CN105805244A - 减速器和差速驱动装置和机器人和机械臂 - Google Patents

减速器和差速驱动装置和机器人和机械臂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及减速器、包括该减速器的差速驱动装置、具有减速器和/或差速驱动装置的机器人和机械臂，减速器包括滚动安装在壳体上的输出轴和输入轴，输出轴相对周向固定安装有第二太阳齿轮，第二太阳齿轮与第二内环啮合，第二内环通过至少一个偏心联轴器连杆与第一内环连接，第一内环与固定于壳体上的第一太阳齿轮啮合，输入轴为曲轴，输入轴包括自输出端至减速器的输入端依次设置的输出轴连接段、第二、一曲拐、输入段，除输出轴连接段与输入段同心设置外，各段之间均相对偏心设置；输入段转动安装在壳体上；第二曲拐轴线与第二内环轴线共线，第一曲拐轴线与第一内环轴线共线。该减速器的速比大且刚度高。

Description

减速器和差速驱动装置和机器人和机械臂
技术领域
本发明属于传动装置中的齿轮减速器技术领域。特别是涉及减速器、包括该减速器的差速驱动装置、具有减速器和/或差速驱动装置的机器人和机械臂。
背景技术
现有技术中，减速器广泛应用于矿山、冶金、水泥搅拌、榨糖、起重运输、水电站及航海航船等各领域，尤其是钢铁行业，都需要有传动比大、输入扭矩大、运行可靠、抗冲击、过载能力强的减速设备。目前一般的减速器，诸如硬齿面减速器，其结构是：带有输入轴和输出轴的箱体，箱体内输入轴与输出轴之间安装有两级减速的圆柱齿轮，这种减速器的传动比比较小且易产生疲劳损坏现象，不能满足要求；摆线减速器可实现较大的传动比，但输入扭矩满足不了要求。
发明内容
本件发明为克服现有技术中存在的技术问题而提供一种减速器，该减速器的速比大且刚度高。
一种减速器，包括输出轴、输入轴、第二级和第一级，输出轴滚动安装在壳体上，输出轴以相对周向固定的方式安装有第二太阳轮，第二太阳轮与第二内环啮合，第二内环通过两者之间能够以相同角速度转动的方式与第一内环连接，第一内环与固定于壳体上的第一太阳轮啮合，
输入轴为曲轴，输入轴包括输出轴连接段、第二曲拐、第一曲拐、输入段，输出轴连接段与输出轴同心设置，输出轴连接段与输出轴相对转动的连接，输出轴连接段、第二曲拐、第一曲拐、输入段自减速器的输出端至减速器的输入端依次设置，第二曲拐与输出轴连接段、第一曲拐、输入段之间均相对的偏心设置，第一曲拐与输出轴连接段、第二曲拐、输入段之间均相对的偏心设置；
输入段转动安装在壳体上；第二曲拐的第二曲拐轴线与第二内环的第二内环轴线共线，第一曲拐的第一曲拐轴线与第一内环的第一内环轴线共线，
第二内环轴线做公转运动的第二公转轴线、第一内环轴线做公转运动的第一公转轴线、输出轴的输出轴轴线和输出轴连接段的输出轴连接段轴线共线。
通过由输入轴的曲轴来使得第二和第一内环绕输出和输入轴线公转，使得输出轴和输入轴可以产生非常明显的差速效果，减速器减速速比可比传统差速减速结构或谐波减速方式减速比高一个数量级以上。而且，由于采用两个内环直接安装到曲轴上、一个太阳轮固定安装到壳体上、一太阳轮与输出轴连接的方案，可以明显提高齿轮的模数，降低了加工难度，提高了齿轮的承载能力。另外，该减速器结构简单，便于加工。
优选的技术方案，其附加技术特征在于：第二太阳轮为太阳齿轮，第二内环为第二内齿圈。
行星排传动作为第二级传动，其摩擦小，传动比大，有利于提高传动效率。
