CN101725642B

CN101725642B - 减速装置

Info

Publication number: CN101725642B
Application number: CN2009102077026A
Authority: CN
Inventors: 为永淳; 芳贺卓; 石川哲三
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-10-24
Filing date: 2009-10-22
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2029-10-22
Also published as: KR101266266B1; KR20100045910A; EP2180210B1; JP2010101454A; CN101725642A; EP2180210A1; JP5156961B2; ATE545805T1

Abstract

本发明提供一种设计的自由度高且低成本的减速装置。减速装置(2)具备介于输出部件(16)和固定部件(12、14)之间的主轴承(18、20)，作为上述主轴承(18、20)的滚动体，以背面配合具备由多个圆筒滚子(60A、61A)形成的一对圆筒滚子列(60、61)，该多个圆筒滚子(60A、61A)具有相对于上述输出部件(16)的轴线(O1)倾斜的旋转轴(O2、O3)，并且作为构成上述主轴承(18、20)的外圈的部件，具备滚动面(62A)和反滚动面(62B)的双方与上述圆筒滚子列(60、61)的旋转轴(O2、O3)平行的金属板(62、63)。

Description

减速装置

本申请主张基于2008年10月24日申请的日本专利申请第2008-274812号的优先权。该申请的全部内容通过参照援用在该说明书中。

技术领域

本发明涉及具备介于输出部件和固定部件之间的主轴承的减速装置。

背景技术

在专利文献1中公开有作为介于输出部件和固定部件之间的主轴承具备角接触滚子轴承的减速装置。该角接触滚子轴承直接设置在输出部件和固定部件之间，没有专用的内外圈。

一方面，在专利文献2中公开有作为上述主轴承具备圆锥滚子轴承的减速装置。在该减速装置中，在输出部件的输出凸缘和固定部件的外壳部件之间作为滚动体直接介入有“圆锥滚子”，使输出部件兼有内圈的功能、使外壳部件兼有外圈的功能。

专利文献1：日本特开平6-200996号公报([0026]段、图6)

专利文献2：日本特许第2741711号公报(2页右栏32行～37行、图1)

对于如专利文献1、或者专利文献2中公开的、使输出部件兼有内圈的功能、使外壳部件(固定部件)兼有外圈的功能的轴承结构的主轴承，在输出部件及外壳本身，需要使用相当于所谓的“轴承钢”的高强度的材料(或者在滚动面附近需要施加表面硬化处理)，成本变高，并且加工性差，具有作为减速装置的设计的自由度变小的问题。

发明内容

本发明是为了消除这样的以往的问题而完成的，其课题是，提供作为减速装置的设计的自由度高且低成本的减速装置。

本发明的减速装置具备介于输出部件和固定部件之间的主轴承，作为上述主轴承的滚动体具备由多个圆筒滚子形成的一对圆筒滚子列，上述多个圆筒滚子具有相对于上述输出部件的轴线倾斜的旋转轴；并且，作为构成上述主轴承的内圈或外圈的至少一方的部件具备上述圆筒滚子的滚动面及反滚动面双方与上述圆筒滚子的旋转轴平行的金属板，在上述输出部件或上述固定部件中至少位于半径方向外侧的部件的轴向端部的内周，形成与上述圆筒滚子的旋转轴平行、并且支承上述金属板的上述反滚动面的支承面；从该支承面在轴向形成用于组装外销的槽或孔，该外销构成上述减速装置内的内齿轮的内齿，由此解决上述课题。

在本发明中，作为主轴承的滚动体不使用所谓“圆锥滚子”而使用单纯的“圆筒滚子”。该圆筒滚子具有相对于输出部件的轴线倾斜的旋转轴。因此，是低成本，可以良好地承受径向及推力的双方的载荷。而且，各圆筒滚子以线接触与金属板的滚动面抵接，所以耐载荷大且间隙小。

