CN103115112A

CN103115112A - 内外齿廓包齿减速器

Info

Publication number: CN103115112A
Application number: CN2013100671092A
Authority: CN
Inventors: 孔向东; 叶胜康
Original assignee: ZHEJIANG HENGFENGTAI REDUCER Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Hengfengtai Precision Machinery Co ltd
Priority date: 2013-03-02
Filing date: 2013-03-02
Publication date: 2013-05-22
Anticipated expiration: 2033-03-02
Also published as: CN103115112B

Abstract

本发明涉及一种内外齿廓包齿减速器，包括第一级减速机构和第二级减速机构，所述第一级减速机构包括有:偏心轮（101）；第一转臂轴承（5）；外啮合曲线轮（7）；以及针齿销（8），其固定在第一支架（9）上并与外啮合曲线轮（7）外啮合；所述第二级减速机构包括有：偏心传动轮（14）；第二转臂轴承（13），其套设在偏心传动轮（14）上；内啮合曲线轮（11），其套设在第二转臂轴承（13）上，并与所述的针齿销（8）内啮合配合；以及输出盘（16），其与输出轴（20）联动连接；所述的偏心传动轮（14）通过柱销（6）与外啮合曲线轮（7）传动连接，所述的内啮合曲线轮（11）通过传动销（12）与输出盘（16）传动连接，本发明具有少齿数、大速比、小体积、高承载、高效率长寿命的优点，特别适于工业机器人用减速器。

Description

内外齿廓包齿减速器

技术领域

本发明涉及一种工业用少齿差减速器，属于减速器技术领域。本发明受“国家高技术研究发展计划（863计划）”资助。

背景技术

减速器是一种通用机械，在工农业生产中有广泛的应用。随着科技的发展和技术的进步，特别是工业机器人等自动化产品的发展需求，减速器开始向小体积、高承载、高效率长寿命方向发展。

用于机器人领域的减速器主要有两大类：谐波减速器和摆线针轮减速器。目前，日本Harmonic Drive高性能谐波减速器和日本Nabtesco帝人精机公司上世纪80年代开发的新型减速器Rotary Vector（简称RV）在机器人领域占着主导地位。前者主要用于中低承载的机器人上，后者主要用于重载机器人上。日本最新的RV减速器产品通过变通轴承外圈使减速器的体积进一步缩小，机器人本体接口也随之变小，代表着机器人用减速器向更小更好方向发展的趋势。然而，在减速器体积不变的情况下，RV减速器的传动比随着针轮齿数的增大，摆线单个齿及针齿销的尺寸变小，影响了减速器承载能力的进一步提高。此外，RV减速器的加工精度要求高、成本高，制约了它的推广与应用，特别是要满足两个相差180度布置的偏心轴加工精度非常难，而它的精度直接影响减速器的传动精度和效率。RV减速器的大速比来自其行星减速传动和摆线针轮减速传动，是复合二级减速，用日本FA减速器串联或其它减速装置串联可以实现大的减速比，但是轴向尺寸随着减速器的串联而成倍增加，不能满足机器人用减速器体积小、高效承载的需要。因此，少齿数、大速比、小体积、高承载、高效率长寿命的减速器是机器人向小巧高效大承载方向发展的瓶颈，亟待解决。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种少齿数、大速比、小体积、高承载、高效率长寿命的减速器，在保证少齿数、大速比、高效高承载情况下有效减少减速器的体积和重量，并易于产业化和系列化。

本发明的技术方案是一种内外齿廓包齿减速器，包括有第一支架（9）；第二支架（10），其与第一支架（9）形成一容腔；输入轴（1），其通过第一支撑轴承（3）安装于第一支架（9）上；输出轴（20），其安装于第二支架(10)上；以及安装于容腔内的第一级减速机构和第二级减速机构，其特点是：所述第一级减速机构包括有:偏心轮（101）,其设于输入轴（1）上；第一转臂轴承（5），其套设在偏心轮（101）上；外啮合曲线轮（7），其套设于第一转臂轴承（5）上；以及针齿销（8），其固定在第一支架（9）上并与外啮合曲线轮（7）外啮合；所述第二级减速机构包括有：偏心传动轮（14），其通过第二支撑轴承（17）安装于输入轴（1）上；第二转臂轴承（13），其套设在偏心传动轮（14）上；内啮合曲线轮（11），其套设在第二转臂轴承（13）上，并与所述的针齿销（8）内啮合配合；以及输出盘（16），其与输出轴（20）联动连接；所述针齿销（8）的数量少于内啮合曲线轮（11）的齿数而多于外啮合曲线轮（7）的齿数；

