CN106884961B - 轴承减速机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了机械传动领域内的轴承减速机,包括外壳、保持架、偏心轮、轴承压板,外壳固定在轴承压板上,保持架位于外壳与轴承压板之间,保持架的顶部沿圆周方向均匀放置有若干内排滚珠/柱,偏心轮与内排滚珠/柱连接;保持架外侧壁设有若干卡槽,卡槽内设有外排滚珠/柱;外壳内侧壁的截面轮廓线为围成圆形的波纹线状类圆轨道,外排滚珠/柱与外壳内侧壁滚动接触;保持架的中部向外凸起,保持架的中部滑动连接在外壳与轴承压板之间,保持架的底部设有若干连接孔。本方案通过偏心轮、滚珠、轴承圈和波纹轮廓线类圆轨道之间的精密配合实现输入轴的转速减速,运作噪音小,产生热量小,磨损小,传动比大,更适于工业机器人的精密减速传动。

Description

轴承减速机
技术领域
本发明涉及机械传动领域,具体涉及一种轴承减速机。
背景技术
目前应用于机器人领域的减速机主要有两种,一种是日本Nabtesco 帝人精机公司的Rotate Vector减速器(简称RV减速器),另一种是日本Harmonic Drive的谐波减速器,他们几乎垄断了全球的机器人用减速器。在机器人关节中,由于RV减速器具有更高的刚度和回转精度,一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置,而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部。
谐波减速器的传动是通过薄壁柔性齿轮的径向弹性变形实现转速变换和动力传递,薄壁柔性齿轮承载能力和传动刚度相对较低,同时柔性齿轮也易因周期性形变而发生疲劳损坏,故主要用于中、轻负载的精密传动系统,多用作工业机器人腕部、手部的精密减速传动。
RV减速器由一级渐开线圆柱行星齿轮传动和一级摆线针轮行星传动复合而成。在结构设计上的特点是:动力由主动小齿轮输入后,由三个周向均布的行星齿轮带动三个转臂同步驱动两片相错180 度偏心布位的摆线轮,摆线轮与针齿之间形成多齿差啮合,产生的输出力矩由转速输出机构输出。RV 减速器具有结构紧凑、传动比大、承载能力强以及传动刚度高等许多优点。然而,RV 的基本结构仍然存在缺陷。一方面,由于采用渐开线齿轮传动,常常因为接触齿数少、齿面作用力大和齿面相对滑动速度大等原因而产生齿面胶合,使得齿形磨损,导致啮合不良,齿形间有超额摩擦磨损,产生噪音和发热等问题;另一方面,由于摆线轮与针齿采用多齿差啮合,同啮合齿数虽然相比单齿差啮合情形下要多,但是仍未达到全啮合状态,导致啮合过程中部分针齿与摆线轮轮廓之间存在间隙,啮合时针齿与摆线轮之间易产生滑动摩擦,长期运转后会对针齿和摆线轮造成较严重的磨损,产生噪音和发热现象,严重时导致减速器失效报废。
综上,现有应用于机器人领域的减速机多存在承载能力低,传动刚度低,噪音大,易发热等问题。
发明内容
本发明意在提供轴承减速机,以解决现有减速器噪音大的问题。
为达到上述目的,本发明的基础技术方案如下:轴承减速机,包括外壳、保持架、输入轴和轴承压板,输入轴连接有偏心轮,保持架的顶部呈圆形均匀放置有若干内排滚珠/柱,偏心轮的轮面与内排滚珠/柱相抵;保持架外侧壁上设有若干沿圆周均匀分布的保持板,相邻保持板之间设有外排滚珠/柱,内排滚珠/柱与外排滚珠/柱之间设有轴承圈;外壳内侧壁上设有若干插槽,插槽的横截面为弧形,相邻插槽之间圆弧过渡,每个外排滚珠/柱均与外壳内侧壁滚动接触。
本方案实际应用时,外壳和轴承压板作为主体外形的支撑结构,外壳和保持架作为减速机构的主体支撑结构,保持板能够对外排滚珠/柱进行定位和限位,防止外排滚珠/柱活动造成传动失效,同时为保持架和滚珠/柱提供稳定的支撑;输入轴和偏心轮作为动力输入端,内排滚珠/柱和外排滚珠/柱作为动力传输件,轴承圈作为降速保护件,外排滚珠/柱的的数量大于外壳内侧壁上插槽的数量,外壳内侧壁与外排滚珠/柱之间形成全啮合的活齿传动机构。
