CN104786232A - 侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置，包括外转子永磁电机、变齿厚内齿轮、法兰和箱体，所述箱体为一端开口另一端封闭的圆柱筒状，外转子永磁电机通过高度可调的支架固定在箱体内，变齿厚内齿轮转动安装在箱体内，且外转子永磁电机的外转子与变齿厚内齿轮啮合形成侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动副，法兰与变齿厚内齿轮外端面固定连接，将箱体的开口端封闭。本发明具有零件少、高可靠性、高精度、结构紧凑、体积小、重量轻、侧隙可调、磨损量可补偿等优点，适用于工业机器人关节等对体积和重量有限制的精密重载传动场合。

Description

侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置
技术领域
本发明涉及一种蜗杆传动减速装置，特别是涉及一种用于工业机器人智能关节的侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置。
背景技术
机器人技术是具有前瞻性、战略性的高技术领域，综合了机械、电子、计算机、控制论、机构学、信息和传感、人工智能、仿生学等多学科先进技术与一体而形成的高新技术产业。近年来，各国的机器人技术研究机构和制造厂商都继续在技术深化、引进新技术和扩大应用领域等方面进行探索，且国外机器人领域发展趋势为：性能不断提高，格不断下降，机械结构模块化(如关节模块中的伺服电机、减速机及检测系统三位一体模块化)等。我国的机器人与国外还存在较大差距，其主要体现在基础零部件制造能力差及关键技术缺乏，攻克工业机器人本体、精密减速器、伺服驱动器和电机、控制器等核心部件的共性技术是我国工业机器人技术发展的首要任务。
国外品牌的工业机器人高精密减速机有如日本帝人RV 减速机、Harmonic 减速机、斯洛伐克的Spinea 减速机，但其价格昂贵、供货周期长，也不易被国产机器人大批量生产采用。专利号CN103753529A公布一种工业机器人关节无间隙传动机构，机构采用双蜗杆消除了传动链中的正、反转传动间隙，保证了传动精度，但该机构体积较大。
发明内容
针对机器人的结构模块化发展趋势及现有工业机器人关节减速器的不足，本发明提供了一种侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置，具有零件少、高可靠性、高精度、结构紧凑、体积小、重量轻、侧隙可调、磨损量可补偿等特点，适用于工业机器人关节等对体积和重量有限制的精密重载传动场合。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现：
一种侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置，包括外转子永磁电机、变齿厚内齿轮、法兰和箱体，所述箱体为一端开口另一端封闭的圆柱筒状，外转子永磁电机通过高度可调的支架固定在箱体内，变齿厚内齿轮转动安装在箱体内，且外转子永磁电机的外转子与变齿厚内齿轮啮合形成侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动副，法兰与变齿厚内齿轮外端面固定连接，将箱体的开口端封闭。
作为优选，所述外转子永磁电机包括鼓形蜗杆外转子、定子线圈和定子轴，鼓形蜗杆外转子表面为蜗杆齿面，鼓形蜗杆外转子内部有空腔，定子轴穿过鼓形蜗杆外转子，定子轴两端固定在支架上，鼓形蜗杆外转子两端通过轴承安装在定子轴上，定子线圈固定在定子轴上，且处于鼓形蜗杆外转子的空腔中，对应定子线圈在空腔内壁安装永磁体分块。
作为优选，鼓形蜗杆外转子的蜗杆齿面是以变齿厚内齿轮两侧齿面为母面按啮合关系包络形成。
作为优选，所述变齿厚内齿轮为两侧齿面倾角不等的平面齿内齿轮，且其轮齿沿轴向呈楔形；或为两侧齿面螺旋角不等的渐开线内齿轮，且其轮齿沿轴向呈楔形；或为两侧齿面螺旋角不等的圆弧齿内齿轮，且其轮齿沿轴向呈楔形。
