CN108278356B - 齿轮箱及其轻量化方法和机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种齿轮箱及其轻量化方法和机器人，其能够实现润滑脂的填充量的减少和轻量化、并且还能抑制内压的极度上升。该齿轮箱(3)具备：多个齿轮(13、71、72、73、74)，其通过马达进行旋转；外壳(6)，其具有能够旋转地收纳各齿轮的密闭的内部空间；以及垫片(9)，其配置在外壳的内部空间内、并占据一部分内部空间，垫片的密度低于润滑脂，垫片能够以根据内部空间的内压而改变体积的方式发生弹性变形。

Description

齿轮箱及其轻量化方法和机器人

技术领域

本发明涉及齿轮箱及其轻量化方法和机器人。

背景技术

一直以来，已知有一种如下的齿轮传动马达，其在齿轮箱内的不存在齿轮等的空间中，配置有用于填充该空间的垫片，从而实现向齿轮箱内填充的润滑脂的填充量的减少和轻量化(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-224149号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，当驱动齿轮箱内的齿轮进行旋转时，存在如下不良情况：因齿轮的齿面之间的摩擦而使齿轮发热，从而齿轮箱内的压力增大。像这样当压力变得过大时，存在如下不良情况：在齿轮箱内封入润滑脂的密封部件的密封能力超过极限，从而使润滑脂泄漏。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于，提供一种能够实现润滑脂的填充量的减少和轻量化、并且还能够抑制内压的极度上升的齿轮箱及其轻量化方法和机器人。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明采用以下的方案。

本发明的一个方式提供一种齿轮箱，具备：多个齿轮，其通过马达进行旋转；外壳，其具有能够旋转地收纳各所述齿轮的密闭的内部空间；以及垫片，其配置在所述外壳的所述内部空间内，并占据一部分所述内部空间，所述垫片的密度低于润滑脂，所述垫片能够以根据所述内部空间的内压而改变体积的方式发生弹性变形。

根据本方式，通过在能够旋转地支撑多个齿轮的外壳的内部空间中、配置垫片，从而能够防止用于润滑齿轮的润滑脂进入到被垫片占据的内部空间。即、由于一部分内部空间被垫片占据，所以能够大幅度地降低能够充分润滑齿轮的润滑脂的量。由于一部分内部空间被密度比润滑脂更低的垫片占据，所以，即使将能够充分润滑齿轮的润滑脂封入内部空间，也能够实现与润滑脂和垫片之间的密度差相应的量的轻量化。

在该情况下，通过采用能够以根据内部空间的内压而改变体积的方式发生弹性变形的垫片，在内部空间的内压变高时，能够使垫片收缩，并能够抑制内部空间的压力的过度上升。即、即使因齿轮的旋转而在齿面之间产生摩擦，导致齿轮箱发热而使内部空间的内压上升，也可以通过垫片的收缩来抑制压力的过度上升，所以能够防止从密封齿轮箱的密封部件泄漏润滑脂、或者能够防止密封部件破损。

在上述方式中，所述垫片可以由各气孔独立的多孔弹性材料构成。

通过如此，能够防止润滑脂经由气孔进入到垫片内，并能够有效地利用用于润滑齿轮的润滑脂。当内部空间的内压上升时，通过使各气孔的容积收缩而使垫片收缩，从而能够抑制压力的过度上升。

在上述方式中，所述垫片也可以通过在多孔弹性材料的表面、实施堵塞气孔的处理而成。

通过如此，通过对表面实施的处理，能够防止润滑脂经由气孔进入到垫片内，并能够有效地利用用于润滑齿轮的润滑脂。作为垫片的原材料，还能够使用具有连续气孔或独立气孔的任一种形式的多孔材料，通过使用具有连续气孔的多孔材料，从而能够提高垫片的柔性。

在上述方式中，所述堵塞气孔的处理可以是对表面进行覆盖的涂覆。

通过如此，通过涂覆垫片表面的气孔，能够简便地进行堵塞。

在上述方式中，所述垫片可以是由弹性材料构成的密闭的袋体。

通过如此，袋体的内部仅仅是空气，能够更有效地实现轻量化，并且在内部空间的内压上升时，使袋体内部的容积收缩从而能够抑制压力的过度上升。

在上述方式中，所述外壳可以具备以收缩的状态收纳所述垫片的收纳空间，所述垫片通过弹性恢复力以不移动的状态保持在所述收纳空间内。

通过如此，在施加外力使垫片收缩并发生了弹性变形的状态下，将垫片配置在外壳的收纳空间内，通过释放外力，使垫片通过弹性恢复力而发生膨胀，由此，无需使用螺钉等特别的固定单元，就能够将垫片固定在外壳内。在该情况下，考虑到因内压上升而产生的收缩，在使垫片收缩过多的状态下将其预先固定在外壳内，从而能够抑制内压的过度上升，并且将垫片以不移动的状态保持在外壳内。

