凸轮可分离齿轮减速器 本发明是一种改进的机械减速器，适用于机械减速传动，因其自身结构上的优势，就一般使用场合而言，它比现市售行星摆线针轮减速器，体积更小，重量更轻，所以特别适用于同移动式机具配套，或作自动控制，机器人的执行机构。
就发明人所知，目前减速器种类已近十种，而被广泛采用的则以圆柱齿轮减速器和行星摆线针轮减速器为最多，且都已系列化，在批量的生产，但它们都各有自身不足之处，如圆柱齿轮减速器，体积大，重量重，尤以传动比大时更为显著，在空间小的场合使用受到限制。行星摆线针轮减速器有许多优点，如体积小、重量轻、传动比大、过载能力大、效率高，但也仍有它自身难于克服的缺点，如：1、转臂轴承，当其工作连续性大的情况下，承载能力往往受转臂轴承寿命的限制。2、W机构(即输出机构。发明人注)的柱销弯曲强度不足，柱销弯坏。3、针齿与摆线齿发生点蚀或胶合，尤其在大功率或制造误差大时，这种破坏往往是主要形式，摘自《机械零件设计手册》1976年冶金工业出版社(357页)。
本发明的任务是提供一种能避开上述两种减速器的缺点，零件少，结构合理，制造容易，能进一步微型化，达到优点多于以上两种减速器为目标的凸轮可分离齿轮减速器。
本发明的任务是以如下方式来完成的，它由主要传动零件：凸轮轴(26)、转子(22)和(27)、针轮(23)和(29)、针齿(24)和(28)、滑动齿(25)和(30)、壳体、壳盖以及紧固件、密封件、轴承等组成。
图一是本发明纵剖面图
图二是俯视图
图三是本发明工作原理图
图四是本发明同一原理演变派生的并联减速器工作原理图
凸轮可分离齿轮减速器零件编号：(1)轴套；(2)O型密封圈；(3)注油孔螺钉；(4)轴承；(5)一级转子轴承；(6)壳盖；(7)O型密封圈；(8)一级针轮压环；(9)定位螺钉；(10)一级防转环；(11)滚针轴承；(12)垫圈；(13)二级转子轴承；(14)二级针轮压环；(15)二级防转环；(16)二级转子轴承；(17)壳体；(18)压盖；(19)螺钉；(20)橡胶轴封；(21)含油轴承；(22)二级转子；(23)二级针轮圈；(24)二级针齿；(25)二级滑动齿；(26)一级凸轮轴；(27)一级转子又是二级凸轮轴；(28)一级针齿；(29)一级针轮圈；(30)一级滑动齿；(31)防松销钉。
现结合图一将(22)-(30)号这些主要传动零件的特征、由来、功能和作用作如下描述：
凸轮轴(26)和(27)即第一级转子同轴的凸轮又是二级减速器的凸轮轴，凸轮轴是输入轴和凸轮连成一体的构件，凸轮的轮廓曲线是由分布在转子轮盘上的滑动齿与针轮的啮合位置而产生的，单峰凸轮必须制成两个尺寸相同、凸峰顶点互差180°地双联凸轮，这是为了使凸轮轴运转平稳而采取的措施，当凸轮转速低于200转/分时，或双峰凸轮都不需要制成双联凸轮即可达到运转平稳的要求，凸轮轴的作用是：1.接受输入功率，使其转动。2.迫使滑动齿与针轮啮合。
注释：
双联凸轮是指两个相同的单峰凸轮重叠在同一轴上凸峰互差180°。
双峰凸轮是指一个凸轮上有两个凸峰，凸峰互差180°。转子(22)和(27)，转子是输出轴和可分离齿轮连成一体的简称，其结构特征是输出轴与可分离齿轮同轴，一段是输出轴，一段按轴承、可分离齿轮、轴承排列，可分离齿轮的轮盘直径等于针轮内径减间隙，轮盘周围有上下两圈数目相等，分布均匀的，由中心向外圆辐射的圆孔或长圆孔若干个，每个辐射孔中装填一个滑动齿，组成一个轮与齿可分离的双联齿轮，每圈辐射孔是奇数孔时，上下两圈在节距上互差1/2，可分离齿轮轮盘中心设有凸轮腔，腔内有凸轮轴轴承孔座和防止滑动齿转动的防转环；双联齿轮的目的是与双联凸轮对应，达到运转平稳，并可增加一倍的啮合齿数，提高承载能力，对减轻轴承的径向载荷有利，图三所示的减速器系用于第二级减速传动，转速低，对运转平稳性无影响，故无需制成双联齿轮，转子的作用是接受凸轮输入功率，滑动齿被凸轮推动向外扩张与针轮啮合，逼迫转子作减速转动，并将减速后的扭矩经输出轴传递给工作机械。
