CN102278425A

CN102278425A - 机电一体式摆线针轮驱动装置

Info

Publication number: CN102278425A
Application number: CN201110169338A
Authority: CN
Inventors: 罗绍华; 何履胜; 周元才
Original assignee: Chongqing Aerospace Polytechnic College
Current assignee: Chongqing Aerospace Polytechnic College
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2011-12-14

Abstract

本发明公开了一种机电一体式摆线针轮驱动装置，包括摆线针轮减速器组件、高速圆柱齿轮啮合副、伺服电机、速度和温度传感器，空心输入轴以及带法兰盘的轴出轴，本发明将具有三个偏心轴的行星减速器组件、外啮合齿轮副、伺服电机和传感器集成一体，省去了联轴器，结构紧凑、降低能耗和减小轴间传动的角度与位移误差，同时提高了驱动装置的系统精度，传感器在线检测装置运行状态并反馈给信号处理中心，从而及时有效的预防和控制事故。因此，本减速器无需更换润滑剂、结构紧凑、实时性强、寿命长、传动效率高、承载能力强、振动低、精度高、保养便利等优点，可广泛应用于机器人、船舶和车辆等领域装备。

Description

机电一体式摆线针轮驱动装置

技术领域

本发明涉及机械工程中一种精密机电传动装置，特别涉及一种机电一体式摆线针轮驱动装置。

背景技术

伴随着机械工程领域的快速发展，对其传动件及系统的传动精度、可靠性、大功率、免维护等性能提出了更苛刻地要求。过去一段时间里，机械动力传递设备中，交流电机通过各种形式的联轴器来驱动减速器，三者之间两两联接时需要使用键、过盈配合等联接固定，从而使轴向距离拉长，零件种类增多，系统可靠性降低，并造成轴系对中误差，导致传动机构出现磨损，机构运转容易存在卡涩。

通常摆线针轮传动通过与电机轴同心的偏心轴驱动线针轮副，双列行星轮通过带圆柱销的行星架驱动输出轴转动，功率不能分流，行星轮和偏心轮轴承承受力巨大，严重情况下导致轴承提前报废，同时其传动机构只能承受径向载荷，安装时转动轴线必须与水平线平行，约束了壁挂式和置顶式等轴线与水平线成一定角度的工程应用场合。

另外在一些特殊工程领域，要对装置的运行状况实时监测与控制以及失效后作出预估和预判以保证装备的可靠性，要求其驱动装置实现智能化，能实时在线监测各零部件的运行状态。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种无需更换润滑剂、结构紧凑、实时性强、传动效率高、承载能力强、振动低、精度高和保养便利，同时能应用驱动装置轴线能与水平线成一定角度的工程场合的机电一体式摆线针轮驱动装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种机电一体式摆线针轮驱动装置，包括摆线针轮减速器组件、高速圆柱齿轮啮合副、伺服电机、空心输入轴以及动力输出轴；

所述摆线针轮行星减速器组件包括三根在圆周方向均匀布置的动力偏心输入轴、针齿、双列行星轮、动力输出轴和减速器壳体，所述动力偏心输入轴的偏心轴颈段通过圆柱滚动轴承与双列行星轮转动配合，且动力偏心输入轴的非偏心轴颈一端通过圆锥滚动轴承设置于减速器壳体上，另一端通过圆锥滚动轴承设置于动力输出轴上，所述针齿和双列行星轮为摆线针轮啮合传动；

所述高速圆柱齿轮外啮合副包括一个中心齿轮和三个在圆周方向均布的行星齿轮，所述中心齿轮通过锥轴孔与设有信号齿的空心输入轴轴颈固定连接，且轴挡定位，所述行星齿轮通过渐开线花键与动力偏心输入轴左端固定连接，且轴挡定位；

