CN105134906A - 弹性滚柱、针齿摆线减速器和轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种弹性滚柱、具有该弹性滚柱的针齿摆线减速器和轴承。所述弹性滚柱包括空心滚柱以及设置于空心滚柱内侧的实心滚柱。所述空心滚柱的内壁面与实心滚柱的外壁面之间设置有供空心滚柱发生弹性形变的浮动间隙。所述弹性滚柱可通过浮动间隙提供空心滚柱一定的弹性变形空间，进而在选用过盈配合时能够实现充分的弹性补偿能力；同时，又可通过内侧的实心滚柱提供一定的支撑力，防止空心滚柱因过大的载荷而被压扁破坏，使得弹性滚柱具有抵抗强大的超载冲击，强度较高，不会损坏，从而达到可靠的弹性补偿目的，并进一步提高本发明弹性滚柱、针齿摆线减速器和轴承的使用寿命。

Description

弹性滚柱、针齿摆线减速器和轴承

技术领域

本发明涉及减速器技术领域，尤其涉及一种兼具柔性和强度的弹性滚柱、具有该弹性滚柱的针齿摆线减速器和轴承。

背景技术

针齿摆线减速器目前已广泛作为工业机器人的传动装置进行应用。尤其以RV型减速器为代表的针齿摆线减速器以其结构紧凑、传动能力强，成为机器人系统最重要的部件。请参照图1所示，RV型针齿摆线减速器主要由针齿壳1、针齿2、摆线盘3、偏心轴4等所组成。偏心轴4旋转带动摆线盘3，使摆线盘3在针齿2上做摆线运动而推动摆线盘3前进。理论上可以有接近1/3齿数的针齿2同时与摆线盘3配合工作，也就是说有那么多的针齿2可以同时受力承载。而在渐开线型的齿轮系统中一般只有一到二个齿能同时工作，由此可知，相比于其他形式的传动，摆线传动中由于工作时有多个针齿参与承载，因此其传动能力显示出无可比拟的优越性。

但是，这种多齿同时承载的要求也为其加工制造带来了巨大的困难。针齿2与摆线盘3的接触可能会因加工、磨损及变形等各种原因产生的误差与理论相差甚远，所以针齿2及摆线盘3加工必须十分精确，允许误差极小，否则多齿同时承载的条件即遭到破坏，减速器将很快失效，甚至比其他方式还不如；这时出现的情况可从图2中看出。

图2中示出了针齿2与摆线盘3相接触的三种不同的情况。由于各种原因引起的偏差使针齿2仅在B处正好与摆线盘3相接触，能正好地推动摆线盘3前进。而在A处，二者之间的距离过近。针齿2受到强烈的压缩，产生很大的变形，尽管针齿2有可能仍能勉强地推动摆线盘3前进，但要是针齿2所受压力太大，针齿2可能会被压碎，或者被很快地磨损，摆线盘3也同样如此。所以这种情况是不能被允许的。在C处，二者之间距离变得过分地大，以至针齿2根本接触不到摆线盘3，这时针齿2不会推动摆线盘3前进。由此可见，各种原因引起的接触误差既可使同时承载的齿数降低，甚至还可使某些齿被“咬死”而破坏。

由于针齿2是一个实心的圆柱，刚度非常大，真正工作时产生的变形非常小；图2中所示的接触变化实际上是非常小的，一般仅为几个微米，肉眼是无法观察到的，图上所反映的变化实际上是极度地夸张放大了的。

为了保证有更多的针齿2同时参与承载，实际生产中往往选用过盈的配合，也就是使针齿2在受压状态下，但又不至于被压垮的情况下工作，但这种工作的范围是非常有限的。因为实心的滚柱可不被破坏地压缩的能力实在太有限。可能也正是因为这种过分严格的要求，使机器人使用的RV型针齿摆线减速器至今仍不能自主满足要求，主要仍需依靠进口。

