一種弧齒擺線行星齒輪減速器的制作方法
本發明涉及一種弧齒擺線行星齒輪減速器，用于代替傳統的漸開線行星齒輪減速器。
背景技術：
行星減速器作為一種減速傳動部件，承受的扭矩和沖擊載荷較大，傳統的漸開線齒輪的承載能力有限，在大的載荷下變形過大，因此傳動的剛性較差，回轉誤差增大，限制了行星齒輪的傳動能力和精度的提升。另外，增加行星減速器剛性的傳統方法是增加行星輪的個數，但行星輪的個數受到裝配條件與齒輪精度的限制。采用均布行星輪的裝配條件是齒圈的齒數和太陽輪的齒數之和再除以行星輪個數的數值必須是整數，因而在滿足裝配條件下由于受安裝空間的限制能安裝的行星輪個數是有限的，行星輪越多制約的條件就越多，這難以適應高剛度減速器的需求。傳統的行星齒輪減速器的行星輪既要同內齒圈嚙合，又同時和中心輪嚙合，磨損嚴重，壽命減短。
技術實現要素：
本發明針對現有技術中行星齒輪減速器結構存在的問題。提供一種弧齒擺線行星齒輪減速器，以克服行星輪設置數量受限，磨損嚴重，壽命減短的問題。
本發明的目的是這樣實現的，一種弧齒擺線行星齒輪減速器，包括太陽輪、行星齒輪組件和與行星齒輪組件嚙合的內齒圈，所述行星齒輪組件通過行星架支承連接，所述行星齒輪組件包括行星軸，所述行星軸兩端與行星架固定支承連接，所述行星軸上轉動連接有與太陽輪嚙合的弧齒擺線齒輪，所述太陽輪的輪齒也為弧齒擺線齒輪，所述弧齒擺線齒輪軸向兩側的行星軸上對稱設有直齒擺線齒輪，所述弧齒擺線齒輪與兩側的直齒擺線齒輪通過若干軸向貫穿各齒輪盤的鎖緊螺栓固定，所述直齒擺線齒輪與外周的內齒圈嚙合，所述太陽輪與輸入軸一體設置，所述行星架與輸出軸一體設置。
本發明的弧齒擺線行星齒輪減速器與現有技術中漸形線行星齒輪減速器相比具有以下有益效果：采用弧齒擺線齒輪代替現有的漸開線齒輪，在相同的尺寸下提高了行星齒輪的傳動剛性，增大了行星齒輪的承載能力，并且減小回轉誤差，提高傳動精度；2)行星輪采用齒輪組的形式，分別設置與太陽輪和內齒圈跪倒的齒輪，減少行星輪的磨損，以提高齒輪的使用壽命，并且在有限的空間內可以實現均勻的安裝更多個數的行星輪組，提高行星減速器的承載能力。
作為本發明的進一步改進，所述弧齒擺線齒輪沿軸向的齒形為圓弧形，所述弧齒擺線齒輪的齒峰輪廓是被分度圓所截的圓弧形，所述弧齒擺線齒輪的齒槽輪廓為與齒峰的圓弧形共軛的擺線形，所述齒峰輪廓位于分度圓外側，所述齒谷輪廓位于分度圓內側，并且齒峰輪廓和齒谷輪廓在分度圓處的壓力角相等。采用本發明的弧齒擺線齒輪的齒輪副在嚙合時，是齒峰與齒谷的嚙合，也就是凹面與凸面的嚙合，這有別于漸開線齒輪凸面與凸面的嚙合，因此這樣的嚙合傳動更加平穩，傳動的功率更大。同時，本發明的弧齒線擺線輪，彌補由于擺線輪嚙合重合度低，不能用作傳動齒輪使用的缺點。
為便于行星齒輪減速器的安裝連接，所述弧齒擺線齒輪和兩側的直齒擺線齒輪的軸向內部固定連接有軸套，所述軸套內并排設有一對滾針軸承，所述滾針軸承與行星軸支承連接，兩側的直齒擺線齒輪的外側分別設有擋圈，所述檔圈與對應的直齒擺線齒輪固定連接，所述行星軸固定支承于行星架上。
為進一步便于行星輪和太陽輪安裝， 所述行星架設有用于容納太陽輪的中心腔，所述中心腔外周連通設有用于容納行星齒輪組件的行星座，所述行星座的數量與行星齒輪組件的套數相同，所述中心腔沿軸向的一側敞開，另一側一體連接輸出軸,所述行星架外周的前側和后側分別通過第一軸承與前外殼轉動連接,所述太陽輪的中心軸前端和后端與行星架之間通過第二軸承支承連接,所述太陽輪的輸入軸端外周設有后外殼,所述前外殼和后外殼的周向通過若干螺栓固定，所述內齒圈固定安裝在前外殼的內周。
