CN103185109A - 智能驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能驱动装置，包括驱动电机和与减速器，减速器包括动力输入偏心轴、双联齿轮、固定内齿轮和动力输出内齿轮；双联齿轮包括外齿轮I和外齿轮II并旋转配合套装在动力输入偏心轴的偏心段上，固定内齿轮与外齿轮I组成少齿差啮合副I，动力输出内齿轮与外齿轮II组成少齿差啮合副II；少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中均设有开槽弹性滤波结构，开槽弹性滤波结构包括设置在所在齿轮轮齿上的轮齿槽和/或设置在所在齿轮齿槽内的齿轮槽，轮齿槽和齿轮槽内设有弹性体；还包括监控装置，监控装置包括数据接收装置和设置在弹性体内并用于分别监控少齿差啮合副I和少齿差啮合副II运行工况的传感器，传感器和数据接收装置之间无线连接。

Description

智能驱动装置

技术领域

本发明属于机械传动技术领域，具体的为一种采用少齿差啮合原理并可对齿轮实施智能测控的智能驱动装置。

背景技术

随着机器人、先进制造、车辆、船舶、航空、航天和武器装备等工程领域事业的迅速发展，其对传动件及传动系统系统的传动精度、可靠性、小体积、轻量化和免维护等性能提出了新的要求。

传统机械设备中，驱动电机和减速器都是分开设计的，这样不可避免的需要考虑他们之间的联接设计，使用键、联轴器等联接装置，从而使结构变得复杂，零件数量种类增多，系统可靠性降低，体积重量增大，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。

长期以来，在机械装备动力传递与运动变换时，在输入端高转速、小转矩转换为输出端低转速、大转矩的过程中，不可避免地会产生波动。该波动会降低机械装备传动精度和可靠性，并引起机械振动，影响零件的强度和寿命，降低运动精度和工作性能等。对周期性波动，一般通过增加转动惯量很大的飞轮来进行调节；对非周期性波动，一般采用调速器调节。尽管如此，实践表明，该类调节措施实际上很难解决在高铁机车、工业机器人、空间机械臂、船舶和卫星等高端装备动力传递与运动变换过程中的波动问题。除此之外，机械系统传动装置中各零件的制造及装配误差，轮齿啮合时的啮入、啮出冲击，轮齿啮合齿对数交替变化时的刚度激励，负载工况对传动装置的激励，以及运行过程中零部件的摩擦磨损、温度变化和环境影响等因素，都将加大传动机构运行过程中的波动，从而严重影响机械系统的精度、可靠性、寿命等。

现有传动技术中，高精度与高可靠的矛盾关系并没有得到解决，虽然谐波减速器、RV减速器等精密传动件及系统在机器人、自动化、航空航天等工程领域重要装备机电传动系统中应用较广，但由于谐波传动的单级传动比范围有限(通常<360)，通过柔轮传递转矩，弹性元件扭转刚度低、传递转矩有限，而RV减速器传动系统存在结构复杂、质量体积大、动态性能低劣和机械效率低、附加动载荷大等缺点。特别是特殊环境与极端工况下（振动、高低温交变）齿轮的体积热膨胀及外界恶劣的力学环境，该类减速器容易与执行机构产生非线性耦合振动而出现“卡涩”或“卡死”等现象，使系统不能正常工作甚至完全失效，从而严重影响传动的可靠性。

同时，在一些特殊工程领域，如航空、航天和国防武器装备等领域，在满足其功能要求的前提下还对其可靠性提出了严格要求，要求其零部件实现信息化、智能化，能实时在线监测各零部件的运行状态，并对装置的失效作出预估和预判以保证装备的可靠性及人民财产安全。目前国内外在进行减速器中齿轮运转过程中各项参数的信号测量时，由于传动装置内部空间狭小，环境复杂，传感器布置安装困难，信号传输易受干扰，所以一直缺乏有效的测试方法，给传动装置动态数据的采集、状态监测带来极大困难。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种智能驱动装置，该智能驱动装置不仅能够智能监控齿轮的运行工况，而且可有效防止极端工况与特殊环境下的影响而产生的非线性耦合振动，避免发生“卡涩”甚至“卡死”等问题，有效降低轮齿赫兹接触应力和弯曲应力，保证驱动装置在所设计的传动精度和承载能力范围内，控制电机因高速小转矩换为低速大转矩所产生的波动，并达到降低振动和噪声、提高驱动装置寿命的目的。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种智能驱动装置，包括驱动电机和与驱动电机相连的减速器，所述减速器包括动力输入偏心轴、双联齿轮、以及均旋转配合套装在所述动力输入偏心轴上的固定内齿轮和动力输出内齿轮；

所述动力输入偏心轴上设有相对于其轴线呈偏心设置的偏心段，所述双联齿轮包括外齿轮I和外齿轮II，且双联齿轮旋转配合套装在所述偏心段上，所述固定内齿轮与所述外齿轮I组成少齿差啮合副I，所述动力输出内齿轮与所述外齿轮II组成少齿差啮合副II；

