TWM579232U - 複差動減速器 - Google Patents

Abstract

本創作是一種複式差動減速裝置，其包括固定環、大齒環、小齒環、輸出輪、凸輪軸、多個軸承及側蓋板。固定環內有齒，用以連接大齒環及安裝側蓋板，大齒環與小齒環齒數不同孔徑相同，大齒環連接固定環內齒，小齒環連接輸出輪之內齒，大小齒環內孔放一軸承安裝凸輪軸，輸出輪一邊有內齒，中間有一階級座、側邊有一內孔及多個環形孔，內齒用以連接小齒環外齒，階級座用以安裝軸承並固定於凸輪軸上，環形孔用以連接傳動軸輸出動力，側蓋板內孔放一軸承安裝凸輪軸固定於固定環上。使用時，馬達動力從凸輪軸輸入，凸輪軸之凸輪帶動大小齒環轉動，利用大小齒環與固定環、輸出輪的齒數差，產生複式差速轉動，達成大的減速效果，本減速裝置具結構簡單、高減速比、強度大等特性。

Description

複差動減速器

本創作是一複差動減速器，與減速裝置相關，用於傳動機構旋轉速度縮減用。

減速器是一種動力傳達機構，利用機構的速度轉換器，將馬達的迴轉數減速到所要的迴轉數，並得到較大轉矩的機構。減速器的應用範圍相當廣泛，從大動力的傳輸工作，到小負荷精確的角度傳輸都可以見到減速機的應用。減速器就是把馬達輸出的高轉速降低並提高扭矩；機件原理中提到減速器的原理及應用，常使用輪系(齒輪、皮帶輪或鏈輪)來達到增減轉速的效果，其中又以齒輪的設計為最多，大部份的減速器用齒輪製作，齒輪在製作零件時比較繁複，非同軸性、小型輸出扭矩受限制為其限制，但速比變化大、體積小為其優點，故廣泛使用於機械傳動。

減速器的減速比、體積、效率、成本是減速器性能、價格的決定性因素之一。習知的減速器有齒輪減速器、蝸輪蝸桿減速機、行星齒輪減速器；齒輪減速器利用小齒輪帶動從動大齒輪，造成速度遞減，構造簡單但單段的減速比限制於1/6以下；蝸輪蝸桿減速機有極大的單段的減速比可由1/5至1/100、且有不可逆轉之安全性，但因為蝸桿推動蝸輪之最大靜摩擦力較大且兩軸需在空間正交，故效率低於齒輪減速機且佔較大之空間；行星齒輪減速器，結合2-3段減速齒輪組，小體積即 可達到很大的減速比，結構緊湊，但製作成本較高且減速比較難達到整數。很多機械採用變速箱驅動，但是效率低、成本高、體積大、重量重，已慢慢被同軸減速器取代。

同軸減速器具有高轉速比、體積小等特性，廣泛用於需大減速比之精密機械上。常用的同軸減速器有擺線傳動(Cycloidal drive)結構及諧波傳動(harmonic drive)結構。擺線減速器是一種用行星式傳動原理，採用擺線針齒嚙合的傳動裝置，擺線減速機傳動裝置可分為三部分：輸入部分、減速部分、輸出部分，輸入軸上裝有一個錯位180°的雙偏心套，在偏心套上裝有兩個稱為轉臂的滾柱軸承，形成H機構，兩個擺線輪的中心孔即為偏心套上轉臂軸承的滾道，擺線輪與環形排列的針齒相嚙合，嚙合齒差為一齒，典型的設計如RV(Rotor Vector)減速器，已廣泛運用於產業機械中。

相對於傳統齒輪結構，諧波齒輪減速器的高轉速比在一定程度上決定了驅動和指向機構的運動特性；諧波齒輪減速器(Harmonic Drive)，它具有承載能力高、質量輕、回差低(或是接近零回差)、減速比範圍大等特點，常應用機器手迴轉關節。諧波傳動結構之組成主要包含波產生器(wave generator)、柔輪(flex spline)及鋼輪(circular spline)三部分，依序由內而外同軸地設置。其中，波產生器係由橢圓形凸輪、外環以及二者之間設置之滾珠軸承所構成，並作為輸人軸；柔輪則是杯狀之金屬彈性體，並在其外表面形成漸開線齒型，通常作為輸出軸；而鋼輪則是環狀剛體，並在其內表面成對應嚙合柔輪之齒型，且較柔輪之齒數多2齒，一般固定於外殼。

諧波柔輪一端通過軸承套接諧波發生器外圈，柔輪軸一端內圈通過軸承設於諧波發生器另一端，柔輪軸徑外圈設於諧波柔輪軸徑段內圈，諧波柔輪軸徑段直接作為減速器的輸出軸驅動。當橢圓形凸輪(輸人軸)受驅動而開始轉動，長軸方向的兩端可將柔輪撐張，使柔 輪外表面的齒與對應之鋼輪內表面的齒嚙合，並藉由柔輪與鋼輪的齒數差，產生減速傳動之效果。柔輪為了可被凸輪撐張須具備一定的可撓性，又必須具備一定之剛性方能支撐外表面的齒進行嚙合，惟柔輪藉由彈性變形進行動力之傳遞，其剛性難以提高，且隨著使用時間的增長，其變形精度亦可能劣化，故必需使用昂貴特殊材料且需要精密加工，導致製造成本難以降低，反應在高昂的產品價格上。

