CN104565217B - 摆线针轮减速器及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摆线针轮减速器以及采用该摆线针轮减速器的机器人，该摆线针轮减速器包括输入动力的主轴、减速机构和输出动力的输入端盖和输出端盖；所述减速机构包括针齿壳和设置在针齿壳内壁的针齿销，所述针齿销与针齿壳组成针轮；所述主轴位于针齿壳的中央，所述输入端盖和输出端盖分别设置所述针齿壳的两端，通过固定件固定在一起，可以相对针齿壳自由转动；所述针齿销圆心所在分布圆的直径小于所述针齿壳内壁的直径。

Description

摆线针轮减速器及机器人

技术领域

本发明涉及摆线针轮减速器以及采用该摆线针轮减速器的机器人，尤其涉及摆线针轮减速器中由针齿壳和针齿销组成的针轮的改进。

背景技术

摆线针轮减速器是一种应用行星式传动原理，采用摆线针齿啮合的新颖传动装置，具有传动比大（单级减速比在7至87之间，两级减速比在121至7569之间），传动效率高（在90%以上），保养方便，体积小、质量轻，拆装方便、容易维修，寿命长、噪音小等优点，在工业机器人、高精密机床、医疗等行业有着广泛的用途。

这种摆线针轮减速器一般包括主轴，用于引入电动机的动力；减速机构，将主轴的转速降至合理的范围；输入端盖和输出端盖，用于将减速机构的动力输出。减速机构一般包括针齿壳和沿针齿壳内壁圆周方向分布的多个针齿销，所述针齿销与针齿壳组成针轮。针齿销设置在针齿孔内，为了保证针齿销在针齿孔内的径向定位，针齿孔一般做成半圆状或者略大于半圆状，即针齿销所在分布圆直径大于针齿壳内壁的直径。但这种半圆孔状的针齿孔不利于针齿销的在其中顺利滚动会增加针齿销啮合传动时的摩擦，进而增加针齿销的磨损以及温升，以至于影响减速器的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磨损和温升小，寿命长的摆线针轮减速器以及采用该摆线针轮减速器的机器人。

本发明的提供的一种摆线针轮减速器，包括输入动力的主轴、减速机构和输出动力的输入端盖和输出端盖；所述减速机构包括针齿壳和设置在针齿壳内壁的针齿销，所述针齿销与针齿壳组成针轮；所述主轴位于针齿壳的中央，所述输入端盖和输出端盖分别设置所述针齿壳的两端，通过固定件固定在一起，可以相对针齿壳自由转动；所述针齿销圆心所在分布圆的直径小于所述针齿壳内壁的直径。

当针齿销的直径大于16mm时，所述针齿销圆心所在分布圆的直径与所述针齿壳内壁的直径之差在4mm至4.5mm之间；当针齿销的直径在8mm与16mm之间时，所述针齿销圆心所在分布圆的直径与所述针齿壳内壁的直径之差在2mm至2.5mm之间；当针齿销的直径小于8mm时，所述针齿销圆心所在分布圆的直径与所述针齿壳内壁的直径之差在1mm至1.5mm之间。

所述减速机构还包括摆线轮和柱销轴，所述摆线轮位于针齿壳内，所述主轴设置有驱动所述摆线轮做偏心摆动的偏心部，所述摆线轮在做偏心摆动的同时与针轮啮合，产生与其偏心摆动方向相反的自转，所述柱销轴的两端与输入端盖和输出端盖连接，中部穿过摆线轮，所述摆线轮的自转通过柱销轴传递给输入端盖和输出端盖。

所述减速机构包括位于针齿壳内主动齿轮、行星齿轮、行星轴和摆线轮；所述主动齿轮固定在主轴上，以主轴为圆心的分布圆上设有与所述主动齿轮啮合的行星齿轮；所述行星齿轮固定在行星轴上，所述行星轴两端通过圆锥滚子轴承支撑在输入端盖和输出端盖上，中部设有带动摆线轮作偏心摆动的偏心部；所述摆线轮在做偏心摆动的同时与针轮啮合，产生与主轴的运动方向相反的自转；所述摆线轮的自转通过行星轴传递给输入端盖和输出端盖。

