CN106369113A - 工业机器人高刚性中空少齿差减速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业机器人减速器技术领域，一种工业机器人高刚性中空少齿差减速器，包括左、右刚性盘、内齿圈、行星齿轮、曲轴的渐开线少齿差部件及包括太阳轮、行星轮的行星部件，其特征在于：刚性盘、行星齿轮、从动齿轮及太阳轮均有中心孔；曲轴隔挡两侧偏心段上有弹性挡圈，挡圈与隔挡间有转臂轴承组件，包括套圈、弹性挡圈与向心轴承，向心轴承轴向预，套圈与行星齿轮相应孔配合，或融于孔，向心轴承为深沟球轴承，或向心推力球轴承，或单列、或单只双列圆锥滚子轴承。有益效果：转臂轴承轴向预紧，提高了轴承刚性，保证了包括轴承弹性变形引起的回差在内的总回差不超过6arc min；国产机床，常规制造精度，工艺简单，成本低55‑70％。

Description

工业机器人高刚性中空少齿差减速器

【技术领域】

本发明涉及工业机器人减速器技术领域，是韩国赛劲sejin高精度少齿差减速器的改进，采用国产机床、常规制造精度，负载情况下，包括弹性变形引起的的总回差不超过6arc min，一种工业机器人高刚性中空少齿差减速器。

【背景技术】

现有排雷机器人、防爆剧毒机器人、雷达天线方位转台的定向装置及塔式太阳能热发电装置定日镜的跟踪传动装置，等等，不但要求减速器具有高刚性，且要小回差：

方位转台是雷达天线的支撑及定向装置，伺服控制系统使天线能按照预定的规律进行旋转或者跟随目标运动准确指向目标，因此对方位传动装置的传动误差及回差有较高的要求。

定日镜是一种由反射镜、镜架、聚光及跟踪传动装置组成。跟踪传动装置包括两个精密传动装置：方位角传动机构和俯仰角传动机构，整个装置的传动精度和回差要求都很严格。

赛劲sejin减速器，是韩国研发的一种高精度渐开线少齿差减速器，其机械传动方案与RV减速器相同，不同的只是sejin减速器的行星轮采用的是渐开线齿。

中国专利局公开的《一种行星减速器》(201310718320.6)与《一种2K-V型减速器》(201310718558.9)是高精度渐开线少齿差减速器，是秦川发展龙兴元、田沙等的发明。

多年来，科技部再而三下达RV减速器863计划，希望我国机器人整机企业不再遭受昂贵的日本RV的羞辱，可喜的是《(2011.1-2012.12)863计划》两课题组经过两年努力，取得了重大突破，并通过了国家科技部专家组的严格验收，标志着两课题组在创新能力、工艺及制造水平等已跨入了世界先进制造技术行列，不足的是两课题组均没有自主知识产权：

①《第一863课题组》2014.05.13发布：“百利天星传动公司、天津大学、天津职大、沈阳新松公司及娃哈哈集团五家联合的《国家863工业机器人高精度高效率减速器》课题组经过两年努力，于2013年12月通过了国家科技部专家组验收：达到了性能指标要求。”

②《第二863课题组》于2013.12.07发布：“2013年9月5日，经过国家科技部专家严格而缜密的审查，恒丰泰、温州大学、奇瑞装备、苏州博实、兰州爱赛特等申报的《国家863工业机器人高精度高效率减速器工程化研究》通过技术验收。标志着恒丰泰在创新能力、工艺及制造水平等进入了先进制造技术领域。”

但，《华创证劵》记者却指出：“国产机器人核心部件减速器制造商-秦川发展、山东帅克、南通振康及浙江恒丰泰与日本的差距是：精度差、寿命短、质量不稳定。”(2015-11-12)

间隙回差又称几何回差，是指施加3％额定转矩、且各部件良好接触情况下，由渐开线行星和摆线针轮传动中的齿侧隙、轴承间隙等几何因素引起的输出转角值(1～1.5arcmin)。

朱孝录《齿轮传动设计手册》指出：

“机器人用高精度RV传动有两项极严格技术指标：一为运动精度误差不超过1arcmin；一为间隙回差，规定不超过1～1.5arc min，此外，在负载情况下，包括弹性变形引起的回差在内的总回差不能超过6arc min。”(827页)

表7-77弹性变形引起输出轴的转角

影响刚度的因素	引起输出轴的转角	影响刚度的因素	引起输出轴的转角
				摆线针轮传动部分的弹性变形	17.97(″)	曲柄轴的弹性变形	11.4(″)
渐开线齿轮轮齿的变形	0.243(″)	轴承的弹性变形	192.1(″)
				行星轮的弹性变形	24.76(″)	弹性变形总和	246.47(″)

