CN108468779A - 一种丝杆数控减速装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及减速机械装置领域，特别是一种丝杆数控减速装置，其包括：丝杆、移动螺母、传动带、转动驱动装置、支架和带轮；所述丝杆的两端均转动设置于所述支架；所述移动螺母沿所述丝杆移动；所述传动带将两个所述带轮传动连接；所述传动带与所述移动螺母连接固定；所述丝杆的任意一端与所述转动驱动装置的转轴传动连接。所述一种丝杆数控减速装置将轴转动转化成轴向移动，然后再巧妙的将轴向移动传递转化成带轮的轴转动输出，可根据实际需要选择不同参数的所述丝杆和两所述带轮，使得最终的输出速度和扭矩也不同，结构紧凑的所述丝杆数控减速装置既具有高精度，又具有更大的减速调速范围，能稳定输出的扭矩范围也更大。

Description

一种丝杆数控减速装置

技术领域

本发明涉及减速机械装置领域，特别是一种丝杆数控减速装置。

背景技术

随着经济发展，传统的工业制造生产效率和质量低，无法适应市场需求。现代的工业化生产追求的是快速高效，机械臂出现后，其替代传统劳动力，大大提升了现代的工业生产的效率和产品质量。

机械臂具有加工精度高，机身紧凑响应速度快，输出力大且稳定等特点，不同的机械臂应用在不同生产环境中，根据负载的不同需要对机械臂的性能进行对应设置和调整；不能一味提高动力源的功率来提高机械臂输出力量；因此在机械臂内部会应用减速器连接动力源和目的执行结构，以在速度允许范围内提高扭矩。

目前成熟并标准化的减速器有：齿轮减速器、涡轮减速器、行星减速器、摆线针轮RV减速器和谐波减速器。齿轮减速器的缺点是增大减速比会同比增大体积或减速级数。齿侧间隙导致精度降低且不可避免，并随一级二级的减速比增加而叠加。涡轮减速器的缺点是摩擦传动，效率低，同时导致轮侧间隙增大，精度降低且不可避免。行星减速器缺点齿轮背隙导致减速器有回差。摆线针轮RV减速器的缺点是摆线轮齿型的修正，不是标准摆线，保证回转精度，需修正啮合齿型，背隙导致加工精度要求太高，配合度也要求很高，器件精度高，安装复杂，成本太高。谐波减速器的缺点是缺点：柔轮寿命有限、不耐冲击、刚性相对较差。

现有的关节机器人一般将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。这两种减速器属于机器人的核心零部件。可是，因为这两种减速器存在上述缺点，所以现有的关节机器人故障频发，使用和维修成本很高，而且加工精度不稳定。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种可满足机器人高精度和大扭矩需要的丝杆数控减速装置。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种丝杆数控减速装置，其包括：丝杆、移动螺母、传动带、转动驱动装置、支架和分别设置于所述支架的两端的带轮；所述丝杆的两端均转动设置于所述支架；所述移动螺母通过螺纹套设于所述丝杆外部并沿所述丝杆移动；两个所述带轮分别转动设置于所述支架的两端，且两个所述带轮分别位于所述移动螺母的两侧；所述传动带将两个所述带轮传动连接；所述传动带与所述移动螺母连接固定；所述丝杆的任意一端与所述转动驱动装置的转轴传动连接。

更优的，所述传动带为封闭的环状，其两端套设于两个所述带轮的外圆周。

更优的，所述传动带为开口环状，其设有开口的一端的两个端头固定于任意一个所述带轮的外圆周；其另一端的圆弧套设于另一个所述带轮的外圆周。

更优的，所述传动带为条状，其两端分别在两个所述带轮的外圆周上至少缠绕两周。

更优的，两个所述带轮分为输出转轴轮和回转轮；所述输出转轴轮的直径大于所述回转轮的直径；所述传动带为封闭环状，所述输出转轴轮和所述传动带通过锯齿结构啮合的方式传动；所述支架还设置有导轮；所述导轮设置于所述移动螺母和所述输出转轴轮之间，所述传动带的下侧的带结构紧贴所述输出转轴轮底部绕出，再经过所述导轮上部绕至所述回转轮的底部；使得所述传动带的上侧的和下侧的带结构均与所述丝杆平行设置。