优选的技术方案，其附加技术特征在于：第二太阳轮为第二太阳锥盘，第二太阳锥盘与第二内环啮合。
在第二级设置无级变速级，有利于在扭矩较小转速较高的时候，实现变速，减少无级变速级上的作用力，降低无级变速级的损耗。
进一步优选的技术方案，其附加技术特征在于：第一太阳轮为第一太阳锥盘，第一内环与第一太阳锥盘啮合。
将第一级设置为无级变速级，可以充分利用无级变速级的速比可调的优点，当将无级变速级的速比调整到一定范围的时候，使得减速器整体的减速比为可以调整为0甚至能够在正反转之间切换。从而实现了在某些情况下无需原动机改变运动转动方向，通过改变减速器的状态即可实现反向输入的功能。特别有利于低速运动的需要反复启停或经常倒退的车辆，例如机器人底盘的传动。
进一步优选的技术方案，其附加技术特征在于：第一太阳轮为太阳齿轮，第一内环为第一内齿圈。
行星排传动作为第一级传动，其摩擦小，传动比大，有利于提高传动效率。
优选的技术方案，其附加技术特征在于：第二内环通过中间过渡盘与第一内环连接，中间过渡盘设置在第二内环和第一内环之间，中间过渡盘与第二内环沿第二方向滑动连接，中间过渡盘与第一内环沿第一方向滑动连接，第二方向与第一方向相交。
采用双向滑动连接的方式，传递的扭矩大，利于提高传动刚度。
优选的技术方案，其附加技术特征在于：第一内环与第二内环之间通过偏心联轴器连杆连接。
进一步优选的技术方案，其附加技术特征在于：多个偏心联轴器连杆具有相同的长度，
第一曲拐轴线与第二曲拐轴线之间的连线为第一连线、偏心联轴器连杆和第一太阳轮的连接的轴线与第一曲拐轴线的连线为第二连线、偏心联轴器连杆的两个轴线的连线为第三连线、偏心联轴器连杆和第一太阳轮的连接的轴线与第一曲拐轴线的连线为第四连线，
第一连线长度与第二连线长度之和，与第三连线和第四连线长度之和不同，
且，第一连线长度与和第四连线长度之和，第二连线长度与第三连线长度之和不同。
通过上述配置，可以避免第一曲拐轴线与第二曲拐轴线的第一连线、偏心联轴器连杆和第一太阳轮的连接的轴线与第一曲拐轴线的第二连线、偏心联轴器连杆的两个轴线的第三连线、偏心联轴器连杆和第一太阳轮的连接的轴线与第一曲拐轴线的第四连线，四个连线构成的四杆机构产生死点，从而保证了减速器传动的稳定性。
进一步优选的技术方案，其附加技术特征在于：输出轴和输入轴均为空心轴。
将输出轴和输入轴都设置为空心轴，不但可以节约材料，选用更大的轴承来承担转动载荷，提高了系统的强度，而且还可以将轴内部的空间都腾入来以供导线穿过，这一点该减速器用在机器人和机械臂领域时优势尤为明显。
一种差速驱动装置，包括上述任一种减速器，减速器的输出轴连接有驱动电机。
本方案不但具有了上述减速器的优点，而且配置上了驱动电机，特别适用于在机器人或机械臂的场合下，实现较低输入转速的动力输入。
优选的技术方案，其附加技术特征在于：壳体上还安装有编码器，编码器与驱动电机传动连接。
通过设置编码器，还可以实现对驱动电机转速的即时监控，从而方便清楚的了解到驱动电机的运转状况。
一种机械臂，设置有上述任一种的减速器和/或上述任一种的差速驱动装置。
该机械臂因为采用了上述的减速器和/或差速驱动装置，所以具有了上述减速器和差速驱动装置的优点。
一种机器人，设置有上述任一种的减速器和/或上述任一种的差速驱动装置。
该机器人因为采用了上述的减速器和/或差速驱动装置，所以具有了上述减速器和差速驱动装置的优点。
附图说明
图1是实施例1的减速器的结构示意图：
图2是图1的减速器的立体结构示意图；
