CN1116537C - 自由伸缩齿的齿轮减速器 - Google Patents

Abstract

一种自由伸缩齿的齿轮减速器，是一种新的单级传动系统，它以大传动比降低输入速度并且提供高的力矩量。在此系统中，输出旋转的方向可以与输入旋转的方向相同也可以相反。此传动系统含有一或者多个偏心元件(7)，它可类似于滑动接触元件(例如偏心轮)也可类似于滚动接触元件(例如辊子)，由这些偏心元件(7)驱动的自由伸缩齿(8)是内或者外配合齿轮(9)。就是说自由伸缩齿作为内或者外齿轮的齿工作，总之此系统是刚性体的传动系统但却是自由运动的，不同于常规的刚体传动系统也不同于常规的弹性动态传动系统。

Description

自由伸缩齿的齿轮减速器

本发明涉及一种自由伸缩齿的齿轮减速器，这是一个变速器系统。

在各种工业部门的旋转机器和设备中，使用着齿轮减速器进行所需要不同的转速和转矩的转变。

齿轮减速器的类型按照其特性，例如传动比、力矩、效率、刚度、体积、重量、耐磨性、人体工程学、噪声水平等，斟酌使用埸合的重要性进行决定。

近年来研发了用于各种目的的不同质量的新型齿轮减速器。

对于齿轮减速器和齿轮传动箱，高传动比、小体积和轻重量是重要的。正齿轮对的传动比只要加大，体积和级数就会增加。在蜗轮传动装置方面，与正齿轮相比传动比高、重量轻和体积小。但是在这种传动装置中需要传动比和力矩时，尺寸也会增加。这种传动系统中，体积得到很有效的利用，以至于把此系统装到内齿轮的中间而占据较小体积。此特征还使所述齿轮减速器能够放进马达盖中，或者放进受转动的机器中。

处于常规传动系统(例如外和内正齿轮、蜗轮传动系统)中的传动装置上啮合的齿数是一个。在球面蜗杆系统中此数达到2或者3。在行星齿轮系统中，受载的齿数取决于行星齿轮的数量并且达到5。但是在本系统中，受载齿轮的数量至少是齿数的10％，视在系统的偏心元件的数量而定。这个特征使对齿轮表面上的压力降低并且减少磨损。而且受载的齿数量越多就越能够得到较多的负载传递并且得到较大的转矩量。

现有各种齿轮传动装置中，任何损坏或者残破都会干扰工作或者完全不能工作。但是在本传动系统中，因为有大量的啮合齿，损坏了的齿周围的齿却还能继续工作。

在常规的齿轮箱中，要改变输出轴的旋转方向而不改变输入轴方向是不可能的。但是在本减速器中，不改变输入轴的方向而输出轴就可以沿两个方向旋转。

在可以装配进小的体积内的行星齿轮上，高速时会出现离心力，这取决于行星齿轮的质量。这产生了一些轴承和润滑的问题。在本发明的系统中，因为不具备行星齿轮那样的旋转质量，不会出现大的离心力。

在有高的传动比的谐波驱动齿轮减速器上，用弹簧材料制造的称为挠性线(flexline)的齿轮必须受到弹性弯曲以形成椭圆形。从而齿轮的齿至少在两段啮合。这使啮合的两个齿轮之间的齿差数是2或者更多。但是本传动系统的结构使之有可能在两个啮合的齿轮之间有一段齿啮合。这就是，内齿轮可以只用一个偏心元件与外齿轮啮合，这样它至少可以得到相当于谐波驱动齿轮减速器两倍的传动比。

在谐调驱动齿轮减速器系统上，功率和力矩越大，弹簧材料制造的齿轮的厚度越大，从而要克服的弹性力就越大。但是在本传动系统中不用改变内和外齿轮，而只有各个独立的齿轮的一个小弹簧出现阻抗。因此动力可高效地传输。

在常规的传动装置中，齿轮上的损伤或者磨损要更换传动装置。但是在本齿轮减速器中，需要时，每个独立的齿和系统的每个元件可以依个更换。这使修理的时间和费用大大地降低，也增加了减速器的寿命。

由于独立的齿可以不用特殊的工具就能方便地大量生产，产生周期和成本也降低了。

相对于具有活动齿(滑动齿、传动杆等)作为外齿的其他齿轮减速器和传动系统，甚直可在更小空间按序在一排中放置更多个活动齿，由此减小了齿轮和减速器的宽度。

本发明系统的结构既不是完全刚性的，也不是弹性弯曲的。一般地说，应当解释为具有线性移动部件的刚性系统。

附图简述：

图1：具有一个椭圆偏心轮(波动发生器)的驱动环；

图2：具有两个椭圆偏心轮(波动发生器)的驱动环；

图3：具有辊子元件(波动发生器)的驱动环；

图7a：自由伸缩齿是内齿轮的减速器(截面前视图)；

图7b：图7a的截面侧视图；

图10：一种不同于图7a和7b的结构；和

图11：减速器基本构件的另一种设置方式。

本系统有三个基本部分，它们是一个内齿轮、一个安装在它里面的外齿轮和一个波动发生器(驱动环)，为了运动，就是说，要么内齿，要么外齿是可以独立地运动，并且固定上述三个基本元件之一。