所述少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中均至少有一个齿轮上设有开槽弹性滤波结构；

所述开槽弹性滤波结构包括设置在所在齿轮轮齿上的轮齿槽，所述轮齿槽包括两条分别与所述轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽和设置在所述轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽交汇点之间并位于齿轮径向方向的直线轮齿槽，所述轮齿槽内填充设有弹性体；和/或，

所述开槽弹性滤波结构包括设置在所在齿轮齿槽内的齿轮槽，所述齿轮槽包括对称设置在所述齿槽内并位于齿轮径向方向的直线齿轮槽，所述齿轮槽内填充设有弹性体；

所述动力输入偏心轴与所述驱动电机的输出轴同步转动；

还包括用于监控所述少齿差啮合副I和少齿差啮合副II运行工况的监控装置，所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内并用于分别监控所述少齿差啮合副I和少齿差啮合副II运行工况的传感器，所述传感器和数据接收装置之间无线连接。

进一步，所述传感器为无源传感器，所述数据接收装置内设有电磁波发送装置，所述传感器内设有至少一个用于接收来自数据接收装置的电磁波、并将电磁波转换为电能的传导元件；或，

所述传感器为有源传感器，且传感器内设有用于将所述弹性体弹性变形产生的能量转换为电能的导电聚合物电路。

进一步，所述监控装置还包括与所述数据接收装置相连并用于处理所述传感器采集的监控数据的数据处理装置；所述传感器为微米级或纳米级传感器。

进一步，所述驱动电机的输出轴与所述动力输入偏心轴设置为一体，且所述驱动电机的转子固定设置在所述动力输入偏心轴上。

进一步，所述固定内齿轮上设有朝向所述驱动电机所在方向延伸的保护套，所述驱动电机固定安装在所述保护套内，且保护套的端部设有用于防止驱动电机沿着所述动力输入偏心轴轴向移动的端盖；

所述固定内齿轮上设有朝向所述动力输出内齿轮所在方向延伸并与所述动力输入偏心轴同轴设置的轴承套，所述动力输出内齿轮旋转配合套装在该轴承套内；

还包括与所述动力输出内齿轮固定连接的中心轴承座，所述中心轴承座旋转配合套装在所述动力输入偏心轴上。

进一步，还包括用于测量所述减速器运行温度的温度传感器、用于测量所述减速器振动数据的加速度传感器和用于测量所述驱动电机输出转速的速度传感器；所述加速度传感器为两个并安装在所述固定内齿轮的同一个径向截面上，且两加速度传感器与其所在径向截面的中心之间的连线相互垂直；所述温度传感器安装在所述固定内齿轮上，并与所述加速度传感器位于固定内齿轮的同一个径向截面上；所述速度传感器与所述驱动电机的转子对应设置，所述固定内齿轮上设有用于布置信号线的通孔。

进一步，所述外齿轮I和外齿轮II为螺旋方向相反的螺旋齿轮，且所述外齿轮I在背离所述外齿轮II的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反，所述外齿轮II在背离所述外齿轮I的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反；和/或，

所述外齿轮I和外齿轮II均为变齿厚齿轮，所述外齿轮I在背离所述外齿轮II的方向上，其齿厚逐渐减小，所述外齿轮II在背离所述外齿轮I的方向上，其齿厚逐渐减小；和/或，

所述外齿轮I和外齿轮II均为锥齿轮，且所述外齿轮I在背离所述外齿轮II的方向上，其公称直径逐渐减小，所述外齿轮II在背离所述外齿轮I的方向上，其公称直径逐渐减小。

进一步，所述齿轮槽还包括设置在所述直线齿轮槽靠近所述齿轮中心一端的圆孔槽；所述直线齿轮槽的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.1-1.5倍，所述直线齿轮槽的槽宽等于0.001~2mm，所述圆孔槽的直径等于其所在齿轮分度圆直径的0.001~0.2倍；所述直线轮齿槽的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.1-0.5倍。

进一步，所述弹性体为金属橡胶弹性体，且所述金属橡胶弹性体为采用下列工艺制备得到的金属橡胶弹性体：

将直径为0.05-0.3mm的金属丝制成螺旋卷，并将该螺旋卷定螺距拉伸后铺放形成毛坯，将毛坯循环冷却成型处理后再热处理，得到具有弹性多孔特性的金属橡胶弹性体。

进一步，用于制作所述弹性体的金属丝的材质为适用于常温无侵蚀环境的高强度钢或适用于高温/有侵蚀环境的奥氏体不锈钢；所述金属丝螺旋卷的中径等于金属丝直径的2-7倍。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的智能驱动装置通过将动力输入偏心轴设置为与驱动电机的输出轴同步转动，能够提高传动精度；通过在减速器的少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，能够利用变形协调原理，通过可控的弹性变形量过滤掉由驱动电机高速小转矩转换为低速大转矩、加工和安装误差等所产生的波动，通过在弹性体内设置用于分别监控少齿差啮合副I和少齿差啮合副II运行工况的传感器，能够实时监控齿轮的工作状态，并具体取得了如下有益效果：