更优的，所述传动带与所述移动螺母的底部通过条齿压板固定；所述条齿压板与所述传动带压合接触的面设有凸起于该面的若干梯形条齿；多个所述梯形条齿等间距平行设置，相邻的两个所述梯形条齿之间形成条形压槽。

更优的，所述支架底部设有线性滑轨，所述线性滑轨与所述丝杆平行；所述移动螺母的底座与所述线性滑轨滑动连接。

更优的，所述移动螺母的底部固定有滑动座，所述滑动座两侧设有向内弯折凸起的滑动触点部；所述线性滑轨两侧设有向所述线性滑轨内凹陷的线性滑槽；所述滑动触点部与所述线性滑槽滑动配合。

更优的，所述回转轮通过所述调节轮座设置于所述支架；所述调节轮座的一端的两侧个设有一个安装板，所述调节轮座的另一端设有滑柱和调节螺孔；所述支架设有滑孔和螺纹孔；所述回转轮两侧的转轴端部分别与所述调节轮座设有的安装板连接，所述滑柱插入所述支架设有滑孔内；所述调节轮座通过调节螺栓与所述支架固定；所述调节螺栓依次穿过所述螺纹孔与所述调节螺孔。

更优的，所述一种丝杆数控减速装置还设有行程挡片和两个行程控制开关，所述行程控制开关两侧各设有一个检测部，两个所述行程控制开关分别设置于靠近所述线性滑轨的两端的位置；

所述行程挡片设置于移动螺母外部；所述行程挡片随着所述移动螺母的移动，挡在所述行程控制开关设有的两个检测部之间或远离所述行程控制开关。

本发明提出一种丝杆数控减速装置，其将轴转动转化成轴向移动，然后再巧妙的将轴向移动传递转化成带轮的轴转动输出，可根据实际需要选择不同参数的所述丝杆和两所述带轮，使得最终的输出速度和扭矩也不同，结构紧凑的所述丝杆数控减速装置既具有高精度，又具有更大的减速调速范围，能稳定输出的扭矩范围也更大。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2是本发明的一个实施例的部分结构的结构示意图；

图3是本发明的另一个实施例的部分结构的结构示意图；

图4是本发明的另一个实施例的部分结构的结构示意图；

图5是本发明的一个实施例中所述条齿压板的结构示意图；

图6是本发明的一个实施例中所述调节轮座的结构示意图。

其中：支架100，转动驱动装置110，丝杆200，移动螺母210，传动带300，输出转轴轮410，回转轮420，导轮430，条齿压板500，梯形条齿510，条形压槽520，线性滑轨610，滑动座620，调节轮座700，滑柱710，安装板720，行程控制开关730，行程挡片740。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1-4所示，一种丝杆数控减速装置，其包括：丝杆200、移动螺母210、传动带300、转动驱动装置110、支架100和分别设置于所述支架100的两端的带轮；所述丝杆200的两端均转动设置于所述支架100；所述移动螺母210通过螺纹套设于所述丝杆200外部并沿所述丝杆200移动；两个所述带轮分别转动设置于所述支架100的两端，且两个所述带轮分别位于所述移动螺母210的两侧；所述传动带300将两个所述带轮传动连接；所述传动带300与所述移动螺母210连接固定；所述丝杆200的任意一端与所述转动驱动装置110的转轴传动连接。

所述转动驱动装置110的转轴转动带动所述丝杆200自身转动，所述丝杆200转动在螺纹的作用下，所述螺母会沿着所述丝杆200移动；又因为所述螺母是与所述传动带300上某改革位置是连接固定的，所以所述传动带300会随着所述螺母的移动而移动；进而使得所述丝杆200的转动带动所述带轮转动。

所述丝杆数控减速装置的精度与丝杆的螺纹参数和带轮的周长相关。如丝杆选择滚珠丝杆，根据国标丝杆标准GB/T17587.3-1998，选择C7，即精度0.05mm，普通数控标准，此时如皮带轮节圆直径100mm，则可计算出本减速装置误差为0.005弧秒；如选择丝杆C3，即精度0.008mm，高精度数控标准，可计算出本减速装置误差为0.0009弧秒。对比RV减速机弧分级的精度可得出，如为减小体积增大减速比，把所述转动驱动装置110换成减速电机，其减速电机的回差也被同减速比减小，所述丝杆数控减速装置理想传动状态下精度极高。