作为优选，所述箱体内底部开设与支架底部匹配的凹槽，支架底部插入凹槽中通过螺钉与箱体连接，并在箱体上对应支架底部中间的位置设置调节螺钉。
作为优选，所述箱体内表面沿周向设有内滚道，变齿厚内齿轮外圆周表面对应设有外滚道，内外滚道之间安装滚动体从而形成回转轴承。
作为优选，所述底座与法兰之间安装有密封圈和圆光栅。
作为优选，所述变齿厚内齿轮采用轴承钢并淬火热处理，外转子永磁电机的外转子采用中碳合金钢调质热处理。
本发明中将外转子永磁电机的外转子外表面制作成鼓形蜗杆齿面，采用此结构是为了满足该装置结构紧凑、体积小和重量轻等特性，有利于该装置在工业机器人、航空航天等对体积和重量有限制场合的应用。
本发明采用变齿厚内齿轮是为了满足传动副的侧隙有效调整及齿面磨损后磨损量的有效补偿；鼓形蜗杆外转子的鼓形蜗杆齿面是采用变齿厚内齿轮齿面包络形成的形成原理，是为了使鼓形蜗杆传动副具有多齿线接触、诱导法曲率小计润滑角接近90°等特性，进而具备承载能力高、润滑效果好及使用寿命长等特点，能广泛应用于精密重载场合。
本发明采用的这种箱体结构形式使得该装置的结构更为紧凑、体积更小、重量更轻，同时也具有安装灵活、传动角位移可控可调、传动回差可调、齿面磨损量可补偿等优点。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：具有零件少、高可靠性、高精度、结构紧凑、体积小、重量轻、侧隙可调、磨损量可补偿等优点，适用于工业机器人关节等对体积和重量有限制的精密重载传动场合。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1中A处的局部放大图。
图3为本发明装置的后视图。
图4为图3中的B-B剖面结构示意图。
图5为本发明中的鼓形蜗杆外转子与变齿厚内齿轮的配合关系图。
图6为本发明中鼓形蜗杆外转子的剖面结构示意图。
图7为本发明去掉法兰后的结构示意图。
图8为图7去掉变齿厚内齿轮、鼓形蜗杆外转子后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。
参见图1至图8所示，一种侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置，包括外转子永磁电机1、变齿厚内齿轮2、法兰3和箱体4，所述箱体4为一端开口另一端封闭的圆柱筒状，外转子永磁电机1通过高度可调的支架5固定在箱体4内，变齿厚内齿轮2回转安装在箱体4内，且外转子永磁电机1的外转子1-1与变齿厚内齿轮2啮合形成侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动副，变齿厚内齿轮2外端面通过止口与法兰3配合，并利用螺钉固定连接，使法兰3将箱体4的开口端封闭。法兰3上开设螺纹孔，通过螺钉与外接件连接。箱体4底端通过螺钉与基座（图中未画出）连接。
所述外转子永磁电机1包括鼓形蜗杆外转子1-1、定子线圈1-2和定子轴1-3，鼓形蜗杆外转子1-1表面为蜗杆齿面，内部有空腔1-4，定子轴1-3穿过鼓形蜗杆外转子1-1，定子轴1-3两端固定在支架5上，鼓形蜗杆外转子1-1两端通过精密深沟球轴承1-5安装在定子轴1-3上，定子线圈1-2固定在定子轴1-3上，且处于鼓形蜗杆外转子1-1的空腔1-4中，对应定子线圈1-2在空腔1-4内壁安装永磁体分块。在精密深沟球轴承1-5与定子线圈1-2之间安装有密封圈1-6。
所述鼓形蜗杆外转子1-1的蜗杆齿面是以变齿厚内齿轮2两侧齿面为母面按啮合关系包络形成。所述变齿厚内齿轮2为两侧齿面倾角不等的平面齿内齿轮，且其轮齿沿轴向呈楔形；也可以为两侧齿面螺旋角不等的渐开线内齿轮，且其轮齿沿轴向呈楔形；还可以为两侧齿面螺旋角不等的圆弧齿内齿轮，且其轮齿沿轴向呈楔形。
所述箱体4内底部开设与支架5底部匹配的凹槽6，支架5底部插入凹槽6中通过连接螺钉7与箱体4连接，并在箱体4上对应支架5底部中间的位置设置调节螺钉8。当外转子1-1与变齿厚内齿轮2啮合形成的内啮合鼓形蜗杆传动副发生磨损时，对支架5高度进行调节，松开连接螺钉7，通过旋转调节螺钉8使支架5在凹槽6内上下移动，进而带动鼓形蜗杆外转子1-1上下移动，从而实现传动副侧隙的调节和磨损量补偿，调整完成后旋紧连接螺钉7进行固定。