为解决这种窘境，目前国内所采取的措施主要是进一步提高加工精度，全面向进口原装靠拢。而提高加工精度主要的措施是采购更高级、主要是进口的加工设备。但事实证明，单纯这样做并不能完全地达到目的，而由此带来的生产成本昂贵，也使人们怀疑将来能不能真正形成商品化，从而达到与国外产品竞争的能力。

因此，有必要提供一种改进的针齿摆线减速器以克服上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具柔性和强度的弹性滚柱、具有该弹性滚柱的针齿摆线减速器和轴承。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种弹性滚柱，其包括空心滚柱以及设置于空心滚柱内侧的实心滚柱，所述空心滚柱的内壁面与实心滚柱的外壁面之间设置有供空心滚柱发生弹性形变的浮动间隙。

作为本发明的进一步改进，所述空心滚柱的壁厚为空心滚柱外径的0.12-0.18倍。

作为本发明的进一步改进，在所述实心滚柱位于空心滚柱的轴心位置处时，所述浮动间隙均匀形成在实心滚柱的周围，并且浮动间隙沿空心滚柱径向的大小为空心滚柱外径的0.002-0.007倍。

作为本发明的进一步改进，所述浮动间隙内填充有软胶。

作为本发明的进一步改进，所述浮动间隙内设置有弹性元件。

作为本发明的进一步改进，所述弹性元件为套设于实心滚柱外围的弹簧，所述浮动间隙包括设置于空心滚柱与弹簧之间的第一间隙和设置于弹簧与实心滚柱之间的第二间隙。

作为本发明的进一步改进，在所述实心滚柱、弹簧、空心滚柱的轴线位于同一直线时，所述第一间隙和第二间隙沿径向的大小为空心滚柱外径的0.003-0.007倍。

作为本发明的进一步改进，所述弹性元件为环绕设置在实心滚柱外侧的波浪形金属管，所述浮动间隙沿与空心滚柱内壁面或与实心滚柱外壁面之间的大小为空心滚柱外径的0.003-0.007倍。

本发明还提供了一种针齿摆线减速器，其包括摆线盘、环绕于摆线盘外侧的针齿壳和夹持在摆线盘和针齿壳之间的针齿组件，所述针齿组件包括若干沿针齿壳内侧圆周方向均匀分布的弹性滚柱，所述弹性滚柱如前述设置。

本发明还提供了一种轴承，其包括间隔设置的外轴承环和内轴承环、设置于外轴承环和内轴承环之间且均匀设置的若干滚柱，所述滚柱如前述弹性滚柱设置。

本发明的有益效果是：本发明通过将弹性滚柱采用空实结合的方式进行制造，即空心滚柱位于外侧，实心滚柱填充在空心滚柱内侧，并在空心滚柱和实心滚柱之间设置可供空心滚柱发生形变的浮动间隙，由此可通过浮动间隙提供空心滚柱一定的弹性变形空间，进而在选用过盈配合时能够实现充分的弹性补偿能力，同时，又可通过内侧的实心滚柱提供一定的支撑力，防止空心滚柱因过大的载荷而被压扁破坏，使得弹性滚柱具有抵抗强大的超载冲击，强度较高，不会损坏，从而达到可靠的弹性补偿目的，并进一步提高本发明弹性滚柱、针齿摆线减速器和轴承的使用寿命；此外，结合上述可知，本发明中弹性滚柱的设置，还可降低现有技术中滚柱、摆线盘和针齿壳的制造精度，方便制造，同时该种结构设置较为简单，方便制造且成本较低。

