阅读说明：本技术 无齿轮减速器 (Gearless speed reducer ) 是由 利奥·斯托科 于 2018-02-05 设计创作，主要内容包括：公开了一种无齿轮驱动器,其包括基准曲轴、高速曲轴、一个或多个连杆以及具有线性滑动件的低速构件。本发明提供了2：1的减速比而没有任何齿轮、带、链、摩擦联轴器或其它接合构件。特定实施方式是平衡的并且可以在很小的振动下高速运行。预加载滚动或自润滑接头可以用于消除齿隙和对润滑系统的需求。无齿轮驱动器是同轴的并且不滑动,并且由于没有任何高精度部件,可以使用廉价的材料、部件和制造工艺以大和小的形状因素生产。这些优点非常适合于需要高输入速度、低比率、高效率、低复杂性、高可靠性和低成本的应用。(A gearless drive is disclosed that includes a reference crankshaft, a high speed crankshaft, one or more connecting rods, and a low speed member having a linear slide. The present invention provides 2: 1 without any gears, belts, chains, friction couplings or other engagement members. Certain embodiments are balanced and can operate at high speeds with little vibration. Preloaded rolling or self-lubricating joints may be used to eliminate backlash and the need for a lubrication system. Gearless drives are coaxial and do not slip and can be produced in large and small form factors using inexpensive materials, components and manufacturing processes, as there are no high precision components. These advantages are well suited for applications requiring high input speeds, low ratios, high efficiency, low complexity, high reliability, and low cost.)

无齿轮减速器

较早递交申请的引用

本申请引用专利合作公约申请PCT/CA2015/050423、PCT/CA2015/050861和PCT/CA2017/051439以及美国申请US 15/310,690。

本申请要求2017年2月6日递交的美国临时申请US 62/455,484的优先权。该专利申请通过引用全部并入本文。

技术领域

本文的公开内容涉及一种减速器，其设置有以不同速率转动的两个构件。

背景技术

典型的减速器包括被配置成提供两个转动构件之间的减速的齿轮或其它接合构件。三种基本构造包括偏移、行星和无轨道驱动器。每种构造都提供了涉及减速比、紧凑性、效率、速度等级、齿隙、噪音、振动、制造成本和其它因素的优点和缺点的独特组合。

附加的衍生构造包括蜗杆、摆线、应变波和复合无轨道驱动器。这些构造中的每一个构造还提供了上述因素之间的权衡。特定变型利用滚动元件代替齿轮齿以提高效率，但代价是增加了复杂性、尺寸和成本。

本发明包括始终保持滑动或滚动接触的连杆(linkage)和接头。本发明不包括可能经历齿槽效应或滑动的任何齿轮或其它接合元件。没有齿槽效应引起高效率和低噪音，而没有摩擦联轴器的滑动或绞盘线缆联轴器的运动范围限制。预加载滚动或自润滑接头可以用于消除齿隙和对润滑系统的需求。

由于不存在诸如齿轮齿、同步带齿或链节的小元件和/或高精度元件，可以使用简单部件、传统材料和低精度加工技术来构造本发明。这使得即使在非常大或非常小的规模下制造也不昂贵。

发明内容

特定示例性实施方式包括基准构件(79)、低速构件(9)、高速构件(19)和连杆(21)。基准构件(79)包括基本上平行并且间隔开的中央轴线(70)和偏移轴线(71)。低速构件(9)包括基本上垂直的中央轴线(0)和径向轴线(1)。高速构件(19)包括基本上平行并且间隔开的中央轴线(10)和偏移轴线(11)。中央轴线(70)、中央轴线(0)和中央轴线(10)基本上全部同轴并且可转动地联接(80、81)。连杆(21)包括第一臂构件(39)、第二臂构件(39)和长形构件(elongated member)(59)。各臂构件(39)包括基本上平行并且间隔开的近侧轴线(30)和远侧轴线(31)。长形构件(59)包括中央轴线(50)。一个近侧轴线(30)和偏移轴线(71)基本上同轴并且可转动地联接(82)。另一个近侧轴线(30)和偏移轴线(11)基本上同轴并且可转动地联接(84)。中央轴线(50)和两个远侧轴线(31)基本上全部同轴。中央轴线(50)和第一臂构件(39)的远侧轴线(31)可转动地联接(86)。中央轴线(50)和径向轴线(1)沿着径向轴线(1)可滑动地联接(89)。