本发明提供的机器人包括机械臂、机械手、机器人关节，所述机械臂与机械臂之间、以及所述机械臂与所述机械手之间通过所述机器人关节连接，所述机器人关节包括壳体、电机和上述摆线针轮减速器，所述摆线针轮减速器位于所述壳体内，所述电机与摆线针轮减速器的主轴相连，驱动所述摆线针轮减速器通过输入端盖或者输出端盖实现机器人关节的转动。

采用本发明提供的摆线针轮减速器，针齿销圆心所在分布圆的直径小于所述针齿壳内壁的直径，即针齿销所在的针齿孔呈小半圆孔状，减少了针齿销与针齿孔的滚动摩擦面积，进而减少了针齿销与针齿孔内壁的摩擦力以及针齿销的温升，使得针齿销转动更加顺利，提高了摆线针轮减速器的寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1；实施例一摆线针轮减速器的右视图

图2；沿图1所示A-A剖面线所作的轴向剖面图

图3：沿图2所示B-B剖面线所作的轴向剖面图

图4；针齿销圆心所在分布圆直径与针齿壳内壁直径的关系图

图5；实施例一摆线针轮减速器的爆炸图

图6；实施例二摆线针轮减速器的右视图

图7；沿图6所示C-C剖面线所作的轴向剖面图

图8；沿图7所示D-D剖面线所作的轴向剖面图

图9；实施例二摆线针轮减速器的爆炸图

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1、2和5所示，本实施例提供的摆线针轮减速器包括输入动力的主轴150、减速机构和输出动力的输入端盖121和输出端盖122；所述减速机构包括针齿壳110和设置在针齿壳121内壁的针齿销160，所述针齿销160与针齿壳110组成针轮；所述主轴150位于针齿壳110的中央，所述输入端盖121和输出端盖122分别设置所述针齿壳110的两端，通过固定件固定在一起，可以相对针齿壳110自由转动；所述针齿销160圆心所在分布圆的直径小于所述针齿壳110内壁的直径。

所述减速机构还包括摆线轮140和柱销轴170。所述主轴150的两端通过深沟球轴承132分别支撑在输入端盖121和输出端盖122的中心孔内，其中部穿过摆线轮140，并在经过摆线轮140的部位设置有偏心部，所述主轴150的偏心部可以带动摆线轮140做偏心摆动。所述摆线轮140在偏心摆动的同时与针轮啮合，产生与其偏心摆动方向相反的自转。所述输入端盖121和输出端盖122上设有插接孔，所述柱销轴170的两端伸入所述插接孔，与输入端盖121和输出端盖122连接，所述柱销轴170的中部穿设所述摆线轮140。所述摆线轮140的自转通过所述柱销轴170传递给输入端盖121和输出端盖122。所述减速机构内与针轮配合实现减速的结构还可以有其它实现方式，减速机构的具体构成不构成对本发明的限制。

所述将输入端盖121和输出端盖122固定在一起的固定件是连接螺钉180，所述输入端盖121和输出端盖122上还设有固定孔，所述连接螺钉180穿过所述固定孔，将输入端盖121和输出端盖122固定连接在一起。所述插接孔和固定孔的圆心分布在以针齿壳110中心为圆心的同一个圆周上。当然所述输入端盖121和输出端盖122还可以通过其它固定件固定在一起，比如两头套设有螺母的螺杆。供连接螺钉穿过的固定孔和供柱销轴穿过的插接孔也可以不排列在同一圆周上。固紧件的具体结构，以及固定孔和插接孔的排列方式都不构成对本发明的限制。

