一种少齿差四齿轮副啮合减速器的制作方法

本发明涉及传动装置技术领域，特别是涉及一种少齿差四齿轮副啮合减速器。

背景技术：

现在航空航天、工业机器人、加工设备等行业领域中，一般使用的三种减速器分别是谐波减速器、rv减速器及行星轮减速器，但是谐波减速器与rv减速器的体积与重量过大、精度不高、减速比范围小，且加工难度大，制造所耗费的成本高；对于行星减速器会存在精度低的问题，通常为1～3角分，同时其输入轴存在着很大的偏心量，故运转过程中，输入轴需要承受偏心力矩，从而致使其最高转速十分低。

再者，上述三种减速器存在一共同的缺点：没有自锁性。如果输出端受到的负载转矩大于驱动转矩，则其输出端会被负载带着走，如果安装在机器人或航空航天器等设备上将造成严重安全事故，目前的解决办法是在减速器输入端增加刹车机构，但这会增大整个部件模组的重量体积，且可靠性也无法得到保障。

技术实现要素：

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种体积小、结构紧凑且精度高的少齿差四齿轮副啮合减速器。

本发明所采取的技术方案是：

一种少齿差四齿轮副啮合减速器，包括：

一对交叉滚子轴承，两所述交叉滚子轴承对置安装；

一对双联齿轮，两所述双联齿轮对置装配在两交叉滚子轴承的中间，各所述双联齿轮均包含同轴设置的小齿圈和大齿圈，所述大齿圈为外齿圈；

输出齿轮，所述输出齿轮套设在两双联齿轮的外围，所述输出齿轮的内齿圈与两双联齿轮的大齿圈相啮合；

输入曲轴，所述输入曲轴安装在两双联齿轮的中部，所述输入曲轴与两双联齿轮、两交叉滚子轴承之间分别配置至少一个轴承；

各所述双联齿轮与对应侧的交叉滚子轴承之间分别配置一固定齿轮，各所述固定齿轮分别与相应侧的小齿圈啮合装配。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述交叉滚子轴承包括固定法兰、套设在所述固定法兰外的输出法兰、与所述输出法兰相紧固的外滚道块，所述固定法兰分为内圈部和外圈部，所述外滚道块、输出法兰与外圈部的外表面之间形成滚道，所述滚道内设有滚子。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述内圈部的长度大于外圈部的长度，所述内圈部与外圈部的中间部位形成长孔，所述小齿圈位于长孔内。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述小齿圈为内齿圈，所述固定齿轮采用外齿圈，所述固定齿轮的内壁与内圈部贴合固定。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述小齿圈为外齿圈，所述固定齿轮采用内齿圈，所述固定齿轮的外壁与外圈部贴合固定。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述外圈部的外表面设有一级台阶，所述轴承卡置在一级台阶与输入曲轴之间。

进一步作为本发明技术方案的改进，两所述固定法兰、两所述输出法兰与输出齿轮之间分别通过螺钉固定连接。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述输入曲轴分为两偏心圆段，两所述偏心圆段分别包括一内嵌轴承和两并列设置的外套轴承。

进一步作为本发明技术方案的改进，两所述偏心圆段的相位差为180°，两所述偏心圆段的偏心距大小相等。

进一步作为本发明技术方案的改进，所述轴承为深沟球轴承或者角接触球轴承。

本发明的有益效果：此少齿差四齿轮副啮合减速器，两对置安装的交叉滚子轴承中间装配两个对置分布的双联齿轮，各双联齿轮与对应侧的交叉滚子轴承之间均配置一与其啮合的固定齿轮，输出齿轮套设在两双联齿轮的外围，输入曲轴则安装在两双联齿轮的中部，整体的部件数量少，且不含变形件，内部无需提供柔性部件形变缓冲的冗余空间，结构简单紧凑，体积小；再者，其双联齿轮同时与固定齿轮、输出齿轮相啮合，形成了过定位，极大地提高了定位精度，且在一定程度上消除了齿隙的影响，提高了重复定位的精度。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明一种实施例的装配结构正视图；

图2是本发明一种实施例的装配结构剖面图；

图3是本发明一种实施例的部件分解示意图；

图4是本发明另一种实施例的装配结构剖面图；

图5是本发明另一种实施例的部件分解示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1至图3，为本发明的一种实施例，介绍了一种少齿差四齿轮副啮合减速器，其包括有一对交叉滚子轴承1、一对双联齿轮2a、输出齿轮3及输入曲轴4。