所述伺服电机包括定子、转子和电机转轴，所述伺服电机的电机转轴与空心输入轴制成一体，所述转子设置在空心输入轴轴肩上，所述电机定子内嵌于壳体内孔中。

进一步，所述中心齿轮和周向均布的行星齿轮为渐开线腹板式结构圆柱齿轮，齿轮齿宽方向设置变齿厚，且齿顶齿根修缘至K型公差带；

进一步，所述动力输出轴靠近行星轮一端周向设置一组孔和一组圆柱凸台，凸台外表面镶嵌黄铜铜套，组孔通过轴承支承动力偏心输入轴右端，圆柱凸台通过镶嵌于凸台外表面的黄铜铜套与双列行星轮组孔滑动摩擦；

进一步，所述动力输出轴与空心输入轴同轴设置，两端分别由内嵌变速器壳体的滚动轴承与外套于空心输入轴轴颈的滚动轴承进行支承与定位；

进一步，所述双列行星轮圆周设置两组孔，一组孔通过圆柱滚子轴承与偏心轴颈固定连接，另一组孔通过外嵌于输出轴凸台的铜套滑动摩擦；

进一步，所述减速器壳体靠近动力输出轴一端孔内凹阶周向设有固定支承针齿的一组半圆形盲孔，工作时大部分针齿以对称的方式参与啮合；

进一步，所述空心输入轴两端分别由内嵌变速器端盖的滚动轴承与输出轴的滚动轴承进行支承与定位，且靠近调整齿轮副一端周向均布设置用于测量转速的信号齿；

进一步，还包括均布设置于减速器壳体中的速度传感器、加速度传感器和温度传感器，所有传感器采样信号经放大器和A/D转换器后输入给电控单元；

进一步，所述温度传感器为NTC热敏电阻传感器，速度传感器为磁感应传感器，加速度传感器为压电式传感器。

本发明的有益效果：

1.本发明机电一体式摆线针轮驱动装置，采用减速器、滚动轴承与驱动电机集成一体设计，节省了中间键与联轴器等中间联接，减少了安装定位次数，提高了传动精度，同时缩小了装置的轴向空间安装尺寸和重量，增加了传递的功率。动力输入轴采用中空结构，减速器和电机转子高速转动，连接电缆和数据线很方便从中布置，并且具有最小的旋转半径，解决了驱动机构因线缆的约束而造成工作的死区。

2.本发明机电一体式摆线针轮驱动装置，采用加速度传感器、速度传感器、温度传感器集成于减速器内，近距离较真实地在线检测装置运行状态并反馈给信号处理中心，从而及时有效的预防和控制事故。

3. 本发明机电一体式摆线针轮驱动装置，采用三个行星轮，功率得到分流，行星轮与偏心轴受力状况得到改善，同时能应用驱动装置轴线能与水平线成一定角度的工程场合，如壁挂式、倾斜式和置顶式等。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

附图1为本机电一体式摆线针轮驱动装置的结构示意图；

附图2为图1沿A-A向断面剖视图。

具体实施方式

附图1为本机电一体式摆线针轮驱动装置的结构示意图，附图2为图1沿A-A向剖视图。如图所示，本实施例的机电一体式摆线针轮驱动装置，一种机电一体式摆线针轮驱动装置，其特征在于：包括摆线针轮减速器组件、高速圆柱齿轮啮合副、伺服电机、空心输入轴1以及动力输出轴3；

所述摆线针轮行星减速器组件包括三根在圆周方向均匀布置的动力偏心输入轴4、针齿25、双列行星轮8和10、动力输出轴3和减速器壳体15，所述动力偏心输入轴的偏心轴颈段通过圆柱滚动轴承7、9与双列行星轮转动配合，且动力偏心输入轴的非偏心轴颈一端通过圆锥滚动轴承11设置于减速器壳体15上，另一端通过圆锥滚动轴承5设置于动力输出轴3上，所述针齿和双列行星轮为摆线针轮啮合传动；