所述的偏心传动轮（14）通过柱销（6）与外啮合曲线轮（7）传动连接，所述的内啮合曲线轮（11）通过传动销（12）与输出盘（16）传动连接。

作为本发明的优选方案：所述的偏心传动轮（14）上设有与输入轴（1）同轴的凸肩（141），凸肩（141）与输出盘（16）之间设有第三支撑轴承（15）。

作为本发明的优选方案：所述的针齿销（8）的数量比外啮合曲线轮（7）的齿数多一个，所述的内啮合曲线轮（11）的齿数比针齿销（8）的数量多一个。

作为本发明的优选方案：所述的输出盘（16）与输出轴（20）一体设置。

作为本发明的优选方案：所述的偏心轮（101）与输入轴（1）一体设置。

作为本发明的优选方案：所述的偏心轮（101）的侧面与第一支撑轴承（3）的端面之间设有挡圈（4）。

作为本发明的优选方案：所述的轴销（6）一端固定于偏心传动轮（14）上，另一端穿设于外啮合曲线轮（7）上，在外啮合曲线轮（7）的端面上设有与轴销（6）对应的轴销挡圈（22）。

作为本发明的优选方案：所述的传动销（12）一端固定于输出盘（16）上，另一端穿设于内啮合曲线轮（11）上，在输出盘（16）的端面上设有与传动销（12）对应的传动销挡圈（21）。

作为本发明的优选方案：所述的第一支架（9）的端侧与输入轴（1）之间设有第一密封挡圈（2）。

作为本发明的优选方案：所述的第二支架（10）的端侧与输出轴（20）之间设有第二密封挡圈（19）。

本发明与现有技术相比其有益效果是：以往的二级减速器通常都是由简单的两个一级减速器串联而成，虽然能够实现大速比，但轴向尺寸增加一倍，体积和重量也增加了；用周转轮系也可以实现大速比，尽管轴向尺寸比两个串联的二级减速器尺寸减少了，但因其内部损耗较大其传动效率较低；RV复合二级减速器传动比较大，但传动比受制于针齿销的大小和承载能力，同时为使摆线轮运动过程受力较均衡，需两片相差180度偏心布置的摆线轮和与之对应的偏心轴，偏心轴上两个相差180度布置的偏心轴段的加工精度要求非常高，如果两个轴段的偏心稍有偏差，会造成两个摆线轮与针齿销的啮合错位（见图5所示），从而直接影响减速器的回差和效率。为了保证偏心轴的加工精度，要用高精度的工装夹具，制造工艺和成本很高。本发明通过少齿差内外啮合曲线轮齿廓与同一固定针齿销相啮合，实现大速比减速运动，由于两级减速共用同一组针齿销，减速器的轴向尺寸比以往的两个一级减速器简单串联的尺寸大大减小，又由于外啮合曲线轮与内啮合曲线轮受力方向一个沿针齿销与曲线啮合处相切的法线方向向外，一个向里，可实现内外啮合曲线轮啮合力部分抵消，提高了减速器的承载能力和传动效率，免去了RV减速器摆线轮必须两片相差180度的偏心布置，由此也免去了偏心轴上两个相差180度布置的偏心轴段要求。本发明的减速器每级减速只用一个设于偏心轴上的偏心轮，两级减速只用两个独立的单个偏心轮就可实现减速器受力均衡问题，因此与RV减速器相比，结构上减少了一个摆线轮，还减少了一段加工精度要求较高的必须满足偏置180度的偏心轴段，这不仅减少了轴向尺寸，减轻了减速器的重量，而且大大简化了偏心轴的加工工艺和制造成本、易于实现产业化。另外，RV减速器是行星减速传动和少齿差摆线针轮减速复合二级减速，与本发明的两个少齿差的二级减速相比，相同减速比，本发明的减速器的齿数远远少于RV减速器。例如，RV40EQ减速器行星减速部分由齿数分别为16和32的齿轮组成，摆线针齿减速部分由摆线轮齿数39，针齿齿数40构成，总减速比为81；相似传动比80，本发明用内啮合曲线轮和外啮合曲线轮的齿数分别为8和10，针齿数9。二级减速总共用曲线轮齿数18个和针齿数9个，而RV二级减速要用的齿数87个，针齿数39个。同样体积的减速器，本发明的针齿销和曲线轮可以做得很粗很厚，刚性很强。也就是，相同传动比，本发明不仅齿数少、大承载、高效率，而且又大大简化了偏心轴的加工工艺和难度、减低了制造成本，易于实现产业化，特别适合工业机器人用减速器小体积、大承载、高效率长寿命的实用要求。