考量擺線減速器減速比較小，諧波齒輪減速機天生剛性不足、柔輪製造複雜度，複差動減速器具有減速比大，強度高特性，使用一般漸開線齒形，具製造容易特性，可廣泛用於需大扭矩的傳動裝置，它利用複式傳動達成高減速目的，與其他類型減速器作特性比較，複差動減速器具有高效能、體積小、慣性低、效率大等特性，

本創作在於提供一種複差動減速器，利用二組內齒輪齧合傳動達成高減速比功能，本創作具良好結構剛性、體積小特性，比起諧波減速器具較好的強度抵抗與使用壽命。

一種減速裝置，其包括固定環、大小齒環、輸出輪、凸輪軸、側蓋板、軸承。固定環、大小齒環、輸出輪上有漸開線輪齒，工作原理是大小齒環固定在一起，大齒環連接固定環，小齒環連接輸出輪，凸輪軸帶動大小齒環轉動，利用大小齒環與齧合齒環之齒數差，迫使凸輪軸每轉一圈，輸出輪產生一複式差動位移，利用二組齧合傳動之齒數差達到減速目的；動力從凸輪軸輸入，經軸承傳至大小齒環，大小齒環產生行星運動將複式減速運動傳至輸出輪。二組齧合齒環齒數差可相等亦可不等，齒形設計採用漸開線齒形，方便製造加工。

組裝時大小齒環經一滾針軸承安裝於凸輪軸上，大齒環與固定環之內齒齧合，小齒環與輸出輪內齒齧合，大小齒環需與固定 環、輸出輪接觸傳動，確保運轉平順。固定環側面有多個環形螺紋孔，用以固定側蓋板，大小齒環上之圓形孔用以安裝軸承與凸輪軸，輸出輪一邊有內齒，中間有一凹槽、側邊有多個環形孔，內齒連接小齒環外齒，階級座安裝軸承使可與凸輪軸固定，側邊環形孔用以連接傳動軸輸出動力，側蓋板上有一內孔及多個環形孔，內孔用以安裝軸承支撐凸輪軸，環形孔用固定側蓋板於固定環上，防止凸輪軸產生側向移動。

二組齧合齒環齒數差若相同，齒形設計可用相同模數，若齒數差不同，設計需用不同模數，確保二組齒環齧合傳動。減速器之凸輪軸連接驅動馬達，用於輸入動力，凸輪軸之凸輪帶動大小齒環沿固定環轉動，小齒環帶動輸出輪產生複式減速運動，大小齒環具一微小間隔且固定在一起，輸出輪可用一體成型設計，一邊有內齒用以連接小齒環，中間有階級孔用以安裝軸承並固定凸輪軸，側邊有多個環形孔，環形孔用於連接輸出軸輸出動力。

1‧‧‧固定環

2‧‧‧大齒環

3‧‧‧小齒環

4‧‧‧輸出輪

5‧‧‧凸輪軸

6‧‧‧滾針軸承

7‧‧‧軸承1

8‧‧‧軸承2

9‧‧‧軸承3

10‧‧‧側蓋板

第一圖 本創作複差動減速器立體爆炸示意圖。

第二圖 本創作複差動減速器半剖面示意圖。

第三圖 本創作複差動減速器組合示意圖(前視圖)。

第四圖 本創作複差動減速器組合示意圖(後視圖)。

如第一圖、第二圖所示，為本創作所揭露之複差動減速器，包含：固定環(1)、大齒環(2)、小齒環(3)、輸出輪(4)、凸輪軸(5)、滾針軸承(6)、軸承(7)(8)(9)、側蓋板(10)；應理解的是本案能在不同的樣式上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範園，其中的說明及圖式在本質上當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第一圖、第二圖所示，為本案實施例複差動減速器組裝示意圖，本複差動減速器主要由固定環(1)、大齒環(2)、小齒環(3)、輸出輪(4)、凸輪軸(5)、側蓋板(10)構成；固定環(1)中間有內齒，二側有凹槽，用以安裝側蓋板(10)與裝軸承(9)，大齒環(2)與小齒環(3)有開線齒形，使與固定環(1)、輸出輪(4)之內齒做齧合傳動，大小齒環二者固定在一起，中間有一圓形孔，用以安裝滾針軸承(6)，使凸輪軸帶動大齒環(2)與小齒環(3)轉動，凸輪軸(5)二側裝有軸承(7)及軸承(8)，軸承(7)固定於側蓋板(10)之內孔，軸承(8)固定於輸出輪(4)之中間凹槽。