另外，本发明的主轴承具有内圈或外圈，但不使用专用的轴承用内圈或外圈，而使用“金属板”。在此所说的“金属板”是指“滚动面和反滚动面平行、并且滚动面和反滚动面均相对于输出部件的轴线具有与上述圆筒滚子的倾斜角相同的倾斜角而进行组装的部件”。总而言之，可以说该金属板是通过使所谓1片钢板变形而形成的金属板，并具有作为滚动面的充分的硬度等的特性，但未必具有作为所谓的轴承的内外圈所要求的刚性(尤其用于维持正圆的刚性)的部件。因为金属板具有作为滚动面的硬度等的特性，所以输出部件或固定部件不必是轴承钢，基本上也不要滚动面的表面硬化处理等，所以可实现低成本化并且可以提高设计的自由度。

而且，金属板因为设计上的形状的自由度高，所以圆筒滚子的定位或自身的定位容易，并且如下述，例如也可以积极地利用于其它部件的定位的用途等，可以提高减速装置本身的设计的自由度。

另外，在本发明中所说的“输出部件”和“固定部件”是相对的部件。例如作为机械手的关节驱动用而应用时，如果改变着眼的部件，则输出部件和固定部件反转。而且，由于机械手的关节本身运动，所以从工厂的基础来看输出部件和固定部件也都运动。即，在本发明中所说的固定部件未必以绝对停止的意义而使用。但是，在减速装置的各部件中，输出部件相对于固定部件以非常慢的相对转速且以非常大的转矩旋转。即，本发明所涉及的“主轴承”是指在减速装置的轴承中相对转速非常慢(例如100rpm以下)，但处理的转矩用于非常大的部位(或者以其为标准的部位)的轴承。

发明效果

根据本发明，可以得到设计的自由度高且低成本的减速装置。

附图说明

图1是涉及本发明的实施方式的一例的减速装置的剖视图。

图2是图1的主要部分放大图。

图3(A)是主轴承附近的分解剖视图、图3(B)是沿着(A)的IIIB-IIIB线的剖视图。

图4是涉及本发明的其它实施方式的减速装置的剖视图。

图5是上述实施方式的主轴承的放大图。

图6是涉及本发明的另一其它实施方式的减速装置的剖视图。

标记说明

2-减速装置，4-等速正交齿轮机构，6-内啮合行星齿轮结构的减速齿轮机构，8-机械手的第1部件，10-机械手的第2部件，12-第1凸缘体，14-第2凸缘体，16-外壳，16A、16B-支承面，18、20-主轴承，22-电动机轴，32-输入轴，60、61-圆筒滚子列，60A、61A-圆筒滚子，62、63-金属板，62A、63A-滚动面，62B、63B-反滚动面，62C、63C-延伸部。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的实施方式的一例详细地进行说明。

图1是应用了本发明的实施方式的一例的机械手(ロボツト)用精密控制机械的减速装置的剖视图，图2是该主要部分放大图。

该减速装置2是用于控制机械手的、例如使用于间隙(バツクラツシ)15分(15/60度)～1分(1/60度)左右的精密机械的装置，在前级具备承受来自未图示的电动机的驱动力的等速正交齿轮机构4，在后级具备内啮合行星齿轮结构的减速齿轮机构6。该减速装置2配置在机械手(省略整体图示)的第1部件8和第2部件10之间，相对于第1部件8相对地旋转驱动第2部件10。由此，在该实施方式中，后述的第1、第2凸缘体12、14相当于固定部件、外壳16相当于输出部件。即，是所谓的框旋转式减速装置。

本发明所涉及的一对主轴承18、20中，第1主轴承18组装在第1凸缘体12和外壳16之间，第2主轴承20组装在第2凸缘体14和外壳16之间。

以下详细地叙述具体的结构。

在电动机轴22的前端直切出第1锥齿轮24。第1锥齿轮24通过与相同齿数的第2锥齿轮26啮合而形成上述等速正交齿轮机构4，将旋转方向变更为直角。第2锥齿轮26通过花键34连接在后级的减速齿轮机构6的输入轴32。(后级的)输入轴32由一对球轴承36、38支承在第1、第2凸缘体12、14。在输入轴32一体形成有3个偏心体40A～40C。各偏心体40A～40C的偏心相位沿圆周方向每次偏移120度。在各偏心体40A～40C的外周通过滚子42A～42C摆动旋转自如地组装有合计3片的外齿轮44A～44C。各外齿轮44A～44C内啮合于内齿轮46。