1）实现驱动装置的智能测控功能

本发明的智能驱动装置通过在弹性体内嵌入传感器，利用弹性体材料的记忆特性与变形可控特性，以及传感器的智能传感检测能力，能够有效地实时监测齿轮的实际工作状态，即传感器能够实时监控齿轮在传动过程中的转矩、转速、应力、应变、加速度和温度等反应齿轮工况的参数，并根据齿轮工况动态调节传动装置相关参数，使传动机构具有自适应变形可控功能，能够对齿轮传动的失效作出预估和预判，解决传动装置动态数据采集、状态监测困难等难题，克服了现有传动装置中无法监控齿轮应力应变的技术缺陷，因此本发明的智能驱动装置特别适用于机器人、航空、航天和国防武器装备等对齿轮传动机构性能要求严格的工程领域；

2）具有自适应变形协调能力

本发明的智能驱动装置属于少齿差行星传动，主要通过两对齿的内啮合进行传递运动和动力，和普通少齿差传动相比较，本发明的智能驱动装置的不同之处在于分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，这使得轮齿更具弹性，当少齿差啮合副的外齿轮与内齿轮啮合传动时，可以使侧隙降低到某一最小值，甚至消除侧隙，从而在轮齿啮合表面间有可能得到零隙，使回差显著减小，提高传动精度；当齿轮处于恶劣的工况时，普通轮齿易发生齿廓干涉，甚至“卡死”“卡涩”，加剧齿面的磨损、疲劳，甚至使整个传动系统失效，导致可靠性降低；本发明的智能驱动装置通过分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，利用开槽弹性滤波结构中弹性体材料的记忆特性与变形可控，会最大限度减少干涉量（甚至为零），通过监控装置的智能传感检测，对齿轮传动中的动态数据进行在线智能测控，特别是在所设计的传动精度范围内使传动机构具有自适应变形协调能力，解决高精度与高可靠间的矛盾，有效降低摩擦、磨损、振动、噪声、能耗和疲劳等，从而具有高精度、高可靠、长寿命、大转矩、低能耗、智能化等优点；

3）降低振动和噪声以及实现高效节能

本发明的智能驱动装置，采用偏心减速机构，首先滤去驱动电机高速转动的高频波；同时采用由双联齿轮、固定内齿轮与动力输出内齿轮组成的少齿差啮合副I和少齿差啮合副II，再次滤去双联齿轮的高频公转波，并输出低频转动；

由于分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，使得少齿差啮合副I和少齿差啮合副II的刚度激励显著减小；

通过在轮齿槽和齿轮槽内填充设置弹性体，弹性体可以有效增大齿轮系统阻尼，吸收波动产生的能量，减小因传动装置因制造装配误差、轮齿啮合冲击、负载工况激励等引起的振动、噪声，过滤掉动力传递与运动变换过程中所产生的波动，降低齿轮振动幅值，减小了能量损耗，达到了高效节能的目的；

4）提高减速器寿命

本发明的智能驱动装置，通过分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，可以有效降低赫兹接触应力，通过在轮齿槽内设置与轮齿齿廓曲线呈等距曲线的曲线轮齿槽，可以增大接触面积，改善轮齿槽内部的接触应力，另外，齿根部的弯曲应力也会因轮齿槽和齿轮槽的影响而显著降低，从而提高了齿轮的寿命。

2、本发明的智能驱动装置，通过将驱动电机输出轴与动力输入偏心轴设置为一体，并将驱动电机的转子直接设置在动力输入偏心轴上，即减速器与驱动电机集成设计，去除了中间键、联轴器等多余的联接构件，减少了安装定位工序，提高了传动精度，缩小了驱动装置的体积和重量；通过在固定内齿轮上设置保护套和轴承套，固定内齿轮起着壳体的作用，也即固定内齿轮与壳体集成为一体，能够有效缩小驱动装置的体积和重量。

3、本发明的智能驱动装置通过设置加速度传感器、温度传感器和速度传感器，能够实时地检测减速器的振动、转速和温度，并能够实时检测装置的运行状态并提取故障信号，结合设置在弹性体内的传感器，能够更好的对对驱动装置的失效作出预估和预判，因此本发明的智能驱动装置特别适用于机器人、航空、航天和国防武器装备等对驱动机构性能要求严格的工程领域。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明智能驱动装置实施例的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为双联齿轮的结构示意图；