本发明的其他方式是提供一种齿轮箱的轻量化方法，在外壳的密闭的内部空间中，配置垫片，所述垫片的密度低于润滑脂，且所述垫片能够以根据所述内部空间的内压而改变体积的方式发生弹性变形，所述外壳能够旋转地收纳通过马达进行旋转的多个齿轮。

本发明的其他方式是提供一种机器人，具备：所述马达；以及对所述马达的旋转进行减速的所述齿轮箱。

发明效果

根据本发明，可发挥出如下效果：能够实现润滑脂的填充量的减少和轻量化，并且还能够抑制内压的极度上升。

附图说明

图1是表示本发明一个实施方式的机器人所具备的旋转轴模块的主视图。

图2是图1的旋转轴模块所具备的齿轮箱的A-A横剖视图。

图3是图1的旋转轴模块所具备的齿轮箱的纵剖视图。

图4是表示图2的齿轮箱所具备的垫片的一例的立体图。

图5是从其他方向观察图4的垫片的立体图。

图6是用于说明将垫片组装到图1的齿轮箱的外壳内的分解纵剖视图。

图7是表示将垫片组装到图6的齿轮箱的外壳内之后、在齿轮箱中安装了马达的状态的纵剖视图。

附图标记说明

1：机器人

2：马达

3：齿轮箱

6：外壳

9：垫片(袋体)

13：小齿轮(齿轮)

71：第一齿轮(齿轮)

72：第二齿轮(齿轮)

73：第三齿轮(齿轮)

74：第四齿轮(齿轮)

具体实施方式

以下参照附图，对本发明一个实施方式的齿轮箱3和机器人1进行说明。

如图1所示，本实施方式的机器人1具备一个以上的旋转轴模块4，所述旋转轴模块4由马达2和本实施方式的齿轮箱3构成，所述齿轮箱3对该马达2的轴的旋转进行减速并作为输出轴5的旋转而输出。在附图中，附图标记A表示下述的外壳主体10的中心轴，附图标记B表示马达2的中心轴。

例如，通过将第一旋转轴模块4的齿轮箱3的下述的外壳6固定在未图示的基座部件上，将下述的输出轴5固定在未图示的第一连杆部件上，并且，将第二旋转轴模块4的齿轮箱3的外壳6固定在第一连杆部件的前端上，将输出轴5固定在未图示的第二连杆部件等，对多个旋转轴模块4进行连接，从而能够构成多关节机器人。

如图2和图3所示，本实施方式的齿轮箱3是减速器，其具备：固定马达2的外壳6；能够旋转地支撑在该外壳6的输出轴5；收纳在外壳6的内部空间内、且对马达2的驱动力进行减速并将其传递到输出轴5的下述多个齿轮13、71、72、73、74；以及在未被齿轮13、71、72、73、74占据的一部分内部空间所配置的垫片9。

外壳6具备：圆筒状的外壳主体10；以及对该外壳主体10的一端进行堵塞的圆板状的端板11。外壳主体10的另一端被圆板状的输出轴5堵塞。输出轴5利用轴承8以能够围绕外壳主体10的中心轴A旋转的方式被支撑。如图2所示，在端板11上，设置有用于使小齿轮(齿轮)13贯穿的贯穿孔12(参照图6和图7)，该小齿轮13安装在马达2的轴上，在将小齿轮13插入外壳6的内部空间的状态下能够安装马达2。

在输出轴5和端板11上设置有中央孔5a、11a。以架设在输出轴5的中央孔5a和端板11的中央孔11a之间的方式来配置圆筒状的管道部件14。管道部件14固定在输出轴5上，同时利用轴承15可旋转地支撑在端板11上。通过管道部件14，在齿轮箱3中的输出轴5的旋转中心附近形成中空，并能够用于对电缆等线条体进行布线。

将圆环状的内齿轮16固定在输出轴5上。在附图中，附图标记17是密封部件，该密封部件用于允许输出轴5和外壳主体10之间的相对旋转、以及端板11和管道部件14之间的相对旋转，同时对内部空间进行密封。