图3是图2所展示的中间传动部位的简化示意图；
图4是实施例2的结构示意图；
图5是实施例3的减速器中的中间传动部位的立体示意图；
图6是实施例4的减速器中的中间传动部位的立体示意图；
图7是实施例5的减速器的结构示意图。
图8是实施例6的结构示意图；
图9是实施例6的输入轴、输出轴1采用空心轴的结构示意图；
图10是实施例7的结构示意图；
图11是实施例8的示意图；
图12是实施例9的结构示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并详细说明如下：
实施例1：
图1是实施例1的减速器的结构示意图：图2是图1的减速器的立体结构示意图；图3是图2所展示的中间传动部位的简化示意图。
图中，各个附图标记的表示含义如下：1、输出轴；2、壳体；31、输出轴连接段；32、第二曲拐；33、第一曲拐；34、输入段；4、第二太阳齿轮；5、第二行星内齿圈；
6、第一行星内齿圈；7、第一太阳齿轮；8、偏心联轴器连杆。
一种减速器，包括输出轴1，输出轴1滚动安装在壳体2上，输出轴1以相对周向固定的方式安装有第二太阳齿轮4，第二太阳齿轮4与第二行星内齿圈5啮合，第二行星内齿圈5通过至少一个偏心联轴器连杆8与第一行星内齿圈6连接，每个偏心联轴器连杆8与第二行星内齿圈5或第一行星内齿圈6的连接处均是转动连接，第一行星内齿圈6与固定于壳体2上的第一太阳齿轮7啮合，输出轴1还与输入轴连接，输入轴为曲轴，输入轴包括输出轴连接段31、第二曲拐32、第一曲拐33、输入段34，输出轴连接段31、第二曲拐32、第一曲拐33、输入段34自减速器的输出端至减速器的输入端依次设置，除了输出轴连接段31与输入段34同心设置外，输出轴连接段31、第二曲拐32、第一曲拐33、输入段34之间均相对的偏心设置；第二曲拐32、第一曲拐33的偏心距小于偏心联轴器连杆8的杆长。
输入段34转动安装在壳体2上；第二曲拐32的第二曲拐轴线与第二行星内齿圈5的第二行星内齿圈5轴线共线，第一曲拐33的第一曲拐轴线与第一行星内齿圈6的第一行星内齿圈6轴线共线，
第二行星内齿圈5轴线做公转运动的第二公转轴线、第一行星内齿圈6轴线做公转运动的第一公转轴线、输出轴1的输出轴1轴线和输出轴连接段31的输出轴连接段31轴线共线。
通过由输入轴的曲轴来使得第二行星内齿圈5和第一行星内齿圈6绕输出和输入轴线公转，使得输出轴1和输入轴可以产生非常明显的差速效果，减速器减速速比可比传统差速减速结构或谐波减速方式减速比高一个数量级以上。而且，由于采用两个齿圈直接安装到曲轴上、一个太阳齿轮固定安装到壳体2上、一个太阳齿轮固定在输出轴上的方案，可以明显提高齿轮的模数，降低了加工难度，提高了齿轮的承载能力。另外，该减速器结构简单，便于加工。
本实施例的动作原理为：
动力经由输入轴输入，由于第一行星内齿圈的轴线与第一太阳齿轮的轴线是偏心设置的，所以第一行星内齿圈在公转的同时也进行自转，第一行星内齿圈带动第二行星内齿圈自转，第二行星内齿圈的公转速度取决于输入轴的第二曲拐的转速。而第一行星内齿圈的自转速度又受到第一太阳轮与第一行星内齿圈之间的齿数关系和第一行星内齿圈的公转速度制约，第二太阳轮的自转速度又受到第二太阳轮与第二行星内齿圈之间的齿数关系和第二行星内齿圈的公转和自转速度制约。通过以上几种制约关系，可以最终确定第二太阳轮的自转速度，即输出轴的转速，即输出轴的转速与输入轴的转速之间的关系。