附圖說明
圖1為本發明的弧齒擺線行星齒輪減速器結構示意圖。
圖2為行星齒輪組件的結構示意圖。
圖3為行星齒輪組件的外形主視圖。
圖4為圖3的左視圖。
圖5為弧齒擺絲齒輪的軸截面圖。
圖6為弧齒擺線齒輪的軸向展開圖。
圖7為弧齒擺線齒輪一個齒的局部放大圖。
圖8為一對弧齒擺線齒輪的嚙合示意圖。
圖9為弧齒擺線齒輪旋轉任意角度的齒谷曲線示意圖。
圖10為弧齒擺線齒輪的齒線坐標系。
圖11為圖10沿xoy平面所截的一個齒輪齒廓的示意圖。
圖12為弧齒擺線齒輪的周向展開圖。
圖13為弧齒擺線齒輪的齒形位置角θ的示意圖。
其中，1 前外殼；2后外殼；3內齒圈；4行星齒輪組件；401弧齒擺線齒輪；401A齒峰；401B齒谷；401C分度圓；402直齒擺線齒輪；403軸套；404擋圈；405行星軸；406滾針軸承；407鎖緊螺栓；5太陽輪；5A輸入軸；6行星架；6A輸出軸；7第一軸承；8第二軸承。
具體實施方式
如圖1所示，為本發明的行星弧齒擺線行星齒輪減速器，包括太陽輪5、行星齒輪組件4和與行星齒輪組件4嚙合的內齒圈3，行星齒輪組件4通過行星架6支承連接；如圖1—圖4所示，行星齒輪組4件包括行星軸405，行星軸405兩端與行星架6固定支承連接，行星軸405上轉動連接有與太陽輪5嚙合的弧齒擺線齒輪401，太陽輪5的輪齒也為弧齒擺線齒輪，弧齒擺線齒輪401軸向兩側的行星軸405上對稱設有直齒擺線齒輪402，弧齒擺線齒輪401與兩側的直齒擺線齒輪402通過若干軸向貫穿各齒輪盤的鎖緊螺栓407固定，直齒擺線齒輪402與外周的內齒圈3嚙合，太陽輪5與輸入軸5A一體設置，行星架6與輸出軸6A一體設置。
為提高傳動的平衡性，本發明的弧齒擺線齒輪401如圖3和圖5所示，沿軸向的齒形為圓弧形，弧齒擺線齒輪401的齒峰401A輪廓是被分度圓401C所截的圓弧形，弧齒擺線齒輪401的齒槽401B輪廓為與齒峰401A的圓弧形共軛的擺線形，齒峰401A輪廓位于分度圓401C外側，齒谷401B輪廓位于分度圓401C內側，并且齒峰401A輪廓和齒谷401B輪廓在分度圓401C處的壓力角α相等。如圖8所示，本發明的弧齒擺線齒輪的齒輪副在嚙合時，是齒峰與齒谷的嚙合，也就是凹面與凸面的嚙合，這有別于漸開線齒輪凸面與凸面的嚙合，因此這樣的嚙合傳動更加平穩，傳動的功率更大。同時，本發明的弧齒線擺線輪，彌補由于擺線輪嚙合重合度低，不能用作傳動齒輪使用的缺點。
為便于行星齒輪減速器的安裝連接，如圖2，圖3和圖4所示，本實施例的弧齒擺線齒輪401和兩側的直齒擺線齒輪402的軸向內部固定連接有軸套403，軸套403內并排設有一對滾針軸承406，滾針軸承406與行星軸405支承連接，兩側的直齒擺線齒輪402的外側分別設有擋圈404，檔圈404與對應的直齒擺線齒輪402固定連接，行星軸405固定支承于行星架6上。
為進一步便于行星輪和太陽輪5安裝， 行星架6設有用于容納太陽輪5的中心腔，中心腔外周連通設有用于容納行星齒輪組件4的行星座，行星座的數量與行星齒輪組件4的套數相同，中心腔沿軸向的一側敞開，另一側一體連接輸出軸6A,行星架6外周的前側和后側分別通過第一軸承7與前外殼1轉動連接,太陽輪5的中心軸前端和后端與行星架6之間通過第二軸承8支承連接,太陽輪5的輸入軸端外周設有后外殼2,外殼1和后外殼2的周向通過若干螺栓固定，內齒圈3固定安裝在前外殼1的內周。