将外壳主体10的一端利用端板11堵塞、并且另一端利用输出轴5堵塞，同时在输出轴5的中央孔5a和端板11的中央孔11a中安装圆筒状的管道部件14，从而在外壳6内形成环状的密闭的内部空间。

在外壳主体10的内表面和端板11的内部空间侧，分别设置有下述的肋18。

在图2和图3所示的例子中，齿轮箱3具备：安装在马达2的轴上的小齿轮13；以及可旋转地支撑在外壳6内的四个齿轮71、72、73、74，各齿轮71、72、73、74具备固定在同一轴上的大齿轮7a和小齿轮7b。第一齿轮(齿轮)71的大齿轮7a与安装在马达2的轴上的小齿轮13啮合，第二齿轮(齿轮)72的大齿轮7a与第一齿轮71的小齿轮7b啮合，第三齿轮(齿轮)73的大齿轮7a与第二齿轮72的小齿轮7b啮合，第四齿轮(齿轮)74的大齿轮7a与第三齿轮73的小齿轮7b啮合，第四齿轮74的小齿轮7b与固定在输出轴5上的内齿轮16啮合。由此，对马达2的轴的旋转进行减速并将其传递到输出轴5。

在这些图2和图3所示的例子中，通过从小齿轮13到第四齿轮74的五个齿轮13、71、72、73、74，占据了外壳6的内部空间中的圆周方向的一半以上，剩余的一部分内部空间被垫片9占据。在附图中，附图标记19是用于支撑第四齿轮74的旋转轴的支柱。

在本实施方式中，如图4和图5所示，垫片9具有：与所收纳的内部空间大致互补的两层的圆弧状的形状，以填充外壳6的内部空间的一部分。外径尺寸大的第一圆弧状部分91具有紧贴在外壳6内表面的外形，外径尺寸小的第二圆弧状部分92具有以在输出轴5的内齿轮16的径向内侧留出间隙的方式进行配置的外径尺寸。在垫片9上设置有圆筒内表面9a，该圆筒内表面9a的内径尺寸大于在输出轴5的中央孔5a中固定的圆筒状的管道部件14的外径尺寸。

垫片9例如由具有独立气孔的海绵那样的多孔材料(例如树脂)构成，其具有比润滑脂更低的密度，并且通过从外部施加的压力等外力而产生体积扩大或收缩这样的弹性变形。

在本实施方式中，垫片9以压缩的状态收纳在突出于外壳6的内表面的肋18之间并释放压缩力，从而使第一圆弧状部分91通过弹性恢复力而发生膨胀，被夹持在肋18之间，从而垫片9在外壳6内被固定而无法移动。当垫片9固定在外壳6时赋予垫片9的弹性变形设定成，大于因压力上升而产生的垫片9的收缩量。这是为了避免由于内压的上升使垫片9收缩、从而使垫片9相对于外壳6的固定变得松弛。

外壳6内表面的肋18设置在沿厚度方向夹持第一圆弧状部分91的位置、以及沿周向与第一圆弧状部分91的周向的两个端面抵接的位置。

下面对上述结构的本实施方式的齿轮箱3及其轻量化方法和机器人1的作用进行说明。

根据本实施方式的齿轮箱3，马达2的旋转经由多个齿轮71、72、73、74减速之后被传递到输出轴5，并使输出轴5旋转。齿轮71、72、73、74由封入外壳6的内部空间中的润滑脂进行润滑，但由于外壳6的一部分内部空间被垫片9占据，所以即使润滑脂的封入量减少，也能进行充分的润滑。由于垫片9由具有独立气孔的海绵构成，所以润滑脂不会渗透到垫片9内，在齿轮71、72、73、74所占据的空间中能够维持足够量的润滑脂。

本实施方式的齿轮箱3的轻量化方法是，在外壳6的密闭的内部空间中，配置垫片9，垫片9的密度低于润滑脂、且能够以根据内部空间的内压而改变体积的方式发生弹性变形，外壳6以能够旋转的方式收纳通过马达2进行旋转的多个齿轮71、72、73、74。根据本实施方式的齿轮箱3及其轻量化方法，与在整个内部空间封入润滑脂的情况相比，由于将润滑脂替换成垫片9，所以能够实现与密度差相对应的量的轻量化。