针轮(23)和(29)，针轮由针轮圈(23)或(29)、针齿(24)或(28)、压环(8)或(14)三样零件组成，针轮圈是在一个精度较高的钢质圆环平面上，准确地按分度圆直径、节距，钻若干个同针齿直径和长度一样深的盲孔，然后将圆环内径削去到盲孔直径的45％，让填入盲孔内的针齿部份露出，使其能同滑动齿啮合，针轮圈的厚度等于针齿长加3至8毫米。
针齿(24)和(28)，针齿有普通短圆柱型和加长型两种，是装填在针轮圈上缺圆孔内的零件，普通短圆柱型长度与直径相同，加长型的长度是直径的一倍，针齿直径等于针轮节距的0.8。
压环(8)和(14)，压环是与针轮圈内外径都一样，不钻孔，厚度为3至8毫米的平圆环，组装时将针齿若干个填入针轮圈上各个缺圆孔里，盖上压环，即组成针轮；当针轮齿数为奇数时，必须制成两件相同的针轮，组装时在节距上互差1/2，附图三所示的减速器系用于第二级减速传动，转速低，对运转平稳性无影响，故只作一个针轮，针轮的作用是为了滑动齿与针齿相啮合，当壳体固定时，这个针轮在滑动齿的扩张运动中能迫使转子旋转，当转子固定时则使壳体旋转；针轮的齿数由传动比确定，针齿直径、齿长与传动功率成正比例，且直接影响壳体大小。
滑动齿(25)和(30)，滑动齿是装填在转子轮盘辐射孔内的零件，它的形状如图五是将一个圆柱销尾端制成圆弧形与凸轮接触，同尾端圆弧中心线平行的头端为90°倒成圆角的刀齿形，与针齿接触，与尾端圆弧中心线垂直的一方有一小平面，用来接受防转环的控制，滑动齿长＝针轮分度圆直径÷2－针齿直径－凸轮距轴中心最小距离，滑动齿还可以按按图六制成长圆形截面的块状零件；滑动齿的作用与行星摆线针轮减速器中的摆线轮相似，只是在凸轮的推动下与针轮针齿啮合，从而迫使转子转动，又因转子的转动，使已到达终点的滑动齿在针齿圆弧面的逼迫下，被推回到转子可分离齿轮的辐射孔内，它在传动机构中只作往返滑动。
防转环(10)和(15)，防转环是为防止滑动齿在辐射孔内转动的零件，它的形状就是一个圆垫圈，被置于转子凸轮腔内或紧固于凸轮端面，它的位置如图七恰好遮住辐射孔1/7，使孔的一端呈现出与滑动齿尾部投影一样的缺圆，所以它只控制滑动齿的转动而不妨碍其往返滑动，长圆型孔无防转环。
结构件(1)-(21)，除壳体(17)、壳盖(6)外，其余多数是标准件，故不描述。
壳体(17)：壳体构造如图一，它的作用有三：1、支承转子及其轴承；2、储存润滑油或脂；3、为配套提供安装方便的连接法南或底盘，壳体可以制成立式或卧式。
壳盖(6)：壳盖中心有凸轮轴套的孔，孔内有装置o型密封圈的槽，端面钻有注油孔，和用于装拆工具的插入孔4个防松销钉(31)，外圆有螺纹和O型密封槽，壳盖的作用是：1、紧固针轮、轴承、垫圈等零件；2、是封闭壳体。
凸轮可离齿轮减速器的工作原理：
参看说明书附图一，这是一个总传动比为200的两级减速器，图三为第二级减速，因转速低，对运转平稳性无影响，所以凸轮、针轮、可分离齿轮均无须制成双联，它的传动比为20其针轮(23)齿数19齿，装填在转子(22)轮盘辐射孔内的滑动齿(25)10齿，分布在X线两侧，一侧为1、2、3、4号，另一侧为6、7、8、9号，与凸峰对正的为0号，齿尖对准针轮齿谷，下一个齿谷为针轮第一齿，5号齿尖对准针轮9.5齿齿顶；当壳体固定，来自与第一级减速器转子(27)同轴的凸轮按顺时针方向转动时，凸轮轮廓曲线距轴中心点由远到近，1、