附图说明

图1是现有技术中针齿摆线减速器的剖视示意图；

图2是图1中圈出部位的放大图；

图3是本发明针齿摆线减速器第一较佳实施例的剖视示意图；

图4是图3中圈出部位的放大图；

图5是图4中A处弹性滚柱在空心滚柱被挤压至贴靠实心滚柱的使用状态图；

图6是本发明中弹性滚柱的第二较佳实施例的横向剖视图；

图7是图6中弹性滚柱的纵向剖视图；

图8是本发明中弹性滚柱的第三较佳实施例的纵向剖视示意图；

图9是本发明中轴承的剖视示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

请参照图3至图7所示为本发明中针齿摆线减速器100的较佳实施方式。所述针齿摆线减速器100包括位于中间以连接伺服电动机（未图示）的输入轴（未图示）、一体形成在输入轴末端的输入齿轮（未图示）、啮合设置在输入齿轮周围的行星齿轮（未图示）、与行星齿轮相固定的曲柄轴1、与曲柄轴1配合设置的摆线盘2、配合设置在曲柄轴1和摆线盘2之间的轴承3、针齿壳4、夹持在摆线盘2和针齿壳4之间的针齿组件5以及与摆线盘2相配合设置的输出元件6。所述摆线盘2上设置有收容所述曲柄轴1和轴承3的穿孔21。

其中，请参照图3和图4所示，所述针齿组件5包括若干沿针齿壳4内侧圆周方向均匀分布的弹性滚柱51。作为本发明的第一较佳实施例，所述弹性滚柱51包括空心滚柱52以及设置于空心滚柱52内侧的实心滚柱53。所述空心滚柱52的内壁面与实心滚柱53的外壁面之间设置有供空心滚柱52发生弹性形变的浮动间隙54。

图4为图3中圈出部分的放大图，为了能说明清楚，本图以及本发明中有关弹性滚柱51的形变部分都是夸大示意地表示出来的。其中，图4中B处的弹性滚柱51中浮动间隙54为正常状态，空心滚柱52正常工作；A处空心滚柱52受到挤压后在浮动间隙54处进行弹性变形。在正常工作状态下，弹性滚柱51受到一个合理的来自针齿壳4和摆线盘2的压力，无论是A处或B处的空心滚柱52均可以正常地工作。

而当外界有强大的超载冲击时，该压力会极大地增加，譬如说达到正常值的五倍以上时，可能会使空心滚柱52过分变形；而此时，如图5所示，在空心滚柱52被挤压而压到直接贴靠实心滚柱53时，可通过实心滚柱53的有效支撑抵抗强大的超载冲击,有效地避免空心滚柱52被过分挤压变形而损坏。即，在外界施加非常强大的冲击载荷时，只要实心滚柱53能够支撑得住，空心滚柱52便不会被破坏，整个弹性滚柱51也就可以安全无恙。

优选地，本发明中空心滚柱52和实心滚柱53采用耐磨且具有高强度的轴承钢或高分子碳纤维材料制成，所述空心滚柱52的壁厚设置为空心滚柱52外径的0.12-0.18倍，优选为0.13至0.16倍；即外径大一些的空心滚柱52壁厚可厚一些，外径较小的空心滚柱52壁厚可薄一些。该种壁厚的设置可使得空心滚柱52本身就具有一定的抗冲击强度，同时又在受到较大的外力挤压时，又可产生一定的弹性变形进行补偿。

进一步地，对于所述浮动间隙54的设置，设置得过大容易导致空心滚柱52过分变形而被破坏，太小又起不到补偿的作用。经过大量的计算、实验及测试后设置为，在所述实心滚柱53位于空心滚柱52的轴心位置处时，使所述浮动间隙54均匀形成在实心滚柱53的周围，由此可使得弹性滚柱51转动工作时，整个圆周上的弹性补偿力度相同，并且，使所述浮动间隙54沿空心滚柱52径向的大小为空心滚柱52外径的0.002-0.007倍。

请参阅图6和图7所示，作为本发明弹性滚柱51的第二较佳实施例，为方便安装，所述浮动间隙54内填充有软胶55，即通过软胶55将空心滚柱52和实心滚柱53进行预先固定，然后再一起装至摆线盘2和针齿壳4之间。所述软胶55的承载力在力学分析上可以忽略不计。另外，为了使本发明中弹性滚柱51在轴向方向上的压力分布更加均匀一些，将所述实心滚柱53的两端设置得稍微细一些，即使得实心滚柱53呈腰鼓型。进一步地，所述实心滚柱53沿轴向的长度也设置为略小于空心滚柱52的长度，使得实心滚柱53的两端均内缩入空心滚柱52内。