所述箱体4内表面沿周向设有内滚道，变齿厚内齿轮2外圆周表面对应设有外滚道，内外滚道之间安装滚动体9从而形成回转轴承。所述箱体4与法兰3之间安装有密封圈10和圆光栅11。所述变齿厚内齿轮2采用轴承钢并淬火热处理，外转子永磁电机1的外转子1-1采用中碳合金钢调质热处理。
本发明的工作原理及过程如下：
定子线圈1-2通过定子轴1-3、支架5与箱体4连接，通交流电后定子线圈1-2产生交变磁场，交变磁场与鼓形蜗杆外转子1-1空腔1-4内的永磁体分块作用产生磁场力，带动鼓形蜗杆外转子1-1高速旋转；高速旋转的鼓形蜗杆外转子1-1通过蜗杆齿面与变齿厚内齿轮2齿面的啮合关系，带动变齿厚内齿轮2通过内外滚道及滚动体9在箱体4内做低速旋转。变齿厚内齿轮2与法兰3固连，进而法兰3随着变齿厚内齿轮2一起低速旋转，从而实现该装置的输入交流电、输出低速大扭矩的慢驱功能。
本发明的侧隙调整原理为：在使用过程中，鼓形蜗杆外转子1-1蜗杆齿面与变齿厚内齿轮2齿面磨损产生侧隙后，通过连接螺钉7及调节螺钉8调整支架5，带动定子线圈1-2和鼓形蜗杆外转子1-1整体沿变齿厚内齿轮2轴线方向移动，使鼓形蜗杆外转子1-1蜗杆齿面与变齿厚内齿轮2齿面之间啮合侧隙减小，达到齿侧间隙可调和齿面磨损量可补偿的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置，其特征在于：包括外转子永磁电机、变齿厚内齿轮、法兰和箱体，所述箱体为一端开口另一端封闭的圆柱筒状，外转子永磁电机通过高度可调的支架固定在箱体内，变齿厚内齿轮转动安装在箱体内，且外转子永磁电机的外转子与变齿厚内齿轮啮合形成侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动副，法兰与变齿厚内齿轮外端面固定连接，将箱体的开口端封闭。
2.根据权利要求1所述的侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置，其特征在于：所述外转子永磁电机包括鼓形蜗杆外转子、定子线圈和定子轴，鼓形蜗杆外转子表面为蜗杆齿面，鼓形蜗杆外转子内部有空腔，定子轴穿过鼓形蜗杆外转子，定子轴两端固定在支架上，鼓形蜗杆外转子两端通过轴承安装在定子轴上，定子线圈固定在定子轴上，且处于鼓形蜗杆外转子的空腔中，对应定子线圈在空腔内壁安装永磁体分块。
3.根据权利要求2所述的侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置，其特征在于：鼓形蜗杆外转子的蜗杆齿面是以变齿厚内齿轮两侧齿面为母面按啮合关系包络形成。
4.根据权利要求3所述的侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置，其特征在于：所述变齿厚内齿轮为两侧齿面倾角不等的平面齿内齿轮，且其轮齿沿轴向呈楔形；或为两侧齿面螺旋角不等的渐开线内齿轮，且其轮齿沿轴向呈楔形；或为两侧齿面螺旋角不等的圆弧齿内齿轮，且其轮齿沿轴向呈楔形。
5.根据权利要求3或4所述的侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置，其特征在于：所述箱体内底部开设与支架底部匹配的凹槽，支架底部插入凹槽中通过螺钉与箱体连接，并在箱体上对应支架底部中间的位置设置调节螺钉。
6.根据权利要求1所述的侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置，其特征在于：所述箱体内表面沿周向设有内滚道，变齿厚内齿轮外圆周表面对应设有外滚道，内外滚道之间安装滚动体从而形成回转轴承。
7.根据权利要求1所述的侧隙可调式内啮合鼓形蜗杆传动慢驱装置，其特征在于：所述底座与法兰之间安装有密封圈和圆光栅。
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