所述输入端盖121和输出端盖122通过圆锥滚子轴承131可转动地支撑在针齿壳110的内壁，所述针齿销的160两端由圆锥滚子轴承131轴向限位，当然圆锥滚子轴承131还可以用角接触球轴承替换。所述设置在针齿壳110内壁的针齿销160有多个，所述针齿销160圆心所在分布圆的直径小于针齿壳110内壁的直径，可以理解为所述针齿销160圆心至所述针齿壳110中心的距离少于所述针齿壳110的内壁直径，或者是针齿销160所安装的针齿孔呈小半圆孔状。这样针齿销160在针齿孔内的滚动时与针齿孔内壁接触的面积减少，相应地受到针齿孔内壁的摩擦力减少，转动更加顺利。同时这种结构相当于在针齿壳110外径不变的情况下增加了针齿壳110的内径，进而增加了摆线轮140齿顶和针齿壳110内壁之间的距离，使得存储摆线轮140齿顶和针齿壳110内壁之间的润滑剂变多，进一步减少了摆线轮140和针齿销160摩擦，降低减速器运转时的温升，提高了减速器的寿命。

如图3和4所示，针齿壳110的直径一般在100mm至350mm之间，当针齿销的直径大于16mm时，所述针齿销圆心所在分布圆的直径D1与所述针齿壳内壁的直径D之差在4mm至4.5mm之间；当针齿销160的直径在8mm与16mm之间时，所述针齿销160圆心所在分布圆的直径D1与所述针齿壳110内壁的直径D之差在2mm至2.5mm之间；当针齿销160的直径小于8mm时，所述针齿销160圆心所在分布圆的直径D1与所述针齿壳110内壁的直径D之差在1mm至1.5mm之间。在上述优选的取值范围内，除了能达到减少针齿销与针齿孔、摆线轮摩擦力的效果之外，还能防止针齿销160从针齿孔内掉落。

所述柱摆线轮140的个数是根据其传递给输入端盖121和输出端盖122的额定力矩而设置的，一般为2～4个，主轴150上会设定相应个数带动摆线轮140做偏心摆动的偏心部，偏心部沿主轴圆周方向均匀分布。本实施例设置的摆线轮140为3个，主轴150相应地设置有3个偏心部，这3个偏心部之间的相位差为120度。摆线轮140设置的个数，以及主轴150上相应设置的带动摆线轮140摆动的偏心部个数不构成对本发明的限制。

主轴150的偏心部与摆线轮140之间还套设有转臂轴承100。为了在同样尺寸的条件下提高转臂轴承100的使用寿命，转臂轴承100选取有内圈无外圈的滚子轴承，因为这种滚子轴承的承载能力更高。在满足承载条件的情况下，转臂轴承100还可以选取以采用无内外圈只带保持架的滚针轴承，但是这种滚针轴承将主轴150直接作为滚子的内滚道，对主轴150的加工精度要求比较高。当然转臂轴承还可以选择其它类型的轴承，具体的轴承选型不构成对本发明的限制。

摆线轮140之间设有隔垫190，所述隔垫190一般用铸铁、轴承钢或者45钢制成。所述隔垫190呈圆环状，其端面设有一圈柱销轴孔，所述隔垫190通过柱销轴孔套设在柱销轴170上。所述柱销轴170与柱销轴孔之间套设有柱销套171，所述柱销套171与柱销轴170之间小间隙配合。所述隔垫190上还开设有供连接螺钉180经过的螺钉孔。所述隔垫190还可以选择其它类型，比如呈圆环状，但隔垫的端面并不设有孔，隔垫的外圆周面抵接柱销轴的外圆周面，具体的隔垫选型不构成对本发明的限制。

摆线针轮减速器的工作原理是：主轴150在电机的驱动下顺时针转动（当然也可以逆时针转动），主轴150上的偏心部带动摆线轮140顺时针偏心摆动，摆线轮140在做偏心摆动的同时与由针齿壳110和针齿销160构成的针轮内啮合，产生与其偏心摆动方向相反的自转。在针轮固定情况下，主轴150每顺时针转一圈，摆线轮140就会逆时针自转一个齿。摆线轮140的自转通过柱销轴170传递给输入端盖121和输出端盖122，实现最终的减速输出。

