專利名稱：章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳動(dòng)裝置，更具體地說(shuō)，涉及一種活齒嚙合的行星傳動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
在機(jī)械領(lǐng)域中，傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式采用齒輪傳動(dòng)；而嚙合齒通常又采用固定齒的形式，此種方式必須為嚙合保留一定的間隙。由于間隙的存在，不能滿足現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)于高承載能力、高精度、高可靠性、大速比、小體積機(jī)械傳動(dòng)的要求。為了消除間隙，彌補(bǔ)了常規(guī)齒輪傳動(dòng)的不足，現(xiàn)階段采用一種活動(dòng)的嚙合齒傳動(dòng)方式，該種方式能夠?qū)崿F(xiàn)零間隙傳動(dòng)。近年來(lái)，活齒傳動(dòng)的應(yīng)用主要集中在平面和圓柱面活齒傳動(dòng)方式。
如專利號(hào)為CN97123214.8的中國(guó)專利公開了一種擺線鋼球行星減速器，包括裝在輸入軸上的偏心軸和偏心軸兩側(cè)的平衡塊，偏心軸外裝有擺線行星輪，有與輸出軸連成一體的鋼球輪，擺線行星輪兩端均開有短幅擺線圓弧齒面的外齒輪，分別與端蓋、鋼球輪上的鋼球內(nèi)齒輪形成內(nèi)嚙合傳動(dòng)。該專利的擺線鋼球行星減速器以鋼球作為傳動(dòng)中介件，并采用偏心結(jié)構(gòu)以及一套等角速比機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。
而專利號(hào)為CN96241067.5的中國(guó)專利公開了一種高效擺動(dòng)活齒減速器，包括輸入軸，輸入軸上固聯(lián)的偏心圓凸輪外裝有轉(zhuǎn)臂軸承，轉(zhuǎn)臂軸承外裝激波環(huán)。激波環(huán)外側(cè)與一組擺動(dòng)活齒接觸。各擺動(dòng)活齒與活齒銷軸鉸接在活齒架上。擺動(dòng)活齒外側(cè)與中心輪接觸。傳動(dòng)時(shí)，擺動(dòng)活齒受激波器驅(qū)動(dòng)，與中心輪嚙合，在繞活齒銷軸擺動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)輸出軸低速轉(zhuǎn)動(dòng)。該專利也采用偏心結(jié)構(gòu)，省掉了輸出機(jī)構(gòu)，但其不足之處在于活齒在嚙合過(guò)程中線接觸，并處于滑滾嚙合狀態(tài)，不適合精密傳動(dòng)。
專利號(hào)為CN01108707.2的中國(guó)專利公開了一種空間凸輪活齒傳動(dòng)裝置，涉及少齒差活齒行星傳動(dòng)裝置，空間凸輪活齒嚙合副由端齒、活齒架、滾珠活齒、空間凸輪及調(diào)整墊片等組成。該嚙合副為精確的空間嚙合，設(shè)有調(diào)整墊片以調(diào)整嚙合的間隙，并利用活齒傳動(dòng)多齒嚙合的誤差均化作用實(shí)現(xiàn)精密傳動(dòng)。但該專利的傳動(dòng)裝置屬于空間圓柱面活齒傳動(dòng)，齒形推導(dǎo)較為復(fù)雜，僅能實(shí)現(xiàn)二齒差行星傳動(dòng)。
在煤炭工業(yè)出版社1997年12月出版、胡來(lái)瑢編著的《行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)與計(jì)算》一書中，第306-317頁(yè)詳細(xì)闡述了偏擺錐差行星傳動(dòng)的原理及結(jié)構(gòu)，其利用章動(dòng)的數(shù)學(xué)物理概念說(shuō)明其傳動(dòng)方式，通過(guò)采用帶有內(nèi)錐齒的偏擺錐齒輪實(shí)現(xiàn)了低速、大扭矩場(chǎng)合的多齒嚙合傳動(dòng)。但這種傳動(dòng)理論及技術(shù)的相對(duì)不成熟，沒(méi)用廣泛應(yīng)用，更不適用于精密傳動(dòng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述問(wèn)題，提供了一種章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置，是一種新型行星傳動(dòng)的裝置。解決了同類裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、傳動(dòng)效率低、承載能力低的問(wèn)題，適用于如機(jī)器人、精密機(jī)床、航空航天、精密測(cè)試儀器等精密伺服機(jī)構(gòu)的精密傳動(dòng)中。