z1为第一行星內齿圈的齿数，z2为第一太阳齿轮的齿数，z3为第二行星内齿圈的齿数，z4为第二太阳齿轮的齿数，no为输出轴的转速，ni为输入轴的转速，则减速器的减速比，no/ni＝(z1*z4-z2*z3)/(z1*z4)。例如，z1＝49，z2＝44，z3＝50，z4＝45，no/ni可以达到1/442。可以在较小的空间内实现较大的减速比。
实施例2：
图4是实施例2的结构示意图；
本实施例所用的附图中与以上实施例所用附图相同的附图标记，仍沿用以上实施例所用附图中对该附图标记的定义。
本实施例相对于实施例的区别在于：输出轴1和输入轴均为空心轴。
将输出轴1和输入轴都设置为空心轴，不但可以节约材料，选用更大的轴承来承担转动载荷，提高了系统的强度，而且还可以将轴内部的空间都腾出来以供导线穿过，这一点该减速器用在机器人和机械臂领域时优势尤为明显。
实施例3：
图5是实施例3的减速器中的中间传动部位的立体示意图；
三个偏心连轴器连杆8(图中，仅示出了一个偏心连杆)具有相同的偏心杆长，偏心杆长与第一曲拐和第二曲拐的偏心距不同。而偏心联轴器与第一行星内齿圈和第二行星内齿圈的连接处，分别与每个行星内齿圈的轴线的距离相同。
通过设置不同的偏心距，可以避免第一曲拐轴线与第二曲拐轴线的连线、偏心联轴器连杆和第一行星内齿圈的连接的轴线与第一曲拐轴线的连线、偏心连杆的两个轴线的连线、偏心连杆和第二行星内齿圈的连接的轴线与第二曲拐轴线的连线，四个连线构成的四杆机构产生死点，从而保证了减速器传动的稳定性。
实施例4：
图6是实施例4的减速器中的中间传动部位的立体示意图；
本实施例所用的附图中与以上实施例所用附图相同的附图标记，仍沿用以上实施例所用附图中对该附图标记的定义。相对于以上实施例所用附图，本实施例所用附图中，新出现的各个附图标记表示的含义如下：13、中间过渡盘。
本实施例与实施例1的区别在于：两个行星内齿圈之间的传动部位有所改动：第二行星内齿圈5通过中间过渡盘13与第一行星内齿圈6连接，中间过渡盘13设置在第二行星内齿圈5和第一行星内齿圈6之间，中间过渡盘13与第二行星内齿圈沿第二方向滑动连接，中间过渡盘13与第一行星内齿圈6沿第一方向滑动连接，第二方向与第一方向相交。
实施例5：
图7是实施例5的减速器的结构示意图。
本实施例所用的附图中与以上实施例所用附图相同的附图标记，仍沿用以上实施例所用附图中对该附图标记的定义。相对于以上实施例所用附图，本实施例所用附图中，新入现的各个附图标记表示的含义如下：11、第一内环；12、第一太阳锥盘。
本实施例与实施例1的区别在于：传动的第一级不是太阳齿轮传动，而是无级变速级：具体说来，
第二行星内齿圈通过至少一个偏心联轴器连杆8与无级变速级的内环连接，每个偏心联轴器连杆8与第二行星内齿圈或第一内环的连接处均是转动连接，第一内环与固定于壳体2上的太阳锥盘啮合，输出轴1还与输入轴连接，输入轴为曲轴，输入轴包括输出轴连接段31、第二曲拐32、第一曲拐33、输入段34，输出轴连接段31、第二曲拐32、第一曲拐33、输入段34自减速器的输出端至减速器的输入端依次设置，除了输出轴连接段31与输入段34同心设置外，输出轴连接段31、第二曲拐32、第一曲拐33、输入段34之间均相对的偏心设置；
输入段34转动安装在壳体2上；第二曲拐32的第二曲拐轴线与第二内环的第二内环轴线共线；第一内环的第一内环轴线可在与第一曲拐33的第一曲拐轴线垂直的水平面上滑动。
第二行星内齿圈轴线做公转运动的第二公转轴线、第一内环轴线做公转运动的第一公转轴线、输出轴1的输出轴1轴线和输出轴连接段31的输出轴连接段31轴线共线。
