CN105952871A - 一种可以承受轴向力的减速器以及电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可以承受轴向力的减速器以及电机，所述减速器包括设在同一轴承平面的内圈、中间圈和外圈，且所述内圈与中间圈之间设有多个第一滚动元件，所述外圈与中间圈之间设有多个第二滚动元件；多个所述第一滚动元件在内圈与中圈之间以间隔垂直交叉的方式排列，和/或多个所述第二滚动元件在外圈与中间圈之间以间隔垂直交叉的方式排列；所述内圈、中间圈和外圈分别具有沿减速器的轴向方向延伸的内圈延伸部、中间圈延伸部和外圈延伸部，所述中间圈延伸部设在所述内圈延伸部与外圈延伸部之间传输波浪型减速动作；本发明通过对普通轴承的优化设计，使之变成可以承受轴向力并具有减速功能的减速器，具有结构紧凑、性能可靠的优点。

Description

一种可以承受轴向力的减速器以及电机

技术领域

本发明涉及一种减速器结构，具体涉及一种与轴承结构一体化且体积小，减速效率高的减速器结构及电机。

背景技术

众所周知的变速箱本身不能或者不适合承受径向力，因此通常要配合外部或附加径向轴承使用。许多技术应用要求减速动作，但是面临一个问题，也即，众所周知的配合轴承使用的减速箱体积太大，不适合机器人以及电动车和电动轮等小型化要求强烈，并且转速的降低要稳固且精确的技术领域。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术问题提出一种结构紧凑、性能可靠的用于降低滚动元件的转速并可以承受轴向力的减速器以及电机。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种可以承受轴向力的减速器，包括轴承部和减速部，所述轴承部包括从里到外依次设在同一轴承平面的内圈、中间圈和外圈，所述内圈与中间圈之间设有多个第一滚动元件，所述外圈与中间圈之间设有多个第二滚动元件；多个所述第一滚动元件在内圈与中圈之间以间隔垂直交叉的方式排列，和/或多个所述第二滚动元件在外圈与中间圈之间以间隔垂直交叉的方式排列；所述减速部具有至少一个减速级，其中，所述内圈、中间圈和外圈分别具有沿所述轴承部的轴向方向延伸的内圈延伸部、中间圈延伸部和外圈延伸部，所述内圈延伸部、中间圈延伸部以及外圈延伸部位于同一减速级平面上；

所述内圈延伸部的外表面上具有至少一个凸部，所述外圈延伸部的内表面设有凹部；或者所述外圈延伸部的内表面上具有至少一个凸部，所述内圈延伸部的外表面设有凹部；

所述中间圈延伸部设有用于置放径向移动元件的径向通道；所述径向移动元件分别与所述内圈延伸部的外表面以及所述外圈延伸部的内表面接触；

所述中间圈延伸部设在所述内圈延伸部与外圈延伸部之间传输波浪型减速动作。

在本发明中，所述第一滚动元件和/或第二滚动元件为圆柱滚子。

在本发明中，所述第一滚动元件之间装设有间隔保持器或者隔离块；所述第二滚动元件之间装设有间隔保持器或者隔离块。

在本发明中，所述中间圈与中间圈延伸部的连接处的内外两侧分别设有轴承座圈。

在本发明中，所述凹部为沟槽，且该凹部的数量与所述径向通道的数量不同，并且所述凹部的径向深度等于或大于所述凸部在径向方向上的高度。

在本发明中，所述外圈延伸部的内表面上的沟槽的径向深度等于或大于所述内圈延伸部的外表面上的凸部在径向方向上的高度。

在本发明中，所述凸部的形状反映所述凹部的形状的颠倒形式。

在本发明中，所述径向移动元件包括沿轴向设置的至少一组滑动件或移动件。

在本发明中，所述内圈延伸部的外表面与所述中间圈延伸部之间插置有径向柔性滚柱轴承。

在本发明中，所述内圈延伸部的外表面上或所述外圈延伸部的内表面上的凸部的数量为偶数或至少三个的奇数。

在本发明中，所述内圈延伸部设有输入连接键槽，所述中间圈设有输出连接孔、所述外圈延伸部设有用于附接到支撑结构的通孔。

在本发明中，所述内圈设有轴向中心开口，所述轴向中心开口的直径大小为所述外圈的外径的35％-90％。

本发明还提供一种电机，如上述任一种结构的减速器与所述电机的集成或集成到所述电机中，其中，所述电机的壳体形成所述减速器的支撑结构，并且，所述电机的转子驱动式的连接所述减速器的输入圈或者与所述减速器的输入圈成整体。