所述高速圆柱齿轮外啮合副包括一个中心齿轮22和三个在圆周方向均布的行星齿轮12，所述中心齿轮通过锥轴孔22a与设置信号齿的空心输入轴轴颈固定连接，且轴挡21定位，所述行星齿轮通过渐开线花键与动力偏心输入轴左端固定连接，且轴挡13定位；

所述伺服电机包括定子18、转子20和电机转轴，所述伺服电机的电机转轴与空心输入轴制成一体，所述转子设置在空心输入轴轴肩上，所述电机定子内嵌于壳体内孔中。

本实施例的机电一体式摆线针轮驱动装置，由于在圆周方向均布设置三个行星轮，功率得到分流，行星轮与偏心轴受力状况得到改善，同时能应用到驱动装置轴线与水平线成一定角度的工程场合；同时，摆线针轮减速器组件、高速圆柱齿轮啮合副和伺服电机集成一体设计，节省了中间键与联轴器等中间联接，减少了安装定位次数，提高了传动精度，同时缩小了装置的轴向空间安装尺寸和重量，因此具有无需更换润滑剂、结构紧凑、实时性强、传动效率高、承载能力强、振动低、精度高、保养便利等优点。

作为对上述实施例的进一步改进，所述中心齿轮22和周向均布的行星齿轮12为渐开线腹板式结构圆柱齿轮，齿轮齿宽方向设置变齿厚，且齿顶齿根修缘至K型公差带。使本驱动装置受力均匀、传动误差小，噪声低，传动效率高。

作为对上述实施例的进一步改进，所述动力输出轴3靠近行星轮一端周向设置一组孔和一组圆柱凸台3a，凸台外表面镶嵌黄铜铜套26，组孔通过轴承支承动力偏心输入轴4右端，圆柱凸台通过镶嵌于凸台外表面的黄铜铜套与双列行星轮组孔滑动摩擦。由于黄铜拥有良好的导热性、耐磨性和抗腐蚀性，同时塑性好，能够缓冲啮合副的瞬态冲击，衰减非稳态波动信号。

作为对上述实施例的进一步改进，所述动力输出轴3与空心输入轴1同轴设置，两端分别由内嵌变速器壳体的滚动轴承与外套于空心输入轴轴颈的滚动轴承进行支承与定位。动力输入轴采用中空结构，摆线针轮减速器组件和电机转子高速转动，连接电缆和数据线很方便从中布置，并且具有最小的旋转半径，解决了驱动机构因线缆的约束而造成工作的死区。

作为对上述实施例的进一步改进，所述双列行星轮圆周设置两组孔，一组孔通过圆柱滚子轴承与偏心轴颈固定连接，另一组孔通过外嵌于输出轴凸台的铜套滑动摩擦，周向设置均布的孔与凸台，结构紧凑，受力均匀。

作为对上述实施例的进一步改进，所述减速器壳体靠近动力输出轴一端孔内凹阶周向设有固定支承针齿的一组半圆形盲孔15a，工作时大部分针齿以对称的方式参与啮合。重载时，行星架和偏心轴受力均匀，使用寿命长。

作为对上述实施例的进一步改进，所述空心输入轴两端分别由内嵌变速器端盖16的滚动轴承19与输出轴的滚动轴承2进行支承与定位，且靠近调整齿轮副一端周向均布设置用于测量转速的信号齿1a。空心输入轴转动时，磁感应传感器通过间隔的齿顶齿根交递变化而迅速信息取样。

作为对上述实施例的进一步改进，还包括均布设置于减速器壳体中的速度传感器14、加速度传感器14a、14b和温度传感器27，所有传感器采样信号经放大器和A/D转换器后输入给电控单元；所述温度传感器为NTC热敏电阻传感器，速度传感器为磁感应传感器，加速度传感器为压电式传感器。设置多个传感器，能够近距离较真实地在线检测装置运行状态并反馈给信号处理中心，从而及时有效的预防和控制事故。