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明構(gòu)造了一種章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置，包括插裝于端蓋2與機(jī)座5由支撐軸承25支撐的輸入軸1，以及插裝于軸承端蓋17中的輸出軸16，所述輸入軸1的偏置軸段位置通過(guò)軸承連接有章動(dòng)盤21；所述章動(dòng)盤21朝向所述輸入軸1的端面在圓周方向上通過(guò)間隔布置的第一鋼球組11球面活齒嚙合于固定盤7，所述固定盤7固定連接于機(jī)座5上；所述章動(dòng)盤21朝向所述輸出軸16的端面在圓周方向上通過(guò)間隔布置的第二鋼球組14球面活齒嚙合于轉(zhuǎn)動(dòng)盤19，所述轉(zhuǎn)動(dòng)盤19與所述機(jī)座5之間設(shè)置有軸承12，所述轉(zhuǎn)動(dòng)盤19連接于所述輸出軸16。
本發(fā)明一種章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置的進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述章動(dòng)盤21的二個(gè)端面設(shè)置有預(yù)緊蓋8，所述預(yù)緊蓋8與所述鋼球組11、14之間設(shè)有嚙合面。
本發(fā)明一種章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置的進(jìn)一步改進(jìn)還在于，所述章動(dòng)盤21與所述預(yù)緊蓋8之間通過(guò)預(yù)緊墊片以及預(yù)緊螺釘9實(shí)現(xiàn)連接；所述章動(dòng)盤21以及所述預(yù)緊蓋8與所述鋼球嚙合溝槽的截面形式為直線式或單圓弧式或雙圓弧式。
本發(fā)明一種章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置的進(jìn)一步改進(jìn)還在于，所述輸入軸1與所述偏置軸段位置成一體連接，或者所述輸入軸1通過(guò)鍵連接設(shè)置有偏置軸段套筒30。
通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明一種章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置利用章動(dòng)的數(shù)學(xué)物理概念，在偏擺錐差行星傳動(dòng)減速器的基礎(chǔ)上創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一種新型行星傳動(dòng)裝置。利用滾動(dòng)副鋼球?yàn)橹薪轶w，通過(guò)裝在輸入軸上的章動(dòng)盤分別與固定盤之間、輸出軸上的行星盤之間活齒的滾動(dòng)嚙合，實(shí)現(xiàn)恒速比的嚙合傳動(dòng)。本發(fā)明裝置的優(yōu)點(diǎn)為與少齒差行星減速器相比，節(jié)省了一套等角速比機(jī)構(gòu)，同樣也減少了零件數(shù)量，縮小了機(jī)構(gòu)體積。調(diào)整章動(dòng)盤上預(yù)緊蓋的位置，可以消除嚙合間隙，并利用活齒傳動(dòng)多齒嚙合的誤差均化作用，使本傳動(dòng)裝置獲得很高的傳動(dòng)精度；激波器分別與固定盤、轉(zhuǎn)動(dòng)盤在嚙合過(guò)程中形成精確的空間嚙合傳動(dòng)，并且齒廓曲線是連續(xù)的，消除了因齒廓不連續(xù)造成的嚙合沖擊；其同時(shí)嚙合齒數(shù)為所有鋼球的個(gè)數(shù)，承載能力高，可傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。本發(fā)明的傳動(dòng)裝置適合應(yīng)用于機(jī)器人、精密機(jī)床、航空航天、精密測(cè)試儀器等精密伺服機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)裝置中；具有傳動(dòng)精度高、傳動(dòng)剛度高、傳動(dòng)效率高、零件數(shù)量少、體積小、重量輕、傳動(dòng)比大、壽命長(zhǎng)、承載能力大以及無(wú)需輸出機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。