本發明的弧齒擺線行星齒輪減速器與現有技術中漸形線行星齒輪減速器相比具有以下有益效果：采用弧齒擺線齒輪代替現有的漸開線齒輪，在相同的尺寸下提高了行星齒輪的傳動剛性，增大了行星齒輪的承載能力，并且減小回轉誤差，提高傳動精度；2)行星輪采用齒輪組的形式，分別設置與太陽輪和內齒圈跪倒的齒輪，減少行星輪的磨損，以提高齒輪的使用壽命，并且在有限的空間內可以實現均勻的安裝更多個數的行星輪組，提高行星減速器的承載能力。
本發明的弧齒擺線齒輪的嚙合原理，如圖5所示其主要的嚙合特征為，齒峰為一個標準的圓弧段，齒谷為與之配對嚙合的齒峰圓弧的共軛擺線，齒峰和齒谷在分度圓處平滑連接，同時也滿足輪齒在分度圓處的周向齒厚等于齒槽寬。如圖6所示，該齒輪的齒線是一段半徑為Rz的圓弧，每個輪齒沿齒線的法向齒厚相等。弧齒擺線齒輪的基本參數有：模數m，齒數z,分度圓壓力角α，齒廓圓弧半徑r和齒輪圓心到齒輪齒峰圓心的距離b，齒線圓弧半徑Rz。如圖7所示，弧齒擺線齒輪副在嚙合時是齒峰與齒谷的嚙合，也就是凹面與凸面的嚙合，這有別于漸開線齒輪凸面與凸面的嚙合，因此這樣的嚙合傳動更加平穩，傳動的功率更大。
弧齒擺線齒輪分度處的圓壓力α的角計算（在本專利中提到的角度均為弧度制）。如圖7所示，二分之一個齒峰所對應的圓心角為β=π/2z，二分之一齒谷所對應的圓心角也為β=π/2z，對應的分度圓半徑為a=mz/2，對應的分度圓壓力角為α，角度γ與壓力角互余。由三角形正弦定理得：
對式（1）整理得：
二分之一齒峰方程，如圖8所示，假如齒輪1和齒輪2齒數之比z1/z2=1:k,以齒輪1圓心O1建立坐標系，令齒輪1為主動小齒輪，分度圓半徑為a1,則齒輪2分度圓半徑為k a1，則兩齒輪中心距為O1O2=(1+k) a1，齒輪1齒頂圓半徑為Ra1齒輪1中心到其齒峰圓弧圓心距離為b1，齒輪1齒峰圓弧半徑為r1，齒輪2齒峰圓弧半徑為r2，齒輪1二分之一齒峰所占角度為β=π/2z1。在△O1O3S1中，由三角形余弦定理得：
如圖9所示，在坐標系xO1y中，二分之一齒峰圓弧的參數方程:
式中：， 為分度圓處的壓力角。
二分之一齒谷方程，如圖9所示,在坐標系xO1y，當齒輪1沿圓心O1順時針任意旋轉角度θ，則齒輪2繞圓心O2沿逆時針旋轉的角度。假設齒輪1不動，齒輪2繞齒輪1逆時針旋轉，齒輪2的齒峰T2S2與齒輪1的齒谷Q1S1相互嚙合，嚙合點為G（x2,y2）。嚙合點G處的公法線一定通過兩齒輪的節點P，并且通過齒輪2齒峰圓弧T2S2的圓心，點G、P、三點必然是共線的。過點O1直線O1M‖O4G交直線O2O4延長線于M點，O1M與x軸的夾角為。過點作垂直于x軸于點B，過點作平行于x軸交直線O2B于點A，過點G作平行于y軸的線交O4A延長線于點C，過點M作平行于y軸交x軸于點N，過點M作平行于x軸交O2B的延長線于點D。
由圖中關系得：
在△O1MN中有：
因此，嚙合點G（x2,y2）在坐標系xO1y中的坐標方程為：
（4）
式中0≤θ≤π/2z1，嚙合點為齒輪1齒谷O1S1擺線的方程。
弧齒線半徑Rz與圓弧齒廓齒線位置角的確定：如圖10所示，建立坐標系W(O,X,Y,Z)，XOY面通過齒根圓圓柱的中間截面，Z軸通過齒根圓圓柱的軸線，齒面∑可以認為如圖11所示的一個輪齒齒廓，沿圖10所示的弧線V掃描切除形成，弧線半徑為Rz。當h不同時，所對應的圓弧齒廓齒線位置角θ不同，把不同位置齒廓投影到同一平面進行計算，其投影展開圖如下圖12所示，根據圖12計算出位置角。
圖12中L是圖13中 θ為弧齒線位置角所對應弧長，通過圖12計算出弧長L:
通過圖13計算出對應不同位置時h所對用的弧齒線位置角θ:
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