具体地，两交叉滚子轴承1对置安装，两双联齿轮2a对置装配在两交叉滚子轴承1的中间，各双联齿轮2a均包含同轴设置的小齿圈21a和大齿圈，大齿圈与小齿圈21a的齿数不同，齿形则同样是修形后的渐开线齿形或者修形后的摆线齿形，进一步地，该大齿圈为外齿圈，而小齿圈21a则为内齿圈；再者，输出齿轮3套设在两个双联齿轮2a的外围，且其内齿圈与两双联齿轮2a的大齿圈均啮合装配。输入曲轴4则安装在两双联齿轮2a的中部，该输入曲轴4与两个双联齿轮2a之间分别配设两个深沟球轴承5，与两交叉滚子轴承1之间则分别安装一个深沟球轴承5，进一步地，各深沟球轴承5可利用角接触球轴承进行替代。

进一步地，各双联齿轮2a与对应侧的交叉滚子轴承1之间分别配置有一外齿圈作固定齿轮6a，各固定齿轮6a分别与相应侧的小齿圈21a啮合装配。

此少齿差四齿轮副啮合减速器，两对置安装的交叉滚子轴承1中间装配两个对置分布的双联齿轮2a，各双联齿轮2a与对应侧的交叉滚子轴承1之间均配置一与其啮合的固定齿轮6a，输出齿轮3套设在两双联齿轮2a的外围，输入曲轴4则安装在两双联齿轮2a的中部，整体的部件数量少，且不含变形件，内部无需提供柔性部件形变缓冲的冗余空间，结构简单紧凑，体积小；再者，其双联齿轮2a同时与固定齿轮6a、输出齿轮3相啮合，形成了过定位，极大地提高了定位精度，且在一定程度上消除了齿隙的影响，提高了重复定位的精度。

具体地，在本实施例当中，交叉滚子轴承1包括固定法兰11、套设在固定法兰11外的输出法兰12、与输出法兰12相紧固的外滚道块13，固定法兰11分为内圈部和外圈部，外滚道块13、输出法兰12与外圈部的外表面之间形成滚道，滚道内设有滚子14。需要说明的是，当该少齿差四齿轮副啮合减速器制作成微型版本，而不利于滚子的安装时，可以利用滚珠对滚子进行替换。进一步地，内圈部的长度大于外圈部的长度，内圈部与外圈部的中间部位形成长孔，双联齿轮2a的小齿圈21a置于长孔内，且固定齿轮6a的内壁与内圈部贴合固定，更具体地，固定齿轮6a与内圈部之间可采用压装或者热装或者其他方式进行固定，固定方式可视实际操作条件进行选择。

进一步地，两固定法兰11、两个输出法兰12与输出齿轮3之间分别通过螺钉7进行固定连接，本实施例中为了提高整体结构的美观度，连接输出法兰12与输出齿轮3的螺钉7分为六组，每组3个，各组螺钉7绕输出法兰12的外周等角度分布。

本实施例中优选地，输入曲轴4分为两偏心圆段，两偏心圆段之间的相位差为180°，且两偏心圆段的偏心距大小相等。偏心圆段的相位差为180°，即偏心扭矩为0，故而双联齿轮2a在旋转过程中不会产生偏心力，因此可以快速旋转，末端线速度最高可达300m/s以上。具体地，各偏心圆段分别通过一内嵌轴承41和两并列设置的外套轴承42组成。

具体地，设输出齿轮3的齿数为z1，双联齿轮2a的外齿轮齿数为z2，双联齿轮2a的内齿轮齿数为z3，固定齿轮6a的齿圈齿数为z4，本实施例少齿差四齿轮副啮合减速器的运行方式可分为以下两种：

第一种：固定端为固定法兰11；输入端为输入曲轴4；输出端为输出法兰12。

使固定法兰11固定，然后转动输入曲轴4；输入曲轴4的偏心圆段带动双联齿轮2a做偏心运动，因此双联齿轮2a带动输出法兰12做减速旋转运动；同时双联齿轮2a受到固定齿轮6a的约束，自身进行减速的旋转运动；由于两个减速旋转运动的方向相同，因此最终输出法兰12的运动为两个减速旋转运动的叠加，最终运动方向与输入曲轴旋转方向相同。