具体说来，内环包括一对压环，其中一个压环被压缩弹簧压紧，通过调整内环的滑动来改变内环的偏心距，可以改变太阳锥盘与压环接触点相对于太阳锥盘轴线之间的半径，以改变太阳锥盘与内环之间的速比，从而实现了太阳锥盘无级变速级的无级变速功能。
而且将第一级转化为可调速的减速器，不仅减速比很大，而且由于第一级的速比可调，使得减速器整体的减速比为可以调整为0甚至能够在正反转之间切换。从而实现了在某些情况下无需原动机改变运动转动方向，通过改变减速器的状态即可实现反向输入的功能。此外，由于采用第二行星内齿圈和第一内环直接安装到行星架上、太阳锥盘固定安装到壳体2上、第二太阳轮固定在输出轴上的方案，可以明显提高齿轮的模数，降低了加工难度，提高了齿轮的承载能力。另外，该减速器结构简单，便于加工。
根据实施例1中的公式，可以演化为：no/ni＝1-(z2*z3)/(z1*z4)。当z3/z4可以调整的时候，减速比也发生了调整，通过无级变速，也就调整了z3/z4这一比值。当z3/z4和z1/z2调整成互为倒数的时候，减速比可以变为0，当z3/z4继续增长的时候，则可以实现输出速度的反转。这种情况特别适用于无需原动机改变运动转动方向，通过改变减速器的状态即可实现反向输入的功能。
实施例6：
图8是实施例6的结构示意图；图9是实施例6的输入轴、输出轴1采用空心轴的结构示意图；本实施例所用的附图中与以上实施例所用附图相同的附图标记，仍沿用以上实施例所用附图中对该附图标记的定义。本实施例所用附图中，新入现的各个附图标记表示的含义如下：9、第二太阳锥盘；10、第二内环。
本实施例与实施例5的区别在于：
第二级也采用无级变速，第二太阳轮为第二太阳锥盘9，第二太阳锥盘与第二内环10啮合。
在第二级设置无级变速级，有利于快速实现变速，减少无级变速级上的作用力，降低无级变速级的损耗。
实施例7：
图10是实施例7的结构示意图；本实施例所用的附图中与以上实施例所用附图相同的附图标记，仍沿用以上实施例所用附图中对该附图标记的定义。
本实施例与实施例6的区别在于：
第二级为无级变速级，第一级为行星传动级。
实施例8：
图11是实施例8的示意图；本实施例所用的附图中与以上实施例所用附图相同的附图标记，仍沿用以上实施例所用附图中对该附图标记的定义。相对于以上实施例所用附图，本实施例所用附图中，新入现的各个附图标记表示的含义如下：99、驱动电机。
一种差速驱动装置，包括实施例2的减速器，减速器的输入轴连接有驱动电机。
本方案不但具有了上述减速器的优点，而且配置上了驱动电机，特别适用于在机器人或机械臂的场合下，实现较低输入转速的动力输入。
实施例9：
图12是实施例9的结构示意图。本实施例所用的附图中与以上实施例所用附图相同的附图标记，仍沿用以上实施例所用附图中对该附图标记的定义。相对于以上实施例所用附图，本实施例所用附图中，新入现的各个附图标记表示的含义如下：99、驱动电机。
一种差速驱动装置，包括实施例2的减速器，减速器的输出轴通过外齿轮传动与驱动电机连接。
由于减速器设置为空心轴，非常方便线路从减速器中穿过，而且配置上了驱动电机，特别适用于在机器人或机械臂中的控制某一节摆臂的转动。
实施例10：
一种机械臂，设置有上述任一种的减速器和/或上述任一种的差速驱动装置。
该机械臂因为采用了上述的减速器和/或差速驱动装置，所以具有了上述减速器和差速驱动装置的优点。
实施例11：