设定为内齿轮46的齿数比外齿轮44A～44C的齿数仅多“1”。内齿轮46在该实施方式中与外壳16一体化，作为(框旋转式的)输出部件发挥功能。而且，该内齿轮46的内齿为圆弧齿形，具体而言由旋转自如地嵌入在圆弧形状的槽46A的圆筒形状的外销46B构成。内齿轮46通过螺栓47与机械手的上述第2部件10连接。在内齿轮46的轴方向两端部的内周配置有该主轴承18、20。对于该内齿轮46及主轴承18、20附近的结构在后详细地叙述。

在各外齿轮44A～44C中，多个内销孔44A1～44C1沿轴方向贯通而形成。在内销孔44A1～44C1间隙配合有内辊48的被遮盖的内销50(具有相当于偏心体40A～40C的偏心量的量的缝隙)。内销50从第1凸缘体12一体突出、形成，通过螺栓52与第2凸缘体14连接。由此，第1、第2凸缘体12、14都作为固定部件一体固定在机械手的上述第1部件8。

另外，图的符号54是用于连接机械手的第1部件8和第1凸缘体12的连接部的螺栓孔。机械手的第1部件8和第1凸缘体12通过在不存在电动机轴22的部分将未图示的螺栓拧入到该螺栓孔54而被连接。

接着，对照并参照图1～图3，对主轴承18、20周围的结构详细地进行说明。

在该实施方式中，一对主轴承18、20介于在作为(位于固定部件的半径方向外侧的)输出部件的外壳16和作为固定部件的第1、第2凸缘体12、14之间。主轴承18、20作为其滚动体具备以背面组合组装的一对圆筒滚子列60、61。各圆筒滚子列60、61由具有相对于第1、第2凸缘体12、14的轴线O1倾斜45度的旋转轴O2、O3而排列的多个圆筒滚子60A、61A构成。作为该圆筒滚子60A、61A，所谓的用于交叉滚子轴承的直径和高度(轴向长度)可以转用相同的圆筒滚子。

在该实施方式中，仅在输出部件的外壳16侧配置有构成主轴承18、20的外圈的金属板(シ一トメタル)62、63，内圈侧在第1、第2凸缘体12、14形成有直接滚动面12A、14A。金属板62、63是滚动面62A、63A及反滚动面(反転走面)62B、63B的双方与圆筒滚子60A、61A的旋转轴O2、O3平行的金属板。即，金属板62、63的滚动面62A、63A及反滚动面62B、63B相对于第1、第2凸缘体12、14的轴线O1倾斜45度。金属板62、63通过弯曲变形1片钢板而制造。作为金属板62、63的材料可以选择适于S55C、SCM440、SCM420、SUJ2等的轴承的钢材。

如图3所示，在外壳16的轴向两端部的内周形成有用于阻止来自金属板62、63的载荷的一对支承面(受面)16A、16B。该支承面16A、16B与圆筒滚子60A、61A的旋转轴O2、O3平行地形成。支承面16A、16B不构成滚动面，因此在该实施方式中，由铸铁(铸造)制造外壳16，在上述支承面16A、16B也未特别地进行表面硬化处理等。而且，在该支承面16A，16B之间沿轴方向穿设有用于支承构成内齿轮46的内齿的外销46B的圆弧形状的槽46A，在该槽46A旋转自如地组装有外销46B。根据该构成，增大内齿轮46的直径，谋求转矩向上的同时，外销46B的组装也容易。另外，支承面16A、16B可以根据外壳16的形状或外销46B的直径(例如，组装成外销46B整体位于比支承面16A、16B的最小直径部靠径向外侧时)形成有“孔”而不是“槽”。而且，该外销46B的组装用的槽或孔可以仅形成在一方的支承面(16A或16B)(未必需要做成从支承面16A及16B的双方的一侧组装外销46B的构成)。

在该实施方式中，金属板62、63沿半径方向内侧延伸到从上述滚动面62A、63A偏离的位置，通过该延伸部62C、63C限制外销46B的轴向移动。而且，该实施方式涉及的金属板62、63通过该延伸部62C、63C也限制上述外齿轮44A、44C的轴向的移动。因此，在该实施方式中作为一个部件的金属板62、63兼备作为主轴承18、20的外圈、外销46B的轴向移动限制部件、及外齿轮44A～44C的轴向移动限制部件的3个功能。