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

1.一种机电一体式摆线针轮驱动装置，其特征在于：包括摆线针轮减速器组件、高速圆柱齿轮啮合副、伺服电机、空心输入轴（1）以及动力输出轴（3）；

所述摆线针轮行星减速器组件包括三根在圆周方向均匀布置的动力偏心输入轴（4）、针齿（25）、双列行星轮（8、10）、动力输出轴（3）和减速器壳体（15），所述动力偏心输入轴的偏心轴颈段通过圆柱滚动轴承（7、9）与双列行星轮转动配合，且动力偏心输入轴的非偏心轴颈一端通过圆锥滚动轴承（11）设置于减速器壳体（15）上，另一端通过圆锥滚动轴承（5）设置于动力输出轴（3）上，所述针齿和双列行星轮为摆线针轮啮合传动；

所述高速圆柱齿轮外啮合副包括一个中心齿轮（22）和三个在圆周方向均布的行星齿轮（12），所述中心齿轮通过锥轴孔（22a）与设有信号齿的空心输入轴轴颈固定连接，且轴挡（21）定位，所述行星齿轮通过渐开线花键与动力偏心输入轴左端固定连接，且轴挡（13）定位；

所述伺服电机包括定子（18）、转子（20）和电机转轴，所述伺服电机的电机转轴与空心输入轴制成一体，所述转子设置在空心输入轴轴肩上，所述电机定子内嵌于壳体内孔中。

2.根据权利要求1所述的机电一体式摆线针轮驱动装置，其特征在于：所述中心齿轮（22）和周向均布的行星齿轮（12）为渐开线腹板式结构圆柱齿轮，齿轮齿宽方向设置变齿厚，且齿顶齿根修缘至K型公差带。

3.根据权利要求2所述的机电一体式摆线针轮驱动装置，其特征在于：所述动力输出轴（3）靠近行星轮一端周向设置一组孔和一组圆柱凸台（3a），凸台外表面镶嵌黄铜铜套（26），组孔通过轴承支承动力偏心输入轴（4）右端，圆柱凸台通过镶嵌于凸台外表面的黄铜铜套与双列行星轮组孔滑动摩擦。

4.根据权利要求3所述的机电一体式摆线针轮驱动装置，其特征在于：所述动力输出轴（3）与空心输入轴（1）同轴设置，两端分别由内嵌变速器壳体的滚动轴承与外套于空心输入轴轴颈的滚动轴承进行支承与定位。

5.根据权利要求4所述的机电一体式摆线针轮驱动装置，其特征在于：所述双列行星轮圆周设置两组孔，一组孔通过圆柱滚子轴承与偏心轴颈固定连接，另一组孔通过外嵌于输出轴凸台的铜套滑动摩擦。

6.根据权利要求5所述的机电一体式摆线针轮驱动装置，其特征在于：所述减速器壳体靠近动力输出轴一端孔内凹阶周向设有固定支承针齿的一组半圆形盲孔（15a），工作时大部分针齿以对称的方式参与啮合。

7.根据权利要求6所述的机电一体式摆线针轮驱动装置，其特征在于：所述空心输入轴两端分别由内嵌变速器端盖（16）的滚动轴承（19）与输出轴的滚动轴承（2）进行支承与定位，且靠近调整齿轮副一端周向均布设置用于测量转速的信号齿（1a）。

8.根据权利要求7所述的机电一体式摆线针轮驱动装置，其特征在于：还包括均布设置于减速器壳体中的速度传感器（14）、加速度传感器（14a、14b）和温度传感器(27)，所有传感器采样信号经放大器和A/D转换器后输入给电控单元。

9.根据权利要求8所述的机电一体式摆线针轮驱动装置，其特征在于：所述温度传感器为NTC热敏电阻传感器，速度传感器为磁感应传感器，加速度传感器为压电式传感器。