如第一圖、第二圖所示，固定環(1)二邊凹槽，一邊有多個紋孔，使側蓋板(6)能用螺絲與固定環(1)結合，另一邊連接軸承(9)，使輸出輪(4)與固定環(1)形成滾動接觸；輸出輪(4)為一杯形傳動輪，左側有內齒，與小齒輪(3)做齧合傳動，中間有一凹槽，用以安裝軸承(8)，使凸輪軸(5)能固定在上面，輸出輪(4)右邊有一圓孔及多個環形孔，環形孔用以安裝傳動軸輸出動力。運動時凸輪軸(5)上之凸輪將輸入動力傳遞到大齒環(2)與小齒環(3)，大小齒環沿著固定環(1)之內齒做行星運動，利用固定環(1)與大齒環(2)，小齒環(3)與輸出輪(4)之齒數差，使機構產生複式差動位移，達到減速目的。凸輪軸(5)二側及中間均安裝軸承，使凸輪軸與與大小齒環形成滾動接觸，藉以減少磨擦提高效率。

如第一圖、第二圖、第三圖所示，滾針軸承(6)裝於凸輪軸(5)上，用以傳遞凸輪軸動力；軸承(7)、軸承(8)裝於側蓋板(10)與輸出輪(4)內，用以支撐凸輪軸(5)使產生滾動接觸，軸承(9)裝於固定環與輸出輪(4)中間，用一C行環固定，使輸出輪產生滾動接觸。凸輪軸(5)為一中空設計，使連接馬達之旋轉軸，作為動力輸入用；凸輪(5)另一側可設計配重，以消除轉動時不平衡震動。輸出輪(4)可採用一體成型加工製造，使整體設計簡化。

如第一圖、第二圖所示，大齒環(2)之外齒比固定環(1)內 齒少，小齒環(3)之外齒比輸出輪(4)內齒少，二者齒數差可相同亦可不同，齒數差大小依減速比而定。各齒環之齒形採用漸開線齒形來設計，齒形設計可利用移位齒形，以消除少齒差傳動干涉問題，確保大小齒環與固定環、輸出輪可做連續齧合傳動。當凸輪軸(5)轉動時，其上凸輪會驅動大小齒環(2)(3)沿著固定環(1)移動，利用二組齧合齒環齒數差，產生複式差動位移，達成高減速功能。本案較佳實施例，凸輪軸二側外徑不同，用以安裝滾動軸承，形成穩固支撐，亦可用相同外徑大小設計，此變更並不改變本創作之作動原理，故為本創作之一衍生應用例。

本案另一實施例，輸出輪(4)之內齒輪與杯形輪可採分離設計，加工製造後再組合；另杯形輪外徑亦可設計相同，內部中間凹槽加裝一固定板，用以固定輸出輪(4)與凸輪軸(5)，如此設計將使輸出輪加工製造較容易，增加製造方便；變更此元件設計，並不改變本創作之作動原理，故為本創作之一衍生應用例。

綜上所述，本案之複差動減速器，具有結構簡單，體積小、高減速比功能，比起習知減速器，在相同體積大小下，本創作之複差動減速器具有高減速比、較大傳動扭矩，較長使用壽命。本案複差動減速器可用於一般需高減速之機械，特別是安裝體積受限制及需大減速比之機械，本創作複差動減速器具高性能、低製造成本及實用性特點，為一具產業價值之創新，依法提出申請。本案由熟知此技術之人士任施巧思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

Claims (6)

1. 一種複差動減速器，包括：一固定環，中間有漸開線內齒，用於引導大齒環做齧合傳動，二側有凹槽，用以安裝側蓋板與軸承，使能固定支撐凸輪軸與輸出輪；一大齒環，上有漸開線外齒及一內孔，外齒與固定環內齒做齧合傳動，內孔用於安裝軸承接受凸輪軸之動力；一小齒環，與大齒環固定在一起，漸開線外齒與輸出輪內齒做齧合傳動，內孔與大齒環內孔功能相同；一輸出輪，為一具不等外徑之杯形輪，開口邊有內齒與小齒環齧合傳動，用於減速器動力輸出用；一凸輪軸，動力輸入，帶動大小齒環轉動，使沿固定環產生行星運動；一側蓋板，固定在固定環上，用以安裝軸承支撐凸輪軸；一滾針軸承，連接凸輪，將凸輪軸動力經滾動接觸傳至大小齒環；三個軸承，裝於凸輪軸二側與固定環一側，用於支撐凸輪軸與輸出輪，產生滾動接觸。
2. 如請求項1所述之複差動減速器，該裝置利用二組齧合齒環齒數差，產生複差動位移，達成高減速比功能。
3. 如請求項1所述之複差動減速器，固定環有內齒，用於引導大齒環轉動，二邊有凹槽，用於安裝側蓋板與輸出輪。
4. 如請求項1所述之複差動減速器，大小齒環齒數不同，大齒環連接固定環，小齒環連接輸出輪，內孔安裝軸承連接凸輪軸。
5. 如請求項1所述之複差動減速器，輸出輪為一具不等外徑之杯形輪，厚度相同，開口邊連接固定環，中間有一凹槽安裝凸輪軸，側邊有多個環形孔連接傳動軸，用於輸出動力。
6. 如請求項1所述之複差動減速器，凸輸軸連接驅動馬達輸入動力，上有一凸輪，凸輪帶動大小齒環使沿固定環做行星運動，同時產生自轉運動。