CN105299148B - 针齿摆线减速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种针齿摆线减速器，其包括摆线盘、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组合。所述弹性滚柱组合包括有弹性滚柱和沿针齿壳径向夹持设置在弹性滚柱和针齿壳之间的弹性元件。

Description

针齿摆线减速器

技术领域

本发明涉及减速器技术领域，尤其涉及一种针齿摆线减速器。

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结构简单且制造精度要求相对较低的针齿摆线减速器。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种针齿摆线减速器，包括摆线盘、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组合，所述弹性滚柱组合包括有弹性滚柱和沿针齿壳径向夹持设置在弹性滚柱和针齿壳之间的弹性元件，所述针齿壳内侧设置有若干用以收容所述弹性滚柱的滚柱槽、自滚柱槽内表面沿针齿壳径向凹陷形成的容置槽，所述弹性元件定位在所述容置槽内并在摆线盘安装前向外突伸出滚柱槽内表面。

作为本发明的进一步改进，所述弹性元件的宽度小于所述容置槽沿针齿壳圆周方向的宽度，所述容置槽沿针齿壳圆周方向的宽度小于所述滚柱槽的内径。

作为本发明的进一步改进，所述容置槽沿针齿壳圆周方向的宽度在所述滚柱槽内径的三分之一至三分之二之间。

作为本发明的进一步改进，所述弹性元件与弹性滚柱相抵持的一侧为与弹性滚柱匹配的弧形。

作为本发明的进一步改进，所述弹性元件为由弹簧钢制成的弹性垫；所述弹性垫对应所述弹性滚柱的长度设置为波浪形长条状，并且在长度方向上形成有至少一个朝容置槽内底面突伸的波浪形突出部、在波浪形突出部两侧形成为与弹性滚柱相抵靠的抵靠部；所述波浪形突出部与容置槽内底面相抵持。

作为本发明的进一步改进，所述弹性滚柱的弹性变形量为其直径的千分之一，所述弹性元件的弹性变形量比所述弹性滚柱的弹性变形量大一个数量级。

作为本发明的进一步改进，所述弹性滚柱为空心滚柱，并且所述弹性滚柱的空心度为40%至60%。

作为本发明的进一步改进，所述弹性滚柱为由至少两层具有不同硬度和不同弹性的不同材料复合成型的复合型弹性滚柱。

作为本发明的进一步改进，所述针齿摆线减速器还包括与摆线盘配合设置的曲柄轴和设置在曲柄轴和摆线盘之间的滚子轴承，所述滚子轴承具有内滚道、外滚道以及位于内滚道和外滚道之间的若干滚子，所述滚子为弹性滚子，并且所述滚子的直径大于内滚道和外滚道之间的间隙。

本发明的有益效果是： 本发明针齿摆线减速器一方面可通过弹性滚柱和弹性元件的相互配合，保证弹性滚柱与摆线盘之间的有效接触，从而保证其受力承载效果；另一方面，在弹性滚柱受到压力较大时可产生稍微变形，使其不会被压碎或磨损，提高本发明针齿摆线减速器的使用寿命；此外，结合上述可知，本发明中弹性滚柱和弹性元件的弹性配合设置，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，方便安装且成本较低。

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3中针齿摆线减速器的弹性滚柱的另一实施例的剖视示意图，显示弹性滚柱为由复合材料制成；

图6是图3中针齿摆线减速器的弹性元件的立体图；

图7是图3中针齿摆线减速器的滚子轴承的剖视示意图。

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之间的滚子轴承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和滚子轴承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组合51，所述弹性滚柱组合51包括有弹性滚柱511和沿针齿壳4径向夹持设置在弹性滚柱511和针齿壳4之间的弹性元件512。本发明则可通过弹性滚柱511和弹性元件512的配合补偿现有技术中滚柱的制造公差，降低制造精度及制造成本。

具体地，所述针齿壳4内侧设置有若干用以收容所述弹性滚柱511的滚柱槽41、自滚柱槽41内表面沿针齿壳4径向凹陷形成的容置槽42。所述滚柱槽41的内径稍大于所述弹性滚柱511的直径，由此使得所述滚柱槽41内能形成润滑所需的油膜，保证弹性滚柱511可以在滚柱槽41内自由滑动或转动，达到弹性补偿的目的。

因所述针齿摆线减速器100本身即为高精密设备，其所需要的误差补偿一般都非常小，所以，本发明中所述弹性滚柱511的弹性补偿量设置为其直径的千分之一，一般在3微米至8微米左右，优选为5微米。

在本实施方式中，所述弹性滚柱511采用空心滚柱，并且所述空心滚柱511的空心度为40%至60%，优选为50%。其中空心度为空心滚柱内部的空心孔所占空心滚柱的总面积比。

