CN102032320A - 工业机器人零回差蜗轮减速器 - Google Patents

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本发明涉及工业机器人减速器技术领域，一种工业机器人零回差蜗轮减速器。其特征在于：(a)蜗轮是由以喉圆为分型面的两半爿蜗轮A与半爿蜗轮B组成；(b)输出轴上依次装置弹性档圈、碟型弹簧、联接套b、弹性档圈、联接套a、碟型弹簧，输出轴法兰盘用以联接外部驱动件；(c)联接套a外花键与蜗轮A内花键滑配，联接套b外花键与蜗轮B内花键滑动配合，联接套a、b内孔为同旋向、渐开线斜齿圈，与输出轴上的外斜齿滑配。【有益效果】平面二次包络环面蜗杆传动工艺成熟、传动比大，结构紧凑；传动平稳，振动和噪声小；承载能力大、不会断齿；传动效率高达0.85～0.95；制造成本估算为RV、C0RT的25～30％，特别是用来取代日本RV-C型中空减速器时成本更低。

Description

工业机器人零回差蜗轮减速器
【技术领域】
本发明涉及工业机器人减速器技术领域，一种工业机器人零回差蜗轮减速器。
【背景技术】
日本RV与我国CORT(97100463)为“渐开线行星齿轮+摆线”二级减速结构，其主要的问题是：①结构复杂、另件多，制造精度要求很高、价格昂贵；②回差不能自动补偿；③RV-C中空机型的外型大、重，因而价格更高。
我国863计划、国家自然科学基金一再重复列项，希望国内齿轮专家、一流制造厂在RV基础上，研制出中国人自己减速器取代日本RV。然而，至今仍然必需从日本进口RV配套。
【发明内容】
本发明是蜗杆传动的重大改进，目的在于：提出一种机加工工艺成熟、回差自动补偿、制造成本低的工业机器人零回差蜗轮减速器，以取代日本RV减速器，特别是RV-C中空机型。
平面二次包络环面蜗杆传动，具有传动比大，结构紧凑；传动平稳，振动和噪声小；传动效率高(0.85～0.95)；承载能力大(为普通蜗杆3～4倍)等优点，多数应用于重载动力传动场合。RV-320C中空型：外型尺寸为φ440×140，80kg，额定输出扭矩为3136Nm，价格约5.5万元。而机型TOP-200，蜗杆d1＝70.13，蜗轮b＝58，d2＝329.87，mt＝5.24，T2＝3984Nm，销售价8300元。表明：二者外型尺寸相近，但TOP-200价格仅为RV-320C的15％。
根据“松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。”而蜗杆传动(除蜗轮轮齿因磨损使齿厚减薄过量外)很难断齿，使之与伺服电机一样大的启动瞬间过载能力。
工业机器人减速器的回差主要包括几何回差和负载时弹性变形回差。其中：
(一)空载时的几何回差：运动精度通过传动误差(本发明为单级减速，因而只有摆线传动与输出机构两个环节)来表示，回差值1′～1.5′。摆线传动中针齿销孔周向位置误差、针齿销半径误差、等距及移距修形误差为几何回差主要因素；
(二)负载时弹性变形回差(刚性)：在负载运动情况下，包括弹性变形引起的回差在内的总回差不能超过6′(朱孝录《齿轮传动设计手册》827页)
具体实施的三项技术方案如下：