另外，图的符号70为油封。

接着，说明该减速装置2的作用。

如果电动机轴22旋转，则形成在该电动机轴22的第1锥齿轮24旋转。如果第1锥齿轮24旋转，则与该第1锥齿轮24啮合的第2锥齿轮26旋转，通过花键34后级的减速齿轮机构6的输入轴32旋转。如果输入轴32旋转，则3片外齿轮44A～44C通过偏心体40A～40C及滚子42A～42C以120度的相位沿圆周方向偏心摆动。

在该实施方式中，内销50贯通各外齿轮44A～44C的内销孔44A1～44C1，以与第1、第2凸缘体12、14一体化的状态固定在机械手的第1部件8，所以各外齿轮44A～44C不能自转。因此，如果输入轴32旋转1次而各外齿轮44A～44C摆动1次，则与内齿轮46的啮合位置通过该外齿轮44A～44C的摆动依次偏移，产生内齿轮46相对于外齿轮44A～44C仅相对旋转(自转)齿数差“1”的量的现象。该内齿轮46的旋转成为与该内齿轮46一体化的外壳16的旋转而出现，通过螺栓47使机械手的第2部件10(相对于机械手的第1部件8)旋转。另外，例如该实施方式的机械手驱动用的减速装置2时，该转速最大是100rpm。若是该程度的转速，则即使是“圆筒滚子”也可以充分地实用。相反，如果比该转速快，则内圈侧-外圈侧的速度差变大，有可能发生由发热引起的润滑脂干涸，进而发生损伤的危险，所以不优选。

在此，在该实施方式中，第1、第2凸缘体12、14由以背面配合组装的一对主轴承18、20在外壳16的轴方向两端部的内周支承。主轴承18、20的各圆筒滚子60A、61A的内圈侧直接接触在第1、第2凸缘体12、14的滚动面12A、14A。即，第1、第2凸缘体12、14本身作为圆筒滚子60A、61A的内圈发挥功能。而且，在外圈侧，各圆筒滚子60A、61A接触在金属板62、63的滚动面62A、63A，金属板62、63的反滚动面62B、63B抵接在外壳16的支承面16A、16B。因此，金属板62、63提供作为主轴承18、20 的滚动面62A、63A的硬度，一方面，外壳的支承面16A、16B从背面支承该金属板62、63，从而对主轴承18、20提供所需的正圆度和刚性。因此，不需要用如轴承钢的钢材制造外壳16本身，由进行铸造的制造就足够，所以能以低成本制造重量、大型部件的外壳16。而且，由于外壳16不提供主轴承18、20的滚动面，所以也不需要对支承面16A、16B进行特别的表面硬化处理。根据以上，也可以提高减速装置的设计的自由度。另一方面，由于金属板62、63通过外壳16的支承面16A、16B支承反滚动面62B、63B侧(若是一般的轴承的外圈，则需要)，不需要确保正圆度或刚性，作为滚动面62A、63A可以使用以预定的特性(例如硬度或者摩擦系数等)的观点考虑的材料。而且，金属板62、63可以由1片钢板制造，所以是低成本。

另外，在该实施方式中，将金属板62、63沿半径方向内侧延伸到从滚动面62A、63A偏离的位置，在该延伸部62C、63C进行构成内齿轮46的内齿的外销46B的轴向移动限制、及外齿轮44A～44C的轴向的移动限制，所以不需要用于实现这些功能的其它的结构。由此，可以缩减作为减速装置2整体的零件件数、及简化制造工序。可以说，这是金属板62、63不是仅为主轴承18、20而制造的专用的外圈，而是积极地利用金属板62、63是由1片钢板制造的部件的优点。

由于圆筒滚子60A、61A为单纯的“圆筒滚子”，所以是低成本，并且，旋转轴O2、O3和外周(与滚动面62A、63A接触的面)平行，所以基本上不产生沿轴方向想要移动的分力。由此，可以省略圆筒滚子60A、61A本身的轴向的限制机构，或可以简化，也可以抑制发热。另外，将这种多个圆筒滚子60A、61A作为“背面配合的一对圆筒滚子列60、61”组装。因此，可以良好地承受径向及推力的双方的载荷。而且，各圆筒滚子60A、61A以线接触抵接金属板62、63的滚动面62A、63A，所以耐载荷大且间隙小。

