阅读说明：本技术 一种同轴面接触活齿减速器 (Coaxial surface contact oscillating tooth speed reducer ) 是由 杨玉虎 胡自昂 周国成 张帆 于 2019-09-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种同轴面接触活齿减速器,由激波器、活齿、保持架和面齿圈组成；所述激波器、保持架和面齿圈同轴,依次从上到下排布,所述保持架具有N个活齿安装孔,N个活齿安装孔周向均布在以保持架的中心轴为圆心且半径相同的分布圆上,每个活齿安装孔内均设有一个所述的活齿,所述活齿的上端与激波器下端的激波面凸轮接触,所述活齿的下端与面齿圈的齿盘接触,所述面齿圈的齿盘由2N+2个相同的齿组成。与一般轴向活齿减速器相比,该减速器的活齿和面齿圈的齿形从圆形变为了近似三角形的复杂曲面,使两者可以实现面接触,这大大增加了力矩承载能力,满足了高承载工况下减速器的需求。(The invention discloses a coaxial surface contact oscillating tooth speed reducer, which consists of a shock wave device, an oscillating tooth, a retainer and a surface gear ring; the shock wave device, the retainer and the face gear ring are coaxial and are sequentially distributed from top to bottom, the retainer is provided with N movable tooth mounting holes, the N movable tooth mounting holes are circumferentially and uniformly distributed on a distribution circle which takes a central shaft of the retainer as a circle center and has the same radius, one movable tooth is arranged in each movable tooth mounting hole, the upper end of each movable tooth is in contact with a shock wave face cam at the lower end of the shock wave device, the lower end of each movable tooth is in contact with a fluted disc of the face gear ring, and the fluted disc of the face gear ring is composed of 2N +2 same teeth. Compared with a common axial movable-tooth speed reducer, the movable teeth of the speed reducer and the tooth form of the face gear ring are changed from a circular shape to a complex curved surface which is similar to a triangle, so that the movable teeth and the face gear ring can be in face contact, the moment bearing capacity is greatly increased, and the requirement of the speed reducer under a high-bearing working condition is met.)

一种同轴面接触活齿减速器

技术领域

本发明涉及传动机构领域，具体涉及活齿传动领域，尤其涉及一种同轴面接触活齿减速器。

背景技术

活齿减速器是一种基于少齿差的减速器，它具有结构紧凑、传动比范围光、传动效率高等优点，在机械传动领域具有很高的应用价值。活齿减速器最初的结构形式是由德国人在20世纪30年代提出来的，并应用到了汽车转向机构中。战后，美苏两国相继开发出正弦滚珠传动技术和无齿齿轮传动技术，曾引起各国科技工作者的极大兴趣。目前，应用较为广泛的活齿减速器包括：滚柱活齿减速器、滚珠活齿减速器、活齿针轮减速器。这些活齿减速器已经应用到能源、通信、机床、汽车拖拉机等工业部门。近十年来，对活齿的研究日新月异，对其性能也提出了更高的要求，特别是大承载工况场合下，传统活齿减速器不能完全满足工程需求，需要对其进行进一步的优化设计。

发明内容

本发明目的是实现一种满足背景技术部分所述需求的减速器。该减速器在可满足大承载工况场合下的工程实际需求，在同等尺寸下较现有减速器实现更高的力矩传递能力。在上述较高力矩传递能力情况下，该减速器可以选择i＝10至i＝50的传动比。在较高力矩传递能力和较高的传动比情况下，该减速器可以承载至少3000转/分钟的输入转速。

为使得满足上述要求的减速器得以实现，本发明提供了一种同轴面接触活齿减速器，由激波器、活齿、保持架和面齿圈组成；所述激波器、保持架和面齿圈同轴，依次从上到下排布，所述保持架具有N个活齿安装孔，N个活齿安装孔周向均布在以保持架的中心轴为圆心且半径相同的分布圆上，每个活齿安装孔内均设有一个所述的活齿，所述活齿的上端与激波器下端的激波面凸轮接触，所述活齿的下端与面齿圈的齿盘接触，所述面齿圈的齿盘由2N+2个相同的齿组成。

