一种活齿传动专用机械平衡输入装置
技术领域
本发明涉及活齿传动技术领域，特别涉及一种活齿传动专用机械平衡输入装置。
背景技术
活齿传动技术是区别于行星齿轮传动、谐波传动和RV传动这三大传统传动技术的第四大传动技术，随着该技术的发展，各种活齿传动构型层出不穷，具备代表性的如推杆活齿传动、滚柱(钢球)活齿传动、摆动活齿传动、套筒活齿传动和平面钢球传动等。
以滚柱(钢球)活齿传动为例，常见的有摆线钢球活齿传动和正弦钢球活齿传动两种构型；无论是摆线钢球活齿传动还是正弦钢球活齿传动，其与活齿啮合的驱动盘总是偏心布置的，这就造成了机构本身的机械不平衡性，用于减速器时，整机转动惯量较大，高速运转条件下振动问题严重。
如专利号为202010012353.9提出的《一种双级封闭式根切摆线活齿减速器》，现有的对其进行机械平衡的方法是给驱动构件配重或减重，需要做动平衡实验，极大地增加了零部件加工难度以及应用难度；而另一个专利，如专利号为202010012352.4提出的《一种中心对称双级嵌套式根切摆线活齿减速器》，虽然其本身通过添加中心对称的传动机构实现了动平衡，但其由于增设了一个机构，整机体积变大，制造成本变高。对此，整机机械平衡问题的行之有效的解决方案成了一个亟待攻克的难题。
对此，本发明在传动机构中加入了机械平衡滚动体，在有效解决振动问题的同时，巧妙地将整机关联为一个整体；该方案可基本覆盖全系活齿传动构型的应用场景，将其应用在减速器上将有效消除有害的振动。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种活齿传动专用机械平衡输入装置，该装置可适应多种活齿传动构型，其活齿轮与壳体之间安装有机械平衡滚动体，可有效的实现整个装置的机械平衡；机械平衡滚动体分为单自由度平衡滚动体和双自由度平衡滚动体，根据不同的应用场合，二者可灵活选用；活齿轮为盘形件，在两端面上至少有一个端面有活齿啮合副，活齿啮合副可以是摆线滚道、弦线滚道、直线滚道、活齿槽或沿圆周周期性分布的具有多个波的分段连续曲线滚道等，具体选用方式由传动类型决定；用于与活齿啮合的滚道可以采用非根切齿面滚道、根切齿面滚道或组合齿面滚道。
本发明所使用的技术方案是：一种活齿传动专用机械平衡输入装置，包括驱动轴、轴承、活齿轮、机械平衡滚动体、壳体，所述的驱动轴包括输入轴段和偏心轴段，输入轴段铰接在壳体上，与壳体同轴线；轴承铰接在驱动轴的偏心轴段上；活齿轮为盘形件，其内壁铰接在轴承上，其两端面上至少有一个端面有用于与活齿啮合的活齿啮合副；活齿轮外壁与壳体内壁之间的环形空间内安装有一个机械平衡滚动体，机械平衡滚动体同时与活齿轮外壁与壳体内壁接触配合。
进一步的，活齿轮端面上用于与活齿啮合的活齿啮合副可以是摆线滚道、弦线滚道、直线滚道、活齿槽或沿圆周周期性分布的具有多个波的分段连续曲线滚道。
进一步的，用于与活齿啮合的滚道为非根切齿面滚道、根切齿面滚道或组合齿面滚道。
进一步的，活齿啮合副为直线滚道时，所有直线滚道的中心线通过活齿轮的中心，且所有直线滚道沿圆周均布；活齿啮合副为活齿槽时，所有活齿槽沿圆周均布。
进一步的，机械平衡滚动体为单自由度平衡滚动体或双自由度平衡滚动体。
进一步的，单自由度平衡滚动体由单自由度保持架和正整数个直径从小到大的不同规格的滚子组成；滚子安装在单自由度保持架对应的滚子槽内，所有滚子分别同时与活齿轮外壁及壳体内壁接触配合；所有滚子可以沿圆周均布，也可以沿圆周不均布，不同滚子之间的材料可以采用相同的，也可以采用不同的，但所有滚子与单自由度保持架构成的单自由度平衡滚动体，和驱动轴、轴承及活齿轮构成的整体结构的重心，处于壳体的中心轴线上。