一种机器人，设置有上述任一种的减速器和/或上述任一种的差速驱动装置。
该机器人因为采用了上述的减速器和/或差速驱动装置，所以具有了上述减速器和差速驱动装置的优点。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作入很多形式，例如：⑴将实施例2或3相对于实施例1的改进也应用到实施例4、5、6、7上；(2)将实施例4相对于实施例1的改进也应用到实施例5、6、7上；(3)把实施例3-7相对于实施例1或2的改变，也应用到实施例8-11上；(4)在实施例8的基础之上设置一个编码器，编码器与驱动电机传动连接。这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种减速器，其特征在于：包括输出轴、输入轴、第二级和第一级，所述输出轴滚动安装在壳体上，所述输出轴以相对周向固定的方式安装有第二太阳轮，所述第二太阳轮与第二内环啮合，所述第二内环通过两者之间能够以相同角速度转动的方式与第一内环连接，所述第一内环与固定于所述壳体上的第一太阳轮啮合，
所述输入轴为曲轴，所述输入轴包括输出轴连接段、第二曲拐、第一曲拐、输入段，所述输出轴连接段与所述输出轴同心设置，所述输出轴连接段与所述输出轴相对转动的连接，所述输出轴连接段、所述第二曲拐、所述第一曲拐、所述输入段自所述减速器的输出端至所述减速器的输入端依次设置，所述第二曲拐与所述输出轴连接段、所述第一曲拐、所述输入段之间均相对的偏心设置，所述第一曲拐与所述输出轴连接段、所述第二曲拐、所述输入段之间均相对的偏心设置；
所述输入段转动安装在所述壳体上；所述第二曲拐的第二曲拐轴线与所述第二内环的第二内环轴线共线，所述第一曲拐的第一曲拐轴线与所述第一内环的第一内环轴线共线，
所述第二内环轴线做公转运动的第二公转轴线、所述第一内环轴线做公转运动的第一公转轴线、所述输出轴的输出轴轴线和所述输出轴连接段的输出轴连接段轴线共线。
2.根据权利要求1所述的减速器，其特征在于：所述第二太阳轮为太阳齿轮，所述第二内环为第二内齿圈。
3.根据权利要求1所述的减速器，其特征在于：所述第二太阳轮为第二太阳锥盘，所述第二太阳锥盘与所述第二内环啮合。
4.根据权利要求1或2或3所述的减速器，其特征在于：所述第一太阳轮为第一太阳锥盘，所述第一内环与所述第一太阳锥盘啮合。
5.根据权利要求2所述的减速器，其特征在于：所述第一太阳轮为太阳齿轮，所述第一内环为第一内齿圈。
6.根据权利要求1所述的减速器，其特征在于：所述第二内环通过中间过渡盘与第一内环连接，所述中间过渡盘设置在所述第二内环和所述第一内环之间，所述中间过渡盘与所述第二内环沿第二方向滑动连接，所述中间过渡盘与所述第一内环沿第一方向滑动连接，所述第二方向与所述第一方向相交。
7.一种差速驱动装置，其特征在于：包括权利要求1-6中任二项所述的减速器，所述减速器的输出轴连接有驱动电机。
8.根据权利要求7所述的差速驱动装置，其特征在于：所述壳体上还安装有编码器，所述编码器与所述驱动电机传动连接。
9.一种机械臂，其特征在于：设置有权利要求1-6中任一项所述的减速器和/或权利要求7-8中任一项所述的差速驱动装置。
10.一种机器人，其特征在于：设置有权利要求1-6中任一项所述的减速器和/或权利要求7-8中任一项所述的差速驱动装置。
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