进一步讲，本发明所述的同轴面接触活齿减速器，其中，所述面齿圈齿盘上的齿周向均布在面齿圈端面上，所述齿的工作曲线形状包括两段圆柱螺旋线，为避免顶切，一段上升圆柱螺旋线和一段下降圆柱螺旋线之间用一段过渡曲线连接，即在齿顶部切去一部分，在齿底端填充一部分；所述活齿的齿形与所述面齿圈齿盘上齿的齿形相同；所述激波面凸轮的理论廓线由两段上升工作曲线、两段下降工作曲线依次连接而成，其中上升工作曲线和下降工作曲线为与面齿圈齿盘的齿廓升程相等的导程更小的圆柱螺旋线，为防止活齿在上升与下降转换时出现冲击，一段上升工作曲线和一段下降工作曲线之间用一段过渡曲线连接，即在齿底端切去一部分。

所述活齿与激波面凸轮接触，相位的不同，同一时刻，每个活齿的高低位置存在差异，所述活齿与所述活齿安装孔之间为间隙配合，所述活齿可以沿所述活齿安装孔上下移动，用于实现轴向导向。

所述活齿与所述活齿安装孔的侧面接触面上设有一个或者两个接触平面，用于实现周向定位。

所述面齿圈齿盘上的齿、所述活齿和所述激波面凸轮的廓线均采用如下圆柱螺旋线，

圆柱螺旋线的参数方程如下：

公式中，r为活齿、面齿圈或激波面凸轮上某点相对面齿圈4中心轴线的距离，h为圆柱螺旋线旋转一周上升的高度，称为螺距，θ是相对初始点该点转过的角度，x,y,z是该点的坐标位置，所述圆柱螺旋线即为所述面齿圈的廓线。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明是一种轴向激波的面接触活齿减速器，由于采用了新型齿形，活齿和面齿圈之间实现了面接触，使得它的承载能力较现有技术有了很大的提升，同时这种减速器具有可实现匀速比传动，传动比选取范围广泛，运行效率高，结构紧凑，可实现输入轴输出轴同轴的优势。

附图说明

图1是本发明同轴面接触活齿减速器的结构示意图；

图2是图1中所示保持架3的示意性俯视图；

图3是图1中所示面齿圈4的齿面形成的示意性立体图；

图4是图1中所示活齿2的示意性侧视图；

图5是图1中所示激波器1的示意性仰视图；

图6是图5所示激波器1的侧视图。

图中：1-激波器，11-面凸轮的理论廓线，12-面凸轮的实际廓线，2-活齿，21-球面，22-齿，23-顶端切去一部分，3-保持架，31-活齿安装孔，4-面齿圈，41-齿，42-中心轴，43-圆柱体侧面，44-圆柱螺旋线，45-底端有填充，46-顶部切去一部分。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示。本发明提出了一种同轴面接触活齿减速器，包括与输入轴连接的激波器1、与激波器1同轴的保持架3、放置在保持架3上并与激波器1上的激波面凸轮接触的活齿、与活齿2的齿面啮合并与激波器1同轴的面齿圈4，即所述激波器1、保持架3和面齿圈4同轴，依次从上到下排布。其中的活齿2的个数不止一个，其个数为N，如图2所示，保持架3为一圆环结构，圆环上开有N个活齿安装孔31，N个活齿安装孔31周向均布在以保持架3的中心轴为圆心且半径相同的分布圆上，每个活齿安装孔31内均设有一个所述的活齿2。

所述活齿2的上端与激波器1下端的激波面凸轮接触，这些活齿2由面齿圈4限制，其周向均布在激波面凸轮上，由于相位的不同，同一时刻，每个活齿2的高低位置存在差异，所述活齿2与所述活齿安装孔31之间为间隙配合，所述活齿2可以沿所述活齿安装孔31上下移动，用于实现轴向导向。所述活齿2与所述活齿安装孔31的侧面接触面上设有一个或者两个接触平面，活齿安装孔31的形状为圆形去除两个边，这样不但方便加工，主要是方便实现周向定位所述活齿2。

