CN102242795B - 精密摆线减速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种精密摆线减速器，包括转臂及固定在转臂外的偏心套、偏心套通过转臂轴承连接摆线轮，摆线轮与固定在针齿壳上的针齿销相配合，固定在转臂外的偏心套多个错位设置，各偏心套外的摆线轮分为逆向摆线轮和顺向摆线轮两组，逆向摆线轮和顺向摆线轮上具有不同的齿数并开设连接传动孔，逆向摆线轮和顺向摆线轮由穿过连接传动孔的连接轴相连，针齿壳分为静止针齿壳和输出针齿壳，逆向摆线轮与固定在静止针齿壳上的静止针齿销相配合，顺向摆线轮与固定在输出针齿壳上的随动针齿销相配合。本发明通过上述设计，具有高精度、高效率、高刚性、高承载、使用寿命长的优点，特别适合于在重载工业机器人中使用。

Description

精密摆线减速器
技术领域
本发明涉及一种精密摆线减速器。
背景技术
目前，重载工业机器人中的减速器一般使用日本Nabtesco帝人精机公司的Rotate Vector（简称RV）减速器和日本Harmonic Drive高性能谐波减速器。
由于谐波减速器的传动是通过薄壁柔性齿轮的径向弹性变形实现转速变换和动力传递，其承载能力和传动刚度相对较低，同时柔性齿轮也易因周期性形变而发生疲劳破坏，故主要用于中、轻负载的精密传动系统，实际上并不适合用作重载工业机器人的精密减速传动。
日本帝人精机公司的RV减速器（Rotate Vector Reducer）由一级行星齿轮传动和一级摆线传动复合而成。在结构设计上的特点是：动力由主动小齿轮输入后，由三个周向均布的行星齿轮带动三个转臂同步驱动两片相错180度偏心布位的摆线轮，摆线轮与针齿相啮合产生的输出力矩由转速输出机构输出。RV减速器具有结构紧凑、传动比大、同啮齿数多、承载能力强以及传动刚度高等许多优点。然而，RV的基本结构还是有缺陷的，在RV传动中，由于减速器的输入和输出都要经过转臂轴承，且输入和输出的转向相反，使转臂轴承内外圈的相对转数和旋转载荷很大，降低了转臂轴承的寿命，这是RV减速器的先天不足之处。另外，RV的一级传动比有限，仅为9-87，在大速比下，为避免干涉，针齿销做得很小，容易造成弯曲折断。
日本住友重机公司在RV传动的基础上又提出了大速比FA传动技术，FA也是一种差动轮系。与RV传动相比其主要的结构特点是采用了三片相错120度布位的摆线轮结构，提高了减速器的承载能力、传动刚度以及动平衡特性。尽管FA传动通过增加转臂轴承的尺寸，针齿直径减少，柱销尺寸增大，偏心距增大等，对RV传动进行了一定的改进，但转臂轴承的尺寸和针齿直径大小仍受到传动比和输出结构大小的影响，使得减速器传递的功率、扭矩和刚度都受到限制。由于传动原理与RV基本相同，故FA的一级传动比也是有限的，只是较RV有所拓展，为6-119。
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种精密摆线减速器，特别是一种适用于重载工业机器人的精密摆线减速器，该精密摆线减速器的传动比大，具有高精度、高效率、高刚性、高承载、使用寿命长的特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括转臂及固定在转臂外的偏心套、偏心套通过转臂轴承连接摆线轮，摆线轮与固定在针齿壳上的针齿销相配合，固定在转臂外的偏心套多个错位设置，各偏心套外的摆线轮分为逆向摆线轮和顺向摆线轮两组，逆向摆线轮和顺向摆线轮上具有不同的齿数并开设连接传动孔，逆向摆线轮和顺向摆线轮由穿过连接传动孔的连接轴相连，针齿壳分为静止针齿壳和输出针齿壳，逆向摆线轮与固定在静止针齿壳上的静止针齿销相配合，顺向摆线轮与固定在输出针齿壳上的随动针齿销相配合。