图4为图3的B详图；

图5为普通齿轮在第一个啮合点时的应力云图；

图6为设有开槽弹性滤波结构的齿轮在第一个啮合点时的应力云图；

图7为普通齿轮在第二个啮合点时的应力云图；

图8为设有开槽弹性滤波结构的齿轮在第二个啮合点时的应力云图；

图9为普通齿轮在第三个啮合点时的应力云图；

图10为设有开槽弹性滤波结构的齿轮在第三个啮合点时的应力云图；

图11为普通齿轮的综合啮合刚度图；

图12为设有开槽弹性滤波结构的齿轮的综合啮合刚度图。

附图标记说明：

1-动力输入偏心轴；1a-偏心段；2-双联齿轮；2a-外齿轮I；2b-外齿轮II；3-固定内齿轮；3a-轴承套；3b-保护套；4-动力输出内齿轮；5-轴承；5a-轴承；6-轮齿槽；6a-曲线轮齿槽；6b-直线轮齿槽；7-齿轮槽；7a-直线齿轮槽；7b-圆孔槽；8-弹性体；9-滚针轴承；10-中心轴承座；11-轴承；12-驱动电机；12a-转子；12b-定子；13-端盖；14-轴承；15-温度传感器；16-加速度传感器；17-速度传感器；18-螺钉；19-数据接收装置；20-传感器。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，为本发明智能驱动装置实施例的结构示意图。本实施例的的智能驱动装置，包括驱动电机12和与驱动电机12相连的减速器，减速器包括动力输入偏心轴1、双联齿轮2、以及均旋转配合套装在动力输入偏心轴1上的固定内齿轮3和动力输出内齿轮4，本实施例的固定内齿轮3和动力输出内齿轮4分别通过轴承5旋转配合套装在动力输入偏心轴1上。

动力输入偏心轴1上设有相对于其轴线呈偏心设置的偏心段1a，双联齿轮2包括外齿轮I 2a和外齿轮II 2b，且双联齿轮2旋转配合套装在动力输入偏心轴1的偏心段1a上，本实施例的双联齿轮2通过轴承5a旋转配合套装在偏心段1a上。固定内齿轮3与双联齿轮2的外齿轮I 2a组成少齿差啮合副I，动力输出内齿轮4与双联齿轮2的外齿轮II 2b组成少齿差啮合副II。

少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中均至少有一个齿轮上设有开槽弹性滤波结构。如图2所示，本实施例的开槽弹性滤波结构分别设置在双联齿轮2的外齿轮I 2a和外齿轮II 2b上。开槽弹性滤波结构包括设置在轮齿上的轮齿槽6，轮齿槽6包括两条分别与轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽6a和设置在轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽6a交汇点之间并位于齿轮径向方向的直线轮齿槽6b，轮齿槽6内填充设有弹性体8；和/或，开槽弹性滤波结构还包括设置在齿槽的齿轮槽7，齿轮槽7包括对称设置在齿槽内并位于齿轮径向方向的直线齿轮槽7a，齿轮槽7内也填充设有弹性体8。本实施例的开槽弹性滤波结构包括同时设置在轮齿上的轮齿槽6和设置在齿槽内的齿轮槽7。

动力输入偏心轴1与驱动电机12的输出轴同步转动，能够提高传动精度，本实施例的驱动电机12采用伺服电机；

本实施例的智能驱动装置还包括用于监控少齿差啮合副I和少齿差啮合副II运行工况的监控装置，监控装置包括数据接收装置19和设置在弹性体8内并用于分别监控少齿差啮合副I和少齿差啮合副II运行工况的传感器20，传感器20和数据接收装置19之间无线连接。传感器20可以为分别设置在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II上的至少一个，本实施例的少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中均设有6个传感器20，用于分别监控少齿差啮合副I和少齿差啮合副II在传动过程中的转矩、转速、应力、应变、加速度和温度等反应齿轮工况的参数。

传感器20可以为无源传感器，数据接收装置19内设有电磁波发送装置，传感器20内设有至少一个用于接收来自数据接收装置19的电磁波、并将电磁波转换为电能的传导元件；当然，传感器20还可以为有源传感器，且传感器20内设有用于将弹性体8弹性变形产生的能量转换为电能的导电聚合物电路，采用该结构的传感器20，能够利用弹性体8在传动过程中弹性变形产生的能量，使传感器20能够长时间工作，保证监控装置的可靠性。本实施例的传感器20采用无源传感器，传感器20内设有一个传导元件。采用该结构的监控装置，能够对传感器20进行供电并保证传感器20能够长时间稳定工作。本实施例的监控装置还包括与数据接收装置19相连并用于处理传感器20采集的监控数据的数据处理装置，传感器20为微米级或纳米级传感器，能够将传感器20安装在弹性体8内，本实施例的传感器20采用纳米级传感器。

本实施例的智能驱动装置通过将动力输入偏心轴1设置为与驱动电机12的输出轴同步转动，能够提高传动精度；通过在减速器的少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，能够利用变形协调原理，通过可控的弹性变形量过滤掉由驱动电机高速小转矩转换为低速大转矩、加工和安装误差等所产生的波动，通过在弹性体内设置用于分别监控少齿差啮合副I和少齿差啮合副II运行工况的传感器，能够实时监控齿轮的工作状态，并具体取得了如下有益效果：