在特定示例性实施方式中，中央轴线(50)和第二臂构件(39)的远侧轴线(31)可转动地联接(87)。

在特定示例性实施方式中，长形构件(59)和第二臂构件(39)是一体的，并且长形构件(59)和低速构件(9)绕着中央轴线(50)可转动地联接(88)。

在特定示例性实施方式中，所有臂构件(39)的相应的近侧轴线(30)和远侧轴线(31)间隔开共同的臂距离(90)，中央轴线(70)和偏移轴线(71)间隔开偏移距离(91)，并且中央轴线(10)和偏移轴线(11)间隔开偏移距离(91)。

特定示例性实施方式包括多个连杆(21-25)。低速构件(9)包括总数量等于连杆(21-25)的总数量的径向轴线(1)，所有径向轴线(1)基本上垂直于中央轴线(0)并且绕着中央轴线(0)径向分布。各连杆(21-25)的中央轴线(50)和不同的径向轴线(1)基本上垂直并且沿着各相应的径向轴线(1)可滑动地联接(89)。

在特定示例性实施方式中，基准构件(79)包括总数量小于或等于连杆(21-25)的总数量的偏移轴线(71、72)。所有偏移轴线(71、72)基本上平行于中央轴线(70)并且绕着中央轴线(70)周向地配置。至少一个近侧轴线(30)和各偏移轴线(71、72)基本上同轴并且可转动地联接(82、83)。

在特定示例性实施方式中，高速构件(19)包括总数量小于或等于连杆(21-25)的总数量的偏移轴线(11-13)。所有偏移轴线(11-13)基本上平行于中央轴线(10)并且绕着中央轴线(10)周向地配置。至少一个近侧轴线(30)和各偏移轴线(11-13)基本上同轴并且可转动地联接(84、85)。