接着，利用图4及图5，对本发明的其它实施方式的一例进行说明。

在该实施方式中，在主轴承76、78的外圈使用与上述实施方式中的金属板62、63相同的外圈侧金属板，并且对于内圈也使用内圈侧金属板84、85。与上述的实施方式相同之处在于作为主轴承76、78的滚动体具备以背面配合组装的一对圆筒滚子列88、90；各圆筒滚子列88、90由具有相对于第1、第2凸缘体12、14的轴线O1倾斜45度的旋转轴O2、O3而排列的多个圆筒滚子88A、90A构成。而且，内圈侧金属板84、85也是(与外圈侧金属板62、63相同)滚动面84A、85A及反滚动面84B、85B的双方与圆筒滚子88A、90A的旋转轴O2、O3平行的金属板。

在此，内圈侧金属板84、85由比外圈侧金属板62、63薄的钢板形成。这是因为考虑了施加在内圈侧金属板84、85和外圈侧金属板62、63的转矩和寿命的均衡的原因。尤其在本实施方式中，由于外圈侧具有抑制外销46B或外齿轮44A～44C的功能，所以优选为较厚。第1凸缘体12侧的内圈侧金属板84沿半径方向外侧延伸到从滚动面84A偏离的位置，在该延伸部84C抵接有油封70的防尘唇(ダストリツプ)70A。其结果，可以进一步提高油封70的功能，并且能更适当地进行该油封70的轴向定位(例如不会过于进入深处)。另外，使用于第2凸缘体14侧的内圈侧金属板85没有如第1凸缘体12侧的“与油封的关系”，所以为如仅在相当于滚动面85A和反滚动面85B的位置存在的、仅具有直线状的剖面形状的形状。

另外，在该实施方式中，如图5所示，在圆筒滚子90A(尽管未图示，但在圆筒滚子88A也相同)的轴方向端部形成凸起部90A1，即使如受到机械手运动的反作用力时，在圆筒滚子90A的轴向端部也不产生称为所谓的边缘荷载的峰值载荷。

在该实施方式中，可以仅在减速装置2的轴方向外侧的端部形成凸起部90A1，但也可以在减速装置的轴向内侧的端部形成凸起部90A2(参考双点划线)。在此时，优选使减速装置2的轴向外侧的凸起部90A1的凸起量大于轴向内侧的凸起部90A2的凸起量。这是因为在主轴承76、78的内圈侧和外圈侧产生扭转位移时，轴向外侧的一方位移更大，所以更容易产生边缘荷载。但是，当然也可以作为相同大小的凸起部。

另外，在上述实施方式中，构成为相对于输入轴通过正交齿轮机构输入动力，但输入机构未必需要是正交齿轮机构。而且，减速装置本身的减速机构的结构也不限于上述构成。例如可以是简单行星，也可以是具有如图6所示的、所谓的分配(振り分け)式的内啮合行星齿轮结构的减速齿轮机构的结构。

在图6所示的实施方式中，未图示的电动机的输出通过接头112传递到形成在该接头的112的前端的正小齿轮114。在正小齿轮114上同时啮合 3个(在图6中仅图示其中的1个)分配齿轮116，并且3根偏心体轴(在图6中仅图示其中的1个)118以相同的速度同时向相同方向驱动。

在各偏心体轴118一体形成有偏心体120A、120B，各偏心体轴118的各偏心体120A、120B通过以同相位旋转，从而外齿轮122A、122B摆动。在此例中，内齿轮124(外壳126)及第1、第2凸缘体128、130中的任一侧可以成为固定部件，而且，也可以成为输出部件。假设固定内齿轮124(外壳126)时，外齿轮122A、122B在各偏心体轴118每旋转1次时摆动1次，相对于内齿轮124仅相对旋转(自转)相当于与内齿轮124的齿数差的量。该相对旋转作为绕该3根偏心体轴118的减速器139的轴心04的公转从第1、第2凸缘体128、130取出。主轴承136、138支承相对于此时的内齿轮124(固定部件)的第1、第2凸缘体128、130(输出部件)的相对旋转。