静止针齿壳和输出针齿壳之间由轴承连接，输出针齿壳和转臂之间由支撑轴承连接。
转臂为花键转臂，其与外接输入轴之间通过键相连。
逆向摆线轮和顺向摆线轮各为多个摆线轮组合的摆线轮组，各摆线轮组中的各排摆线轮相错360度/n，n为排数。
在静止针齿销和随动针齿销外均设置针齿销套，逆向摆线轮和顺向摆线轮与针齿销套相配合。
本发明通过上述具体设计，与RV和FA传动机构相比，由于使用了摆线针轮周转轮系的同轴双行星轮与双中心轮的啮合传动结构，在传动比上具有很大的优势。比如，RV摆线传动部分或FA传动用82个针齿实现传动比为81；本发明利用同轴双行星轮，用不超过此中心轮的针齿数，可实现传动比6561。这意味着，实现相同传动比所用的针齿数大大减少。如要RV或FA摆线传动部分的传动比为81，本发明所用的摆线针齿数可减小到19。相同结构空间，本发明的针齿数目减少很多且直径可以加大很多；与之相配的摆线轮的轮齿数减少很多，单个轮齿尺寸可增大很多；柱销尺寸和偏心距也都增大很多。这不仅可提高传动效率、精度、刚度，还提高了承载能力和寿命。本发明的摆线部分的传动比可达14161甚至更大。传动比的增大，突破了RV和FA传动对减速器传递的功率和扭矩的限制，再加上采用两组多片偏心布置的摆线轮齿啮合传动，显著地提高了减速器的承载能力。本发明的输入力矩经摆线轮与针齿销轴啮合减速增力后，输出力矩由针齿销轴直接传给内齿圈的输出针齿壳而输出运动。输出力矩不通过曲轴，曲轴不承受沉重的输出力矩，从而使曲轴轴承受力得到极大改善，提高了轴承的寿命。由于输出针齿壳的半径可远大于摆线轮的半径，因此在输出刚度上也优于FA传动。
附图说明
以下结合附图和实施例说明本发明的详细内容。
图1是本发明的结构示意示意图。
图2是图1的B-B剖视图。
图3是图1的D-D剖视图。
具体实施方式
如图所示，本发明包括转臂1及固定在转臂1外的偏心套2，转臂1采用花键转臂，其与外接输入轴14之间通过键15相连，便于加工和安装。偏心套2通过转臂轴承3连接摆线轮，摆线轮与固定在针齿壳上的针齿销相配合，固定在转臂1外的偏心套2多个错位设置，各偏心套2外的摆线轮分为逆向摆线轮4和顺向摆线轮5两组，逆向摆线轮4和顺向摆线轮5上具有不同的齿数并开设连接传动孔6，逆向摆线轮4和顺向摆线轮5由穿过连接传动孔6的连接轴7相连，连接传动孔6较连接轴7具有较大的直径。逆向摆线轮4和顺向摆线轮5还可设计成各为多个摆线轮组合的摆线轮组，各摆线轮组中的各排摆线轮相错360度/n，n为排数。针齿壳分为静止针齿壳8和输出针齿壳10，逆向摆线轮4与固定在静止针齿壳8上的静止针齿销9相配合，顺向摆线轮5与固定在输出针齿壳10上的随动针齿销11相配合，在静止针齿销9和随动针齿销11外还可设置针齿销套16，逆向摆线轮4和顺向摆线轮5与针齿销套16相配合，针齿销套16的外圆与摆线轮之间为滚动摩擦，减小了传动中的摩擦损失。静止针齿壳8和输出针齿壳10之间由轴承12连接，输出针齿壳10和转臂1之间由支撑轴承13连接。本发明的具体设计是：外接输入轴14通过键15与带有六个偏心套2的花键转臂1相连接，六个偏心套2分为两组，每组具有三个偏心套2，三个偏心套2的三个偏心位置成120度均匀布置。