附图说明

图1为本发明的机构传动原理图。

图2为本发明的内啮合曲线轮和外啮合曲线轮与针齿销相啮合的示意图。

图3为本发明的具体实施例示意图。

图4为本发明内啮合曲线轮和外啮合曲线轮与针齿销相啮合的受力作用线示意图。

图5为偏心轴偏心误差对摆线针轮减速器传动的影响示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1——图4所示，本发明一种内外齿廓包齿减速器实施例，包括有第一支架9和第二支架10，第一、第二支架9、10形成一容腔；在第一支架上设有带偏心轮的输入轴1，该输入轴1通过第一支撑轴承3安装于第一支架9上；在第二支架10上设有输出轴20，输出轴20上位于容腔内的部分为输出盘16，输出轴20通过第四支撑轴承18安装于第二支架10上，容腔内的设有第一级减速机构和第二级减速机构，第一级减速机构由偏心轮101、设在偏心轮101上的第一转臂轴承5、套设于第一转臂轴承5上的外啮合曲线轮7以及固定在第一支架9上并与外啮合曲线轮7外啮合的针齿销8组成；第二级减速机构由通过第二支撑轴承17安装于输入轴1上的偏心传动轮14、套设在偏心传动轮14上的第二转臂轴承13、套设在第二转臂轴承13上并与所述的针齿销8内啮合配合的内啮合曲线轮11以及输出盘16、柱销6、传动销12组成；

图示中，偏心传动轮14上设有与输入轴1同轴的凸肩141，凸肩141与输出盘16之间设有第三支撑轴承15。通过增设凸肩141及第三支撑轴承15，可以提高输出盘及偏心传动轮14运行的稳定性和可靠性。

本发明实施例的运行过程如下：输入轴1通过偏心轮101经过第一支撑轴承3及第一转臂轴承5带动外啮合曲线轮7与针齿销8相啮合实现一级减速；外啮合曲线轮7上的柱销6将减速运动传递给第二支撑轴承17上的偏心传动轮14、偏心传动轮14经第二转臂轴承13带动内啮合曲线轮11再次与针齿销8相啮合实现二级减速，内啮合曲线轮11上的传动销12将运动传递给第三支撑轴承15及第四支撑轴承18上的输出盘16和输出轴20，将减速运动输出出去。

本实施例中，内啮合曲线轮、针齿销和外啮合曲线轮齿数分别相差1，即二级减速每级都是一齿差减速。

图示实施例中，在偏心轮101的侧面与第一支撑轴承3的端面之间设有挡圈4。轴销6一端固定于偏心传动轮14上，另一端穿设于外啮合曲线轮7上，在外啮合曲线轮7的端面上设有与轴销6对应的轴销挡圈22，传动销12一端固定于输出盘16上，另一端穿设于内啮合曲线轮11上，在输出盘16的端面上设有与传动销12对应的传动销挡圈21。这样轴销的一端被轴销挡圈22挡住，另一端则有针齿销8的阻挡，传动销的一端被第三支撑轴承15阻挡、另一端被传动销挡圈21阻挡，从而可确保轴销6和传动销12在运行过程中不会从轴向脱离出去。