本发明通过将轴承结构和减速结构组合在一起并进行优化设计，使之变成可以承受轴向力并具有减速功能的减速器，跟通常的减速器相比较，不需要单独的可以承受轴向力的轴承结构，将轴承与减速器设计为一体结构，具有结构紧凑、性能可靠的优点。

附图说明

图1为本发明一实施例中的减速器的结构示意图；

图2为本发明一实施例中的减速器的断面结构示意图；

图3为本发明一实施例中的内圈的结构示意图；

图4为本发明一实施例中的中间圈的结构示意图；

图5为本发明一实施例中的外圈的结构示意图；

图6为本发明一实施例中的减速器的内部结构示意图；

图7a-图7d为本发明一实施例中的减速轴承设有并联二级减速级的结构示意图；

图8a-图8d为本发明一实施例中的减速轴承设有串联二级减速级的结构示意图；

图9为本发明一实施例中的径向移动元件的结构示意图；

图10a、图10b为本发明的电动机的示意性表示，并且，图10c为根据本发明的电动机的另一个实施例的示意性表示。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明的技术方案，以下结合附图及实施例，对本发明的技术方案进行进一步详细说明，显而易见地，下面描述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，还可以根据这些实施例获得其他的实施例。

本发明的减速器，包括从里到外依次设在同一轴承平面的内圈、中间圈和外圈，且内圈与中间圈之间以及外圈与中间圈之间分别设有滚动元件。上述减速器具有至少一个减速级，其中内圈、中间圈和外圈分别具有沿减速器 的轴向方向延伸的内圈延伸部、中间圈延伸部和外圈延伸部，且上述内圈延伸部、中间圈延伸部以及外圈延伸部位于同一减速级平面上。内圈延伸部的外表面上具有至少一个凸部，相应地，外圈延伸部的内表面设有凹部；或者外圈延伸部的内表面上具有至少一个凸部，内圈延伸部的外表面设有凹部；上述凸部的径向方向的高度与凹部的径向方向的深度匹配。中间圈延伸部设在内圈延伸部与外圈延伸部之间并通过径向移动元件传输波浪型减速动作。

为方便加工，上述凹部具体可采用沟槽的形式，且凹部的数量与径向通道的数量不同。特别地，凹部的径向深度等于或大于凸部在径向方向上的高度。以下以外圈延伸部的内表面为沟槽、内圈延伸部的外表面具有凸部的结构进一步揭露本发明的减速器的结构。

图1示意性地示出了上述减速器的横截面。减速器包括同心布设的内圈10、中间圈20、外圈30。在横截面的左边部分，标出了轴承平面41，该轴承平面41上包括三个同心布设的内圈10、中间圈20、外圈30以及多个第一滚动元件50和第二滚动元件51，多个第一滚动元件50和第二滚动元件51分别放置在内圈10与中间圈20之间和中间圈20与外圈30之间。因此，轴承平面41上的元件构成了具有三个可旋转圈的径向滚动轴承。多个第一滚动元件50在内圈10和中间圈20之间以间隔垂直交叉的方式排列(即相邻的第一滚动元件50相互垂直)，和/或多个第二滚动元件51在外圈30和中间圈20之间以间隔垂直交叉的方式排列(即相邻的第二滚动元件51相互垂直)；使得内圈10、第一滚动元件50、中间圈20形成一个十字交叉滚子轴承，和/或外圈30、第二滚动元件51、中间圈20形成一个十字交叉滚子轴承，即减速器至少包括一个十字交叉滚子轴承，另一个则可以根据实际工况选择十字交叉滚子轴承结构形式或者采用圆柱滚子、滚珠、滚针等常用的任何其他种类的滚动元件构成常规结构的轴承。