请参阅图8所示，作为本发明弹性滚柱51的第三较佳实施例，在所述浮动间隙54内进一步设置有弹性元件56。

在该实施例中，所述弹性元件56为套设于实心滚柱53外围、并由圆弹簧钢丝绕成的弹簧，图8中仅将弹簧56部分结构进行剖视示意；当然，所述弹簧也可为由扁带状的弹簧丝绕成环状套在实心滚柱53外围；另外，作为另一种实施例，所述弹性元件56也可为环绕设置在所述实心滚柱53外侧的波浪形金属管。在设置弹性元件56后，因弹性元件56进一步的支撑和弹性作用，所述空心滚柱52的壁厚可相较第一和第二实施例中设置得相对薄一些，该种三层结构的设置可使得本发明弹性滚柱51具有更大的弹性和抗超载的能力。

其中，在弹性元件56为弹簧时，弹簧未设置为夹持在空心滚柱52和实心滚柱53之间，即，使得空心滚柱52和弹簧56之间、弹簧56和实心滚柱53之间仍存在所述浮动间隙54；从而，所述浮动间隙54包括设置于空心滚柱52与弹簧56之间的第一间隙541和设置于弹簧56与实心滚柱53之间的第二间隙542。在所述实心滚柱53、弹簧56、空心滚柱52的轴线位于同一直线时，所述第一间隙541和第二间隙542沿径向的大小为空心滚柱52外径的0.003-0.007倍。通过该种设置后使得弹性滚柱51受到外力冲击时，可依次受到空心滚柱52、弹簧56和实心滚柱53的支撑，同时又有空心滚柱52在第一间隙541处的弹性补偿、弹簧56本身的弹性补偿、弹簧56在第二间隙542的弹性补偿，进而使得载荷和补偿效果均较好。

在所述弹性元件56为波浪形金属管时，所述弹性元件56可夹持于空心滚柱52和实心滚柱53之间、或者与空心滚柱52和实心滚柱53之间均还存在浮动间隙54，此时，所述浮动间隙54沿与空心滚柱52内壁面或与实心滚柱53外壁面之间的大小为空心滚柱52外径的0.003-0.007倍。

请结合图3和图9所示，在本发明针齿摆线减速器100的制造中，曲柄轴1和摆线盘2之间的轴承3也是一个薄弱环节。所述轴承3通常包括间隔设置的外轴承环31和内轴承环32、设置于外轴承环31和内轴承环32之间且均匀设置的若干滚柱。现有技术中，轴承中的滚柱都使用实心无弹性的滚柱，由于加工误差等原因，如滚柱部分，现有技术中真正同时参与承载的滚柱的数量比较少，且滚柱容易被损坏，轴承中的内外侧轴承环也同样如此。因此，本实施方式中，所述轴承3的滚柱33也参考前述弹性滚柱51的各种实施例设置为弹性，如此一来，该轴承3也可如上述弹性滚柱51部分所讲承载率得到有效保证，同时其轴承3的制造精度也可得以降低。另外，本发明中的该轴承3也可适用于其他需要设置轴承的产品（未图示）上。

一般情况下，所述轴承3均设有所述外轴承环31和内轴承环32，以分别形成滚柱33的外滚道和内滚道；而在将轴承3应用在本发明的针齿摆线减速器100上时，所述外轴承环31和内轴承环32也可直接由摆线盘2和曲柄轴1构成，即摆线盘2上穿孔21的内壁直接形成为所述外滚道，所述曲柄轴1的凸轮外表面形成为内滚道，由此可使得滚柱33夹持设置在穿孔21内壁和曲柄轴1的凸轮外表面之间，一方面可减少零部件，降低成本，另一方面还可减小误差的叠加，使得可直接通过滚柱33呈弹性设置来抵消摆线盘2和曲柄轴1之间或滚柱33本身的制造误差，并且使得滚柱33承载效果较好。

