CN103307214B - 一种少齿差共面双内啮合齿轮及采用其的减速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种少齿差共面双内啮合齿轮及采用其的减速器，包括两对共面的内啮合齿轮副，所述两对共面的内啮合的齿轮副为相互啮合的共面外层内齿轮和外层外齿轮，内层内齿轮和内层外齿轮，且外层内齿轮、外层外齿轮、内层内齿轮和内层外齿轮从外到内依次设置，所述外层外齿轮和内层外齿轮固定连接。在使用时，齿轮套套在偏心轴或转臂轴承上，与输入轴相连，输入轴驱动齿轮套，齿轮套上其中一个齿轮与相应的齿轮啮合，此时齿轮套作行星运动，齿轮套上另一个齿轮与输出齿轮啮合，输出齿轮与输出轴相连。用在少齿差减速机构中，使系统体积，特别是轴向尺寸更小，结构更简单、紧凑，同时能够较大的减少轴承受力。

Description

一种少齿差共面双内啮合齿轮及采用其的减速器

技术领域

本发明涉及齿轮传动领域，尤其涉及一种少齿差共面双内啮合齿轮及采用其的减速器。

背景技术

目前机器人或机械手当中减速器是提高机器人性能的一个瓶颈。特别是负载较重关节，像膝关节或踝关节，减速器的性能更是关键。目前机器人关节中采用的减速器主要有谐波减速器和RV减速器。

谐波减速器目前在国际、国内市场都有销售。谐波减速器中有一个柔轮，其刚度较差，影响关节的刚度，而且在负载大时容易出现跳齿问题。RV减速器刚度和承受的力矩都较大，适于做机器人关节减速器使用，但是，其中零部件多且要求制造精度高，工艺复杂。

目前输出力矩较大的几种减速器有，我国学者提出的三环减速器、内平动齿轮减速器、以及国际上出现的RV减速器等几种。这几种减速器都属于少齿差内啮合传动。其特点是齿轮能够承受的负载大，但是轴承却是薄弱环节，包括其中效果最好的RV减速器也是如此，其承载能力受轴承承载能力的限制。最近国内出现一项专利，即一种少齿差双内啮合解决方案。据说可以解决轴承受力过大的问题。但是经过静力分析，我们发现，只有当其轴向尺寸较大时才能发挥其优点，否则轴承受力基本不变，而且该方案只能单边驱动，不能形成一个力偶。

发明内容

本发明解决的一个技术问题就是，提出一种少齿差共面双内啮合齿轮，两组少齿差内啮合齿轮共面，且轴向尺寸小，降低了减速器的轴向尺寸；且输出力矩大。通过共面的设计，轴承受力更小，能降低到负载的五分之一或四分之一，即在相同轴承受力情况下，大大提高了负载能力；

本发明解决的另一个技术问题就是，提出一种采用少齿差共面双内啮合齿轮的减速器，减小了减速器的轴向尺寸，能够两个方向驱动，能够形成一个力偶。

为了解决上述问题，本发明提供一种少齿差共面双内啮合齿轮，包括两对共面的内啮合齿轮副，其中，

所述两对共面的内啮合的齿轮副为相互啮合的共面外层内齿轮和外层外齿轮，内层内齿轮和内层外齿轮，且外层内齿轮、外层外齿轮、内层内齿轮和内层外齿轮从外到内依次设置；

所述外层外齿轮和内层外齿轮固定连接。

作为上述少齿差共面双内啮合齿轮的一种优选方案，所述内齿轮和外齿轮的齿廓曲线为渐开线曲线。

作为上述少齿差共面双内啮合齿轮的一种优选方案，所述内齿轮和外齿轮的齿廓曲线为摆线曲线或短幅摆线或短幅摆线的等距曲线。

一种减速器，包括至少一个如以上所述的少齿差共面双内啮合齿轮，其特征在于，还包括机架、输入偏心轴或输出轴，所述内层外齿轮套通过轴承与圆环连接，圆环通过轴承固设在输入偏心轴上，所述外层内齿轮、内层内齿轮其中之一与机架连接，另一个与输出轴连接。

作为上述减速器的一种优选方案，包括两个对称设置的少齿差共面双内啮合齿轮。

作为上述减速器的一种优选方案，所述输入轴具有两个相位相差180度的偏心轴、或偏心套或偏心轴承，且两个内层外齿轮通过圆环分别套设在两个偏心轴、或偏心套、偏心轴承上。

作为上述减速器的一种优选方案，两个所述外层内齿轮和两个内层内齿轮均为一体式结构。

作为上述减速器的一种优选方案，所述外层内齿轮固定在机架上，所述内层外齿轮与输出轴连接。

作为上述减速器的一种优选方案，还包括中间支架，所述内层内齿轮通过中间支架与输出轴连接，且所述中间支架与内层内齿轮固定连接。

作为上述减速器的一种优选方案，还包括圆环，所述圆环包括内环、外环，以及连接内环和外环的肋板，所述外环与内层外齿轮通过滑动轴承或滚动轴承连接，所述内环通过轴承与输入偏心轴连接。