1）实现驱动装置的智能测控功能

本实施例的智能驱动装置通过在弹性体8内嵌入传感器20，利用弹性体材料的记忆特性与变形可控特性，以及传感器20的智能传感检测能力，能够有效地实时监测齿轮的实际工作状态，即传感器20能够实时监控齿轮在传动过程中的转矩、转速、应力、应变、加速度和温度等反应齿轮工况的参数，并根据齿轮工况动态调节传动装置相关参数，使传动机构具有自适应变形可控功能，能够对齿轮传动的失效作出预估和预判，解决传动装置动态数据采集、状态监测困难等难题，克服了现有传动装置中无法监控齿轮应力应变的技术缺陷，因此本实施例的智能驱动装置特别适用于机器人、航空、航天和国防武器装备等对齿轮传动机构性能要求严格的工程领域。

2）具有自适应变形协调能力

本实施例的智能驱动装置属于少齿差行星传动，主要通过两对齿的内啮合进行传递运动和动力，和普通少齿差传动相比较，本发明的智能驱动装置的不同之处在于分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，这使得轮齿更具弹性，当少齿差啮合副的外齿轮与内齿轮啮合传动时，可以使侧隙降低到某一最小值，甚至消除侧隙，从而在轮齿啮合表面间有可能得到零隙，使回差显著减小，提高传动精度；当齿轮处于恶劣的工况时，普通轮齿易发生齿廓干涉，甚至“卡死”“卡涩”，加剧齿面的磨损、疲劳，甚至使整个传动系统失效，导致可靠性降低；本发明的智能驱动装置通过分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，利用开槽弹性滤波结构中弹性体材料的记忆特性与变形可控，会最大限度减少干涉量（甚至为零），通过监控装置的智能传感检测，对齿轮传动中的动态数据进行在线智能测控，特别是在所设计的传动精度范围内使传动机构具有自适应变形协调能力，解决高精度与高可靠间的矛盾，有效降低摩擦、磨损、振动、噪声、能耗和疲劳等，从而具有高精度、高可靠、长寿命、大转矩、低能耗、智能化等优点。

3）降低振动和噪声以及实现高效节能

本实施例的智能驱动装置，采用偏心减速机构，首先滤去驱动电机高速转动的高频波；同时采用由双联齿轮2、固定内齿轮3与动力输出内齿轮4组成的少齿差啮合副I和少齿差啮合副II，再次滤去双联齿轮2的高频公转波，并输出低频转动；

由于分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，使得少齿差啮合副I和少齿差啮合副II的刚度激励显著减小；

通过在轮齿槽6和齿轮槽7内填充设置弹性体8，弹性体8可以有效增大齿轮系统阻尼，吸收波动产生的能量，减小因传动装置因制造装配误差、轮齿啮合冲击、负载工况激励等引起的振动、噪声，过滤掉动力传递与运动变换过程中所产生的波动，降低齿轮振动幅值，减小了能量损耗，达到了高效节能的目的。

4）提高减速器寿命

本实施例的智能驱动装置，通过分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，可以有效降低赫兹接触应力，通过在轮齿槽6内设置与轮齿齿廓曲线呈等距曲线的曲线轮齿槽6a，可以增大接触面积，改善轮齿槽6内部的接触应力，另外，齿根部的弯曲应力也会因轮齿槽6和齿轮槽7的影响而显著降低，从而提高了齿轮的寿命。

如图5-10所示，分别为普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的动态仿真受力云图，普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的参数均为：模数M=1，齿数Z=20 ，齿轮材料弹性模量为200Gpa，开槽弹性滤波结构的弹性体8的弹性模量为10Gpa。在对普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮施加相同载荷的情况下：

1）如图5和图6所示，为普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的第一个相同啮合点时的应力云图，可知普通齿轮的最大应力737Mpa，设有开槽弹性滤波结构的齿轮的最大应力620Mpa；

2）如图7和图8所示，为普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的第二个相同啮合点时的应力云图，可知普通齿轮的最大应力562Mpa，设有开槽弹性滤波结构的齿轮的最大应力439Mpa；

3）如图9和图10所示，为普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的第三个相同啮合点时的应力云图，可知普通齿轮的最大应力607Mpa，设有开槽弹性滤波结构的齿轮的最大应力525Mpa；

由上述仿真分析结果可以得出，设有开槽弹性滤波结构的齿轮的应力分布较为均匀，最大应力值也随之减小，弹性体起到了变形协调的作用，并且缓解了应力集中的状况。

图11和图12分别为普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的综合啮合刚度图，通过对轮齿槽6和齿轮槽7选取适当的侧隙，设有开槽弹性滤波结构的齿轮的突变量d2可减小为普通齿轮d1的0.5~0.2倍，即减小了振动。

进一步，驱动电机12的输出轴与动力输入偏心轴1设置为一体，且驱动电机12的转子12a固定设置在动力输入偏心轴1上，本实施例的驱动电机12的定子12b固定安装在固定内齿轮3上，通过将驱动电机12输出轴与动力输入偏心轴1设置为一体，并将驱动电机12的转子12a直接设置在动力输入偏心轴1上，即减速器与驱动电机12集成设计，去除了中间键、联轴器等多余的联接构件，减少了安装定位工序，提高了传动精度，缩小了驱动装置的体积和重量。