附图说明

图1是绘示本发明的第一示例性实施方式的示意性侧视图。

图2是绘示包括两个偏移轴线(71、72)和两个连杆(21、22)的本发明的第二示例性实施方式的示意性侧视图。

图3是绘示包括两个偏移轴线(11、12)和两个连杆(21、23)的本发明的第三示例性实施方式的示意性侧视图。

图4是绘示包括两个偏移轴线(71、72)、两个偏移轴线(11、12)和四个连杆(21-24)的本发明的第四示例性实施方式的示意性侧视图。

图5A至图5B是一组线条图，均绘示了包括一个连杆(21)的第一示例性实施方式的主视图，其低速构件(9)以增量转动角度跨越一整圈。

图6A至图6B是一组线条图，均绘示了包括两个连杆(21、23)的第三示例性实施方式的主视图，其低速构件(9)以增量转动角度跨越一整圈。

图7A至图7B是一组线条图，均绘示了包括三个连杆(21、23、25)的第三示例性实施方式的主视图，其低速构件(9)以增量转动角度跨越一整圈。

图8A至图8B是一组线条图，均绘示了包括四个连杆(21-24)的第四示例性实施方式的主视图，其低速构件(9)以增量转动角度跨越一整圈。

图9A至图9D分别是绘示第四示例性实施方式的第一实际实施方案的局部剖视立体图、分解立体图、侧视截面图和俯视截面图。

图10A至图10D分别是绘示第四示例性实施方式的第二实际实施方案的局部剖视立体图、分解立体图、侧视截面图和俯视截面图。

附图标记说明

0-中央轴线

1-径向轴线

9-低速构件

10-中央轴线

11-第一偏移轴线

12-第二偏移轴线

13-第三偏移轴线

19-高速构件

21-连杆

22-连杆

23-连杆

24-连杆

25-连杆

30-近侧轴线

31-远侧轴线

39-臂构件

50-中央轴线

59-长形构件

70-中央轴线

71-第一偏移轴线

72-第二偏移轴线

79-基准构件

80-可转动联轴器

81-可转动联轴器

82-可转动联轴器

83-可转动联轴器

84-可转动联轴器

85-可转动联轴器

86-可转动联轴器

87-可转动联轴器

88-可转动联轴器

89-可滑动联轴器

90-臂距离

91-偏移距离

100-低速相位角

101-高速相位角

107–基准相位角

定义

在两个转动构件之间传递动力的设备被定义为驱动器。

减小速度且放大扭矩的驱动器被定义为减速驱动器。

放大速度且减小扭矩的驱动器被定义为超速驱动器。

可以作为超速驱动器运行的驱动器被定义为可反向驱动。

可能无法作为超速驱动器运行的驱动器被定义为自锁。

两个或更多个驱动器的串联组合被定义为多级驱动器。

两个接合的或联轴的构件之间的空隙被定义为齿隙。

具有两个或更多个平行的非同轴的轴线的转动构件被定义为曲轴。

介绍

只要有可能，在整个附图和说明中使用相同的附图标记来表示类似部件的多个实例。

为简单起见，忽略了不会实质上有助于理解本发明的诸如轴承、保持器和紧固件的部件。

尽管在特定附图中使用凸形轴和凹形孔来绘示可转动联轴器，但是应当理解，任何其它部件都是足够的，诸如抗摩擦轴承、衬套或任何其它类型的接头(包括滚动元件、低摩擦涂层、材料或润滑剂)。还应理解，可转动联轴器的凸形和凹形部件通常可以互换。

尽管在特定附图中使用凸形轴和凹形槽来绘示组合的可转动且可滑动的联轴器，但是应当理解，任何其它部件都是足够的，诸如线性或再循环球轴承、衬套、轨道、滑动件、磁性联轴器或任何其它类型的接头(包括滚动元件、低摩擦涂层、材料或润滑剂)。还应理解，可滑动联轴器的凸形和凹形部件通常可以互换。

应当理解，当多个可转动联轴器绕着共同的转动轴线与多个构件结合时，任何构件可以物理地联接到任何其它构件并且任何可转动联轴器的凸形和凹形构件可以互换而不会实质影响操作。

尽管中央轴线(0)和所有径向轴线(1)在特定附图中被绘示为相交，但是应当理解，可滑动的联轴器可以在任何方向上平移而不会实质影响操作。

应当理解，包括多个径向轴线(1)的构件可以包括成对的同轴径向轴线(1)。在整个附图和说明中，即使与另一个径向轴线(1)同轴，各径向轴线(1)也被视为单独的径向轴线(1)。

尽管在特定附图中使用轴来绘示驱动或从动构件，但应当理解，任何其它部件都是足够的，诸如接合构件，带键的、带花键的或带螺纹的孔，或者磁性或静电的联轴器。

尽管在特定附图中使用均匀的扁平条来绘示臂构件(39)，但是应当理解，任何其它形状都是足够的，诸如圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形、四面体或可以包含间隙、孔或凹痕的任何其它形状，以便为其它构件提供间隙。还应理解，可以包括诸如脊或通道的特征以便改善刚性或制衡(counter-balancing)或者以便减小高速振动。

尽管在附图中绘示了不超过四个连杆(21-25)，但是应当理解，可以包括任何数量的连杆，只要它们不机械干涉即可。

尽管在特定附图中将所有连杆(21-25)绘示为大致等同，但是应当理解，虽然可能导致非线性或振荡行为，但是各个臂构件(39)可以具有不同的臂距离(90)，基准构件(79)或高速构件(19)可以包括多个不同的偏移距离(91)，并且低速构件可以具有不相交或者在共同的点处不相交的中央轴线(0)和径向轴线(1)。