优选的，第一滚动元件50和/或第二滚动元件51采用圆柱滚子。并且第一滚动元件50和/或第二滚动元件51之间装设有间隔保持器或者隔离块，即圆柱滚子在呈90°的V形沟槽滚动面上通过间隔保持器相互垂直地排列，通过间隔保持器或者隔离块防止第一滚动元件50和/或第二滚动元件51发生倾 斜以及第一滚动元件50和/或第二滚动元件51之间相互摩擦，有效防止了旋转扭矩的增加。

轴承平面41上的内圈10、中间圈20、外圈30以及第一滚动元件50、第二滚动元件51构成的十字交叉滚子轴承的内部结构采用滚子呈90°相互垂直交叉排列，可以承受径向负荷、轴向负荷及力矩负荷等所有方向的负荷。并且内圈10、中间圈20、外圈30的尺寸可以被最大限度地小型化，可以做到接近于极限的小型尺寸，并且具有高刚性，同时也能获得高精度地旋转运动，特别适用于机器人关节部或旋转部等对外形尺寸以及承载能力有特殊要求的应用场合。

内圈10、中间圈20、外圈30分别具有轴向延伸且处于共同减速级平面42的内圈延伸部16、中间圈延伸部26、外圈延伸部36。内圈延伸部16、中间圈延伸部26、外圈延伸部36构成减速级7，并且内圈延伸部16与外圈延伸部36之间设有径向移动件40，中间圈延伸部26设有用于置放径向移动元件40的径向通道24，内圈延伸部16的外表面与径向移动元件40(径向移动元件40遮罩在中间圈延伸部26内部的径向通道24的内部)接触，外圈延伸部36的内表面接触径向移动元件40。

上述径向通道24与外圈延伸部36的沟槽32以及内圈延伸部16的凸部位于同一平面，并引导径向移动元件40的径向移动，使得中间圈延伸部26在内圈延伸部16与外圈延伸部36之间传输波浪型减速动作。后面将结合图3、图5和图6描述内圈延伸部16的外表面12以及外圈延伸部36的结构。

图2示出了图1的减速器5的示意性透视图。可以看出，轴承部分的第一滚动元件50遮罩在中间圈20与内圈10之间，第二滚动元件51遮罩在中间圈20与外圈30之间。减速器5具有中心开口13，其构成减速器5的总直径的重要部分。另外，在内圈10、中间圈20和外圈30中示出了用于附接支撑结构和连接到输入和输出装置的三个通孔，即内圈延伸部16中的输入连接的连接键槽18、中间圈20中的输出连接的通孔28和外圈30中用于附接到支撑结构的通孔38。

图3示出了内圈10的详细视图。内圈10具有大的轴向中心开口13和配 置成圆形轴承座圈11的轴承部分。轴向中心开口13的直径大于外圈30的外径的35％。此外，内圈10的轴向中心开口13的直径大小也可以为外圈30的外径的50％-90％，以适应不同的应用场合，例如，内圈10的轴向中心开口的直径大于外圈外径50％或60％或70％。图3示出了盘状结构的内圈延伸部16，内圈延伸部16具有非圆形的外表面。该非圆形的外表面设有至少一个谷部和至少一个凸部，形成了具有凹凸起伏结构的非圆形周面。如图3所示，内圈延伸部16旁边的部分配置成两个高度错开且并排设置的台阶面14和15，两排径向移动元件40分别设置在台阶面14和15上，提高了减速器的承载能力。

如图4中所示，中间圈20包括轴承部分，且轴承部分的外侧设有圆形轴承座圈21，轴承部分的内侧设有圆形轴承座圈22，轴承座圈21、22分别与图1和图2的第二滚动元件51和第一滚动元件50接触。其中，中间圈20和中间圈延伸部26为分体结构，通过螺钉等连接件连接在一起。当然，中间圈20和中间圈延伸部26也可以采用一体式结构。