图中，在第一支架9的端侧与输入轴1之间还设有第一密封挡圈2，第二支架10的端侧与输出轴20之间设有第二密封挡圈19。

本实施例中，各支撑轴承通常采用球轴承，各转臂轴承通常采用圆柱滚子轴承。但各轴承的选用并不限于此。

上述实施例中，还可以在针齿销上再加设套筒从而使内啮合曲线轮11、外啮合曲线轮7先与套筒啮合，从而在运动过程中由滑移配合改成滚动配合，使运动摩擦力更小；在柱销、传动销上可以加设套筒或由与偏心轮相同的偏心销构成，通过套筒从而使传动时由滑移配合改成滚动配合，从而使摩擦力更小。输入轴也可以采用中空式。

总之，以上所述的实施例仅仅是对本发明内外齿廓包齿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，均应落入本发明内外齿廓包齿减速器的保护范围。

Claims

1.一种内外齿廓包齿减速器，包括有

第一支架（9）；

第二支架（10），其与第一支架（9）形成一容腔；

输入轴（1），其通过第一支撑轴承（3）安装于第一支架（9）上；

输出轴（20），其安装于第二支架(10)上；

以及安装于容腔内的第一级减速机构和第二级减速机构，其特征在于：所述第一级减速机构包括有:

偏心轮（101）,其设于输入轴（1）上；

第一转臂轴承（5），其套设在偏心轮（101）上；

外啮合曲线轮（7），其套设于转臂轴承（5）上；以及

针齿销（8），其固定在第一支架（9）上并与外啮合曲线轮（7）外啮合；

所述第二级减速机构包括有：

偏心传动轮（14），其通过第二支撑轴承（17）安装于输入轴（1）上；

第二转臂轴承（13），其套设在偏心传动轮（14）上；

内啮合曲线轮（11），其套设在转臂轴承（13）上，并与所述的针齿销（8）内啮合配合；以及

输出盘（16），其与输出轴（20）联动连接；

所述针齿销（8）的数量少于内啮合曲线轮（11）的齿数而多于外啮合曲线轮（7）的齿数；

2.根据权利要求1所述的内外齿廓包齿减速器，其特征在于：所述的偏心传动轮（14）上设有与输入轴（1）同轴的凸肩（141），凸肩（141）与输出盘（16）之间设有第三支撑轴承（15）。

3.根据权利要求1或2所述的内外齿廓包齿减速器，其特征在于：所述的针齿销（8）的数量比外啮合曲线轮（7）的齿数多一个，所述的内啮合曲线轮（11）的齿数比针齿销（8）的数量多一个。

4.根据权利要求1或2所述的内外齿廓包齿减速器，其特征在于：所述的输出盘（16）与输出轴（20）一体设置。

5.根据权利要求1或2所述的内外齿廓包齿减速器，其特征在于：所述的偏心轮（101）与输入轴（1）一体设置。

6.根据权利要求1或2所述的内外齿廓包齿减速器，其特征在于：所述的偏心轮（101）的侧面与第一支撑轴承（3）的端面之间设有挡圈（4）。

7.根据权利要求1或2所述的内外齿廓包齿减速器，其特征在于：所述的轴销（6）一端固定于偏心传动轮（14）上，另一端穿设于外啮合曲线轮（7）上，在外啮合曲线轮（7）的端面上设有与轴销（6）对应的轴销挡圈（22）。

8.根据权利要求1或2所述的内外齿廓包齿减速器，其特征在于：所述的传动销（12）一端固定于输出盘（16）上，另一端穿设于内啮合曲线轮（11）上，在输出盘（16）的端面上设有与传动销（12）对应的传动销挡圈（21）。

9.根据权利要求1或2所述的内外齿廓包齿减速器，其特征在于：所述的第一支架（9）的端侧与输入轴（1）之间设有第一密封挡圈（2）。

10.根据权利要求1或2所述的内外齿廓包齿减速器，其特征在于：所述的第二支架（10）的端侧与输出轴（20）之间设有第二密封挡圈（19）。