所述丝杆数控减速装置的传动效率取决于选用丝杆；如选用滚珠丝杆，效率为92％～96％。相对于行星减速机每级传动效率损失5％以上，同样60减速比，行星减速机需要3级效率低于所述丝杆数控减速装置。所述丝杆数控减速装置的抗冲击性取决于传动带300，如选用5m，宽度25mm传动带300，抗冲击2000牛米以上，远大于使用需求。所述丝杆数控减速装置的成本极低且安装简单，替换性好。所述丝杆与所述传动带300均是大批量产品，成本与同级数RV减速机和谐波减速机相比，不足现有谐波减速机十分之一的成本。所述丝杆数控减速装置的精度高，传动效率高，抗冲击性好，成本极低，尤其是非常适合关节式机器人减使用。

由于所述丝杆数控减速装置是将轴转动转化成轴向移动，然后再巧妙的将轴向移动传递转化成带轮的轴转动，可根据实际需要选择不同参数的所述丝杆200和两所述带轮，使得最终的输出速度也不同，结构紧凑的所述丝杆数控减速装置既具有高精度，又具有更大的减速调速范围，能稳定输出的扭矩范围也更大。

如图1-4所示，所述传动带300为封闭的环状，其两端套设于两个所述带轮的外圆周。当然所述传动带300也可以为开口环状，其设有开口的一端的两个端头固定于任意一个所述带轮的外圆周；其另一端的圆弧套设于另一个所述带轮的外圆周。所述传动带300也可以为条状，其两端分别在两个所述带轮的外圆周上至少缠绕两周。

如上列举出三个优选的实施方式；上述方式依次概括为回环式、固定点式和缠绕式；其中回环式是较为简单安装和维修的，只需要将环状的传动带300先与所述移动螺母210安装固定，然后将两端分别套设在两个所述带轮上；固定点式可以使得传动带300与所述带轮彼此固定更加精密，进一步提高了传动的同步性；缠绕式是的传动带300与带轮的传动安装更加快速方便，而且不要求传动带300必须是环形，也不需要在带轮上设置固定结构来固定传动带300的端头，全靠传动带300在带轮上绕制若干圈后圈层之间产生的静摩擦，来防止传动带300与带轮之间出现打滑不同步的现象发生。所述传动带300可以是钢丝绳或碳纤维等柔性传动件。本发明中传动带300自身的形状材质和与两个所述带轮的传动设置方式很多，并不局限于本发明的实施所列举设置几种情况，只要所述丝杆200带动所述移动螺母210移动时，拉动所述传动带300能同步带动两个所述带轮转动即可。

两个所述带轮分为输出转轴轮410和回转轮420；所述输出转轴轮410的直径大于所述回转轮420的直径；所述传动带300为封闭环状，所述输出转轴轮410和所述传动带300通过锯齿结构啮合的方式传动；所述支架100还设置有导轮430；所述导轮430设置于所述移动螺母210和所述输出转轴轮410之间，所述传动带300的下侧的带结构紧贴所述输出转轴轮410底部绕出，再经过所述导轮430上部绕至所述回转轮420的底部；使得所述传动带300的上侧的和下侧的带结构均与所述丝杆200平行设置。所述输出转轴轮410直径更大，可以进一步增加减速比例范围；所述传动带300和所述输出转轴轮410均设有锯齿结构，使得两者采用锯齿啮合传动后，所述传动带300与所述输出转轴不会出现转动打滑，同步性更高；因为所述输出转轴轮410尺寸偏大，套设在两个所述带轮上的传动带300必然上下两侧至少有一侧会处于倾斜设置，不与所述丝杆200平行设置；如果所述传动带300上侧的带结构倾斜设置，下侧的带结构与丝杆200平行设置，虽然保证了螺母拉动传动带300的作用力方向和丝杆200驱动方向平行，但是此时所述输出转轴轮410必然比所述回转轮420设置得高，所述输出转轴轮410底部镂空，无法充分利用丝杆200端部的安装空间，使得所述丝杆数控减速装置的结构不够紧凑；如果所述传动带300的下侧的带结构倾斜设置，螺母拉动传动带300的作用力方向和丝杆200驱动方向不平行，所述丝杆200驱动容易出现行程短或卡死甚至是损坏传动带300。设置所述导轮430后，所述导轮430一方面可保证所述传动带300上侧和下侧的带结构均与所述丝杆200平行设置，保证了传动带300驱动受力更顺畅稳定；另一方面所述导轮430使得传动带300在所述输出转轴轮410上绕制区域更多，避免所述传动带300脱落，使得所述丝杆数控减速装置结构更稳定能提供更大的扭矩输出。