设输出端相对于输入端的减速比为i1，则其计算公式为：

第二种：固定端：输出法兰12；输入端：输入曲轴4；输出端：固定法兰11。

使输出法兰12固定，然后转动输入曲轴4；输入曲轴4的偏心圆带动双联齿轮2a做偏心运动，因此双联齿轮2a带动固定法兰11做减速旋转运动；同时双联齿轮2a受到输出齿轮3的约束，自身进行减速的旋转运动；由于两个减速旋转运动的方向相同，因此最终固定法兰11的运动为两个减速旋转运动的叠加，最终运动方向与输入曲轴旋转方向相反。

设固定端相对于输入端的减速比为i2，则其计算公式为：

参照图4、图5，为本发明的另一种实施例，此实施例中的少齿差四齿轮副啮合减速器，所包含的部件与上一实施例所含部件相同，装配关系也一致。与上一实施例的差别在于，本实施例当中，双联齿轮2b的小齿圈21b为外齿圈，对应啮合的固定齿轮6b为内齿圈，该固定齿轮6b的外壁与固定法兰11的外圈部贴合固定。

再者，为了对设置在交叉滚子轴承1与输出曲轴之间的深沟球轴承进行限位固定，本实施例的固定法兰11的外圈部的外表面设有一级台阶，深沟球轴承则卡置在一级台阶与输入曲轴4之间。

本实施例中，设输出齿轮3的齿数为z1，双联齿轮2b的外齿轮齿数为z2，双联齿轮2b的内齿轮齿数为z3，固定齿轮6b的齿圈齿数为z4，则其运行方式可分为以下两种：

第一种：固定端：固定法兰11；输入端：输入曲轴4；输出端：输出法兰12。

使固定法兰11固定，然后转动输入曲轴4；输入曲轴4的偏心圆带动双联齿轮2b做偏心运动，因此双联齿轮2b带动输出法兰12做减速旋转运动；同时双联齿轮2b受到固定齿轮6b的约束，自身进行减速的旋转运动；由于两个减速旋转运动的方向相反，因此最终输出法兰12的运动为两个减速旋转运动的叠加，最终运动方向与输入曲轴旋转方向相反。

设输出端相对于输入端的减速比为i1，则其计算公式为：

第二种：固定端：输出法兰12；输入端：输入曲轴4；输出端：固定法兰11。

使输出法兰12固定，然后转动输入曲轴4；输入曲轴4的偏心圆带动双联齿轮2b做偏心运动

双联齿轮2b受到输出齿轮3的约束，自身进行减速的旋转运动；由于两个减速旋转运动的方向相反，因此最终固定法兰11的运动为两个减速旋转运动的叠加，最终运动方向与输入曲轴旋转方向相同。

设固定端相对于输入端的减速比为i2，则其计算公式为：

小模数齿轮的齿数一般不超过400个，在本实施例中取较常用的数值，设输出齿轮3的齿数z1＝321，双联齿轮2b的外齿轮齿数z2＝320，双联齿轮2b的内齿轮齿数z3＝319，固定齿轮6b的齿圈齿数z4＝320，代入上述公式中可得i1＝-102399，i2＝102400，可以看出，本实施例中的少齿差四齿轮副啮合减速器，由于采用了单级双齿轮副啮合的传动方式并取两运动的差，因此其单级可以达到100000以上的超大减速比。

上述两个实施例的少齿差四齿轮副啮合减速器均具备机械自锁的特性，最大容许自锁转矩设为t，两实施例中的固定齿轮与双联齿轮中的小齿圈形成内啮合齿轮副的单对啮合轮齿的破坏转矩均设为t0，固定齿轮齿圈的啮合率设为η4，可得出最大容许自锁转矩的计算公式为：t＝2·t0·z4·η4；在输出端受到负载转矩超过驱动转矩，但未达到最大容许自锁转矩t时，由于其负载转矩不能使输入曲轴4的偏心圆转动而自锁，因此更加地安全可靠。

再者，两实施例的少齿差四齿轮副啮合减速器当中，啮合的齿数多，故所容许的力矩大，负载能力随之提高，使得单位体积负载力矩大于谐波减速器和rv减速器，因此在相同额定载荷下，体积和重量也远小于谐波、rv减速器。同时，二者均采用对置交叉滚子轴承1的设计，输出法兰12相互紧固，输入法兰相互紧固，使得能够承受更大的扭矩和弯矩。

当然，本发明的设计创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。