输入轴通过外力驱动,输入轴上的偏心轮跟随输入轴转动,偏心轮轮面与内排滚珠/柱之间的摩擦带动内排滚珠/柱转动。内排滚珠/柱与轴承圈滚动接触,两者之间的摩擦力使内排滚珠/柱转动带动轴承圈转动,轴承圈与外排滚珠/柱之间滚动接触,两者之间的摩擦力使轴承圈转动带动外排滚珠/柱转动,轴承圈在内排滚珠/柱和外排滚珠/柱之间进行降速传递,防止内排滚珠/柱与外排滚珠/柱直接接触,两者高速摩擦产生发热、烧蚀、磨损等问题;外壳固定不动,外排滚珠/柱转动的同时在外壳内侧壁上滚动,外壳内侧壁上设有圆弧过渡的插槽,偏心轮转动使得内排滚珠/柱、轴承圈和外排滚珠/柱均受到偏心挤压,使得外排滚珠/柱始终在外壳内侧壁上的插槽之间滚动,外排滚珠/柱在滚动时受到插槽之间圆弧面的阻挡,当偏心轮转动推挤外排滚珠/柱时,其周向的转动力使外排滚珠/柱克服圆弧面的阻力滚动前进,由于外壳的插槽数与外排滚珠/柱的数量不等,外排滚珠/柱同时与外壳内侧壁、保持板、轴承圈接触,因此,外排滚珠/柱在与外壳内侧壁啮合时产生周向错齿运动,外排滚珠/柱挤压推动保持板,使保持板推动保持架转动,输入轴的转动通过上述传动后转变为保持架的转动,在这过程中通过外排滚珠/柱与外壳内侧壁之间的传动实现动力传输的减速。
本方案通过圆形的偏心轮、多级滚珠传动、若干截面为弧形的插槽相互圆弧过渡形成的类圆轨道组成全啮合的活齿传动结构,滚珠与类圆轨道和偏心轮之间均始终处于紧密接触的状态,配合误差小,使用过程中不会产生较大的磨损和噪音,偏心轮转动时所有的外排滚珠/柱均与类圆轨道接触形成全啮合,径向负荷被外排滚珠/柱和内排滚珠/柱均分,使内部受力均衡避免了受力不均产生滑动摩擦造成磨损和噪音;采用滚珠使传动过程中内部零件之间为滚动摩擦,相比于现有技术的齿形啮合不存在齿的胶合现象造成的疲劳缺陷和磨损缺陷,内部零件的磨损小,使用寿命更长;偏心轮输入转速通过内排滚珠/柱、轴承圈、外排滚珠/柱和外壳之间的多级降速传动,每一个滚珠/柱均参与减速传动,偏心轮转动多圈才会驱使外排滚珠/柱与外壳作用后推动保持架转动一定角度,使得传动比大;保持板限定外排滚珠/柱的位置,减少内部的活动空间,同时通过与外排滚珠/柱、轴承圈等的紧密接触使结构更加紧凑、无受力薄弱环节,加强保持架的力学性能,使轴承减速机能够承受较高的负载。综上,本发明通过内排滚珠/柱、轴承圈、外排滚珠/柱和外壳形成活齿传动结构,采用全啮合纯滚动传动,能有效降低内部零件之间的噪音和磨损,具有噪音小、传动比大、使用寿命长、结构紧凑等特点,构思巧妙,结构新颖,相比于现有技术更加适于实用。
优选方案一,作为基础方案的一种改进,轴承圈的内壁与内排滚珠/柱相抵,轴承圈的外壁与外排滚珠/柱相抵。这样轴承圈与内排滚珠/柱和外排滚珠/柱之间连接更加可靠稳定,保证内排滚珠/柱转动时能够有效的将动力通过轴承圈传送给外排滚珠/柱,且设置轴承圈能避免内排滚珠/柱与外排滚珠/柱直接接触,防止两者之间剧烈的相对摩擦产生噪音或高温导致烧蚀,使轴承减速机运转更加稳定可靠,使用寿命更长。
优选方案二,作为优选方案一的一种改进,偏心轮上端的输入轴上固定有上输入轴承,偏心轮下端的输入轴上固定有下输入轴承,保持架内壁的中部向内凸起形成限位环,下输入轴承放置在限位环上端。设置上输入轴承和下输入轴承能够对输入轴进行限位定心和导向,使输入轴更加稳定,设置限位环便于对下输入轴承进行限位安装,使得定位装配更加简单容易。
