CN106870644A - 工业机器人高刚性之rv减速器 - Google Patents

工业机器人高刚性之rv减速器 Download PDF

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吴声震
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吴小杰
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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之RV减速器,包括左、右刚性盘、内摆线齿圈、二摆线轮、均布曲轴的内摆线部件及包括太阳轮、行星轮的行星部件,其特征在于:曲轴隔挡两侧偏心段上有二轴用弹性挡圈,挡圈与隔挡间有二转臂轴承组件,包括套圈、弹性挡圈与向心轴承,二向心轴承处于轴向预紧结构,二套圈与摆线轮相应的孔配合,或融于孔,二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: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;国产机床,常规制造精度,工艺简单,成本低55‑70%。

Description

工业机器人高刚性之RV减速器 【技术领域】
[0001] 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之RV减速器。 【背景技术】
[0002] 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。”
[0003] 多年来,科技部再而三下达RV减速器863计划,希望我国工业机器人整机企业不再 进口昂贵的日本RV减速器,如《(2011.1-2012.12) 863计划》两课题组:
[0004] 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。”
[0005] 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。”
[0006] 朱孝录《齿轮传动设计手册》指出:
[0007] “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larc min; —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)
[0008] 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(1〜1.5arc min) 〇
[0009]
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:
[0010] 表7-77弹性变形引起输出轴的转角
[0011]
Figure CN106870644AD00031
[0012] 《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)
[0013] 现在来分析表7-77中,哪一轴承的弹性变形高达192.1〃〜3.2'?
[0014] ⑴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:
[0015] 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。
[0016] (2)弹性变形高达192.1〃的轴承应该是曲轴上圆柱滚子轴承:
[0017] 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。
[0018] 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。
[0019] 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】
[0020] 本发明目的在于提供一种工业机器人高刚性之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。
[0021]内摆线传动是一种内摆线齿圈与摆线轮啮合的传动,因而也属于摆线传动技术领 域。
[0022] 解决上述弹性变形和间隙回差两大技术问题所采用的具体技术方案如下:
[0023] 所述曲轴隔挡两侧的二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,其中:
[0024] 第一转臂轴承组件包括第一套圈及套圈内孔的第一孔用弹性挡圈与设在弹性挡 圈两侧的第一向心轴承,两只第一向心轴承处于轴向预紧的刚性结构;
[0025] 第二转臂轴承组件包括第二套圈及套圈内孔的第二孔用弹性挡圈与设在弹性挡 圈两侧的第二向心轴承,两只第二向心轴承处于轴向预紧的刚性结构。
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 所述第一、第二向心轴承为深沟球轴承。
[0029] 所述第一、第二向心轴承为向心推力球轴承。
[0030] 所述第一、第二向心轴承为单列圆锥滚子轴承。
[0031] 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。
[0032]【有益效果】
[0033] (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;
[0034] (2)国产机床,常规制造精度,工艺简单,成本低55-70% 【附图说明】
[0035] 图1本发明实施例的结构示意图
[0036] 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
[0037] 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】
[0038] 如图1〜3所示,一种工业机器人高刚性之RV减速器,包括内摆线及行星部件,所述 内摆线部件包括左、右刚性盘1、24、内摆线齿圈11、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支承在内摆线齿圈11 两侧内孔,所述行星部件包括太阳轮4及行星轮7,所述太阳轮4设在输入轴22上,所述输入 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:
[0039] 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,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。
[0040] 所述工业机器人高刚性之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。
[0041] 所述的工业机器人高刚性之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。
[0042] 所述的工业机器人高刚性之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。
[0043] 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a,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a 越大,轴向负荷能力Fa越大,轴承的刚性就越大。
[0044] 所述的工业机器人高刚性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a:普通型a = l〇°〜19°与加大型a = 25°〜29°, 接触角a越大,其轴向负荷能力Fa就越大。
[0045] 所述的工业机器人高刚性之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。
[0046] 内摆线齿圈取代通用摆线的针轮,优点是结构简单、另件少,减速比159时毋须抽 齿。
[0047] “由于内摆线齿圈与摆线轮为纯滚动啮合且润滑状态良好,因此在输入功率相同 情况下,双摆线啮合副比之通用摆线,承载力约提高50%。”(沈培基等《摆线等距线齿轮传 动副及其装置》)
[0048]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之RV减速器,包括内摆线及行星部件,所述内摆线部件包括 左、右刚性盘(1、24)、内摆线齿圈(11)、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)支承在内摆线 齿圈(11)两侧内孔,所述行星部件包括太阳轮⑷及行星轮(7),所述太阳轮⑷设在输入轴 (22)上,所述输入轴(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⑵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之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之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之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之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之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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