CN106641110A - 工业机器人高刚性中空rv减速器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及减速器技术领域，一种工业机器人高刚性中空RV减速器，包括左、右刚性盘、针齿壳、针销、摆线轮与曲轴的摆线部件及包括太阳轮与行星轮的行星部件，其特征在于：刚性盘、摆线轮、从动齿轮及太阳轮均有中心孔；曲轴隔挡两侧偏心段上有轴用弹性挡圈，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，向心轴承处于轴向预紧结构，套圈与摆线轮相应孔配合，或融于孔，向心轴承为深沟球轴承，或向心推力球轴承，或单列圆锥滚子轴承，或单只双列圆锥滚子轴承。有益效果：转臂轴承用轴向预紧结构，提高了轴承刚性，保证包括轴承弹性变形引起的总回差不超过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RV减速器
【技术领域】
本发明涉及工业机器人减速器技术领域，采用国产机床，常规制造精度，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RV减速器。
【背景技术】
国家863机器人专家说：“因关键部件配套瓶颈而衍生的整机企业制造成本居高不下，已经成为中国工业机器人市场发展的严重掣肘。特别是高精度机器人关节减速器产品主要依赖进口，目前75％的市场被Nabtesco和Harmonic Drive公司垄断。”
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，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)
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：
《齿轮传动设计手册》指出：“从计算结果看出(表7-77)，在额定转矩作用下，轴承变形最大，刚度最小…由于轴承的刚度很小，难于提高，而机器人传动对RV减速器整体抗扭刚度又有很高的要求，所以必须尽可能增大其他零件的刚度，以弭补轴承刚度的不足。”(852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(″)
现在来分析表7-77中，哪一轴承的弹性变形高达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消除径向间隙的轴向预紧来提高刚性。
(2)弹性变形高达192.1″的轴承应该是曲轴上圆柱滚子轴承：
这是因为：背景技术用以支承摆线轮的转臂轴承是‘单只’圆柱滚子轴承，单只圆柱滚子轴承是无法轴向移动内圈消除径向间隙，即不能通过轴向预紧来提高轴承刚性。
专家说“尽可能增大其他零件刚度弭补轴承刚度不足”，增大其他零件刚度不可能弭补转臂补轴承192.1″的弹性变形。
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RV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，从而保证了在负载情况下，包括弹性变形引起的回差在内的总回差不能超过6arc min。
解决上述弹性变形技术问题所采用的具体技术方案如下：
所述左、右刚性盘、二摆线轮、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第一、第二轴用弹性挡圈，二弹性挡圈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、第二套圈及套圈内孔的第一、第二孔用弹性挡圈与弹性挡圈两侧的第一、第二向心轴承，所述第一、第二套圈分别与第一、第二摆线轮上相应的孔配合，两只第一、第二向心轴承处于轴向预紧的刚性结构。
所述第一、第二转臂轴承组件分别去掉第一、第二套圈，此时：第一转臂轴承组件包括第一孔用弹性挡圈及设在弹性挡圈两侧的第一向心轴承；第二转臂轴承组件包括第二孔用弹性挡圈及设在弹性挡圈两侧的第二向心轴承，去掉二套圈目的是加大向心轴承的负荷能力。
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摆线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摆线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RV减速器，包括摆线及行星部件，所述摆线部件包括左、右刚性盘1、24、针齿壳11、针齿壳半埋孔中的针销25、第一、第二摆线轮13、14及均布的曲轴19，所述左刚性盘1端面上均布的凸缘2穿过第一、第二摆线轮13、14上相应的孔与右刚性盘24连接成刚性体，所述左、右刚性盘1、24分别用第一、第二轴承10、15支承在针齿壳11两侧内孔，所述行星部件包括太阳轮4及行星轮7，太阳轮4设在输入轴22上，输入轴22分别用第三、第四轴承3、23支承在左、右刚性盘1、24中心孔，所述行星轮7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上相应的孔中，所述曲轴19上第一与第二偏心段之间有隔挡，其特征在于：
所述左、右刚性盘、二摆线轮、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、第二摆线轮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RV减速器，其特征在于：所述第一、第二套圈5、16分别与第一、第二摆线轮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。
所述的工业机器人高刚性中空RV减速器，其特征在于：第一、第二向心轴承6、17为深沟球轴承。
所述的工业机器人高刚性中空RV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，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RV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RV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RV减速器，包括平行轴输入、摆线及行星部件，所述平行轴输入包括主动齿轮及从动齿轮(7)，摆线部件包括左、右刚性盘(1、24)、针齿壳(11)、设在针齿壳半埋孔中的针销(25)、第一、第二摆线轮(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、第二摆线轮(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)支承在针齿壳(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，第一与第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、第二摆线轮(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)，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、第二摆线轮(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RV减速器，其特征在于：所述第一、第二套圈(5、16)分别与第一、第二摆线轮(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RV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RV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RV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RV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、第二孔用弹性挡圈(12、21)。
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