如图5所示，所述传动带300与所述移动螺母210的底部通过条齿压板500固定；所述条齿压板500与所述传动带300压合接触的面设有凸起于该面的若干梯形条齿510；多个所述梯形条齿510等间距平行设置，相邻的两个所述梯形条齿510之间形成条形压槽520。所述传动带300为柔性材料制成，如果采用普通平面压板，所述传动带300与所述移动螺母210固定不够稳定，容易发生打滑；如果采用直接穿刺打孔固定的话，容易导致所述传动带300受力撕扯出现皮损。采用所述条齿压板500可利用传动带300的柔性特征进行挤压，使得所述传动带300和所述螺母稳定限位固定，又不会导致所述传动带300的本身机构破损，可实现更长的时间的拉扯驱动。

所述支架100底部设有线性滑轨610，所述线性滑轨610与所述丝杆200平行；所述移动螺母210的底座与所述线性滑轨610滑动连接。为了保证所述丝杆200驱动所移动述螺母具有更大的移动行程，所述丝杆200只有两端设有转动支撑结构，但是所述移动螺母210在拉动所述传动带300时所述传动带300本身也会收到反作用力的作用，又由于所述丝杆200对其移动方向具有限位作用，因此所述移动螺母210会因为收到外力作用而带动所述丝杆200弯曲变形；将所述螺母底部滑动连接在所述线性滑轨610上后，所述线性滑轨610保证了所述螺母只能沿着所述线性滑轨610平行的方向移动，所述丝杆200无法左右晃动，同时所述线性滑轨610会对所述螺母起到一定的支撑作用，防止了所述螺母向下压导致丝杆200向下完全的现象发生，进而保证了所述丝杆数控减速装置的精度更高，运行更加稳定。

所述移动螺母210的底部固定有滑动座620，所述滑动座620两侧设有向内弯折凸起的滑动触点部；所述线性滑轨610两侧设有向所述线性滑轨610内凹陷的线性滑槽；所述滑动触点部与所述线性滑槽滑动配合。所述移动螺母210收到外力作用可能会拉动所述丝杆200上下弯曲晃动，从而影响所述丝杆数控减速装置的运行精度；设置所述线性滑槽和所述线性滑动触点部后，两者配合，所述移动螺母210会始终被扣在所述线性滑轨610上，从而避免所述丝杆200出现上下晃动。

如图6所示，所述回转轮420通过所述调节轮座700设置于所述支架100；所述调节轮座700的一端的两侧个设有一个安装板720，所述调节轮座700的另一端设有滑柱710和调节螺孔；所述支架100设有滑孔和螺纹孔；所述回转轮420两侧的转轴端部分别与所述调节轮座700设有的安装板720连接，所述滑柱710插入所述支架100设有滑孔内；所述调节轮座700通过调节螺栓与所述支架100固定；所述调节螺栓依次穿过所述螺纹孔与所述调节螺孔。使得所述回转轮420与所述支架100的安装位置可以进行调节，方便调节所述回转轮420与所述输出转轴轮410之间的相对距离，进而方便了所述传动带300的绷紧度变得可调节，保证了结构的稳定性；此外也方便了所述传动带300的拆卸和安装操作。