优选方案三,作为优选方案二的一种改进,所述外壳包括圆环状的侧板,侧板内壁的上部向内延伸形成圆环状的上端板,侧板外壁的下部向外延伸形成圆环状的下端板,下端板固定连接在轴承压板上,插槽位于上端板的内侧壁上,所有外排滚珠/柱均与上端板内侧壁滚动接触。这样设置下端板便于对外壳进行定位安装,上端板和侧板便于对保持架进行限位和保护,上端板的内侧壁设置插槽使得内侧壁的截面轮廓线为接近于摆线状的波纹线围成的类圆轨道,外排滚珠/柱在偏心轮的推挤下沿着类圆轨道运动,使得轴承减速机外壳功能多样,减少内部零件,集成化程度高,降低结构复杂程度,降低多零件配合时误差带来的影响。
优选方案四,作为优选方案二的一种改进,所述保持架包括从上至下依次设置的输入环、安装环和输出环,输入环的外侧壁上设有若干卡槽,卡槽位于相邻两个保持板之间,所述安装环滑动连接在外壳与轴承压板之间,输出环的底部设有若干均匀分布的连接孔。这样设置输入环作为保持架的动力输入承载结构,安装环作为保持架的安装定位结构,输出环作为保持架的动力输出结构,设置输出孔用于将保持架的运动转化为动力输出;设置卡槽能为外排滚珠/柱提供限位和保护,在保持架使用过程中外排滚珠/柱间歇性受到内排滚珠/柱和中心轮壳体的挤压,通过卡槽可为外排滚珠/柱提供一定的缓冲间隙,使外排滚珠/柱在相邻保持板之间能够进行弹性运动,减少外排滚珠/柱与保持板、内排滚珠/柱、中心轮壳体之间刚性挤压造成的较大滑动摩擦带来的磨损、噪音等不良影响;使得保持架的结构更加合理,受力更加均匀,使用寿命更长。
优选方案五,作为优选方案四的一种改进,安装环的顶部与上端板的底部之间设有上平面推力轴承,安装环的底部与轴承压板的顶部之间设有下平面推力轴承。通过上、下平面推力轴承使得安装环的上、下端分别与外壳、轴承压板之间为滚动摩擦接触,安装环与外壳侧壁之间的摩擦阻力更小,使用过程中对安装环的磨损小,保持架的转动更加顺畅,不会产生明显的噪音。
优选方案六,作为优选方案五的一种改进,所述轴承压板的上端设有圆环状的凸肋,凸肋的外径与外壳侧板的内径相同,下平面推力轴承的外径与凸肋的内径相同,输出环的外径与轴承压板的内径相同。设置凸肋一方面能增强轴承压板的强度和抗变形能力,另一方面能对下平面推力轴承进行定位和限位,使下平面推力轴承定位更加准确,运转更加稳定,使减速机运转更加顺畅。
优选方案七,作为优选方案二的一种改进,安装环的外侧壁与外壳侧板的内侧壁之间设有输出支撑滚珠/柱。设置输出支撑滚珠/柱对安装环的外侧进行限位,同时使安装环外侧壁与外壳侧板之间为滚动摩擦接触,安装环与外壳侧壁之间的摩擦阻力更小,使用过程中对安装环的磨损小,保持架的转动更加顺畅,不会产生明显的噪音。
优选方案八,作为基础方案至优选方案七任一的一种改进,外壳上端板的顶部螺栓连接有盖板,盖板的中部设有输入孔,输入孔与输入轴同心设置,盖板的底部呈阶梯状,盖板的底部分别与上输入轴承、内排滚珠/柱、轴承圈、外排滚珠/柱、保持板和外壳的顶部相抵。设置盖板对减速机内部的轴承、滚珠/柱进行遮挡,防止外界杂质、灰尘等进入减速机内部,避免减速机内部夹杂杂质、灰尘影响减速机零部件之间的传动精度,减少零部件之间的磨损,进一步降低噪音。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图;
图2为本发明实施例中保持架的结构示意图;
图3为本发明实施例中外壳的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明:
说明书附图中的附图标记包括:轴承压板1、凸肋11、保持架2、保持板21、内排滚柱22、外排滚柱23、输入环24、安装环25、输出环26、卡槽27、限位环28、连接孔29、外壳3、上平面推力轴承31、输出支撑滚柱32、下平面推力轴承33、上端板34、环形凸起341、侧板35、凹槽351、下端板36、插槽37、安装孔38、装配孔39、盖板4、偏心轮5、上输入轴承51、下输入轴承52、轴承圈6。