进一步的，双自由度平衡滚动体由双自由度保持架、正整数个直径从小到大的不同规格的外滚子及正整数个直径从小到大的不同规格的内滚子组成；外滚子安装在双自由度保持架外侧对应的外滚子槽内，所有外滚子分别同时与壳体内壁接触配合；内滚子安装在双自由度保持架对应的滚子槽内，所有内滚子分别同时与活齿轮外壁接触配合；所有外滚子或内滚子可以沿圆周均布，也可以沿圆周不均布，不同外滚子或内滚子之间的材料可以采用相同的，也可以采用不同的，但所有外滚子和内滚子与双自由度保持架构成的双自由度平衡滚动体，和驱动轴、轴承及活齿轮构成的整体结构的重心，处于壳体的中心轴线上。
进一步的，单自由度平衡滚动体的滚子、双自由度平衡滚动体的外滚子和双自由度平衡滚动体的内滚子，其外表面均为平面连续曲线绕着一条不穿过该连续曲线的特定轴线旋转一周得到的曲面，如球面、圆柱面、圆锥面等，分别对应钢球滚子、圆柱滚子和圆锥滚子。
进一步的，机械平衡滚动体为单自由度平衡滚动体时，活齿轮外壁和壳体内壁的表面形状，与单自由度平衡滚动体的滚子的外表面相切或完全贴合。
进一步的，机械平衡滚动体为双自由度平衡滚动体时，活齿轮外壁的表面形状，与双自由度平衡滚动体的内滚子的外表面相切或完全贴合；壳体内壁的表面形状，与双自由度平衡滚动体的外滚子的外表面相切或完全贴合。
由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：(1)整个装置可达到机械平衡的技术效果，或使用时振动很小；(2)本装置基本适用于已知的所有活齿传动构型，具备通用性；(3)结构简单紧凑，便于加工制造及装配。
附图说明
图1、图2为本发明的实施例一结构示意图。
图3、图4为本发明的实施例二结构示意图。
图5为本发明的实施例三结构示意图。
图6为本发明的实施例四结构示意图。
图7、图8为本发明的实施例五结构示意图。
图9为本发明的实施例六结构示意图。
图10为本发明的驱动轴盖零件结构示意图。
图11为本发明的单自由度平衡滚动体结构示意图。
图12为本发明的双自由度平衡滚动体结构示意图。
附图标号：1-驱动轴；2-轴承；3-活齿轮；4-单自由度平衡滚动体；5-壳体；6-双自由度平衡滚动体；101-输入轴段；102-偏心轴段；301-第一活齿啮合副；302-第二活齿啮合副；401-单自由度保持架；402-第一滚子；403-第二滚子；404-第三滚子；405-第四滚子；406-第五滚子；407-第六滚子；408-第七滚子；409-第八滚子；410-第九滚子；411-第十滚子；412-第十一滚子；413-第十二滚子；601-双自由度保持架；602-第一外滚子；603-第二外滚子；604-第三外滚子；605-第四外滚子；606-第五外滚子；607-第六外滚子；608-第七外滚子；609-第八外滚子；610-第一内滚子；611-第二内滚子；612-第三内滚子；613-第四内滚子；614-第五内滚子；615-第六内滚子；616-第七内滚子；617-第八内滚子。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
图1、图2为本发明的实施例一，在该实施例中，采用单自由度平衡滚动体，活齿轮两端面均有活齿啮合副，即第一活齿啮合副和第二活齿啮合副；其中，第一活齿啮合副和第二活齿啮合副均为组合齿面内摆线滚道，滚道的啮合曲线为一个内摆线，其在平面直角坐标系中的参数方程为：