其中，所述滚柱33的直径设置为略大于内滚道和外滚道之间的间隙，使得在静止状态下，滚柱33都是被压扁略呈椭圆状处于预应力状态，挤在内滚道和外滚道之间，不会有一个空缺，这样不会有个别滚柱33因过载而破坏，同时内滚道和外滚道表面也得到了有效保护。

综合上述可知，本发明通过将弹性滚柱51、33采用空实结合的方式进行制造，即空心滚柱52位于外侧，实心滚柱53填充在空心滚柱52内侧，并在空心滚柱52和实心滚柱53之间设置可供空心滚柱52发生形变的浮动间隙54，由此可通过浮动间隙54提供空心滚柱52一定的弹性变形空间，进而在选用过盈配合时能够实现充分的弹性补偿能力，同时，又可通过内侧的实心滚柱53提供一定的支撑力，防止空心滚柱52因过大的载荷而被压扁破坏，使得弹性滚柱51、33具有抵抗强大的超载冲击，强度较高，不会损坏，从而达到可靠的弹性补偿目的，并进一步提高本发明弹性滚柱51、33、针齿摆线减速器100和轴承3的使用寿命；此外，结合上述可知，本发明中弹性滚柱51、33的设置，还可降低现有技术中滚柱、摆线盘和针齿壳的制造精度，方便制造，同时该种结构设置较为简单，方便制造且成本较低。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种弹性滚柱，其特征在于：所述弹性滚柱包括空心滚柱以及设置于空心滚柱内侧的实心滚柱，所述空心滚柱的内壁面与实心滚柱的外壁面之间设置有供空心滚柱发生弹性形变的浮动间隙。

2.根据权利要求1所述的弹性滚柱，其特征在于：所述空心滚柱的壁厚为空心滚柱外径的0.12-0.18倍。

3.根据权利要求2所述的弹性滚柱，其特征在于：在所述实心滚柱位于空心滚柱的轴心位置处时，所述浮动间隙均匀形成在实心滚柱的周围，并且浮动间隙沿空心滚柱径向的大小为空心滚柱外径的0.002-0.007倍。

4.根据权利要求1所述的弹性滚柱，其特征在于：所述浮动间隙内填充有软胶。

5.根据权利要求1所述的弹性滚柱，其特征在于：所述浮动间隙内设置有弹性元件。

6.根据权利要求5所述的弹性滚柱，其特征在于：所述弹性元件为套设于实心滚柱外围的弹簧，所述浮动间隙包括设置于空心滚柱与弹簧之间的第一间隙和设置于弹簧与实心滚柱之间的第二间隙。

7.根据权利要求6所述的弹性滚柱，其特征在于：在所述实心滚柱、弹簧、空心滚柱的轴线位于同一直线时，所述第一间隙和第二间隙沿径向的大小为空心滚柱外径的0.003-0.007倍。

8.根据权利要求5所述的弹性滚柱，其特征在于：所述弹性元件为环绕设置在实心滚柱外侧的波浪形金属管，所述浮动间隙沿与空心滚柱内壁面或与实心滚柱外壁面之间的大小为空心滚柱外径的0.003-0.007倍。

9.一种针齿摆线减速器，包括摆线盘、环绕于摆线盘外侧的针齿壳和夹持在摆线盘和针齿壳之间的针齿组件，其特征在于：所述针齿组件包括若干沿针齿壳内侧圆周方向均匀分布的弹性滚柱，所述弹性滚柱如权利要求1至8中任意一项所述设置。

10.一种轴承，包括间隔设置的外轴承环和内轴承环、设置于外轴承环和内轴承环之间且均匀设置的若干滚柱，其特征在于：所述滚柱如权利要求1至8中任意一项所述的弹性滚柱设置。