背景技术主要存在问题：RV减速器曲轴上的转臂轴承弹性变形回差大，现阐述如下：

现在来分析表7-77，哪一轴承弹性变形高达192.1″≈3.2′？

(1)刚性盘两侧支承的向心推力球轴承、曲轴及输入轴两侧的圆锥滚子轴承：

向心推力球轴承与圆锥滚子轴承均属于向心轴承系列，理论研究表明：向心轴承系列可以采用轴向预紧的方法来提高刚性。其理论依据是：

结论：刚性盘两侧向心推力球轴承、曲轴及输入轴圆锥滚子轴承不会产生大的弹性变形。

(2)曲轴上，产生弹性变形高达192.1″≈3.2′的轴承应该是圆柱滚子转臂轴承：

这是因为，RV减速器曲轴上，用以支承行星齿轮的转臂轴承是单只圆柱滚子轴承。单只圆柱滚子轴承是无法轴向预紧，即不能通过移动内圈来提高轴承刚性。

专家说：“尽可能增大其他零件的刚度，以弭补轴承刚度的不足”，增大其他零件的刚度，能弭补轴承3.2′的弹性变形吗？

查阅文献知，至今未见背景技术中有涉及减小弹性变形的技术方案。

【发明内容】

本发明目的在于提供一种工业机器人高刚性中空少齿差减速器，采用国产机床、常规制造精度解决高刚性转臂轴承技术问题，从而保证在负载情况下，包括弹性变形引起的回差在内的总回差不能超过6arc min。

本发明适于排雷、防爆剧毒机器人、雷达天线方位转台定向装置及塔式太阳能热发电装置定日镜的跟踪传动装置，等等。

渐开线与摆线同属于少齿差减速传动技术领域，因此，以下所引用的亦适用于本发明。

解决上述弹性变形技术问题所采用的具体技术方案如下：

所述刚性盘、行星齿轮、从动齿轮及太阳轮均有一中心通孔，用以穿插电缆等；

所述曲轴隔挡的两侧偏心段上分别设有二轴用弹性挡圈，二弹性挡圈与隔挡之间分别设有二转臂轴承组件，二转臂轴承组件包括二套圈及套圈内孔的孔用弹性挡圈与弹性挡圈两侧的向心轴承，所述二套圈分别与二行星齿轮上相应的孔配合，向心轴承处于轴向预紧的刚性结构，因而减小了转臂轴承弹性变形引起的弹性回差。

所述二套圈分别与二行星齿轮上相应的孔融为一体，目的是；一方面可选大一号向心轴承，从而提高轴承的负荷能力；另方面简化了结构，此时：转臂轴承组件分别包括孔用弹性挡圈与弹性挡圈两侧的向心轴承，向心轴承处于轴向预紧的刚性结构。

所述第一、第二向心轴承为深沟球轴承。

所述第一、第二向心轴承为向心推力球轴承。

所述第一、第二向心轴承为单列圆锥滚子轴承。

所述第一、第二向心轴承为单只双列圆锥滚子轴承，此时去掉第一、第二孔用弹性挡圈。

【有益效果】

(1)曲轴上转臂轴承采用轴向预紧结构，提高了轴承刚性，保证了包括转臂轴承弹性变形引起的回差在内的总回差不超过6arc min；

(2)国产机床，常规制造精度，工艺简单，成本低55-70％

【附图说明】

图1本发明实施例的结构示意图

图2本发明实施例的曲轴上行星齿轮与带套圈轴承组件结构示意图

图3本发明实施例的曲轴上行星齿轮与无套圈轴承组件结构示意图

【具体实施方式】

如图1～3所示，一种工业机器人高刚性中空少齿差减速器，包括渐开线少齿差及行星部件，所述渐开线少齿差部件包括左、右刚性盘1、24、内齿圈11、第一、第二行星齿轮13、14及均布的三曲轴19，所述左刚性盘1端面上均布三凸缘2穿过第一、第二行星齿轮13、14上相应的孔与右刚性盘24连接成刚性体，左、右刚性盘1、24分别用第一、第二轴承10、15支承在内齿圈11两侧内孔，所述行星部件包括太阳轮4及行星轮3，行星轮3设在曲轴19上，曲轴19两端用第五、第六轴承9、18分别支承在左、右刚性盘1、24上相应孔中，所述曲轴19上第一与第二偏心段间有隔挡，其特征在于：

所述左、右刚性盘1、22、第一、第二行星齿轮13、14、从动齿轮7及太阳轮4均有一中心通孔，用以穿插电缆等；

所述曲轴19隔挡的两侧偏心段上分别设有第一、第二轴用弹性挡圈8、20，二弹性挡圈8、20与隔挡之间分别设有第一、第二转臂轴承组件，二转臂轴承组件包括第一、第二套圈5、16及套圈内孔的第一、第二孔用弹性挡圈12、21与弹性挡圈两侧的第一、第二向心轴承6、17，所述第一、第二套圈5、16分别与第一、第二行星齿轮13、14上相应的孔配合，两只第一、第二向心轴承6、17处于轴向预紧的刚性结构，其技术效果：一是，消除了向心轴承的径向间隙，从而减小转臂轴承的间隙回差；二是，轴向预紧可提高向心轴承刚性，因而减小了转臂轴承弹性变形引起的弹性回差。