尽管在附图中绘示了单级驱动器，但是应当理解，多个驱动器可以串联或并联连接，并且本发明可以与任何其它类型的驱动器组合以获得期望的速度比、偏移或其它特性。

本发明典型地是可反向驱动的，并且可以通过互换其高速构件(19)和低速构件(9)的作用而作为减速驱动器或超速驱动器运行。实际上，基准构件(79)、高速构件(19)和低速构件(9)的作用全部可以互换以获得期望的减速或超速驱动比，或者使驱动和从动构件在相同或相反的方向上转动。类似地，如果一个用作驱动构件而其它两个用作从动构件，则获得差动机构。减速、超速、差动和反向驱动器都是预期的。

由于本发明的三维性质，特定臂构件(39)、长形构件(59)和径向轴线(1)可以被隐藏，或者仅部分地在特定附图中绘示出。

实施方式的代表性示例包括在附图中，附图仅用于示例性目的。还构想了许多附加的运动学配置。本发明的范围不限于所包括的实施方式，而是涵盖说明书和权利要求所预期的所有可能组合。

具体实施方式

图1示出了本发明的第一示例性实施方式。

第一示例性实施方式包括基准构件(79)、低速构件(9)、高速构件(19)和连杆(21)。

基准构件(79)包括基本上平行并且间隔开偏移距离(91)的中央轴线(70)和偏移轴线(71)。

低速构件(9)包括基本上垂直并相交的中央轴线(0)和径向轴线(1)。

高速构件(19)包括基本上平行并且间隔开偏移距离(91)的中央轴线(10)和偏移轴线(11)。

中央轴线(70)、中央轴线(0)和中央轴线(10)基本上全部同轴且可转动地联接(80、81)。

连杆(21)包括第一臂构件(39)、第二臂构件(39)和长形构件(59)。

各臂构件(39)包括基本上平行并且间隔开臂距离(90)的近侧轴线(30)和远侧轴线(31)。

长形构件(59)包括中央轴线(50)。

一个近侧轴线(30)和偏移轴线(71)基本上同轴并且可转动地联接(82)。

另一个近侧轴线(30)和偏移轴线(11)基本上同轴并且可转动地联接(84)。

中央轴线(50)和两个远侧轴线(31)基本上全部同轴并且可转动地联接(86、87)。

中央轴线(50)和径向轴线(1)沿着径向轴线(1)可滑动地联接(89)。

图2示出了本发明的第二示例性实施方式。

第二示例性实施方式包括两个连杆(21、22)。

一个连杆(22)及其相关联的径向轴线(1)基本垂直于图示的平面，并且被隐藏或仅部分可见。

低速构件(9)包括均基本上垂直于中央轴线(0)并且彼此垂直的两个径向轴线(1)。

各连杆(21、22)的中央轴线(50)和不同的径向轴线(1)基本垂直并沿着相应的径向轴线(1)可滑动地联接(89)。

基准构件(79)包括基本上平行于中央轴线(70)并且绕着中央轴线(70)周向地配置的两个偏移轴线(71、72)。

各连杆(21、22)的一个近侧轴线(30)和不同的偏移轴线(71、72)基本上同轴并且可转动地联接(82、83)。

各连杆(21、22)的另一个近侧轴线(30)和偏移轴线(11)基本上全部同轴并且可转动地联接(84)。

图3示出了本发明的第三示例性实施方式。

第三示例性实施方式包括两个连杆(21、23)。

一个连杆(23)及其相关联的径向轴线(1)基本垂直于图示的平面并且被隐藏或仅部分可见。

低速构件(9)包括均基本垂直于中央轴线(0)并且彼此垂直的两个径向轴线(1)。

各连杆(21、22)的中央轴线(50)和不同的径向轴线(1)基本垂直并沿着相应的径向轴线(1)可滑动地联接(89)。

高速构件(19)包括基本上平行于中央轴线(10)并且绕着中央轴线(10)周向地配置的两个偏移轴线(11、12)。

各连杆(21、22)的一个近侧轴线(30)和不同的偏移轴线(11、12)基本上同轴并且可转动地联接(84、85)。