进一步，固定内齿轮3上设有朝向驱动电机12所在方向延伸的保护套3b，驱动电机12固定安装在保护套3b内，且保护套3b的端部设有用于防止驱动电机12沿着动力输入偏心轴1轴向移动的端盖13，端盖13通过轴承14与动力输入偏心轴1配合，且端盖13通过螺钉18固定安装在固定内齿轮3上。固定内齿轮3上设有朝向动力输出内齿轮4所在方向延伸并与动力输入偏心轴1同轴设置的轴承套3a，动力输出内齿轮4旋转配合套装在该轴承套3a内，本实施例的动力输出内齿轮4的外周壁与轴承套3a内周壁之间设有滚针轴承9，利于消除来自轴向力对传动机构的干扰，提高机构的运动精度。通过在固定内齿轮3上设置保护套3b和轴承套3a，固定内齿轮3起着壳体的作用，也即固定内齿轮3与壳体集成为一体，能够有效缩小驱动装置的体积和重量。

优选的，本实施例的智能驱动装置还包括与动力输出内齿轮4固定连接的中心轴承座10，中心轴承座10旋转配合套装在动力输入偏心轴1上，本实施例的中心轴承座10通过螺钉固定连接在动力输出内齿轮4上，且中心轴承座10与动力输入偏心轴1之间通过轴承11旋转配合，采用该结构的动力输出内齿轮4结构紧凑，并使动力输出内齿轮4具有稳定支撑，利于保持传动的平稳性，本实施例的动力输出内齿轮4上还设有用于连接其它设备输出动力的连接结构。采用该结构的减速器，驱动电机12的输出轴，即动力输入偏心轴1被轴承14和轴承11稳定支撑，能够保证驱动装置的传动稳定性。

进一步，本实施例的智能驱动装置还包括用于测量减速器运行温度的温度传感器15、用于测量减速器振动数据的加速度传感器16和用于测量驱动电机12输出转速的速度传感器17。加速度传感器16为两个并安装在固定内齿轮3的同一个径向截面上，且两加速度传感器16与其所在径向截面的中心之间的连线相互垂直，加速度传感器16设置在靠近固定内齿轮3齿根的部位上。温度传感器15安装在固定内齿轮3上，并与加速度传感器16位于固定内齿轮3的同一个径向截面上。速度传感器17与驱动电机12的转子12a对应设置，本实施例的速度传感器17设置在靠近转子12a端面的位置处。本实施例的加速度传感器16和温度传感器15的轴线位于所述固定内齿轮3的径向方向上。通过正交的设置两个加速度传感器16，能够测量两个正交方向上的振动数据，测量得到的振动数据更加准确。优选的，本实施例的智能驱动装置还包括用于外接计算机的放大电路，固定内齿轮3上设有用于布置信号线的通孔，放大电路包括与加速度传感器16相连的加速度信号放大电路、与温度传感器15相连的温度信号放大电路和与速度传感器17相连的速度信号放大电路。放大电路将测量得到的数据信号放大后传送至计算机进行后续处理。

驱动装置的失效一般是从摩擦副的润滑失效开始的，其表现形式主要有振动和噪声加大、温度和摩擦力矩上升，在齿根部位安装加速度传感器16、速度传感器17、温度传感器15，能近距离较真实地检测驱动电机12和减速器的运行、振动、温度情况，恒载运行时检测驱动电机12的电流、电压波动则能反应驱动装置的摩擦力矩情况，因此整个驱动装置的运行状态都能得到实时监测，并能通过对数据信息化的处理提取故障信号，结合设置在弹性体,8内的传感器20，以对驱动装置的失效作出预估和预判，实现驱动装置的信息化、智能化，因此本实施例的智能驱动装置特别适用于机器人、航空、航天和国防武器装备等对驱动机构性能要求严格的工程领域。

进一步，本实施例的外齿轮I 2a和外齿轮II 2b为螺旋方向相反的螺旋齿轮，且本实施例的外齿轮I 2a在背离所述外齿轮II 2b的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反；外齿轮II 2b在背离所述外齿轮I 2a的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反；和/或，外齿轮I 2a和外齿轮II 2b均为变齿厚齿轮，外齿轮I 2a在背离外齿轮II 2b的方向上，其齿厚逐渐减小，外齿轮II 2b在背离外齿轮I 2a的方向上，其齿厚逐渐减小；和/或，外齿轮I 2a和外齿轮II 2b均为锥齿轮，且外齿轮I 2a在背离外齿轮II 2b的方向上，其公称直径逐渐减小，外齿轮II 2b在背离外齿轮I 2a的方向上，其公称直径逐渐减小。