所述活齿2的下端与面齿圈4的齿盘接触，如图3所示，所述面齿圈4的齿盘由2N+2个相同的齿41组成。所述面齿圈4齿盘上的齿41周向均布在面齿圈4端面上，当这些齿41的齿面投影到以面齿圈4中心轴42为轴的圆柱体侧面43上时，齿盘上的齿41的齿形是圆柱螺旋线44，该齿41的工作曲线形状包括两段圆柱螺旋线44，左右两齿面的圆柱螺旋线螺距相同，旋向相反，同一个齿面的不同半径上的圆柱螺旋线螺距相同。为避免顶切，相邻的一段上升圆柱螺旋线和一段下降圆柱螺旋线44之间用一段过渡曲线连接，即在齿41的顶部切去一部分46，在两个齿41的连接处，底端有填充45，防止顶切，并便于加工。如图4所示，所述活齿2的主体是一个柱状体，上端设有球面21，下端是与所述面齿圈4齿盘上齿41的齿形相同的齿22，为了防止顶切，活齿的一段上升工作曲线和一段下降工作曲线之间用一段过渡曲线连接，即在活齿2的下端端部切去一部分23。所述激波面凸轮的理论廓线由两段上升工作曲线、两段下降工作曲线(均为圆柱螺旋线)依次连接而成，其中上升工作曲线和下降工作曲线为与面齿圈4齿盘的齿廓升程相等的更加平缓即导程更小的圆柱螺旋线，为防止活齿2在上升与下降转换时出现冲击，激波面凸轮两个圆柱螺旋线之间由一段连续光滑的曲线连接，避免活齿2换向的过程中出现冲击现象，通过这样的方式可以实现活齿2和面齿圈4之间的面接触。

如图5和图6所示，激波器1上的激波面凸轮的理论廓线11由四段圆柱螺旋线依次组成，这四段圆柱螺旋线螺距均为面齿圈上的圆柱螺旋线的1/i倍，他们旋向按照右旋、左旋、右旋、左旋的顺序依次排列。两个圆柱螺旋线之间有光滑且连续的过渡曲线，目的是防止运行过程中的冲击。面凸轮的实际廓线12为一个与活齿上端球面半径相同的圆13扫过理论廓线得到的空间曲面。

当该减速器运行时，保持架3固定不动，通过与激波器1固联的输入轴将高速转动输入至激波器1，激波器1通过激波面凸轮推动活齿2上下移动，由于激波面凸轮在每个位置的高度都不一样，因此，每个活齿2的高度位置各不相同，其中有一部分活齿2向下运动，推动面齿圈4转动。当激波器1转动一周的时候，面齿圈4转过一到两个齿，实现了减速的目的。

为实现匀速比传动和面接触大承载传动，本发明中，所述面齿圈4齿盘上的齿41、所述活齿2和所述激波面凸轮的廓线均采用如下圆柱螺旋线，

圆柱螺旋线的参数方程如下：

公式中，r为活齿2、面齿圈4或激波面凸轮上某点相对面齿圈4的中心轴线的距离，h为圆柱螺旋线旋转一周上升的高度，称为螺距，θ是相对初始点该点转过的角度，x,y,z是该点的坐标位置，所述圆柱螺旋线44即为所述面齿圈4的廓线。

在该减速器中，面齿圈4和活齿2的廓线相同，在以面齿圈4中心轴为轴线半径相等的圆柱面上，都由两个对称的形状相同的圆柱螺旋线组成，螺距均为ha。当半径变化时，圆柱螺旋线的螺距不发生改变。激波面凸轮的理论廓线主要也由若干连续的圆柱螺旋线组成，顺时针来看，理论廓线的螺旋线形状相同，旋向按照顺时针、逆时针、顺时针、逆时针的方向排布，激波面凸轮的实际廓线由一段圆弧沿理论廓线扫描生产，激波面凸轮的理论廓线的螺距为ha/i，其中i是减速器传动比。

综上，与一般轴向活齿减速器相比，本发明设计的减速器，其中的活齿2和面齿圈4上的齿形从圆形变为了近似三角形的复杂曲面，使两者可以实现面接触，这大大增加了力矩承载能力，满足了高承载工况下减速器的需求。

以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。