实施例基本如附图1所示:轴承减速机,包括外壳3、保持架2、输入轴、轴承压板1,外壳3通过螺钉固定连接在轴承压板1上,保持架2位于外壳3与轴承压板1之间,输入轴上一体成型有圆形的偏心轮5,偏心轮5上方的输入轴上过盈配合有上输入轴承51,偏心凸轮下方的输入轴上过盈配合有下输入轴承52。如图2所示,保持架2包括一体成型的圆环状的本体,本体包括从上至下依次分布的输入环24、安装环25和输出环26,输入环24的顶部沿圆周方向均匀放置有若干内排滚柱22,输入环24内壁的底部向外凸起形成限位环28,输入轴卡接在保持架2上,下输入轴承52卡接在限位环28顶部,上输入轴承51位于保持架2上方,偏心轮5的轮面与所有内排滚柱22均相抵;输入环24的外侧壁上设有若干沿圆周均匀分布的卡槽27,相邻卡槽27之间的输入环24外侧壁上一体成型有保持板21,卡槽27内设有外排滚柱23,每个外排滚柱23均卡接在相邻两个保持板21之间;内排滚柱22的外侧设有轴承圈6,轴承圈6位于内排滚柱22与外排滚柱23之间,轴承圈6的内壁与所有内排滚柱22均相抵,轴承圈6的外壁与所有外排滚柱23均相抵,内排滚柱22、轴承圈6、外排滚柱23和保持板21的上端齐平。如图3所示,外壳3包括圆环状的侧板35,侧板35内壁的上部向内延伸形成圆环状的上端板34,侧板35的外壁的下部向外延伸形成圆环状的下端板36,上端板34的内侧壁上设有若干截面为弧形的插槽37,相邻两个插槽37之间采用圆弧过渡,使得上端板34的内侧壁为波浪形,所有外排滚柱23均与上端板34的内侧壁相抵,形成类似全啮合的接触关系,外排滚柱23的数量比插槽37的数量多一个;上端板34的底部设有环形凸起341,侧板35内壁的下部设有环状的凹槽351。轴承压板1为圆环状,轴承压板1的上端设有圆环状的凸肋11,凸肋11的外径与外壳3侧板35的内径相同,轴承压板1的外径与外壳3下端板36的外径相同,下端板36上设有装配孔39,在装配孔39处通过螺钉将下端板36固定连接在轴承压板1的上端。安装环25位于上端板34与轴承压板1之间,安装环25的顶部与环形凸起341之间过盈配合有上平面推力轴承31,安装环25的底部与轴承压板1的顶部之间过盈配合有下平面推力轴承33,下平面推力轴承33的外径与凸肋11的内径相同;安装环25的外侧壁与凹槽351之间过盈配合有输出支撑滚柱32。输出环26位于轴承压板1的内侧,输出环26的底部设有若干连接孔29。外壳3上端板34的顶部设有安装孔38,安装孔38内螺栓连接有盖板4,盖板4的中部设有输入孔,输入孔与输入轴同心设置,盖板4的底部呈阶梯状,盖板4的底部分别与上输入轴承51、内排滚柱22、轴承圈6、外排滚柱23、保持板21和外壳3上端板34的顶部相抵。
本实施例中,实际应用时,轴承压板1通过螺栓将轴承减速机固定安装,外界动力使输入轴转动,输入轴转动带动偏心轮5转动,偏心轮5与内排滚柱22之间的摩擦使内排滚柱22转动,实现将动力传输给内排滚柱22,内排滚柱22通过与轴承圈6之间的摩擦力将动力传输给轴承圈6,轴承圈6通过与外排滚柱23之间的摩擦力将动力传输给外排滚柱23,使外排滚柱23在卡槽27内转动,在这过程中偏心轮5与内排滚柱22之间、内排滚柱22与轴承圈6之间、轴承圈6与外排滚柱23之间均紧密接触,相互之间为稳定的滚动摩擦,同时外排滚柱23在与上端板34内侧壁的类似全啮合的接触关系下以上端板34的内侧壁轮廓为轨迹滚动,滚动的过程中推动保持板21使保持架2转动,输出环26转动输出动力。上、下平面推力轴承33和输出支撑滚柱32对安装环25进行限位。电机通过输入轴输入动力,输入轴上的偏心轮5轮面与内排滚柱22之间的摩擦带动内排滚柱22转动。