本发明的有益效果为：本发明通过提供一种少齿差共面双内啮合齿轮，其包括两对共面的内啮合齿轮副，且还包括一个齿轮套，两个外齿轮或两个内齿轮之间通过齿轮套固定连接；在使用时，齿轮套套在偏心轴或转臂轴承上，与输入轴相连，输入轴驱动齿轮套，齿轮套上其中一个齿轮与相应的齿轮啮合，此时齿轮套作行星运动，齿轮套上另一个齿轮与输出齿轮啮合，输出齿轮与输出轴相连。用在少齿差减速机构中，使系统体积，特别是轴向尺寸更小，结构更简单、紧凑，同时能够较大的减少轴承受力。

附图说明

图1为本发明应用实例提供的少齿差共面双内啮合齿轮的渐开线齿廓的结构示意图；

图2为本发明应用实例提供的少齿差共面双内啮合齿轮的渐开线齿廓的爆炸示意图；

图3为本发明应用实例提供的少齿差共面双内啮合齿轮的摆线齿廓的结构示意图。

图4为本发明应用实例提供的少齿差共面双内啮合齿轮的内层内齿轮输出的结构示意图；

图5为本发明应用实例提供的少齿差共面双内啮合齿轮的外层内齿轮输出的结构示意图；

图6为本发明应用实例提供的减速器的内部结构示意图；

图7为本发明应用实例提供的减速器的立体结构示意图；

图8为本发明应用实例提供的圆环与外齿轮配合的结构示意图；

图9为本发明应用实例提供的中间支架的结构示意图；

图10为本发明应用实例提供的中间支架的立体结构示意图；

图11为图9中“A-A”向的结构示意图；

其中：

1：内层内齿轮；2：外层外齿轮；3：内层外齿轮；4：外层内齿轮；5：齿轮套；6：圆环；7：输入偏心轴；8：中间支架；9：输出轴；10：轴承。

具体实施方式

下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1至图5所示，实施方式提供了一种少齿差共面双内啮合齿轮，其包括两对共面的内啮合齿轮副，上述两对共面的内啮合的齿轮副为相互啮合的共面外层内齿轮4和外层外齿轮2，内层内齿轮1和内层外齿轮3，且外层内齿轮4、外层外齿轮2、内层内齿轮1和内层外齿轮3从外到内依次设置。

且外层外齿轮2和内层外齿轮3固定连接。优选的，外层外齿轮2和内层外齿轮3之间还设置有一个齿轮套5，两个外齿轮之间通过齿轮套5固定连接。当然也不排除外层外齿轮2和内层外齿轮3为一体式结构。

如图1、图2所示，优选的，上述内齿轮和外齿轮的齿廓曲线为渐开线曲线，或如图3所示的摆线曲线或短幅摆线或短幅摆线的等距曲线，当然齿轮的齿廓曲线也不仅限于上述两种曲线。

本实施方式提供的少齿差共面双内啮合齿轮，在使用时，内层外齿轮3套设在输入偏心轴7上。外层内齿轮4或内层内齿轮1其中之一与机架连接，另一个与输出轴9连接。为了对上述少齿差共面双内啮合齿轮进行详细的说明，本实施方式对外层内齿轮和内层内齿轮中一个固定另一个输出，两种工作方案进行详细的说明：

当内层内齿轮输出时，如图4所示，外层内齿轮4与机架固定，内层内齿轮1与输出轴固定。内层内齿轮1齿数为z₁,与之啮合的内层外齿轮3的齿数为z₂，最外固定的外层内齿轮4齿数为z₄，与之啮合的外层外齿轮2齿数为z₃，输入轴H偏心距h，则减速比可表示为

$i_{1H}=1-\frac{z_4{z}_2}{z_3{z}_1},$

假设z₁=40,z₂=39,z₃=63,z₄=64，则i_1H=1/105，i_H1=105，即在很小的体积实现较大的传动比。

当外层内齿轮输出时，如图5所示，内层内齿轮1与机架固定，外层内齿轮4与输出轴固定。外层内齿轮4的齿数为z₄，与之啮合的外层外齿轮2的齿数为z₂，固定的内层内齿轮1齿数为z₁，与之啮合的内层外齿轮3齿数为z₃，输入轴H偏心距h，则减速比可表示为

$i_{4H}=1-\frac{z_1{z}_3}{z_2{z}_4},$

假设z₁=40,z₂=39,z₃=63,z₄=64，则i_4H=-1/104，i_H4=-104，负号表示输出转动方向与输入转动方向相反，即在很小的体积实现较大的传动比。