根据本实施方式的齿轮箱3，由于垫片9构成为能够以根据内部空间的内压而改变体积的方式发生弹性变形，所以当通过驱动旋转轴模块4，因齿轮71、72、73、74的齿面的摩擦所产生的发热而使内压上升时，使垫片9收缩。其结果是，具有能够抑制内部空间的内压的过度上升的优点。由此，还具有如下优点：能够防止因内压的过度上升而使润滑脂从密封部件17泄漏的不良情况的发生。

由于垫片9由能够发生弹性变形的海绵(弹性材料)构成，所以如图6和图7所示，当将其收纳在外壳6的内部空间(收纳空间)时，垫片9以越过肋18的方式通过弹性变形而发生收缩并导入到内部空间，在被配置在内部空间之后，通过弹性恢复力而使垫片9膨胀，从而仅将其配置在被肋18夹持的位置上，就可以维持成垫片9在外壳6内的周向、径向和轴向中的任意方向上都不能移动。其结果是，不需要用于将垫片9固定在外壳6上的螺钉等固定单元，能够简便地形成外壳6，并能够容易地进行组装作业。

根据本实施方式的齿轮箱3，在改变减速比的情况下，根据通过增减齿轮71、72、73、74而产生的齿轮71、72、73、74占据的空间的变化，而采用不同形状的垫片9，从而能够简便地进行应对。

根据本实施方式的机器人1，在多个旋转轴模块4所具备的各齿轮箱3中都能够实现轻量化，并能够使整个机器人1变得轻量化。尤其是，由海绵构成的垫片9能够简便且廉价地制造，通过将其应用于多个旋转轴模块4，从而能够实现成本的大幅度下降。

还具有如下优点：能够防止在各旋转轴模块4的齿轮箱3中的润滑脂的泄漏、密封部件17的破损，并且不需要频繁地维修机器人1。

在本实施方式中，垫片9由具有独立气孔的海绵那样的多孔材料构成，但可以取而代之，采用具有连续气孔的海绵，同时还实施对表面的气孔进行堵塞的涂覆处理。因此，具有如下优点：能够实现轻量化、润滑脂的封入量的减少和抑制内压的极度上升的效果，同时还使连续气孔内的空气容易移动，并容易发生弹性变形。

在本实施方式中，垫片9由海绵构成，但可以取而代之，可以由在内部具有空气室、能够通过内部空间的内压而发生弹性变形、且具有与图4和图5相同形状的袋体(弹性材料)构成。

整个垫片9的结构是能够发生弹性变形，但可以取而代之，在垫片9的局部上设置能够通过内压而发生弹性变形的区域。

作为垫片9，还可以采用所谓的有源阻尼器那样的垫片9，其在垫片9的内部具有空气室，并且具备对空气室内的空气压力始终进行监视并控制的装置，主动地控制垫片9的内部压力，以免齿轮箱的内压过度上升。

Claims (8)

1.一种齿轮箱，具备：

多个齿轮，其通过马达进行旋转；

外壳，其能够旋转地收纳各所述齿轮，并由密封部件密闭，且具有封入有用于润滑齿轮的润滑脂的内部空间；以及

垫片，其以由所述外壳从外部空间隔离的状态配置在所述外壳的所述内部空间内，并占据一部分所述内部空间，

所述垫片的密度低于所述润滑脂，所述垫片能够以仅根据所述内部空间的内压而改变体积的方式发生弹性变形。

2.根据权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，

所述垫片由各气孔独立的多孔弹性材料构成。

3.根据权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，

所述垫片是在多孔弹性材料的表面实施堵塞气孔的处理而成。

4.根据权利要求3所述的齿轮箱，其特征在于，

所述堵塞气孔的处理是对表面进行覆盖的涂覆。

5.根据权利要求1所述的齿轮箱，其特征在于，

所述垫片是由弹性材料构成的密闭的袋体。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的齿轮箱，其特征在于，

所述外壳具备以收缩的状态收纳所述垫片的收纳空间，所述垫片通过弹性恢复力以不移动的状态保持在所述收纳空间内。

7.一种齿轮箱的轻量化方法，其特征在于，

在由外壳的密封部件密闭且封入有用于润滑齿轮的润滑脂的内部空间中，以由所述外壳从外部空间隔离的状态配置垫片，所述垫片的密度低于润滑脂，且所述垫片能够以仅根据所述内部空间的内压而改变体积的方式发生弹性变形，所述外壳以能够旋转的方式收纳通过马达进行旋转的多个齿轮。

8.一种机器人，其特征在于，具备：

马达；以及

对所述马达的旋转进行减速的权利要求1至6中任一项所述的齿轮箱。

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