(A)蜗轮由以喉圆为分型面的两半爿蜗轮A与半爿蜗轮B组成，输出轴上依次装置弹性档圈、碟型弹簧、联接套b、弹性档圈、联接套a、碟型弹簧，蜗轮A内花键与联接套a外花键滑配，半爿蜗轮B内花键与联接套b外花键滑动配合，联接套a、b内孔为同旋向、渐开线斜齿圈，斜齿圈与输出轴上的外斜齿滑配。
(B)初始状态回差为零：半爿蜗轮A轮齿靠紧蜗杆的N面，半爿蜗轮B轮齿靠紧蜗杆的M面，就是说蜗轮A与蜗轮B之间相对偏转一很小角度Δθ；
根据右旋蜗轮左手定则：蜗杆顺时针转时，蜗轮B顺时针转经联接套b带动输出轴亦作顺时针转。由于输出轴与联接套a渐开线斜齿啮合副产生螺旋线运动，使内孔为右斜齿(或右旋螺母)联接套a“逆时针转-右移”，于是：逆时针转使蜗轮A离开N面偏转Δθ而靠紧M面，半蜗轮A与半蜗轮B形成完整蜗轮而作功；右移会压缩碟型弹簧。
当仃电时，弹簧重使半蜗轮A靠紧N面，回到初始状态；再通电反转时，联接套b“顺时针转-左移”，于是：顺时针转使蜗轮B离开M面偏转Δθ而靠紧N面，半蜗轮B与半蜗轮A形成完整蜗轮而作功；左移会压缩碟型弹簧。
(C)输出轴采用大直径圆盘、简支结构，因而比笼型结构刚性更大、抗冲击性能更高。
【有益效果】本发明比之日本RV减速器，其创造、新颖、实用性在于：
(1)平面二次包络环面蜗杆传动工艺成熟、传动比大，结构紧凑、传动平稳，振动和噪声小、承载能力大、不会断齿、传动效率高达0.85～0.95、毋需昂贵的特制专用轴承；
(2)制造成本估算为RV、CORT的25～30％，比日本RV-C型中空减速器的成本更低。
比之重庆大学《双蜗轮精密传动装置》(200810069736)：回差小、回差能自动补偿，结构简单，制造成本低。
【附图说明】
图1.为本发明实施例的结构示意图
图2为初始状态：蜗轮A靠紧N面、蜗轮B靠紧M面时的结构示意图
图3为工作时右旋蜗杆-蜗轮运转方向的原理示意图
图4.为两半蜗轮A与B、联接套a与b、输出轴(5)的结构示意图
【具体实施方式】
参照图1、2、3与4.一种工业机器人零回差蜗轮减速器，由机座(1)、装在机座内的蜗轮、蜗杆(2)、带法兰盘输出轴(5)组成，其特征在于：
(a)蜗轮是由以喉圆为分型面的两半爿蜗轮A与半爿蜗轮B组成，其中：蜗轮A外侧轴颈由轴承(3)支承在机座(1)内孔，其轴向由联接在机座上的圆端盖(4)限定，蜗轮B外侧轴颈由轴承(9)支承在大端盖(8)内孔，大端盖联接在机座上，蜗轮A与蜗轮B的内侧轴颈上过渡配合一只滑动轴承套圈(14)，装置套圈(14)的目的使蜗轮A、B形成简支结构；
(b)输出轴(5)两端用轴承(10)与(7)分别支承在大端盖(8)与圆端盖(4)内孔，输出轴(5)上依次装置弹性档圈、碟型弹簧(12)、联接套b、弹性档圈(13)、联接套a、碟型弹簧(6)，输出轴法兰盘用以联接外部驱动件；
(c)联接套a外花键与蜗轮A内花键滑配，联接套b外花键与蜗轮B内花键滑动配合，联接套a、b内孔为同旋向、渐开线斜齿圈，斜齿圈与输出轴(5)上的外斜齿滑配。
工作原理分述如下：
①初始状态回差为零：半爿蜗轮A轮齿靠紧蜗杆的N面，半爿蜗轮B轮齿靠紧蜗杆的M面，就是说蜗轮A与蜗轮B之间偏转一很小角Δθ；
②根据右旋蜗轮左手定则：蜗杆(2)顺时针转时，蜗轮B顺时针转带动联接套b、带动输出轴(5)亦作顺时针转；
