K15和K14K16。
3.一種圓弧齒輪針輪行星嚙合傳動機構，它包括至少一個由轉軸〔1〕和偏心套〔2〕組成或者直接製成偏心軸的轉臂機構輸入(或者輸出)，至少一個行星輪〔10〕和一個固定的中心輪〔11〕構成的少齒差行星傳動機構，行星輪〔10〕與轉臂以轉動副連接，行星輪〔10〕的自轉運動通過由行星輪〔10〕、套筒〔7〕、輸銷〔8〕和與輸出軸固定連接的法蘭盤〔9〕組成的軸銷式機構或者其他型式的機構輸出(或者輸入)，本發明的特徵是針齒套筒〔4〕與軸銷〔5〕以轉動副連接，軸銷〔5〕在圓周上均勻分布並固定在行星輪〔10〕上，行星輪〔10〕上的針齒套筒〔4〕的圓柱面與中心輪〔11〕上的圓弧齒廓面構成嚙合副。
4.根據權利要求3所述的行星嚙合傳動機構，其特徵是中心輪〔11〕的齒形是單圓弧齒形K6K7K8，齒頂部分齒廓是與圓弧齒廓相切並且與OX軸平行的直線段K6K9和K8K10或中心輪〔11〕的齒形是依次相切的三圓弧構成的齒形K17K18、K18K19和K19K20，齒頂部分齒廓是與圓弧齒廓相切並且與OX軸平行的直線段K17K22和K20K21。
全文摘要
本發明的圓弧齒輪針輪行星嚙合傳動機構，其嚙合傳動副由圓弧齒輪齒面與針輪的針齒圓柱面構成，圓弧齒輪的齒廓曲線為單圓弧齒形或者由依次相切的三圓弧構成的齒形，該行星嚙合傳動機構運轉時，嚙合齒面壓力最大時所對應的嚙合角為0°，從而可有效地提高機構的承載能力及傳動效率，在工作條件相同情況下，體積和重量可比擺線針輪減速機構減少30％-35％。該傳動機構可在化工，礦山，冶金，國防，輕工紡織，食品，製藥，建築工程等工業部門中廣泛應用。
文檔編號F16H55/17GK1048441SQ8910453
公開日1991年1月9日 申請日期1989年6月30日 優先權日1989年6月30日
發明者石永剛 申請人:浙江大學