中间圈延伸部26包括罩壳23，罩壳23具有径向通道24，径向通道24用于导引图1和图2所示的径向移动元件40的线性移动(或滚动)。中间圈延伸部26本身是圆柱形的结构。中间圈延伸部26的内径略大于凸部直径处的内圈延伸部16的外直径。优选的，径向通道24为两排，与两排径向移动元件40的布设相匹配。

在一具体实施例中，径向移动元件40包括至少一行滚动件，一般为两行滚动件。优选的，滚动件可为滚针、滚珠或者滚柱。当然，滚动件也可以使用滑动件替代。

图5示出了外圈30的结构。外圈30具有配置成轴承座圈31的内圆周轴承表面，轴承座圈31接触图1和图2所示的第二滚动元件51。在轴向方向上，外圈延伸部36具有内表面，其直径小于轴承座圈31的直径并且具有沟槽32，沟槽32径向的深度与内圈延伸部16上的凸部与谷部之间的径向方向的高度差值(以下简称凸部的径向方向的高度)匹配。沟槽32的径向深度随着内圈延伸部16的外表面12的变化而改变。

优选的，沟槽32的数目与中间圈延伸部26的径向通道24的数目不相同， 并且相差极少，通常相差2个，尤其是在只具有2个凸部的情况下。一般情况下，外圈延伸部36的沟槽32的数量比内圈延伸部16的凸部的数量多4倍或更多倍，优选地为10倍或更多倍，以便确保平滑的操作。

为保证径向移动元件40顺利传递波浪形减速动作，外圈延伸部36的内表面上的沟槽32的径向深度等于或大于内圈延伸部16的外表面上的凸部在径向方向上的高度。通过这种结构，可以有效地避免减速器出现三个同心圈之间相互阻挡移动的情况。优选的，内圈延伸部16的外表面上的凸部的形状反映了外圈延伸部36上的沟槽32的形状的颠倒形式，因此，径向通道24中的径向移动元件40将没有游隙或者只有很小的游隙，因而减少了运行过程中各部件出现撕裂和磨损的情况。

穿过减速级平面42的横截面中的单级减速器5的结构，其具有内圈10、中间圈20和外圈30。构造有分隔件23的中间圈延伸部26具有圆形结构。内圈延伸部16的外周表面12在顶部和底部位置与分隔件23的内径匹配，同时在图6示出的左侧和右侧位置上，与分隔件23的内表面之间设有狭窄的间隙。因此，内圈延伸部16的外表面12不是标准的圆形，而是带有两个图中示出在顶部和底部位置的凸部。外圈延伸部36的内表面具有多个沟槽32，该沟槽32比位于分隔件23的径向通道24内部的径向移动元件40的长度略宽。

为了保持减速器5的极小直径的同时增加减速器5的承载能力，在中间圈延伸部26的罩壳的径向通道24内设置两行或更多行的径向移动元件40。

减速器5工作时，内圈10的旋转将使得径向移动元件40在分隔件23中形成波形运动。由于沟槽32的数目比径向通道的数目多，所以内圈10的旋转为减速器5的输入，将使得凸部通过时，径向移动元件40被推到外圈延伸部36的相应沟槽32中，从而使得内圈延伸部16的外周表面12上的凸部每次通过时，中间圈20和外圈30相对于彼此旋转一个沟槽32的位移量。

从以上描述可以看出，减速器5实现了非常紧凑的结构设计，同时确保减速动作和径向承载能力。

图7a到图7d示出了本发明的另一个实施例，本实施例中的减速轴承具有两个减速级107、109，构成同心布置的两级减速轴承105。图7示出的第 一减速级107包括内圈10、中间圈20和外圈30，第二减速级109包括内圈110、中间圈120和外圈130。第一减速级107的外圈30与第二减速级109的内圈110设在同一结构上。图7示出的同心的两级配置的这个中间圈30/110在轴承平面41中具有两个轴承座圈，即一个在内侧，一个在外侧。

二级减速轴承105的五个同心圈10、20、30/110、120、130中的每一个同心圈都分别具有自身的轴向延伸部，这些轴向延伸部原则上构造与前述的轴向延伸部的构造相同。