本实施例的外齿轮I 2a和外齿轮II 2b为螺旋方向相反的螺旋齿轮；且外齿轮I 2a在背离所述外齿轮II 2b的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反；外齿轮II 2b在背离所述外齿轮I 2a的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反。当然，固定内齿轮3为与外齿轮I 2a啮合的螺旋齿轮，动力输出内齿轮4为与外齿轮II 2b啮合的螺旋齿轮。通过将少齿差啮合副I和少齿差啮合副II设置为螺旋齿轮啮合副，利于消除啮合间隙，保证少齿差啮合副I和少齿差啮合副II不会出现“卡涩”甚至“卡死”等问题，保证传动的平稳性和高精度。另外，本实施例的外齿轮I 2a和外齿轮II 2b均为变齿厚齿轮，且外齿轮I 2a和外齿轮II 2b为锥齿轮，采用该结构的双联齿轮2，少齿差啮合副I和少齿差啮合副II啮合后，轴向分力会使外齿轮I 2a和外齿轮II 2b向相对的方向移动，即外齿轮I 2a和外齿轮II 2b的轴向分力相抵，利于消除啮合间隙，保持高精度传动。

进一步，齿轮槽7还包括设置在直线齿轮槽7a靠近齿轮中心一端的圆孔槽7b；直线齿轮槽7a的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.1-1.5倍，直线齿轮槽7a的槽宽等于0.001~2mm，圆孔槽7b的直径等于其所在齿轮分度圆直径的0.001~0.2倍；直线轮齿槽7a的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.1-0.5倍。本实施例的直线齿轮槽7a的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.8倍，直线齿轮槽7a的槽宽等于0.05mm，圆孔槽7b的直径等于其所在齿轮分度圆直径的0.1倍；直线轮齿槽7a的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.2倍。

进一步，弹性体8为高分子橡胶合金弹性体或金属橡胶弹性体。本实施例的弹性体8为金属橡胶弹性体，且金属橡胶弹性体为采用下列工艺制备得到的金属橡胶弹性体：

将直径为0.05-0.3mm的金属丝制成螺旋卷，并将该螺旋卷定螺距拉伸后，按照一定形状将螺旋卷铺放形成毛坯，将毛坯循环放在相应的模具中冷却成型处理后，再热处理，并最终得到具有弹性多孔特性的金属橡胶弹性体。

本实施例的金属橡胶弹性体，在特殊与极端环境下（高温、低温、高压、高真空及剧烈振动）具有所选金属的固有特性，又具有类似于橡胶一样的弹性，在空间环境下不蒸发，不惧高温和低温，不怕空间辐射和粒子撞击，选择不同的金属还可以耐腐蚀环境，且无老化的可能，并具有阻尼减振等特性。即采用该工艺方法制备得到的金属橡胶弹性体具有与所选金属相当的弹性模量和具有如橡胶一样的柔性，且相对于高分子橡胶合金弹性体阻尼更大，具有更好的阻尼减振能力。

优选的，用于制作弹性体8的金属丝的材质为适用于常温无侵蚀环境的高强度钢，如牌号为50CrVA和30VMnSi的高强度钢，或适用于高温/有侵蚀环境的奥氏体不锈钢，如牌号为GH35、GH20、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti的奥氏体不锈钢，即弹性体8的材质根据减速器的工作环境选定，本实施例的智能驱动装置应用于高温有侵蚀的环境中，弹性体8选用牌号为0Cr18Ni9Ti的奥氏体不锈钢制作，能够满足使用环境的要求，提高弹性体8的使用寿命。优选的，金属丝螺旋卷的中径等于金属丝直径的2-7倍，采用该结构的弹性体8，能够保证弹性体8具有足够的阻尼特性。

本实施例采用在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的外齿轮I 2a和外齿轮II 2b上设置开槽弹性滤波结构，当然，设置在少齿差啮合副I中的开槽弹性滤波结构还可设置固定内齿轮3上或同时设置在外齿轮I 2a和固定齿轮3上；设置在少齿差啮合副II中的开槽弹性滤波结构还可设置动力输出内齿轮4上或同时设置在外齿轮II 2b和动力输出内齿轮4上，其实施原理相同，不再累述。

另外，本实施例的开槽弹性滤波结构包括同时设置在轮齿上的轮齿槽6和设置在齿槽内的齿轮槽7，根据需要，开槽弹性滤波结构可以为仅在轮齿上设置的轮齿槽6或仅在齿槽内设置的齿轮槽7，均能够实现本发明的技术目的，不再累述。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种智能驱动装置，包括驱动电机和与驱动电机相连的减速器，其特征在于：所述减速器包括动力输入偏心轴、双联齿轮、以及均旋转配合套装在所述动力输入偏心轴上的固定内齿轮和动力输出内齿轮；

所述动力输入偏心轴上设有相对于其轴线呈偏心设置的偏心段，所述双联齿轮包括外齿轮I和外齿轮II，且双联齿轮旋转配合套装在所述偏心段上，所述固定内齿轮与所述外齿轮I组成少齿差啮合副I，所述动力输出内齿轮与所述外齿轮II组成少齿差啮合副II；