实施例二

如图6、7和9所示，本实施例提供的摆线针轮减速器包括输入动力的主轴250、减速机构和输出动力的输入端盖221和输出端盖222；所述减速机构包括针齿壳210和设置在针齿壳210内壁的针齿销270，所述针齿销270与针齿壳210组成针轮；所述主轴250位于针齿壳210的中央，所述输入端盖221和输出端盖222分别设置所述针齿壳210的两端，通过固定件固定在一起，可以相对针齿壳210自由转动；所述针齿销270圆心所在分布圆的直径小于所述针齿壳210内壁的直径。

所述减速机构还包括设置于针齿壳210内的主动齿轮251、行星轴260、行星齿轮261和摆线轮240。所述行星轴260设置在以主轴250为圆心的分布圆上，所述行星轴260两端通过第二圆锥滚子轴承232分别支撑在输入端盖221和输出端盖222上。所述主轴250依次穿过输入端盖221和摆线轮240后，止于输出端盖222的内侧。所述主轴250靠近输出端盖222侧设置有主动齿轮251，所述行星轴260上用键固定有与所述齿数大于主动齿轮251的行星齿轮261，所述主动齿轮251与所述行星齿轮261啮合，构成摆线针轮减速器的第一级减速机构。所述行星轴260穿过摆线轮240，并在经过摆线轮240的部位设置有偏心部，所述行星轴260的偏心部可以带动摆线轮240做偏心摆动。所述摆线轮240在偏心摆动的过程中与针轮啮合，产生与主动运动方向相反的自转，形成所述摆线针轮减速器的第二级减速。所述摆线轮240的自转通过行星轴260传递给输入端盖221和输出端盖222。所述减速机构内与针轮配合实现减速的结构还可以有其它实现方式，但不构成对本发明的限制。

所述输入端盖221和输出端盖222通过第一圆锥滚子轴承231支撑在针齿壳210的内壁，所述针齿销270沿所述针齿壳210的内壁沿圆周方向分布有多个，所述针齿销的270两端由第一圆锥滚子轴承231轴向限位。所述针齿销270圆心所在分布圆的直径小于针齿壳210内壁的直径，可以说是所述针齿销270圆心至所述针齿壳210中心的距离少于所述针齿壳210的内壁直径，或者说是针齿孔呈小半圆孔状。这样针齿销270在针齿孔内的滚动时受到针齿孔内壁的摩擦力减少，转动更加顺利，相应地与摆线轮240的摩擦力也会减少。同时这种结构相当于在针齿壳210外径不变的情况下增加了针齿壳210的内径，进而增加了摆线轮240齿顶和针齿壳210内壁之间的距离，使得存储摆线轮240齿顶和针齿壳210内壁之间的润滑剂变多，进一步减少摆线轮240和针齿销270摩擦，降低减速器运转时的温升，提高了减速器的寿命。

如图4和图8所示，优选的，当针齿销270的直径大于16mm时，所述针齿销圆心所在分布圆的直径与所述针齿壳内壁的直径之差在4mm至4.5mm之间；当针齿销270的直径在8mm与16mm之间时，所述针齿销270圆心所在分布圆的直径D1与所述针齿壳210内壁的直径D之差在2mm至2.5mm之间；当针齿销270的直径小于8mm时，所述针齿销270圆心所在分布圆的直径D1与所述针齿壳210内壁的直径D之差在1mm至1.5mm之间。在上述优选的取值范围内，除了能达到减少针齿销与针齿孔、摆线轮摩擦力的效果之外，还能防止针齿销270从针齿孔内掉落。

所述将输入端盖221和输出端盖222固定在一起的固定件是异形柱280和连接螺钉290。所述异形柱280一端与所述输入端盖221内端面一体成型，所述异形柱280的另一端穿过摆线轮240，贴近所述输出端盖222的内端面，输出端盖222侧设有旋入所述异形柱280的连接螺钉290，将输出端盖222固定在所述输入端盖221上。当然异形柱280也可以做成一端与所述输出端盖222的内端面一体成型，另一端穿过摆线轮240，贴近所述输入端盖221的内端面，输入端盖221侧设有旋入所述柱销轴280的连接螺钉290。采用这种结构，异形柱280和连接螺钉290共用一个安装位置，可以尽可能地增大异形柱280的直径，进而增加异形柱280的刚度。