各连杆(21、22)的另一个近侧轴线(30)和偏移轴线(71)基本上全部同轴并且可转动地联接(82)。

图4示出了本发明的第四示例性实施方式。

第四示例性实施方式包括四个连杆(21-24)。

两个连杆(22、23)及其相关联的径向轴线(1)基本上垂直于图示的平面并且被隐藏或仅部分可见。

低速构件(9)包括均基本上垂直于中央轴线(0)并且彼此垂直的四个径向轴线(1)。

各连杆(21-24)的中央轴线(50)和不同的径向轴线(1)基本垂直并沿着相应的径向轴线(1)可滑动地联接(89)。

基准构件(79)包括基本上平行于中央轴线(70)并绕着中央轴线(70)周向地配置的两个偏移轴线(71、72)。

高速构件(19)包括基本上平行于中央轴线(10)并绕着中央轴线(10)周向地配置的两个偏移轴线(11、12)。

对于第一连杆(21)，一个近侧轴线(30)和第一偏移轴线(71)基本上同轴并且可转动地联接(82)，另一个近侧轴线(30)和第一偏移轴线(11)基本上同轴并且可转动地联接(84)。

对于第二连杆(22)，一个近侧轴线(30)和第二偏移轴线(72)基本上同轴并且可转动地联接(83)，另一个近侧轴线(30)和第一偏移轴线(11)基本上同轴并且可转动地联接(84)。

对于第三连杆(23)，一个近侧轴线(30)和第一偏移轴线(71)基本上同轴并且可转动地联接(82)，另一个近侧轴线(30)和第二偏移轴线(12)基本上同轴并且可转动地联接(85)。

对于第四连杆(24)，一个近侧轴线(30)和第二偏移轴线(72)基本上同轴并且可转动地联接(83)，另一个近侧轴线(30)和第二偏移轴线(12)基本上同轴并且可转动地联接(85)。

图5A至图5B绘示了包括一个连杆(21)的第一示例性实施方式。

图6A至图6B绘示了包括两个连杆(21、23)的第三示例性实施方式。高速构件(19)包括两个均匀分布(101)的偏移轴线(11、12)，低速构件(9)包括两个非均匀分布(100)的径向轴线(1)。

图7A至图7B绘示了包括三个连杆(21、23、25)的第三示例性实施方式。高速构件(19)包括三个均匀分布(101)的偏移轴线(11、12、13)，低速构件(9)包括三个均匀分布(100)的径向轴线(1)。

图8A至图8B绘示了包括四个连杆(21-24)的第四示例性实施方式。高速构件(19)包括两个均匀分布(101)的偏移轴线(11、12)，基准构件(79)包括两个均匀分布(107)的偏移轴线(71、72)，低速构件(9)包括四个均匀分布(100)的径向轴线(1)。

在图5B、图6B、图7B和图8B中，低速构件(9)以九个不同的转动角度(它们以45°的增量进展以跨越一整圈(360°))绘示，高速构件(19)以九个不同的转动角度(它们以90°的增量进展以跨越两整圈(720°))绘示。

图9A至图9D绘示了第四示例性实施方式的第一实际实施方案。

如图9B所示，四个连杆(21-24)中的各连杆均包括一体的长形构件(59)和第二臂构件(39)。

通过与位于连杆(21-24)的相反两侧的一对槽接合的杆(59)，各长形构件(59)和低速构件(9)同时绕着相应的中央轴线(50)可转动地联接(88)并且绕着相应的径向轴线(1)可滑动地联接(89)。

图10A至图10D绘示了第四示例性实施方式的第二实际实施方案。

如图10B所示，四个连杆(21-24)中的各连杆均包括一体的长形构件(59)和第二臂构件(39)。

通过与位于连杆(21-24)的两个臂构件(39)之间的单个槽接合的杆(59)，各长形构件(59)和低速构件(9)同时绕着相应的中央轴线(50)可转动地联接(88)并且绕着相应的径向轴线(1)可滑动地联接(89)。