所述工业机器人高刚性中空少齿差减速器，其特征在于：所述第一、第二套圈5、16分别与第一、第二行星齿轮13、14上相应的孔融为一体，目的是：一方面可选大一号向心轴承，从而提高轴承的负荷能力；另方面简化了结构，此时：第一、第二转臂轴承组件分别包括第一、第二孔用弹性挡圈12、21与弹性挡圈两侧的第一、第二向心轴承6、17，两只第一、第二向心轴承6、17处于轴向预紧的刚性结构。

所述工业机器人高刚性中空少齿差减速器，其特征在于：第一、第二向心轴承6、17为深沟球轴承。

所述工业机器人高刚性中空少齿差减速器，其特征在于：所述第一、第二向心轴承6、17为向心推力球轴承。

深沟球轴承与向心推力球轴承采用轴向预紧，不但消除了轴承的径向间隙，重要的是轴承在承受联合负荷或轴向负荷时，产生一安全接触角α，钢球与内外圈滚道间会形成一小椭圆接触区，紧根据赫兹应力理论，使接触应力减小，轴承负荷能力提高。显然，安全接触角α越大，轴向负荷能力Fa越大，轴承的刚性就越大。

所述的工业机器人高刚性中空少齿差减速器，其特征在于：所述第一、第二向心轴承6、17为单列圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承的接触角α：普通型α＝10°～19°与加大型α＝25°～29°，接触角α越大，其轴向负荷能力Fa就越大。

所述的工业机器人高刚性中空少齿差减速器，其特征在于：所述第一、第二向心轴承6、17为单只双列圆锥滚子轴承，此时去掉第一、第二孔用弹性挡圈12、21。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种工业机器人高刚性中空少齿差减速器，包括平行轴输入、渐开线少齿差及行星部件，所述平行轴输入包括主动齿轮及从动齿轮(7)，所述渐开线少齿差部件包括内齿圈(11)、左、右刚性盘(1、22)、第一、第二行星齿轮(13、14)及均布的三曲轴(19)，所述左刚性盘(1)端面上均布的三凸缘(2)穿过第一、第二行星齿轮(13、14)上相应孔与右刚性盘(22)连接成刚性体，所述左、右刚性盘(1、22)分别用第一、第二轴承(10、15)支承在内齿圈(11)两侧内孔，所述行星部件包括与从动齿轮(7)连接的太阳轮(4)及行星轮(3)，所述行星轮(3)设在曲轴(19)上，曲轴(19)两端用第三、第四轴承(9、18)分别支承在左、右刚性盘(1、22)上相应的孔中，所述曲轴(19)上设有等偏心距的第一、第二偏心段，二偏心段之间有隔挡，其特征在于：

所述左、右刚性盘(1、22)、第一、第二行星齿轮(13、14)、从动齿轮(7)及太阳轮(4)均有一中心通孔，用以穿插电缆等；

所述曲轴(19)隔挡的两侧偏心段上分别设有第一、第二轴用弹性挡圈(8、20)，二弹性挡圈(8、20)与隔挡之间分别设有第一、第二转臂轴承组件，包括第一、第二套圈(5、16)及套圈内孔的第一、第二孔用弹性挡圈(12、21)与弹性挡圈两侧的第一、第二向心轴承(6、17)，两只第一、第二向心轴承(6、17)处于轴向预紧的刚性结构，所述第一、第二套圈(5、16)分别与第一、第二行星齿轮(13、14)上相应的孔配合。

2.根据权利要求1所述工业机器人高刚性中空少齿差减速器，其特征在于：所述第一、第二套圈(5、16)分别与第一、第二行星齿轮(13、14)上相应的孔融为一体，此时：第一、第二转臂轴承组件分别包括第一、第二孔用弹性挡圈(12、21)与弹性挡圈两侧的第一、第二向心轴承(6、17)，两只第一、第二向心轴承(6、17)处于轴向预紧的刚性结构。

3.根据权利要求1或2所述工业机器人高刚性中空少齿差减速器，其特征在于：第一、第二向心轴承(6、17)为深沟球轴承。

4.根据权利要求1或2所述的工业机器人高刚性中空少齿差减速器，其特征在于：所述第一、第二向心轴承(6、17)为向心推力球轴承。

5.根据权利要求1或2所述的工业机器人高刚性中空少齿差减速器，其特征在于：所述第一、第二向心轴承(6、17)为单列圆锥滚子轴承。

6.根据权利要求1或2所述工业机器人高刚性中空少齿差减速器，其特征在于：第一、第二向心轴承(6、17)为单只双列圆锥滚子轴承，此时去掉第一、二孔用弹性挡圈(12、21)。