圖1是本發(fā)明章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置固定盤的齒槽結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)盤的齒槽結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是相對(duì)圖3中轉(zhuǎn)動(dòng)盤反向旋轉(zhuǎn)的齒槽結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置的齒形推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型示意圖；圖6是本發(fā)明章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置章動(dòng)盤與鋼球嚙合副的直線式溝槽截面示意圖；圖7是本發(fā)明章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置章動(dòng)盤與鋼球嚙合副的單圓弧式溝槽截面示意圖；圖8是本發(fā)明章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置章動(dòng)盤與鋼球嚙合副的雙圓弧式溝槽截面示意圖；圖9是本發(fā)明章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置輸入軸設(shè)置偏置軸段套筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1中1輸入軸、2軸承端蓋、5機(jī)座、7固定盤、8預(yù)緊蓋、9預(yù)緊蓋螺釘、10預(yù)緊蓋墊片、11第一鋼球組、12軸承、13套筒、14第二鋼球組、15墊片、16輸出軸、17軸承端蓋、19轉(zhuǎn)動(dòng)盤、20轉(zhuǎn)動(dòng)盤齒槽、21章動(dòng)盤、22固定盤齒槽、23套筒、24軸承、25支撐軸承、26密封圈具體實(shí)施方式
如圖1所示本發(fā)明章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)，其中，章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置，包括插裝于端蓋2與機(jī)座5由支撐軸承25支撐的輸入軸1，以及插裝于軸承端蓋17中的輸出軸16；端蓋2以及軸承端蓋17通過(guò)螺釘固定于機(jī)座5上，端蓋與機(jī)座的連接部位設(shè)置有墊片15，端蓋2與輸入軸1的連接位置由密封圈26密封。輸入軸1的偏置軸段位置通過(guò)軸承連接有章動(dòng)盤21。輸入軸偏置軸段位置，在大批量生產(chǎn)時(shí)，為了降低成本、保證加工效率，可以將其與輸入軸制為一體；也可以采用輸入軸上設(shè)置偏置軸段套筒30實(shí)現(xiàn)，如圖9所示，套筒30再與章動(dòng)盤通過(guò)軸承連接，此種方式可以保證裝置的靈活更換并提高零件的使用壽命。此外，章動(dòng)盤21朝向輸入軸1的端面在其圓周方向上通過(guò)間隔布置的第一鋼球組11球面活齒嚙合于固定盤7，固定盤7固定連接于機(jī)座5上；章動(dòng)盤21朝向輸出軸16的端面在圓周方向上通過(guò)間隔布置的第二鋼球組14球面活齒嚙合于轉(zhuǎn)動(dòng)盤19，轉(zhuǎn)動(dòng)盤19與機(jī)座5之間設(shè)置有軸承12，轉(zhuǎn)動(dòng)盤19與輸出軸16連接。
章動(dòng)盤21的端面通過(guò)預(yù)緊墊片10以及預(yù)緊螺釘9設(shè)置有預(yù)緊蓋8，預(yù)緊蓋8與鋼球組11、14之間設(shè)有嚙合面。如圖6所示，章動(dòng)盤21以及預(yù)緊蓋8與鋼球嚙合溝槽的截面形式為直線式，也可采用圖7所示的單圓弧式或圖8所示的雙圓弧式。
