CN101694239B - 高可靠精密驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高可靠精密驱动装置，包括外壳、伺服电机、传动机构和角度传感器。该驱动机构采用机电一体化集成设计，传动机构为新型少齿差减速器，通过角度传感器将输出传动误差给伺服电机来补偿驱动传动机构；特别是传动机构将圆锥型偏心凸轮与圆弧螺旋锥型齿轮有机组合为无侧隙精密传动副，并能自适应补偿齿面磨损；其传动副啮合面涂覆固体润滑膜，在特殊与极端环境下啮合齿面可产生适度的弹性变形，能有效防止和消除传动机构卡涩或卡死。因此，具有高刚度、高精度、高可靠、长寿命、大转矩、低能耗、小体积、轻量化、免维护等优点，可广泛适用于机器人、自动化、车辆、航空、航天等工程领域装备。

Description

高可靠精密驱动装置

技术领域

本发明涉及一种驱动机构，特别涉及一种高可靠精密驱动装置。

背景技术

在机械、车辆、船舶、机器人、航空、航天等重要装备动力装置和减速机构一般采用分体式设计；分体式设计具有实际、安装、维修简单的优点，但是在设计和装配时会出现各部件之间的连接误差，特别是轴系的同轴度和传动啮合误差，对整个传动机构的性能具有决定性的作用。装配误差不合格或误差链传递会造成传动精度低，传动机构中的部件磨损，使传动机构运行状态恶化，增大机构运行噪声，降低传动效率，并且机构运转过程中容易造成卡涩，对于对传动要求较高的领域会造成较大的损失。

例如行星减少器、摆线针轮减少器和RV减速器结构复杂、工艺性差、当机构出现卡涩时，动态性能低劣和机械效率降低、附加动载荷大，特别是传递较大功率时，振动和噪声大。谐波传动的柔轮在长期的交变载荷下，容易疲劳磨损失效，出现机构卡涩。从而导致机械设备存在比较大的摩擦、磨损、振动、噪声、无功能耗等问题，及其机械传动系统所造成的传动精度、综合性能与可靠性差，装备的使用寿命缩短等问题。

因此，需要一种高可靠精密驱动装置，能够尽量减少装配误差，提高传动精度，改善传动机构运行状态，避免运行时出现卡涩或卡死问题，减轻运转部件之间的磨损，降低机构运行噪声，提高传动效率，解决高精度、高可靠、长寿命、低能耗、小体积、轻量化、免维护等关键科技难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种高可靠精密驱动装置，驱动和传动机构一体设置，能够尽量减少装配误差，少齿差减速能够自适应消除传动回差，提高传动精度，改善传动机构运行状态，避免运行时出现卡涩或卡死问题，减轻运转部件之间的磨损，降低机构运行噪声，提高传动效率，实现高精度、高可靠、长寿命、低能耗、小体积、轻量化、免维护。

本发明的高可靠精密驱动装置，包括外壳、动力装置和传动机构，所述动力装置的动力输出端与传动机构的动力输入端传动配合，所述传动机构为少齿差减速器，包括动力输入轴和动力输出轴，所述动力输入轴上设置偏心套，所述偏心套外圆转动配合套有双联外齿轮，壳体上与动力输入轴同心固定设置固定内齿轮，动力输出轴上在圆周方向传动配合并与动力输入轴同心设置动力输出内齿轮，双联外齿轮中一外齿轮与固定内齿轮少齿差啮合，另一外齿轮与动力输出内齿轮少齿差啮合；所述偏心套外表面和双联外齿轮内表面为相互配合的锥面。

进一步，所述双联外齿轮、固定内齿轮和动力输出内齿轮均为圆弧锥齿轮，所述双联外齿轮、固定内齿轮和动力输出内齿轮轮齿的螺旋展开方向在偏心套外表面锥面由大到小的方向上与传动方向相反；

进一步，所述双联外齿轮、固定内齿轮和动力输出内齿轮均为切向变位齿轮，并且轮齿的两齿面的切向变位规律相同，齿面沿偏心套轴向成一定的螺旋角；所述双联外齿轮的切向变位系数沿偏心套外表面锥面由大到小的方向上逐渐变大，固定内齿轮和动力输出内齿轮的切向变位系数沿偏心套外表面锥面由大到小的方向上逐渐变小；

进一步，所述双联外齿轮、固定内齿轮和动力输出内齿轮的齿面涂覆0.1～30um的纳米MoS₂基体膜；

进一步，所述动力输出轴设置有角度传感器，所述动力装置为伺服电机；

进一步，还包括传动反馈轴，所述动力输出轴与动力输出内齿轮在圆周方向固定配合，所述动力输入轴为轴向中空结构，所述传动反馈轴在圆周方向与动力输出轴固定配合并沿轴向转动配合依次穿过动力输出内齿轮、动力输入轴和壳体，角度传感器固定设置在壳体上并与传动反馈轴穿出壳体的一端配合；