与固定在静止针齿壳8上的静止针齿销9或静止针齿销9外的针齿销套16相配合的三片完全相同的逆向摆线轮4相隔120度均匀布置在相对偏心套上；与固定在输出针齿壳10上的随动针齿销11或随动针齿销11外的针齿销套16相配合的三片完全相同的顺向摆线轮5也相隔120度均匀布置在相对的偏心套上，逆向摆线轮4和顺向摆线轮5的齿数不相同。各摆线轮与偏心套2之间装有转臂轴承3，转臂轴承3采用无外圈的单列向心圆柱滚子轴承，摆线轮的内孔表面直接作为滚道。针齿销、针齿销套和针齿壳组成针轮，针齿的齿形是圆柱面，摆线轮齿与针齿销的理论齿数相差1，以短副外摆线等距曲线的齿廓与圆柱形针齿销套相啮合。法兰盘17通过输入端轴承18与花键转臂1相连，静止针齿壳8和法兰盘17通过螺栓（外接）与机架（外接）相连。在工作状态下，随着花键转臂1的转动，逆向摆线轮4和顺向摆线轮5同角速度转动，花键转臂1转一周，各摆线轮转一齿。电机的动力通过花键转臂1传递给紧固在其上的偏心套2，再通过偏心套2上的转臂轴承3将动力传递给逆向摆线轮4和顺向摆线轮5。当花键转臂1逆时针转动时，逆向摆线轮4也随其运动，但因其与静止针齿销9或针齿销套16相啮合而变为顺时针转动，并带动连接轴7顺时针转动，连接轴7带动顺向摆线轮5有顺时针转动的趋势，但由于顺向摆线轮5同时由花键转臂1逆时针驱动，而且顺向摆线轮5与逆向摆线轮4的齿数不同，因此，顺向摆线轮5的运动是花键转臂1的逆时针转动与连接轴7顺时针转动的复合运动，复合运动的结果是与花键转臂1的逆时针转动方向一致。顺向摆线轮5与输出针齿壳10上的随动针齿销11或针齿销套16相啮合减速增力后，通过输出针齿壳10将减速后的运动和动力同心输出出去。以上所述的实施例仅仅是对本发明精密摆线减速器的优选实施方式进行描述，并非对发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明方案的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案作出的各种外型变型和改进，均应落入本发明精密摆线减速器的保护范围。

Claims (5)

1.一种精密摆线减速器，包括转臂及固定在转臂外的偏心套、偏心套通过转臂轴承连接摆线轮，摆线轮与固定在针齿壳上的针齿销相配合，其特征是固定在转臂（1）外的偏心套（2）多个错位设置，各偏心套（2）外的摆线轮分为逆向摆线轮（4）和顺向摆线轮（5）两组，逆向摆线轮（4）和顺向摆线轮（5）上具有不同的齿数并开设连接传动孔（6），逆向摆线轮（4）和顺向摆线轮（5）由穿过连接传动孔（6）的连接轴（7）相连，针齿壳分为静止针齿壳（8）和输出针齿壳（10），逆向摆线轮（4）与固定在静止针齿壳（8）上的静止针齿销（9）相配合，顺向摆线轮（5）与固定在输出针齿壳（10）上的随动针齿销（11）相配合。
2.根据权利要求1所述的精密摆线减速器，其特征是静止针齿壳（8）和输出针齿壳（10）之间由轴承（12）连接，输出针齿壳（10）和转臂（1）之间由支撑轴承（13）连接。
3.根据权利要求1或2所述的精密摆线减速器，其特征是转臂（1）为花键转臂，其与外接输入轴（14）之间通过键（15）相连。
4.根据权利要求3所述的精密摆线减速器，其特征是逆向摆线轮（4）和顺向摆线轮（5）各为多个摆线轮组合的摆线轮组，各摆线轮组中的各排摆线轮相错360度/n，n为排数。
5.根据权利要求4所述的精密摆线减速器，其特征是在静止针齿销（9）和随动针齿销（11）外均设置针齿销套（16），逆向摆线轮（4）和顺向摆线轮（5）与针齿销套（16）相配合。
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