示例

在以下各示例中，提供2：1的减速比，由此高速构件(19)的两整圈旋转引起低速构件(9)在相同方向上相对于基准构件(79)的一整圈旋转。

如果低速构件(9)保持固定，则高速构件(19)和基准构件(79)一致地转动(沿相反方向转动)。

每当连杆(21-25)的两个臂构件(39)对齐时，该连杆(21-25)处于奇异构型(singular configuration)。

第一示例考虑包含单个连杆(21)的图5A至图5B所示的第一示例性实施方式。

在图5B中，0°、360°和720°的高速构件(19)角度将连杆(21)置于奇异构型，这可能导致不可预测的行为并且在实践中应该通过包括机械止动件或其它部件来避免。

第二示例考虑图6A至图6B所示的第三示例性实施方式，其包含两个连杆(21、23)、分隔开90°的低速相位角(100)的两个径向轴线(1)以及分隔开180°的高速相位角(101)的两个偏移轴线(11、12)。

在图6B中，0°、360°和720°的高速构件(19)角度将第一连杆(21)置于奇异构型，并且180°和540°的高速构件(19)角度将第二连杆(23)置于奇异构型。

两个连杆(21、23)从不同时处于奇异构型，因此设备始终表现得可预测。

第三示例考虑图7A至图7B所示的第三示例性实施方式，其包含三个连杆(21、23、25)、各自分隔开120°的共同低速相位角(100)的三个径向轴线(1)以及各自分隔开120°的共同高速相位角(101)的三个偏移轴线(11、12、13)。

在图7B中，0°、360°和720°的高速构件(19)角度将第一连杆(21)置于奇异构型，120°和480°(未示出)的高速构件(19)角度将第二连杆(23)置于奇异构型，240°和600°(未示出)的高速构件(19)角度将第三连杆(25)置于奇异构型。

所有三个连杆(21、23、25)从不同时处于奇异构型，设备始终表现得可预测。

由于其改进的对称性，因此在高速时第三示例产生的振动小于第二示例。

第四示例考虑图8A至图8B所示的第四示例性实施方式，其包含四个连杆(21-24)、各自分隔开90°的共同低速相位角(100)的四个径向轴线(1)、分隔开180°的高速相位角(101)的两个偏移轴线(11、12)以及分隔开180°的基准相位角(107)的两个偏移轴线(71、72)。

在图8B中，0°、360°和720°的高速构件(19)角度将第一连杆(21)和第四连杆(24)置于奇异构型，180°和540°的高速构件(19)角度将第二连杆(22)和第三连杆(23)置于奇异构型。

所有四个连杆(21-24)从不同时处于奇异构型，因此设备始终表现得可预测。

由于其改进的对称性，在高速时第四示例提供比第二或第三示例少的振动。

第五示例考虑图9A至图9D所示的第一实际实施方案。

在图9A至图9D中，低速构件(9)利用位于长形构件(59)的两端的组合的可滑动(89)且可转动(88)联轴器夹持连杆(21-24)，从而分配力并使作用于长形构件(59)的扭矩最小化。

第六示例考虑图10A至图10D所示的第二实际实施方案。

在图10A至图10D中，低速构件(9)利用组合的可滑动(89)且可转动(88)联轴器将连杆(21-24)对分，从而定位各连杆(21-24)的两个臂构件(39)之间的力并使作用于长形构件(59)的扭矩最小化。

优点

本文公开的示例性实施方式具有许多有利的特性。

特定示例性实施方式不包括任何齿轮或任何其它接合元件，并且不产生任何齿轮噪声或振动。

特定示例性实施方式不会滑动。

特定示例性实施方式提供低速构件(9)和高速构件(19)之间的零齿隙而没有任何顺应性(compliance)。

特定示例性实施方式包括同轴输入轴和输出轴。

特定示例性实施方式提供无限制的转动运动范围。

特定示例性实施方式是平衡的并且在高速下产生很小的振动。

特定示例性实施方式提供高效率。

特定示例性实施方式提供高扭矩容量。

可以使用廉价的材料、部件和制造工艺来构造特定示例性实施方式。

特定示例性实施方式不需要润滑剂或润滑系统。

特定示例性实施方式是可反向驱动的，并且可以被构造成提供减速比、超速驱动比或者方向反转。

根据本文的公开内容，其它优点显而易见。