上式中，A-偏心轴段与输入轴段的偏心距；R1-第一活齿啮合副的活齿分布圆半径；Zc1-第一活齿啮合副滚道波数；R2-第二活齿啮合副的活齿分布圆半径；Zc2-第二活齿啮合副滚道波数。
其传动参数见表1：
表1结构理论参数表
在本实施例一中的单自由度平衡滚动体，由单自由度保持架和十二种长度相同但直径规格不同的滚柱型滚子组成，分别是第一到第十二滚子；单自由度保持架和所有滚子的材料选用和驱动轴及活齿轮相同密度的材料；第一滚子有一个；第二到第十二滚子均有两个，且关于第一滚子径向直线呈对称分布的关系；如图11所示，为所有滚子编号，分别对应402～413号，则其规格尺寸见表2：
表2滚子规格尺寸表
图3、图4为本发明的实施例二，该实施例是将实施例一中的单自由度平衡滚动体替换为了双自由度平衡滚动体，由双自由度保持架和八种长度相同但直径规格不同的滚柱型外滚子及八种长度相同但直径规格不同的滚柱型内滚子组成，分别是第一到第八外滚子、第一到第八内滚子；双自由度保持架和所有内、外滚子的材料选用和驱动轴及活齿轮相同密度的材料；第一外滚子有一个，第二到第八外滚子均有两个，且关于第一外滚子径向直线呈对称分布的关系；第一到第八内滚子均有两个；如图12所示，为所有外滚子编号，分别对应602～609号；为所有内滚子编号，分别对应610～617号，则其规格尺寸见表3：
表3内、外滚子规格尺寸表
图5为本发明的实施例三，该实施例是将实施例一中的活齿轮替换为了只带有一个具有一个波的正弦活齿滚道的活齿轮，其正弦滚道的啮合曲线参数方程为(单位mm)：
图6为本发明的实施例四，该实施例是将实施例一中的活齿轮替换为了带有一个具有八个波的正弦活齿滚道的活齿轮，其正弦滚道的啮合曲线参数方程为(单位mm)：
图7、图8为本发明的实施例五，该实施例将实施例一中的活齿轮替换为了两端面均带有活齿槽的活齿轮，其中，作为第一活齿啮合副的活齿槽槽数等于实施例一中的Zb1，作为第二活齿啮合副的活齿槽槽数等于实施例一中的Zb2。
图9为本发明的实施例六,该实施例是将实施例一中的活齿轮替换为了带有一个具有九个圆周均布的直线滚道的活齿轮。
本发明工作原理：本装置作为活齿传动机构的输入装置时，活齿轮的运动为绕着输入轴段轴线的公转和绕着偏心轴段轴线的自转。在没有机械平衡滚动体的情况下，由于偏心距的存在，机构本身质量不均匀，驱动时会产生振动。对此，合理的分配机械平衡滚动体的质量，使其安装在活齿轮上时，能平衡原先的机构结构，即平衡滚动体和驱动轴、轴承及活齿轮构成的整体结构的重心，处于壳体的中心轴线上。这样就可以实现整个装置运动时的机械平衡。但是，实际生产加工中，由于加工误差和材料制造水平的限制，实际上装置整体结构的重心并不能完美地处于壳体的中心轴线上，会有微小的偏差，但即便存在这个微小偏差，对机械平衡效果的影响也不是很大，整机的性能也明显优于现有的活齿传动产品。
机械平衡滚动体的优先选用标准是，在机械平衡滚动体转向与活齿轮自转及公转方向均相同的情况下，机械平衡滚动体优先选用单自由度平衡滚动体，此时单自由度平衡滚动体上的滚子可以在活齿轮外壁及壳体内壁上做纯滚动运动；其他情况下，机械平衡滚动体优先选用双自由度平衡滚动体，此时双自由度平衡滚动体上的内滚子可以在活齿轮外壁上做纯滚动运动、外滚子可以在壳体内壁上做纯滚动运动。纯滚动运动会降低机械摩擦，提高传动效率。