行星轴260的个数是根据其传递给摆线轮240的力矩大小而设置的，一般行星轴260的个数为2～4个，而且行星轴260之间间隔均匀。本实施例设置3根行星轴260，相邻行星轴260与针齿壳210中心连线之间的夹角为120度。行星轴260设置的个数，以及相邻行星轴260针齿壳210中心连线之间的夹角是否均匀不构成对本发明的限制。

摆线轮240的个数是根据其传递给输入端盖221和输出端盖222的力矩而设置的，一般为2～4个，行星轴260上会设定相应个数带动摆线轮240做偏心摆动的偏心部，偏心部沿行星轴圆周方向均匀分布。本实施例设置的摆线轮240为2个，每个行星轴260相应地设置有2个偏心部，这2个偏心部之间的相位差为180度。摆线轮240设置的个数，以及行星轴260上相应设置的带动摆线轮240摆动的偏心部个数不构成对本发明的限制。

所述主动齿轮251与主轴250一体成型，如果轮距不变，可以在减少主动齿轮251直径的同时增大行星齿轮261的直径，进而增加第一级减速机构的减速比。

行星轴260的偏心部与摆线轮240之间还套设有转臂轴承200。为了在同样尺寸的条件下提高转臂轴承200的使用寿命，转臂轴承200选取有内圈无外圈的滚子轴承，因为这种滚子轴承的承载能力更高。在满足承载条件的情况下，转臂轴承200还可以选取以采用无内外圈只带保持架的滚针轴承，但是这种滚针轴承将行星轴260直接作为滚子的内滚道，对行星轴260的加工精度要求比较高。当然转臂轴承还可以选择其它类型的轴承，具体的轴承选型不构成对本发明的限制。

该摆线针轮减速器的工作原理是：主轴250在电机的驱动下顺时针转动（当然也可以逆时针转动），通过主动齿轮251带动固定在行星轴260上的行星齿轮261逆时针转动，使得摆线针轮减速器实现第一级减速。行星轴260上的偏心部接着带动摆线轮240逆时针偏心摆动。摆线轮240在做偏心摆动的同时与针轮内啮合，产生与主轴250运动方向相反的自转。在针轮固定情况下，行星轴260每逆时针转一圈，摆线轮240就会顺时针自转一个齿，形成摆线针轮减速器的第二级减速。摆线轮240的自转接着通过行星轴260传递给输入端盖221和输出端盖222，实现最终的减速输出。

实施例三

本实施例提供一种机器人包括机械臂、机械手、机器人关节，所述机械臂与机械臂之间、以及所述机械臂与所述机械手之间通过所述机器人关节连接，所述机器人关节包括壳体、电机和上述摆线针轮减速器，所述摆线针轮减速器位于所述壳体内，所述电机与摆线针轮减速器的主轴相连，驱动所述摆线针轮减速器通过输入端盖或者输出端盖带动机器人关节的转动。所述电机可以位于壳体之外也可以位于壳体之内，这个不构成对本发明的限制。

所述摆线针轮减速器包括输入动力的主轴、减速机构和输出动力的输入端盖和输出端盖；所述减速机构包括针齿壳和设置在针齿壳内壁的针齿销，所述针齿销与针齿壳组成针轮；所述主轴位于针齿壳的中央，所述输入端盖和输出端盖分别设置所述针齿壳的两端，可以相对针齿壳自由转动；所述针齿销圆心所在分布圆的直径小于所述针齿壳内壁的直径。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (11)

1.一种摆线针轮减速器，其特征在于：包括输入动力的主轴、减速机构和输出动力的输入端盖和输出端盖；

所述减速机构包括针齿壳和设置在针齿壳内壁的针齿销，所述针齿销与针齿壳组成针轮；所述主轴位于针齿壳的中央，所述输入端盖和输出端盖分别设置所述针齿壳的两端，通过固定件固定在一起，可以相对针齿壳自由转动；