如图6至图11所示，本实施方式还提供了一种采用上述少齿差共面双内啮合齿轮的减速器，其包括机架、输入偏心轴7和输出轴9，其中内层外齿轮3通过圆环套设在输入偏心轴7上，外层内齿轮4、内层内齿轮1其中之一与机架连接，另一个与输出轴9连接。

为了提高减速器运转的平稳性，平衡齿轮作行星运动带来的惯性力，本实施方式采用两个对称设置的少齿差共面双内啮合齿轮，在此需要说明的是减速器无论采用一个少齿差共面双内啮合齿轮或者两个对称设置的少齿差共面双内啮合齿轮，其对减速器的运动状态均没有影响。

上述输入偏心轴7具有两个相位相差180度的偏心轴、偏心套或偏心轴承，且两个内层外齿3轮通过圆环分别套设在两个偏心轴、偏心套或偏心轴承上。优选的，上述输入偏心轴7具有两个相位相差180度的偏心轴，且两个内层外齿3轮通过圆环分别套设在两个偏心轴上。

优选的，两个外层内齿轮4和内层内齿轮1均为一体式结构，一体式结构能够增加齿轮的结构强度，且便于生产和安装。且外层内齿轮4固定在机架上，内层内齿轮1与输出轴9连接。

上述减速器还包括中间支架8，内层内齿轮1通过中间支架8与输出轴9连接，且中间支架8与内层内齿轮1固定连接。

上述减速器还包括圆环6，该圆环6包括内环、外环，以及连接内环和外环的肋板，其中，外环与内层外齿轮3通过滚动轴承或滑动轴承连接，内环通过轴承10与输入偏心轴7连接。

上述减速器运行状态为：动力通过输入偏心轴7输入，其轴线与系统中心线重合，通过轴承约束。偏心轴上的偏心部分，通过轴承10和圆环6为齿轮套5和内层外齿轮3提供动力，内层外齿轮3由于固定外层内齿轮4的约束，运动状态是既绕偏心轴中心转动，又绕自身中心转动，与齿轮套5固连的外层外齿轮2也是既绕偏心轴转中心动，又绕自身中心转动，通过与定轴转动的内层内齿轮1啮合，将动力传到内层内齿轮1上，内层内齿轮1与做定轴转动的中间支架8固定连接，并通过与中间支架8固定连接的输出轴9将动力输出。

上述减速器是以内层内齿轮输出为例进行说明的，外层内齿轮输出与上述结构类似，在此就不做详细论述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种少齿差共面双内啮合齿轮，包括两对共面的内啮合齿轮副，其特征在于，

所述两对共面的内啮合的齿轮副为相互啮合的共面外层内齿轮和外层外齿轮，内层内齿轮和内层外齿轮，且外层内齿轮、外层外齿轮、内层内齿轮和内层外齿轮从外到内依次设置；

所述外层外齿轮和内层外齿轮固定连接。

2.如权利要求1所述的少齿差共面双内啮合齿轮，其特征在于，所述内齿轮和外齿轮的齿廓曲线为渐开线曲线。

3.如权利要求1所述的少齿差共面双内啮合齿轮，其特征在于，所述内齿轮和外齿轮的齿廓曲线为摆线曲线或短幅摆线或短幅摆线的等距曲线。

4.一种减速器，包括至少一个如权利要求1所述的少齿差共面双内啮合齿轮，其特征在于，还包括机架、输入偏心轴或输出轴，所述内层外齿轮通过圆环套设在输入偏心轴上，所述外层内齿轮、内层内齿轮其中之一与机架连接，另一个与输出轴连接。

5.如权利要求4所述的减速器，其特征在于，包括两个对称设置的少齿差共面双内啮合齿轮。

6.如权利要求5所述的减速器，其特征在于，所述输入轴具有两个相位相差180度的偏心轴、偏心套或偏心轴承，且两个内层外齿轮分别通过圆环套设在两个偏心轴、偏心套或偏心轴承上。

7.如权利要求6所述的减速器，其特征在于，两个所述外层内齿轮和两个内层内齿轮均为一体式结构。

8.如权利要求7所述的减速器，其特征在于，所述外层内齿轮固定在机架上，所述内层外齿轮与输出轴连接。

9.如权利要求8所述的减速器，其特征在于，还包括中间支架，所述内层内齿轮通过中间支架与输出轴连接，且所述中间支架与内层内齿轮固定连接。

10.如权利要求9所述的减速器，其特征在于，还包括圆环，所述圆环包括内环、外环，以及连接内环和外环的肋板，所述外环与内层外齿轮通过滚动轴承或滑动轴承连接，所述内环通过轴承与输入偏心轴连接。