③由于输出轴(5)与联接套a渐开线斜齿啮合副产生螺旋线运动，使内孔为右斜齿(或右旋螺母)联接套a“逆时针转-右移”，于是蜗轮A轮齿离开N面偏转Δθ而靠紧M面，半蜗轮A与半蜗轮B形成完整蜗轮而作功，右移会压缩碟型弹簧(6)；
④当仃电时，弹簧重使半蜗轮A靠紧N面，回到初始状态；再通电反转时，联接套b“顺时针转-左移”，于是：顺时针转使蜗轮B离开M面偏转Δθ而靠紧N面，半蜗轮B与半蜗轮A形成完整蜗轮而作功；左移会压缩碟型弹簧(12)。
所述的工业机器人零回差蜗轮减速器，其特征在于：输出轴(5)中有一用以装置电缆线的通孔K，大大保护了电缆线的安全使用。
所述的工业机器人零回差蜗轮减速器，其特征在于：联接套a、b内孔为同旋向多头内螺纹与输出轴(5)上的多头外螺纹滑配，螺旋升角λ＝22°～30°。多头螺旋副与渐开线斜齿啮合副的共同点是作螺旋线运动，区别是前者适用于小直径，后者适用于较大直径。
所述的工业机器人零回差蜗轮减速器，其特征在于：半爿蜗轮A与半爿蜗轮B的轴颈外径、轴向长度及轴颈内花键尺寸相同，因而蜗轮A与蜗轮B的位置可调换装配，大大延长了减速器使用寿命，这是由于蜗轮啮合面因点蚀、胶合、磨损而失效时，另一面则完好仍可使用。
所述的工业机器人零回差蜗轮减速器，其特征在于：机座(1)上有一观察窗口(11)，观察窗口置于蜗轮A、B分型面处，以便于装配时观察。
上述实施例是对本发明的说明而不是限定，任何简单变换后的方案均属于本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种工业机器人零回差蜗轮减速器，由机座(1)、装在机座内的蜗轮、蜗杆(2)、带法兰盘输出轴(5)、支承轴承及端盖组成，其特征在于：
(a)蜗轮由以喉圆为分型面的两半爿蜗轮A与半爿蜗轮B组成，其中：蜗轮A外侧轴颈由轴承(3)支承在机座(1)内孔，其轴向由联接在机座上的圆端盖(4)限定，蜗轮B外侧轴颈由轴承(9)支承在大端盖(8)内孔，大端盖联接在机座上，蜗轮A与蜗轮B的内侧轴颈上过渡配合一只滑动轴承套圈(14)；
(b)输出轴(5)两端用轴承(10)与(7)分别支承在大端盖(8)与圆端盖(4)内孔，输出轴(5)上依次装置弹性档圈、碟型弹簧(12)、联接套b、弹性档圈(13)、联接套a、碟型弹簧(6)，输出轴法兰盘用以联接外部驱动件；
(c)联接套a外花键与蜗轮A内花键滑配，联接套b外花键与蜗轮B内花键滑动配合，联接套a、b内孔为同旋向、渐开线斜齿圈，斜齿圈与输出轴(5)上的外斜齿滑配。
2.根据权利要求1所述的工业机器人零回差蜗轮减速器，其特征在于：输出轴(5)中有一用以装置电缆线的通孔K。
3.根据权利要求1所述的工业机器人零回差蜗轮减速器，其特征在于：联接套a、b内孔为同旋向多头内螺纹与输出轴(5)上的多头外螺纹滑配，螺旋升角λ＝22°～30°。
4.根据权利要求1或2或3所述的工业机器人零回差蜗轮减速器，其特征在于：半爿蜗轮A与半爿蜗轮B的轴颈外径、轴向长度及轴颈内花键尺寸相同。
5.根据权利要求4所述的工业机器人零回差蜗轮减速器，其特征在于：机座(1)上有一观察窗口(11)，窗口对着蜗轮A、B分型面。
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