进一步，所述纳米MoS₂基体膜的材料为纳米MoS₂添加金、金-钯合金、Ti和TiN中的一种或几种的混合物；

进一步，所述双联外齿轮、固定内齿轮和动力输出内齿轮为由大到小方向相同的锥形齿轮，锥形齿轮的由大到小方向与偏心套外表面锥面由大到小的方向相反；

进一步，所述动力输轴外圆表面与动力输出内齿轮之间及与壳体之间分别滚动轴承转动配合；

进一步，所述伺服电机设置在壳体侧面，通过锥齿轮啮合副与动力输入轴传动配合。

本发明的有益效果：本发明的高可靠精密驱动装置，驱动和传动机构固定设置为一体，能够有效保证安装同轴度，能够尽量减少装配误差，少齿差减速器的凸轮外表面和与其配合的外齿轮内表面均采用锥面，运行时使外齿轮自适应轴向移动，因而能够自适应消除齿轮啮合副的传动回差，提高传动精度，改善传动机构运行状态，避免运行时出现卡涩现象，减轻运转部件之间的磨损，降低机构运行噪声，提高传动效率；实现高精度、高可靠、长寿命、低能耗、小体积、轻量化的高刚度高精密驱动，同时制造加工工艺简便，生产制造成本低，安装调试容易以及拆卸维修方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，如图所示：本实施例的高可靠精密驱动装置，包括外壳1、动力装置2和传动机构，所述动力装置的动力输出端与传动机构的动力输入端传动配合，所述传动机构为少齿差减速器，包括动力输入轴3和动力输出轴4，所述动力输入轴3上设置偏心套5，本实施例中，动力输入轴3与偏心套5一体制造；所述偏心套5外圆转动配合套有双联外齿轮6，壳体1上与动力输入轴3同心固定设置固定内齿轮7，动力输出轴4上在圆周方向传动配合并与动力输入轴3同心设置动力输出内齿轮8，双联外齿轮中一外齿轮与固定内齿轮7少齿差啮合，另一外齿轮与动力输出内齿轮8少齿差啮合；所述偏心套5外表面和双联外齿轮6内表面为相互配合的锥面，锥形角采用5°～45°都能实现发明目的；本实施例中，所述偏心套5外表面沿圆周方向设置环形滚珠槽，与之配合，双联外齿轮6内表面沿圆周方向设置环形滚珠槽，滚珠槽内设置滚珠11，可减少偏心套5外表面和双联外齿轮6内表面之间的摩擦系数，利于提高传动精度。

本实施例中，所述双联外齿轮6、固定内齿轮7和动力输出内齿轮8均为圆弧锥齿轮，所述双联外齿轮6、固定内齿轮7和动力输出内齿轮8轮齿的螺旋展开方向在偏心套5外表面锥面由大到小的方向上与传动方向相反；当齿轮啮合面出现磨损时，偏心套5锥面通过对双联外齿轮6的轴向分力使双联外齿轮6轴向移动，使二者之间轮齿啮合面紧密啮合，消除因磨损而造成的传动回差，因而能够保证传动的精密程度；

当然，采用如下结构也能实现消除回差的功能：所述双联外齿轮6、固定内齿轮7和动力输出内齿轮8均为切向变位齿轮，并且轮齿的两齿面的切向变位规律相同，齿面沿偏心套轴向成一定的螺旋角；所述双联外齿轮6的切向变位系数沿偏心套外表面锥面由大到小的方向上逐渐变大，固定内齿轮7和动力输出内齿轮8的切向变位系数沿偏心套外表面锥面由大到小的方向上逐渐变小；偏心套5锥面通过对双联外齿轮6的轴向分力使双联外齿轮6轴向移动，使二者之间轮齿齿面无论是在传动方向还是与传动方向相反的方向均紧密啮合，不但消除因磨损而造成的传动回差，还适用于反转的情况，因而能够保证传动的精密程度。

本实施例中，所述双联外齿轮6、固定内齿轮7和动力输出内齿轮8的齿面涂覆0.1～30um的纳米MoS₂基体膜；使啮合面摩擦系数极小，具有耐磨、可靠、减振、降噪效果；当机构出现卡涩时，动力装置输出扭矩增大到一定的数值，纳米固体润滑膜产生超弹性模量效应，在啮合齿面形成适度的弹性变形，防止和消除机构卡涩；利于传动精度和传动效率的提高；本实施例中，所述纳米MoS₂基体膜的材料为纳米MoS₂添加金、金-钯合金、Ti和TiN中的一种或几种的混合物；成本低，自润滑效果好，附着力较强，利于提高啮合副的使用寿命。