所述针齿销圆心所在分布圆的直径小于所述针齿壳内壁的直径；

当针齿销的直径大于16mm时，所述针齿销圆心所在分布圆的直径与所述针齿壳内壁的直径之差在4mm与4.5mm之间；当针齿销的直径在8mm与16mm之间时，所述针齿销圆心在分布圆的直径与所述针齿壳内壁的直径之差在2mm至2.5mm之间；当针齿销的直径小于8mm时，所述针齿销圆心所在分布圆的直径与所述针齿壳内壁的直径与所述针齿壳内壁的直径之差在1mm至1.5mm之间。

2.根据权利要求1所述的摆线针轮减速器，其特征在于：所述减速机构还包括摆线轮和柱销轴，所述摆线轮位于针齿壳内，所述主轴设置有驱动所述摆线轮做偏心摆动的偏心部，所述摆线轮在做偏心摆动的同时与针轮啮合，产生与其偏心摆动方向相反的自转，所述柱销轴的两端与输入端盖和输出端盖连接，中部穿过摆线轮，所述摆线轮的自转通过柱销轴传递给输入端盖和输出端盖。

3.根据权利要求2所述的摆线针轮减速器，其特征在于：所述偏心部有2～4个，沿主轴圆周方向均匀分布，每个偏心部上相应地套设一个摆线轮。

4.根据权利要求3所述的摆线针轮减速器，其特征在于：所述主轴的偏心部与摆线轮之间设有转臂轴承，所述转臂轴承是有内圈无外圈的滚子轴承或者无内外圈只带保持架的滚针轴承。

5.根据权利要求1所述的摆线针轮减速器，其特征在于：所述减速机构包括位于针齿壳内的主动齿轮、行星齿轮、行星轴和摆线轮；所述主动齿轮固定在主轴上，以主轴为圆心的分布圆上设有与所述主动齿轮啮合的行星齿轮；所述行星齿轮固定在行星轴上，所述行星轴两端通过圆锥滚子轴承支撑在输入端盖和输出端盖上，中部设有带动摆线轮作偏心摆动的偏心部；所述摆线轮在做偏心摆动的同时与针轮啮合，产生与主轴的运动方向相反的自转；所述摆线轮的自转通过行星轴传递给输入端盖和输出端盖。

6.根据权利要求5所述的摆线针轮减速器，其特征在于：所述主动齿轮与所述主轴一体成型。

7.根据权利要求5所述的摆线针轮减速器，其特征在于：所述行星轴有2～4个，在以主轴为圆心的分布圆上均匀分布。

8.根据权利要求7所述的摆线针轮减速器，其特征在于：所述偏心部有2～4个，沿行星轴轴圆周方向均匀分布，每个偏心部上相应地套设一个摆线轮。

9.根据权利要求5所述的摆线针轮减速器，其特征在于：所述行星轴的偏心部与摆线轮之间设有转臂轴承，所述转臂轴承是有内圈无外圈的滚子轴承或者无内外圈只带保持架的滚针轴承。

10.根据权利要求5所述的摆线针轮减速器，其特征在于：所述固定件是异形柱和连接螺钉，所述异形柱的一端与输入端盖和输出端盖中一个的内端面一体成型，另一端穿过摆线轮，贴紧所述输入端盖和输出端盖中另一个的内端面，所述连接螺钉从所述输入端盖和输出端盖中另一个的外端面旋入异形柱，将所述输入端盖和输出端盖固定。

11.一种机器人，包括机械臂、机械手、机器人关节，所述机械臂与机械臂之间、以及所述机械臂与所述机械手之间通过所述机器人关节连接，其特征在于，所述机器人关节包括壳体、电机和根据权利要求1至10中任一项所述的摆线针轮减速器，所述摆线针轮减速器位于所述壳体内，所述电机与摆线针轮减速器的主轴相连，驱动所述摆线针轮减速器通过输入端盖或者输出端盖带动机器人关节的转动。