2、3、4号滑动齿同时受到挤推，使这4个滑动齿向外扩张，已切入针齿(24)圆弧的4个滑动齿头部受到推力后继续作表面滑动而产生切向分力，迫使转子(22)顺时针方向转动；6、7、8、9号滑动齿处在凸轮旋转方向的负面，因转子(22)转动的缘故，这4个滑动齿受列针齿圆弧面的反挤推，向轮盘辐射孔内缩回，此时凸轮轮廓曲线距轴中心点由近到远，让出足够的位置，依次而默契地接受这4个滑动齿的缩回，当凸轮的凸峰转到对正1号滑动齿中线时，1号滑动齿破推到针轮第二、三齿中间，即第二针齿齿谷，标志着1号滑动齿到达终点，变成原0号工作位置，因所有滑动齿(25)的运动都随凸轮同步进行，其余原2、3、4、5、6、7、8、9、0号都同时变成1、2、3、4、5、6、7、8、9工作位置，凸轮继续转动，滑动齿按上述规律有序的位置变换，从而实现减速。
由附图三知X线两侧凸轮轮廓曲线完全对称，滑动齿所分布的齿数也完全相等，故凸轮轴可根据需要作顺或反时针方向旋转。
第一级减速见图四，它是一个双峰凸轮并联减速器，传动比是10，针轮(29)的针齿数是18，转子(27)轮盘上的滑动齿(30)匹配10齿，工作原理与图三单峰凸轮相同，只是在凸轮转动时，两个凸峰同步地推动1、2和1′、2′号4个滑动齿扩张，3、4和3′、4′号滑动齿因转子转动的缘故，则受针齿圆弧面的反挤推，向转子(27)轮盘辐射孔内缩回，当两个凸峰将1和1′号滑动齿推到针轮第2齿和11齿齿谷时，1和1′变成0和0′工作位置，原2、2′、3、3′、4、4′、0、0′都同步地变成1、1′、2、2′、3、3′、4、4′工作位置，凸轮继续转动所有的滑动齿都按上述规律有序地依次变换工作位置，从而实现减速。
凸轮可分离齿轮减速器传动计算公式(条件：壳体固定转子转动)：
注：“Δ”当i取最小值时Zs应符合规定的最少齿数。
“※”当Zs取最少齿数时不得用“-”号。
凸轮可分离齿轮减速器的计算实例：
针轮齿数的确定以满足传动比的需要为前提，图三传动比i＝20，单峰凸轮，壳体固定，针轮齿数按[1-1a]式，Zs＝i-1，即20-1＝19齿。图四传动比i＝10，双峰凸轮，壳体固定，按[1-1b]式，Zs＝(i-1)·2，即(10-1)×2＝18，求得针轮齿数。
滑动齿数的匹配对传动比、凸轮形状、输出轴的旋转方向影响极大，图三i为20，按一齿差原理应匹配18个滑动齿，对本发明来说，这种结构就不能实现，这是因为转子轮盘上的辐射孔是由中心向外圆方向辐射的，齿数愈多，相邻两个孔之间的间隔愈小，将会导致轮盘强度不足；滑动齿向中心滑动时会相互干涉，i是质数不采用的真正原因也在于此。为避免这些意料中将会出现的问题，图三把滑动齿数匹配成10齿，这样由一齿差变成九齿差，在有限的圆面积上腾出较宽裕的空位，不但i仍然可以达到20，还可减少辐射孔加工量，上述两个问题都得到圆满解决。图四按[1-2b]式，滑动齿匹配10齿。
匹配比是反映滑动齿在针轮上的分布状况，由[1-3]式ZsHs=Pb]]>得出，图三的匹配比比值是1910=1.9,]]>即1.9个针轮齿数匹配一个滑动齿，它们按1.9、3.8、5.7、7.6、9.5、11.4、13.3、15.2、17.1、19这些小数呈梯形排列着，这是能够产生圆滑的单峰凸轮轮廓曲线的关键；其凸轮轮廓曲线呈相似蛋圆形。匹配比是否正确，关系到凸轮轮廓曲线是否圆滑流畅，即匹配比比值的小数是否按梯形排列，并非随意地匹配都能得到小数按梯形排列，例如：1911=1.7.2.,]]>它们按19。这些小数排列不呈梯形，而是在0.5上下起伏，须知凸轮在0.5处时是针齿齿顶距轴中心最近，有多少次跨越0.5处就有多少个波浪在凸轮轮廓曲线上出现，显然滑动齿数匹配是不正确的，所以必须按[1-2a]或[1-2b]式匹配。