以图7a和7b的例子说明减速器运动的原理。在图中，与动力单元(即马达)连接的输入轴连接到一个驱动环上，它是做成一个椭圆偏心轮(波动发生器)1，而输出轴连接到外齿轮4上。

起内齿轮2作用的承载环是固定的。驱动环(波动发生器)可以做成几个形状，如图2、3所示。在波动发生器(驱动环)内部的承载环含有周围布置的齿3，后者可以在其孔内自由地运动。还没有由波动发生器(驱动环)上的偏心轮投入运动的自由伸缩齿(FST)，被自身的弹簧拉入孔内进入它们的孔中位置。同时这些齿的齿干从这些驱动环中突出到外面。

在此例中(图7a、b)，承载环固定在减速器的壳上。我是说内齿轮是固定的。位于承载环内侧的外齿轮4与输出轴连接。上述的所有这些部分放置在减速器壳中，同时输入轴6和输出轴在减速器体的两侧都装备有滚动接触轴承。

在输入轴旋转时，引起驱动环(波动发生器)转动。与椭圆偏心轮接触的自由伸缩齿的齿干开始向外齿轮运动并且与其齿啮合(图7b，B区)。偏心轮中心区压迫的自由伸缩齿已经与外齿轮的齿啮合。由于继续运动而减低了受偏心轮压力的齿在弹簧力的作用下从外齿轮齿脱开，然后被拉入它们在承载环中的孔中(图7b，D区)。

由于承载环中的齿数(FST)比外齿轮的齿数多，上述运动使输出轴连接到外齿轮上，在不同数量的这些啮合齿轮的齿中，按输入轴相反的方向旋转。例如，假定承载环中的齿数是Z₁＝251而，而承载环内的外齿轮上的齿数Z₂＝250。

结果传动比应当是：

i＝Z₂/(Z₂-Z₁)

i＝250/(250-251)＝-250

负号表示输出轴与输入轴转动方向相反。

上述输出轴逆输入转动方向转动。再用这些部分一次，输入轴连接到波发生器(驱动环)上，而输出轴连接到承载环上，并且把承载环内侧的外齿轮固定(图10)，则输出轴与输入轴传动方向相同。除了这些变通之外，还可以把承载环连接到输出轴上并且固定波动发生器(驱动环)  (图11)，在此情况下，输入和输出轴以同样的方向转动，但是传动比低。还可以将承载环连接到输出轴上，外齿轮连接到输入轴上并固定位波动发生器。

自由伸缩齿的序列以“之”字形排列放置在承载盘上。这种布局可以在自由伸缩齿以内齿轮齿的形式时采用，以增加齿孔的强度。

所述自由伸缩齿齿轮减速器用在需要高力矩、大传动比和小体积中的工业旋转机器上，特别是精确的角和线运动机械及校正系统中。

Claims (6)

1.一种齿轮传动系统，其特征在于，其基本元件含有一个起一个内齿轮作用的承载环(2)和一个放置在所述内齿轮中的外齿轮(4)，和一个波动发生器(1)，后者放在内齿轮上方并且有偏心元件。

2.根据权利要求1的齿轮传动系统，其特征在于，一个称为承载环(2)的并起不同于常规齿轮的内齿轮作用的元件之一，有可自由运动的齿(3)称为自由伸缩齿，它们向外侧向内侧运动(向着外齿轮(4))，这些齿在承载环(2)中周向分布，为了降低或者增加输入的运动，自由伸缩齿的数量应当多于外齿轮的齿数。

3.根据权利要求1或2的齿轮传动系统，其特征在于，所述系统可以没有系统自己的机壳，而形成在在主动或者从动机器的机壳中而完成同样的任务。

4.根据权利要求1或2的齿轮传动系统，其特征在于，外齿轮(4)、内齿轮(承载环)(2)和波动发生器(1)这三个基本元件之一必须固定，并且输入轴(6)和输出轴(5)必须连接到其它的基本元件上以减少或者升高输入运动，它使输出轴或者与输入轴的转动方向相同或者相反，这取决于固定元件和连接到输入和输出轴上的元件。

5.根据权利要求1或2的齿轮传动系统，其特征在于，如果承载环(2)是固定的，在这种情况下还没有由波动发生器带入运动的自由伸缩齿受它们自己的弹簧拉入到它们的孔的位置，但是它们的齿干突出在承载环的外侧(3)，就是说，这些齿还没有啮合，通过转动运动，波动发生器(1)上的偏心元件开始与齿轮齿干(3C)接触并且这些齿开始向内移动并且与外齿轮的齿啮合；以此方式，运动就传递到与输出轴连接的外齿轮；通过连续此运动，内齿轮的自由伸缩齿几乎完全啮合到区域C中，而在区域D，所述自由伸缩齿开始依次脱啮。

6.根据权利要求1或2的齿轮传动系统，其特征在于，所述自由伸缩齿可按“之”字形排成两排或更多排以增强齿孔强度。

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