所述一种丝杆数控减速装置还设有行程挡片740和两个行程控制开关730，所述行程控制开关730两侧各设有一个检测部，两个所述行程控制开关730分别设置于靠近所述线性滑轨610的两端的位置；所述行程挡片740设置于移动螺母210外部；所述行程挡片740随着所述移动螺母210的移动，挡在所述行程控制开关730设有的两个检测部之间或远离所述行程控制开关730。所述丝杆200驱动所述移动螺母210往复移动，在所述线性滑轨610两端分别设置所述行程控制开关730后，当所述移动螺母210移动至所述线性滑轨610的两端时，所述行程挡片740正好在两个所述检测部之间，两个所述检测部之间无法顺利感应，在控制系统的控制下，所述转动驱动装置110停止转动或反向转动，进而使得所述移动螺母210不会因为超出设定的移动行程而与所述支架100发生碰撞，保证了所述丝杆数控减速装置运行的稳定性和精准性。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种丝杆数控减速装置，其特征在于，包括：丝杆、移动螺母、传动带、转动驱动装置、支架和分别设置于所述支架的两端的带轮；所述丝杆的两端均转动设置于所述支架；所述移动螺母通过螺纹套设于所述丝杆外部并沿所述丝杆移动；两个所述带轮分别转动设置于所述支架的两端，且两个所述带轮分别位于所述移动螺母的两侧；所述传动带将两个所述带轮传动连接；所述传动带与所述移动螺母连接固定；所述丝杆的任意一端与所述转动驱动装置的转轴传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种丝杆数控减速装置，其特征在于，所述传动带为封闭的环状，其两端套设于两个所述带轮的外圆周。

3.根据权利要求1所述的一种丝杆数控减速装置，其特征在于，所述传动带为开口环状，其设有开口的一端的两个端头固定于任意一个所述带轮的外圆周；其另一端的圆弧套设于另一个所述带轮的外圆周。

4.根据权利要求1所述的一种丝杆数控减速装置，其特征在于，所述传动带为条状，其两端分别在两个所述带轮的外圆周上至少缠绕两周。

5.根据权利要求1所述的一种丝杆数控减速装置，其特征在于，两个所述带轮分为输出转轴轮和回转轮；所述输出转轴轮的直径大于所述回转轮的直径；所述传动带为封闭环状，所述输出转轴轮和所述传动带通过锯齿结构啮合的方式传动；所述支架还设置有导轮；所述导轮设置于所述移动螺母和所述输出转轴轮之间，所述传动带的下侧的带结构紧贴所述输出转轴轮底部绕出，再经过所述导轮上部绕至所述回转轮的底部；使得所述传动带的上侧的和下侧的带结构均与所述丝杆平行设置。

6.根据权利要求1所述的一种丝杆数控减速装置，其特征在于，所述传动带与所述移动螺母的底部通过条齿压板固定；所述条齿压板与所述传动带压合接触的面设有凸起于该面的若干梯形条齿；多个所述梯形条齿等间距平行设置，相邻的两个所述梯形条齿之间形成条形压槽。

7.根据权利要求1或6所述的一种丝杆数控减速装置，其特征在于，所述支架底部设有线性滑轨，所述线性滑轨与所述丝杆平行；所述移动螺母的底座与所述线性滑轨滑动连接。

8.根据权利要求7所述的一种丝杆数控减速装置，其特征在于，所述移动螺母的底部固定有滑动座，所述滑动座两侧设有向内弯折凸起的滑动触点部；所述线性滑轨两侧设有向所述线性滑轨内凹陷的线性滑槽；所述滑动触点部与所述线性滑槽滑动配合。

9.根据权利要求5所述的一种丝杆数控减速装置，其特征在于，所述回转轮通过所述调节轮座设置于所述支架；所述调节轮座的一端的两侧个设有一个安装板，所述调节轮座的另一端设有滑柱和调节螺孔；所述支架设有滑孔和螺纹孔；所述回转轮两侧的转轴端部分别与所述调节轮座设有的安装板连接，所述滑柱插入所述支架设有滑孔内；所述调节轮座通过调节螺栓与所述支架固定；所述调节螺栓依次穿过所述螺纹孔与所述调节螺孔。

10.根据权利要求7所述的一种丝杆数控减速装置，其特征在于，还设有行程挡片和两个行程控制开关，所述行程控制开关两侧各设有一个检测部，两个所述行程控制开关分别设置于靠近所述线性滑轨的两端的位置；所述行程挡片设置于移动螺母外部；所述行程挡片随着所述移动螺母的移动，挡在所述行程控制开关设有的两个检测部之间或远离所述行程控制开关。