所述少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中均至少有一个齿轮上设有开槽弹性滤波结构；

所述开槽弹性滤波结构包括设置在所在齿轮轮齿上的轮齿槽，所述轮齿槽包括两条分别与所述轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽和设置在所述轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽交汇点之间并位于齿轮径向方向的直线轮齿槽，所述轮齿槽内填充设有弹性体；和/或，

所述开槽弹性滤波结构包括设置在所在齿轮齿槽内的齿轮槽，所述齿轮槽包括对称设置在所述齿槽内并位于齿轮径向方向的直线齿轮槽，所述齿轮槽内填充设有弹性体；

所述动力输入偏心轴与所述驱动电机的输出轴同步转动；

还包括用于监控所述少齿差啮合副I和少齿差啮合副II运行工况的监控装置，所述监控装置包括数据接收装置和设置在所述弹性体内并用于分别监控所述少齿差啮合副I和少齿差啮合副II运行工况的传感器，所述传感器和数据接收装置之间无线连接。

2.根据权利要求1所述的智能驱动装置，其特征在于：所述传感器为无源传感器，所述数据接收装置内设有电磁波发送装置，所述传感器内设有至少一个用于接收来自数据接收装置的电磁波、并将电磁波转换为电能的传导元件；或，

所述传感器为有源传感器，且传感器内设有用于将所述弹性体弹性变形产生的能量转换为电能的导电聚合物电路。

3.根据权利要求2所述的智能驱动装置，其特征在于：所述监控装置还包括与所述数据接收装置相连并用于处理所述传感器采集的监控数据的数据处理装置；所述传感器为微米级或纳米级传感器。

4.根据权利要求1所述的智能驱动装置，其特征在于：所述驱动电机的输出轴与所述动力输入偏心轴设置为一体，且所述驱动电机的转子固定设置在所述动力输入偏心轴上。

5.根据权利要求4所述的智能驱动装置，其特征在于：所述固定内齿轮上设有朝向所述驱动电机所在方向延伸的保护套，所述驱动电机固定安装在所述保护套内，且保护套的端部设有用于防止驱动电机沿着所述动力输入偏心轴轴向移动的端盖；

所述固定内齿轮上设有朝向所述动力输出内齿轮所在方向延伸并与所述动力输入偏心轴同轴设置的轴承套，所述动力输出内齿轮旋转配合套装在该轴承套内；

还包括与所述动力输出内齿轮固定连接的中心轴承座，所述中心轴承座旋转配合套装在所述动力输入偏心轴上。

6.根据权利要求1所述的智能驱动装置，其特征在于：还包括用于测量所述减速器运行温度的温度传感器、用于测量所述减速器振动数据的加速度传感器和用于测量所述驱动电机输出转速的速度传感器；所述加速度传感器为两个并安装在所述固定内齿轮的同一个径向截面上，且两加速度传感器与其所在径向截面的中心之间的连线相互垂直；所述温度传感器安装在所述固定内齿轮上，并与所述加速度传感器位于固定内齿轮的同一个径向截面上；所述速度传感器与所述驱动电机的转子对应设置，所述固定内齿轮上设有用于布置信号线的通孔。

7.根据权利要求1所述的智能驱动装置，其特征在于：所述外齿轮I和外齿轮II为螺旋方向相反的螺旋齿轮，且所述外齿轮I在背离所述外齿轮II的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反，所述外齿轮II在背离所述外齿轮I的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反；和/或，

所述外齿轮I和外齿轮II均为变齿厚齿轮，所述外齿轮I在背离所述外齿轮II的方向上，其齿厚逐渐减小，所述外齿轮II在背离所述外齿轮I的方向上，其齿厚逐渐减小；和/或，

所述外齿轮I和外齿轮II均为锥齿轮，且所述外齿轮I在背离所述外齿轮II的方向上，其公称直径逐渐减小，所述外齿轮II在背离所述外齿轮I的方向上，其公称直径逐渐减小。

8.根据权利要求1-7任一项所述的智能驱动装置，其特征在于：所述齿轮槽还包括设置在所述直线齿轮槽靠近所述齿轮中心一端的圆孔槽；所述直线齿轮槽的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.1-1.5倍，所述直线齿轮槽的槽宽等于0.001~2mm，所述圆孔槽的直径等于其所在齿轮分度圆直径的0.001~0.2倍；所述直线轮齿槽的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.1-0.5倍。

9.根据权利要求1-7任一项所述的智能驱动装置，其特征在于：所述弹性体为金属橡胶弹性体，且所述金属橡胶弹性体为采用下列工艺制备得到的金属橡胶弹性体：

将直径为0.05-0.3mm的金属丝制成螺旋卷，并将该螺旋卷定螺距拉伸后铺放形成毛坯，将毛坯循环冷却成型处理后再热处理，得到具有弹性多孔特性的金属橡胶弹性体。

10.根据权利要求9所述的智能驱动装置，其特征在于：用于制作所述弹性体的金属丝的材质为适用于常温无侵蚀环境的高强度钢或适用于高温/有侵蚀环境的奥氏体不锈钢；所述金属丝螺旋卷的中径等于金属丝直径的2-7倍。

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