本發(fā)明的章動(dòng)活齒傳動(dòng)減速裝置的工作原理為首先主體內(nèi)裝有輸入軸、章動(dòng)盤、鋼球、固定盤、轉(zhuǎn)動(dòng)盤，以及它們組成的空間球面活齒嚙合副；利用滾動(dòng)副鋼球?yàn)橹薪轶w，通過(guò)裝在輸入軸上的章動(dòng)盤分別與固定盤之間、輸出軸上的行星盤之間活齒的滾動(dòng)嚙合，實(shí)現(xiàn)恒速比的嚙合傳動(dòng)。滾動(dòng)副鋼球?yàn)橹薪轶w，通過(guò)調(diào)整章動(dòng)盤上的預(yù)緊蓋，可以調(diào)整鋼球的嚙合狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)過(guò)程的無(wú)回差嚙合。空間球面活齒嚙合副包括固定盤齒廓為鋼球沿球面上發(fā)生偏擺運(yùn)動(dòng)而形成的空間曲面。減速裝置傳動(dòng)比的大小取決于章動(dòng)盤軸線與輸入軸的軸線之間的夾角α和章動(dòng)盤上裝載鋼球球心與章動(dòng)盤軸線的夾角β。綜合考慮減速裝置的性能，α角的取值范圍最優(yōu)取值在8-20度。通過(guò)改變?cè)摻嵌瓤梢垣@得不同的傳動(dòng)比；當(dāng)然，根據(jù)章動(dòng)運(yùn)動(dòng)的原理，改變章動(dòng)盤上通過(guò)預(yù)緊蓋預(yù)緊的鋼球中心與章動(dòng)盤軸線的夾角β的大小，也可以獲得不同的傳動(dòng)比；轉(zhuǎn)動(dòng)盤，其齒廓為鋼球沿球面上發(fā)生偏擺運(yùn)動(dòng)并與轉(zhuǎn)動(dòng)盤產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)而形成的空間曲面。輸入軸、章動(dòng)盤組成空間球面活齒傳動(dòng)的激波器，激波器使固定盤齒廓產(chǎn)生的波數(shù)與激波器使轉(zhuǎn)動(dòng)盤齒廓產(chǎn)生的波數(shù)相差1，即產(chǎn)生一齒差行星傳動(dòng)。
通過(guò)建立圖5所示本發(fā)明章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置的齒形推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型；可求解固定盤、轉(zhuǎn)動(dòng)盤的齒廓結(jié)構(gòu)。公知技術(shù)，繞坐標(biāo)軸回轉(zhuǎn)的變換矩陣如下
Ekθ=cosθ-sinθ0sinθcosθ0001,Ejθ=cosθ0sinθ010-sinθ0cosθ,Eiθ=1000cosθ-sinθ0sinθcosθ]]>其中Ekθ、Ejθ、Eiθ為別為繞圖中k、j、i軸旋轉(zhuǎn)θ角的變換矩陣根據(jù)上述空間機(jī)構(gòu)繞坐標(biāo)軸回轉(zhuǎn)的變換矩陣推導(dǎo)如下公式設(shè) 為固定盤側(cè)鋼球球心位置向量，其中 如圖4所示，r0為空間球面中鋼球中心到坐標(biāo)系原點(diǎn)O0的半徑值；β為章動(dòng)盤半剖面中對(duì)角線處鋼球球心連線與章動(dòng)盤軸線的夾角，β如圖1所示，取β1=β2=π2-β]]>Eω(2mπ/Zb1)繞任意軸ω回轉(zhuǎn)的變換矩陣，m取(0，……，Zb1-1)，Zb1為第一鋼球組中鋼球的數(shù)量Ej(α+β1)繞任意軸j回轉(zhuǎn)的變換矩陣，回轉(zhuǎn)角度(α+β1)Eω章動(dòng)盤繞ω軸回轉(zhuǎn)角的變換矩陣Ekθ章動(dòng)盤繞k軸回轉(zhuǎn)θ角的變換矩陣其中，為章動(dòng)盤轉(zhuǎn)過(guò)的角度，＝-θ，θ為輸入軸的角度Zb1＝Zb2(設(shè)計(jì)時(shí)) 為輸入軸轉(zhuǎn)過(guò)θ角度時(shí)， 向量所處的位置則R0＝(r0，0，0)TP0＝Ew(2mπ/zb1)Ej(α+β1)R0P1＝EwEkθP0＝-θ其中， (λ，μ，ν)T＝(cosθsinα，sinθsinα，cosα)T同理，設(shè) 為第二鋼球組球心的位置向量Zb2為第二鋼球組的鋼球數(shù)量 為輸入軸轉(zhuǎn)過(guò)θ角時(shí) 向量所處的位置 為輸出軸相對(duì)于輸入軸轉(zhuǎn)過(guò)角度γ時(shí)的位置向量則Q0＝Ew(2nπ/Zb2)Ej(α+β2)R0Q1＝E-wθEkθQ0R1＝E-kγQ1γ=±1Inθ]]>In＝Zb1-1＝Zb2-1注若輸入軸轉(zhuǎn)過(guò)θ角，輸出軸相對(duì)轉(zhuǎn)過(guò) 傳動(dòng)比i=θ±1Inθ=±In,]]>即In為傳動(dòng)比數(shù)值因此，根據(jù)上述數(shù)學(xué)模型，輸入特定r0、α、β等參數(shù)后，即可求取相對(duì)固定盤側(cè)鋼球中心位置 轉(zhuǎn)動(dòng)θ角時(shí)的 向量；也可求取輸出軸轉(zhuǎn)過(guò)γ=±1Inθ]]>角時(shí)的位置向量。因此也就可以根據(jù)上述的數(shù)學(xué)模型，建立固定盤齒槽和轉(zhuǎn)動(dòng)盤齒槽的理論齒廓曲線。在數(shù)控加工中，根據(jù)上述模型可求得空間直角坐標(biāo)系X、Y、Z的坐標(biāo)值，繼而實(shí)現(xiàn)齒廓的加工。