请参照图5所示，当然，所述弹性滚柱511也可为由至少两层具有不同硬度和不同弹性的不同材料复合成型的复合型弹性滚柱，具体为由硬度较高、有一定的弹性而不脆的材料e与硬度低、弹性大的材料f相间层叠复合而成。其中，所述硬度高、弹性大而不脆的材料e可为轴承钢或弹簧钢等材料；所述硬度低、弹性大的材料f可为各种复合材料或高分子材料。为适应本发明针齿摆线减速器100的使用环境，所述弹性滚柱511为复合型弹性滚柱结构时，将外层设置为硬度较高、有一定的弹性而不脆的材料。该种复合型弹性滚柱511可为空心结构，也可为实心结构。

此外，所述弹性滚柱511也可直接由其他具有适当弹性变形量的耐磨弹性材料制成，也可达成本发明的目的。

请参照图3、图4和图6所示，所述弹性元件512定位在所述容置槽42内。其中，所述容置槽42沿针齿壳4圆周方向的宽度小于所述滚柱槽41的内径。具体地，所述容置槽42的宽度在所述滚柱槽41内径的三分之一至三分之二之间，优选为二分之一。由此，使得所述弹性滚柱511不仅能够接收到所述弹性元件512的弹性抵持，同时在摆线盘2安装后，所述弹性滚柱511还可接受到所述滚柱槽41内表面的支撑，使得所述弹性滚柱511得以稳定工作。

所述弹性元件512的宽度略小于所述容置槽42的宽度，由此一方面方便弹性元件512的安装，另一方面方便弹性元件512的弹性移动。所述弹性元件512的高度略超过滚柱槽41，使得在所述摆线盘2未安装之前，所述弹性元件512向外突伸出滚柱槽41内表面，大致为超出滚柱槽41内壁面50微米至100微米，由此，在弹性滚柱511尺寸略小时，所述弹性元件512可对其进行补偿。另外，为实现弹性滚柱511的稳定配合，所述弹性元件512与弹性滚柱511相抵持的一侧为与弹性滚柱匹配的弧形。

在本实施方式中，所述弹性元件512为板状设计的弹性垫，所述弹性垫采用高耐磨性的金属材料制成，优选为弹簧钢。所述弹性垫对应所述弹性滚柱511的长度设置为一个波浪形长条。所述弹性垫512在长度方向上形成有至少一个朝容置槽42内底面突伸的波浪形突出部5121、在波浪形突出部5121两侧设置为与弹性滚柱511相抵靠的抵靠部5122。所述波浪形突出部5121用以与容置槽42内底面相抵持，其可设置为多个，以提高弹性垫512在容置槽42内的支撑稳定性。所述抵靠部5122朝向弹性滚柱511的一侧形成为与弹性滚柱511匹配的弧形状，优选地，所述弹性垫512朝向弹性滚柱511的一侧整体设置为可与弹性滚柱511匹配的弧形状，使得弹性垫512在任何情况下均可与弹性滚柱511之间得到很好的匹配。在受到弹性滚柱511垂直方向的压力后，所述弹性垫512能够产生轻微变形，可被压平。所述抵靠部5122可以使弹性元件512所受到的压力分布均匀，磨损较小且可长期工作。

所述弹性元件512的弹性变形量设置为比所述弹性滚柱511的弹性变形量大一个数量级，由此一方面使得弹性元件512可以提供适当补偿，另一方面不会因为过分起伏而把弹性滚柱511抬得太高，即不会出现在弹性滚柱511与摆线盘2接触时产生不必要的过大压力而引起磨损发热。

在使用时，当弹性滚柱511或摆线盘2或针齿壳4因制造误差而导致弹性滚柱511尺寸过大时，可通过弹性滚柱511自身的弹性变形作用进行误差的抵消，保证弹性滚柱511的承载效果。在该种情况下，所述弹性滚柱511可被抵压呈椭圆型，如图4中A处所示，当然，为方便了解，该图中所示为夸张状态，实际上仅为几微米的变化。当弹性滚柱511或摆线盘2或针齿壳4因制造误差而导致弹性滚柱511尺寸过小时，可通过弹性元件512的支撑抵持，使得弹性滚柱511与摆线盘2之间有效接触。由此可知，本发明针齿摆线减速器100一方面可通过弹性滚柱511和弹性元件512的相互配合，保证弹性滚柱511与摆线盘2之间的有效接触，从而保证其受力承载效果；另一方面，在弹性滚柱511受到压力较大时可产生稍微变形，使其不会被压碎或磨损，提高本发明针齿摆线减速器100的使用寿命；此外，结合上述可知，本发明中弹性滚柱511和弹性元件512的弹性配合设置，可降低现有技术中滚柱、摆线盘和针齿壳4相互配合部位的制造精度，方便制造，同时该种结构设置较为简单，成本较低。