匹配比还必须遵守如下规定，即比值不许是整数，也不许整数后的小数恰好是0.5，这是因为针轮齿数的起点在两个针齿的中间，即齿谷，0.5必定对准针齿齿顶；整数将会使所有滑动齿对准齿谷，违背工作原理，无角度差不能转动。比值的小数是0.5时，将有半数滑动齿对准齿顶，半数对准齿谷，与整数一样不能转动。
为了说明匹配比的比值对减速器多方面的影响，现将图三、图四列表如下，供简要的了解它们的因果变化。
当针轮齿数Zs是偶数滑动齿数Hs也是偶数，用[1-3]式ZsHs=Pb]]>分子与分母能用公约数2约简时，如图四1810=1.8]]>，被公约数2约简后得95=1.8,]]>其比值不变，它们按1.8、3.6、5.4、7.2、9、10.8、12.6、14.4、16.2、18排列，于是在一个针轮上得到两个整数，出现近似的扁圆形凸轮，两个凸峰与轴在同一垂直平面上互差180°，演变成双峰凸轮，即两组(i)为10的并联减速器；所谓并联减速器是指在一个减速器内有两个相同的减速传动比，以同一输入轴及同一输出轴配置在同一壳体内的减速传动机构，它是通过对针轮齿数和滑动齿数合理地匹配来实现的，综上所述，在计算匹配比用ZsHs=Pb]]>时能被公约数2约简的就是双峰凸轮，也就是二组并联减速器，分子与分母不能约简的是单峰凸轮；从经济上考虑并联减速器，建议在传动比较小的情况下采用，要想获得体积小、重量轻、传动比大，仍然要以单峰凸轮为主。
传动比：条件是壳体固定、转子转动，传动比(i)是在求得匹配比比值以后，将其比值的整数为分子，小数为分母，按[1-3]式算出，比值的整数(Pz)代表凸轮转动量，小数(Px)代表转子转动量。因图三匹配比的比值为1.9，Px≥0.8时，用[1-6b]式，传动比i=Pz+11-Px=20.1=20]]>，图四匹配比的比值为1.8，Px≥0.8，传动比i=Pz+11-Px=1+11-0.8=20.2=10]]>，当条件变成转子固定、壳体旋转时，用[1-7b]式，图三i=ZsHs·(1-Px)=1910×(1-0.8)=19,]]>图四i=ZsHs·(1-Px)=1810×(1-0.8)=9,]]>壳体旋转方向与输入轴方向相反。
本发明既定目标是与现市售行星摆线针轮减速器对比，在技术上具有如下优点：
1、本发明以凸轮、可分离齿轮取代对比减速器的转臂和摆线轮，对比减速器的摆线轮需要用轴承套在转臂上作行星转动。凸轮、可分离齿轮不作行星转动，就没有这种需要，因此取消了转臂及其轴承和摆线轮，对比减速器第一缺点不会在本发明减速器上发生。
2、本发明特有的凸轮、可分离齿轮机构，它既有减速功能，又具有输出功能，这种合二为一的机构，彻底地取消了对比减速器另外设置的输出机构，因此这个被取消的输出机构所产生的一切弊病，以及设计、制造、维修、各种繁琐任务也随同一并取消。对比减速器第二缺点根本不会在本发明减速器上发生。
3、本发明提供的减速器，其输出轴扭矩较大时，只要将转子轮盘上的圆辐射孔顺轴向制成长圆形孔，滑动齿按图六制成能在长圆形孔内滑动的块状零件，其尾端是圆弧形，头端是90°倒成圆角的刀齿形，与此相对应的零件凸轮加厚，针齿加长，壳体加高等措施，就能达到降低啮合线压力，为防止点蚀或胶合提供了有利条件，对比减速器第三缺点能够在本发明减速器上得到克服。
4、凸轮可分离齿轮，并联减速器按力偶矩形式工作，可以最大限度地减轻凸轮轴承径向载荷，延长轴承寿命。
5、与最小的摆线针轮减速器比较，体积缩小，双级缩小8.8倍，单级缩小5.6倍，尚可进一步微型化，但功率也相应减小。
6、加工工艺技术简单。
7、耗用优质合金钢材较少，仅针齿、凸轮、滑动齿需优质钢材。