本实施例中，所述动力输出轴4设置有角度传感器15，所述动力装置2为伺服电机；通过传感器检测动力输出状态，反馈到控制系统，有控制系统发出指令控制伺服电机的运行，实现自动控制，提高传动及驱动精度；

本实施例中，还包括传动反馈轴9，所述动力输出轴4与动力输出内齿轮8在圆周方向固定配合，所述动力输入轴3为轴向中空结构，所述传动反馈轴9在圆周方向与动力输出轴4固定配合并沿轴向转动配合依次穿过动力输出内齿轮8、动力输入轴3和壳体1，角度传感器15固定设置在壳体上并与传动反馈轴9穿出壳体1的一端配合；采用反馈轴结构，可以简化安装结构，是整个传动机构结构紧凑，整体性强。

本实施例中，所述双联外齿轮6、固定内齿轮7和动力输出内齿轮8为由大到小方向相同的锥形齿轮，锥形齿轮的由大到小方向与偏心套5外表面锥面由大到小的方向相反；当双联外齿轮6由于自适应消除回差而轴向运动时，避免轮齿发生干涉。

本实施例中，所述动力输入轴3外圆表面与动力输出内齿轮8之间以及与壳体1之间分别滚动轴承(图中为滚动轴承16和滚动轴承10)转动配合；动力输出轴4通过滚动轴承12与壳体1之间转动配合；传动反馈轴9通过滚动轴承14与壳体1转动配合；

本实施例中，所述伺服电机设置在壳体1侧面，通过锥齿轮啮合副13与动力输入轴3传动配合。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种高可靠精密驱动装置，包括外壳、动力装置和传动机构，所述动力装置的动力输出端与传动机构的动力输入端传动配合，其特征在于：所述传动机构为少齿差减速器，包括动力输入轴和动力输出轴，所述动力输入轴上设置偏心套，所述偏心套外圆转动配合套有双联外齿轮，壳体上与动力输入轴同心固定设置固定内齿轮，动力输出轴上在圆周方向传动配合并与动力输入轴同心设置动力输出内齿轮，双联外齿轮中一外齿轮与固定内齿轮少齿差啮合，另一外齿轮与动力输出内齿轮少齿差啮合，双联外齿轮、固定内齿轮和动力输出内齿轮均为切向变位齿轮，并且轮齿的两齿面的切向变位规律相同，齿面沿偏心套轴向成一定的螺旋角；所述双联外齿轮的切向变位系数沿偏心套外表面锥面由大到小的方向上逐渐变大，固定内齿轮和动力输出内齿轮的切向变位系数沿偏心套外表面锥面由大到小的方向上逐渐变小；所述偏心套外表面和双联外齿轮内表面为相互配合的锥面。

2.根据权利要求1所述的高可靠精密驱动装置，其特征在于：所述双联外齿轮、固定内齿轮和动力输出内齿轮均为圆弧锥齿轮，所述双联外齿轮、固定内齿轮和动力输出内齿轮轮齿的螺旋展开方向在偏心套外表面锥面由大到小的方向上与传动方向相反。

3.根据权利要求1或2所述的高可靠精密驱动装置，其特征在于：所述双联外齿轮、固定内齿轮和动力输出内齿轮的齿面涂覆0.1～30um的纳米MoS₂基体膜。

4.根据权利要求3所述的高可靠精密驱动装置，其特征在于：所述动力输出轴设置有角度传感器，所述动力装置为伺服电机。

5.根据权利要求4所述的高可靠精密驱动装置，其特征在于：还包括传动反馈轴，所述动力输出轴与动力输出内齿轮在圆周方向固定配合，所述动力输入轴为轴向中空结构，所述传动反馈轴在圆周方向与动力输出轴固定配合并沿轴向转动配合依次穿过动力输出内齿轮、动力输入轴和壳体，角度传感器固定设置在壳体上并与传动反馈轴穿出壳体的一端配合。

6.根据权利要求5所述的高可靠精密驱动装置，其特征在于：所述纳米MoS₂基体膜的材料为纳米MoS₂添加金、金-钯合金、Ti和TiN中的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求6所述的高可靠精密驱动装置，其特征在于：所述双联外齿轮、固定内齿轮和动力输出内齿轮的分度圆直径为由大到小变化方向相同的锥形齿轮，锥形齿轮的分度圆直径由大到小变化方向与偏心套外表面锥面由大到小的方向相反。

8.根据权利要求6所述的高可靠精密驱动装置，其特征在于：所述动力输入轴外圆表面与动力输出内齿轮之间及与壳体之间分别滚动轴承转动配合。

9.根据权利要求8所述的高可靠精密驱动装置，其特征在于：所述伺服电机设置在壳体侧面，通过锥齿轮啮合副与动力输入轴传动配合。