请参照图7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之间的滚子轴承3也是一个薄弱环节。所述滚子轴承3通常包括内滚道、外滚道、位于内滚道和外滚道之间的轴承支架（未图示）和定位于轴承支架上的若干滚子31。现有技术中，滚子轴承中的滚子都使用实心无弹性的滚子，由于加工误差等原因，如滚子部分，现有技术中真正同时参与承载的滚子的数量也比较少，且滚子容易被损坏，滚子轴承中的内外侧滚道也同样如此。因此，本实施方式中，所述滚子轴承3的滚子31也参考弹性滚柱511设置为弹性，其可为空心滚子31或由复合材料制成的复合型弹性滚子31，其中空心滚子31的空心度设置为40%至60%，如此一来，该滚子轴承3也可如上述弹性滚柱511部分所讲降低滚子轴承3的制造精度，且使其承载率得到有效保证。

另外，一般情况下，所述滚子轴承3还具有分别位于轴承支架和滚子31内侧和外侧的内壳和外壳（未图示）。其中，上述内滚道和外滚道分别形成在内壳外侧和外壳内侧。

当然，作为本发明的优选实施方式，本发明中使所述摆线盘2上穿孔21的内壁直接形成为滚子轴承3中的外滚道，所述曲柄轴1的凸轮外表面直接形成为所述滚子轴承3中的内滚道，即使得滚子31夹持设置在穿孔21内壁和曲柄轴1的凸轮外表面之间，由此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，使得可直接通过滚子31呈弹性设置来抵消摆线盘2和曲柄轴1之间或滚子31本身的制造误差，并且使得滚子31承载效果较好。

其中，所述滚子31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，滚子31都是被压扁略呈椭圆，挤在内滚道和外滚道之间。从图7上可以看到，以o点为轴心的曲柄轴1向顶部施加作用力P。由于所有的滚子31事先都已被略为压扁，处于预应力状态，所以作用力P将会传递给顶部处多个滚子31，不会有一个空缺，这样不会有个别滚子31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。

综上可知，本发明针齿摆线减速器100一方面可通过弹性滚柱511和弹性元件512的相互配合，保证弹性滚柱511与摆线盘2之间的有效接触，从而保证其受力承载效果；另一方面，在弹性滚柱511受到压力较大时可产生稍微变形，使其不会被压碎或磨损，提高本发明针齿摆线减速器100的使用寿命；此外，结合上述可知，本发明中弹性滚柱511和弹性元件512的弹性配合设置，可降低现有技术中滚柱、摆线盘和针齿壳4的制造精度，方便制造，同时该种结构设置较为简单，方便安装且成本较低。

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 (9)

1.一种针齿摆线减速器，包括摆线盘、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组合，所述弹性滚柱组合包括有弹性滚柱和沿针齿壳径向夹持设置在弹性滚柱和针齿壳之间的弹性元件，所述针齿壳内侧设置有若干用以收容所述弹性滚柱的滚柱槽、自滚柱槽内表面沿针齿壳径向凹陷形成的容置槽，所述弹性元件定位在所述容置槽内并在摆线盘安装前向外突伸出滚柱槽内表面。

2.如权利要求1所述的针齿摆线减速器，其特征在于：所述弹性元件的宽度小于所述容置槽沿针齿壳圆周方向的宽度，所述容置槽沿针齿壳圆周方向的宽度小于所述滚柱槽的内径。

3.如权利要求2所述的针齿摆线减速器，其特征在于：所述容置槽沿针齿壳圆周方向的宽度在所述滚柱槽内径的三分之一至三分之二之间。

4.如权利要求1所述的针齿摆线减速器，其特征在于：所述弹性元件与弹性滚柱相抵持的一侧为与弹性滚柱匹配的弧形。

5.如权利要求1至4中任意一项所述的针齿摆线减速器，其特征在于：所述弹性元件为由弹簧钢制成的弹性垫；所述弹性垫对应所述弹性滚柱的长度设置为波浪形长条状，并且在长度方向上形成有至少一个朝容置槽内底面突伸的波浪形突出部、在波浪形突出部两侧形成为与弹性滚柱相抵靠的抵靠部；所述波浪形突出部与容置槽内底面相抵持。

6.如权利要求1至4中任意一项所述的针齿摆线减速器，其特征在于：所述弹性滚柱的弹性变形量为其直径的千分之一，所述弹性元件的弹性变形量比所述弹性滚柱的弹性变形量大一个数量级。

7.如权利要求6所述的针齿摆线减速器，其特征在于：所述弹性滚柱为空心滚柱，并且所述弹性滚柱的空心度为40%至60%。

8.如权利要求6所述的针齿摆线减速器，其特征在于：所述弹性滚柱为由至少两层具有不同硬度和不同弹性的不同材料复合成型的复合型弹性滚柱。

9.如权利要求1所述的针齿摆线减速器，其特征在于：所述针齿摆线减速器还包括与摆线盘配合设置的曲柄轴和设置在曲柄轴和摆线盘之间的滚子轴承，所述滚子轴承具有内滚道、外滚道以及位于内滚道和外滚道之间的若干滚子，所述滚子为弹性滚子，并且所述滚子的直径大于内滚道和外滚道之间的间隙。