圖2和圖3中是本發(fā)明章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置在傳動(dòng)比為18情況下的齒廓曲線圖，圖2為固定盤齒槽22的齒廓曲線形狀結(jié)構(gòu)；圖3是轉(zhuǎn)動(dòng)盤齒槽20的齒廓曲線形狀結(jié)構(gòu)；圖4是相對(duì)圖3中轉(zhuǎn)動(dòng)盤反向旋轉(zhuǎn)的齒槽結(jié)構(gòu)曲線圖。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置，包括插裝于端蓋(2)與機(jī)座(5)由支撐軸承(25)支撐的輸入軸(1)，以及插裝于軸承端蓋(17)中的輸出軸(16)，其特征在于，所述輸入軸(1)的偏置軸段位置通過(guò)軸承連接有章動(dòng)盤(21)；所述章動(dòng)盤(21)朝向所述輸入軸(1)的端面在圓周方向上通過(guò)間隔布置的第一鋼球組(11)球面活齒嚙合于固定盤(7)，所述固定盤(7)固定連接于機(jī)座(5)上；所述章動(dòng)盤(21)朝向所述輸出軸(16)的端面在圓周方向上通過(guò)間隔布置的第二鋼球組(14)球面活齒嚙合于轉(zhuǎn)動(dòng)盤(19)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)盤(19)與所述機(jī)座(5)之間設(shè)置有軸承(12)，所述轉(zhuǎn)動(dòng)盤(19)連接于所述輸出軸(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置，其特征在于，所述章動(dòng)盤(21)的二個(gè)端面設(shè)置有預(yù)緊蓋(8)，所述預(yù)緊蓋(8)與所述鋼球組(11、14)之間設(shè)有嚙合面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置，其特征在于，所述章動(dòng)盤(21)與所述預(yù)緊蓋(8)之間通過(guò)預(yù)緊墊片以及預(yù)緊螺釘(9)實(shí)現(xiàn)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置，其特征在于，所述章動(dòng)盤(21)以及所述預(yù)緊蓋(8)與所述鋼球嚙合溝槽的截面形式為直線式或單圓弧式或雙圓弧式。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置，其特征在于，所述輸入軸(1)與所述偏置軸段位置成一體連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置，其特征在于，所述輸入軸(1)通過(guò)鍵連接設(shè)置有偏置軸段套筒(30)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種章動(dòng)活齒傳動(dòng)裝置，包括輸入軸、輸出軸；輸入軸的偏置軸段位置通過(guò)軸承連接有章動(dòng)盤；章動(dòng)盤朝向輸入軸的端面在圓周方向上通過(guò)間隔布置的第一鋼球組球面活齒嚙合于固定盤，固定盤固定連接于機(jī)座上；章動(dòng)盤朝向輸出軸的端面在圓周方向上通過(guò)間隔布置的第二鋼球組球面活齒嚙合于轉(zhuǎn)動(dòng)盤，轉(zhuǎn)動(dòng)盤與機(jī)座之間設(shè)置有軸承。利用滾動(dòng)副鋼球?yàn)橹薪轶w，通過(guò)章動(dòng)盤分別與固定盤之間、輸出軸上的行星轉(zhuǎn)動(dòng)盤之間活齒的滾動(dòng)嚙合，實(shí)現(xiàn)恒速比的嚙合傳動(dòng)。本裝置適用于精密傳動(dòng)裝置中；具有傳動(dòng)精度高、傳動(dòng)剛度高、傳動(dòng)效率高、零件數(shù)量少、體積小、重量輕、傳動(dòng)比大、壽命長(zhǎng)、承載能力大以及無(wú)需輸出機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F16H13/08GK1687613SQ20051007824
公開日2005年10月26日 申請(qǐng)日期2005年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月7日
發(fā)明者王廣欣, 朱莉莉 申請(qǐng)人:大連交通大學(xué)