图7b示出了从侧面观察两级减速轴承105的结构，其中有三个区域敞开以示出减速轴承105内部的不同结构。通过右上方的敞开区域能够看到轴承平面41里面，其中有同心圈10、20、30/110、120、130以及滚动元件50、51、50’、51’，共同构成减速轴承105的径向轴承功能。

图7中最下面的敞开区域A在图7d中放大示出。可以清楚的看出，最内侧的第一减速级107的配置方式与例如图6的单级实施例相同。图7c示出了区域B的放大图。

在包括区域B的内部视图中，可以看到第二级减速级109的减速平面42的内部，其中示出了第二减速级109中的径向移动元件40大于例如图7b中的区域B中示出的第一减速级107中的径向移动元件40。第二减速级109中的作用原理与第一减速级107中的相同。

通过这种两个减速级平行同心配置，可以将两个减速级组合成一个减速动作，这个减速动作具有非常大的减速因子，这个减速因子是计算值为第一减速级107的减速因子与第二减速级109的减速因子的乘积。因此可以实现更大的减速因子。因此，可以实现10000和更大的减速因子。

在上述结构中，因为减速轴承5、105的轴承平面41中的轴承部分受到径向力，所以减速级平面42中结合的减速动作大部分不受径向力，因此，径向力导致的阻挡得到有效地消除。

图8a到图8d示出了另一个实施例。减速轴承205是串联配置的两级减速元件，两个减速级207、209沿着减速轴承205的中心轴线6轴向地对准，减速轴承205同样具有上述的基本形状。如图8b所示，两个减速级207和209 中的每一个分别包括三个同心圈10、20、30和210、220、230，其主要构造与前面图中所示以及所述的结构相同。

在图8中示出的配置中，第一减速级207的内圈10受到输入连接18的驱动。外圈30可以通过通孔38附接到支撑结构(未示出)。内圈10旋转将使得第一减速级207的中间圈20更慢地旋转，以达到更好的减速效果。

第一减速级207的中间圈20经过由驱动连接结构212连接到第二减速级209的内圈210，驱动连接结构212可以采用花键连接结构。花键连接结构(图8d中用放大视图示出)具有圆周锯齿，图8c中用放大视图示出。

中间圈220具有输出连接225。外圈230同样具有通孔38，用于连接到支撑结构。因此，第一减速级207的内圈10的输入端18处的旋转使得第二减速级209的中间圈220中的输出端225非常慢的旋转。

优选的，减速级207、208可以用模块化的方式建构，从而使得可以通过选择减速级的数量来达到期望的减速比，并且使用图8所示的方式组合减速级，以便达到可以自由选择的高减速比。

两个减速级207、209可以用如图8中所示出的相同方式实现，也可以采用背对背的轴承平面或减速平面结构，具体结构根据期望的配置进行设置。

如图9所示，为减少径向移动元件40在径向通道内移动的阻力，上述径向移动元件40可包括径向移动元件主体401和分别设在径向移动元件主体401的轴向两端、并用于与径向通道24的轴向端面相抵接的接触部402，且每一接触部402由径向移动元件主体401的轴向端面延伸形成。通过该方式，可减少径向移动元件40在移动过程中的磨损。

进一步地，上述径向移动元件主体401为圆柱形，接触部402设有一接触点403，并且该接触点403位于径向移动元件主体401的中轴线上，接触部402通过接触点403与径向通道24的轴向端面形成点接触。并且接触部402由径向移动元件主体401处至接触点403处的尺寸逐渐减小。这样，可保证径向移动元件40在移动过程中保持平稳。

图10a、图10b中示意性示出了根据本发明的电动机2、2’的两个示例性实施例。

图10a示出的电动机2包括转子71、壳体72、定子73、线圈74，其中线圈74绕设在转子71上，壳体72遮罩着定子73，定子73布置在转子71的周围。转子71通过线圈74两侧的电机轴承70在轴向方向上支撑在壳体72上。如图1所示的减速轴承5通过壳体连接件76附接到壳体72，转子71通过花键连接件75驱动式连接至减速轴承5的内圈10，中间圈20具有输出连接28，其相对于转子71减速旋转。这里，减速轴承5通过花键连接件75和壳体连接件76与电动机2集成。