另外，外壳126是铸铁制的，第1、第2凸缘体128、130通过螺栓141、143成为一体化。

(但附图上左右的配置相反)主轴承136的结构与图4的主轴承78的结构基本上相同，主轴承138的结构与图4的主轴承76的结构基本上相同。

即，该减速装置139作为主轴承136、138的滚动体具备有相对于第1、第2凸缘体128、130(输出部件)的轴线O4倾斜45度的旋转轴O5、O6的一对圆筒滚子列140、142。而且，主轴承136、138具有内圈侧金属板144、146及外圈侧金属板148、150。

外圈用的金属板148、150延伸到从滚动面148A、150A偏离的位置，限制构成内齿轮124的内齿的外销124B及外齿轮122A、122B的轴向的移动。内圈用的金属板146延伸到从滚动面146A偏离的位置，在该延伸部抵接有油封160的防尘唇160A。

上述外圈的金属板148、150的厚度比内圈的金属板144、146的厚度厚。另外，相对于外壳126的第1、第2凸缘体128、130的相对转速在该实施方式中也是100rpm以下。

该实施方式所涉及的减速装置139具有如此的结构，关于主轴承136、138得到与上述实施方式大致相同的作用效果。

另外，在上述实施方式中通过铸铁制造外壳，但外壳(或者凸缘体) 的材料(由于不要求作为轴承的材料的特性)例如可以用铝等来制造，此时可以实现装置整体的轻量化。

而且，在上述实施方式中，表示了在仅外圈或者内圈及外圈的双方应用金属板的例子，但本发明也可以仅在内圈侧应用金属板。

另外，在上述实施方式中设定为圆筒滚子相对于第1、第2凸缘体的轴线倾斜45度地组装，但在本发明中，相对于圆筒滚子的轴线的倾斜不限于45度。

工业实用性

作为如机械手或工作机械的精密控制机械的驱动用的减速装置尤其有用。

Claims

1.一种减速装置，具备介于输出部件和固定部件之间的主轴承，其特征在于，

作为上述主轴承的滚动体，具备由多个圆筒滚子形成的一对圆筒滚子列，上述多个圆筒滚子具有相对于上述输出部件的轴线倾斜的旋转轴；并且，

作为构成上述主轴承的内圈或外圈的至少一方的部件，具备上述圆筒滚子的滚动面及反滚动面双方与上述圆筒滚子的旋转轴平行的金属板；

在上述输出部件或上述固定部件中至少位于半径方向外侧的部件的轴向端部的内周，形成与上述圆筒滚子的旋转轴平行、并且支承上述金属板的上述反滚动面的支承面；

从该支承面在轴向形成用于组装外销的槽或孔，该外销构成上述减速装置内的内齿轮的内齿。

2.如权利要求1所述的减速装置，其特征在于，

使上述金属板延伸到从上述滚动面偏离的位置，通过该延伸部限制外销的轴向移动，该外销构成上述减速装置内的内齿轮的内齿。

3.如权利要求1或2所述的减速装置，其特征在于，

使上述金属板延伸到从上述滚动面偏离的位置，通过该延伸部限制上述减速装置内的齿轮的轴向移动。

4.如权利要求1～3中的任一项所述的减速装置，其特征在于，

使上述金属板延伸到从上述滚动面偏离的位置，使油封的防尘唇抵接在该延伸部。

5.如权利要求1～4中的任一项所述的减速装置，其特征在于，

在上述圆筒滚子的轴向两端部形成凸起部，并且使减速装置的轴向外侧的凸起部的凸起量大于减速装置的轴向内侧的凸起部的凸起量。

6.如权利要求1～5中的任一项所述的减速装置，其特征在于，

由上述金属板构成上述主轴承的内圈及外圈双方，并且使外圈的金属板的厚度比内圈的金属板的厚度厚。

7.如权利要求1～6中的任一项所述的减速装置，其特征在于，上述输出部件和固定部件的相对转速为100rpm以下。