内排滚柱22与轴承圈6滚动接触,两者之间的摩擦力使内排滚柱22转动带动轴承圈6转动,轴承圈6与外排滚柱23之间滚动接触,两者之间的摩擦力使轴承圈6转动带动外排滚柱23转动,轴承圈6在内排滚柱22和外排滚柱23之间进行降速传递,外排滚柱23转动的同时在外壳3内壁上滚动,外壳3内侧壁上设有圆弧过渡的插槽37,偏心轮5转动使得内排滚柱22、轴承圈6和外排滚柱23均受到偏心挤压,使得外排滚柱23始终在外壳3内侧壁上的插槽37之间滚动,外排滚柱23在滚动时受到插槽37之间圆弧面的阻挡,当偏心轮5转动推挤外排滚柱23时,使外排滚柱23克服圆弧面的阻力前进,由于外壳3的插槽37数量与外排滚柱23的数量不等,外排滚柱23同时与插槽37、保持板21、轴承圈6接触,受到来自不同方向的摩擦力,因此,外排滚柱23在与插槽37啮合时产生周向错齿运动,外排滚柱23挤压推动保持板21运动,使保持架2转动,转动方向与输入轴转动方向相反,输入轴的转动通过上述传动后转变为保持架2的转动,在这过程中实现动力传输的减速。
以上所述的仅是本发明的实施例,方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出,对于本领域的技术人员来说,在不脱离本发明结构的前提下,还可以作出若干变形和改进,这些也应该视为本发明的保护范围,这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准,说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.轴承减速机,其特征在于,包括外壳、保持架、输入轴和轴承压板,输入轴上一体成型有圆形的偏心轮,保持架的顶部呈圆形均匀放置有若干内排滚珠/柱,偏心轮的轮面与内排滚珠/柱相抵;保持架外侧壁上均匀分布有若干保持板,相邻保持板之间设有外排滚珠/柱,内排滚珠/柱与外排滚珠/柱之间设有轴承圈;外壳内侧壁上设有若干插槽,插槽的横截面为弧形,相邻插槽之间圆弧过渡,每个外排滚珠/柱均与外壳内侧壁滚动接触。
2.根据权利要求1所述的轴承减速机,其特征在于:所述轴承圈的内壁与内排滚珠/柱相抵,轴承圈的外壁与外排滚珠/柱相抵。
3.根据权利要求2所述的轴承减速机,其特征在于:偏心轮上端的输入轴上固定有上输入轴承,偏心轮下端的输入轴上固定有下输入轴承,保持架内壁的中部向内凸起形成限位环,下输入轴承放置在限位环上端。
4.根据权利要求3所述的轴承减速机,其特征在于:所述外壳包括圆环状的侧板,侧板内壁的上部向内延伸形成圆环状的上端板,侧板外壁的下部向外延伸形成圆环状的下端板,下端板固定连接在轴承压板上,所述插槽位于上端板的内侧壁上,所有外排滚珠/柱均与上端板内侧壁滚动接触。
5.根据权利要求3所述的轴承减速机,其特征在于:所述保持架包括从上至下依次设置的输入环、安装环和输出环,输入环的外侧壁上设有若干卡槽,卡槽位于相邻两个保持板之间,所述安装环滑动连接在外壳与轴承压板之间,输出环的底部设有若干均匀分布的连接孔。
6.根据权利要求5所述的轴承减速机,其特征在于:安装环的顶部与上端板的底部之间设有上平面推力轴承,安装环的底部与轴承压板的顶部之间设有下平面推力轴承。
7.根据权利要求6所述的轴承减速机,其特征在于:所述轴承压板的上端设有圆环状的凸肋,凸肋的外径与外壳侧板的内径相同,下平面推力轴承的外径与凸肋的内径相同,输出环的外径与轴承压板的内径相同。
8.根据权利要求7所述的轴承减速机,其特征在于:安装环的外侧壁与外壳侧板的内侧壁之间设有输出支撑滚珠/柱。
9.根据权利要求1至8任一所述的轴承减速机,其特征在于:外壳上端板的顶部螺栓连接有盖板,盖板的中部设有输入孔,输入孔与输入轴同心设置,盖板的底部呈阶梯状,盖板的底部分别与上输入轴承、内排滚珠/柱、轴承圈、外排滚珠/柱、保持板和外壳的顶部相抵。
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