图10b示出了另一电动机2’，该电动机2’与图10a示出的电动机2的区别在于，减速轴承5是完全集成的。壳体72与外圈30成整体。转子71与减速轴承5的内圈10成整体，且仅有一个电机轴承70。在另一侧上的径向力由减速轴承5承受，尤其是布置在轴承平面41中的轴承部分。

在图10c示出的电动机的另一实施例中，其集成度更高。图10c中示出了薄间隙型电动机2、2’。减速轴承5完全集成。壳体172与中间圈20成整体。转子171与减速轴承5的内圈10成整体，定子173离转子171有小间隙。因此，可以实现尺寸构建非常小的电动机2、2’。

上述实施例中的电动机2、2’，具有非常高效且紧凑的设计，这在机器人技术和其它要求紧凑的电动机实现减速动作的技术领域中非常有用。

上述实施例中的电机，具有非常高效且紧凑的设计，这在机器人技术和其它要求紧凑的电机实现减速动作的技术领域中非常有用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种可以承受轴向力的减速器，其特征在于，包括轴承部和减速部，所述轴承部包括从里到外依次设在同一轴承平面的内圈、中间圈和外圈，所述内圈与中间圈之间设有多个第一滚动元件，所述外圈与中间圈之间设有多个第二滚动元件；多个所述第一滚动元件在内圈与中圈之间以间隔垂直交叉的方式排列，和/或多个所述第二滚动元件在外圈与中间圈之间以间隔垂直交叉的方式排列；所述减速部具有至少一个减速级，其中，所述内圈、中间圈和外圈分别具有沿所述轴承部的轴向方向延伸的内圈延伸部、中间圈延伸部和外圈延伸部，所述内圈延伸部、中间圈延伸部以及外圈延伸部位于同一减速级平面上；

所述内圈延伸部的外表面上具有至少一个凸部，所述外圈延伸部的内表面设有凹部；或者所述外圈延伸部的内表面上具有至少一个凸部，所述内圈延伸部的外表面设有凹部；

所述中间圈延伸部设有用于置放径向移动元件的径向通道；所述径向移动元件分别与所述内圈延伸部的外表面以及所述外圈延伸部的内表面接触；

所述中间圈延伸部设在所述内圈延伸部与外圈延伸部之间传输波浪型减速动作。

2.如权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述第一滚动元件和/或第二滚动元件为圆柱滚子。

3.如权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述第一滚动元件之间装设有间隔保持器或者隔离块；所述第二滚动元件之间装设有间隔保持器或者隔离块。

4.如权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述中间圈与中间圈延伸部的连接处的内外两侧分别设有轴承座圈。

5.如权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述凹部为沟槽，且该凹部的数量与所述径向通道的数量不同，并且所述凹部的径向深度等于或大于所述凸部在径向方向上的高度。

6.如权利要求5所述的减速器，其特征在于，所述外圈延伸部的内表面上的沟槽的径向深度等于或大于所述内圈延伸部的外表面上的凸部在径向方向上的高度。

7.如权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述凸部的形状反映所述凹部的形状的颠倒形式。

8.如权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述径向移动元件包括沿轴向设置的至少一组滑动件或移动件。

9.如权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述内圈延伸部的外表面与所述中间圈延伸部之间插置有径向柔性滚柱轴承。

10.如权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述内圈延伸部的外表面上或所述外圈延伸部的内表面上的凸部的数量为偶数或至少三个的奇数。

11.如权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述内圈延伸部设有输入连接键槽，所述中间圈设有输出连接孔、所述外圈延伸部设有用于附接到支撑结构的通孔。

12.如权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述内圈设有轴向中心开口，所述轴向中心开口的直径大小为所述外圈的外径的35％-90％。

13.一种电机，其特征在于，如权利要求1至12中任一项权利要求所述的减速器与所述电机的集成或集成到所述电机中，其中，所述电机的壳体形成所述减速器的支撑结构，并且，所述电机的转子驱动式的连接所述减速器的输入圈或者与所述减速器的输入圈成整体。