CN108730423A - 具有弹性补偿的针齿摆线减速器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有弹性补偿的针齿摆线减速器，包括摆线盘、针齿壳和夹持在所述摆线盘和所述针齿壳之间的针齿组件，所述针齿组件包括若干沿所述针齿壳内侧圆周方向均匀分布的滚柱组合，所述滚柱组合包括滚柱和沿针齿壳径向夹持设置在所述滚柱和所述针齿壳之间的弹性垫，所述弹性垫至少部分位置与所述滚柱之间具有间隙和/或所述弹性垫至少部分位置与形成所述滚柱槽的壁之间具有间隙。该具有弹性补偿的针齿摆线减速器制造精度要求相对较低。
Description
技术领域
本发明涉及一种减速器领域，尤其涉及一种制造精度要求相对较低的具有弹性补偿的针齿摆线减速器。
背景技术
针齿摆线减速器目前已广泛作为工业机器人的传动装置进行应用。尤其以RV型减速器为代表的针齿摆线减速器以其结构紧凑、传动能力强，成为机器人系统最重要的部件。请参照图1所示，RV型针齿摆线减速器主要包括位于中间以连接伺服电动机（未图示）的输入轴（未图示）、设置在输入轴末端的输入齿轮（未图示）、啮合设置在输入齿轮周围的正齿轮（未图示）、与正齿轮相固定的曲柄轴1、与曲柄轴1配合设置的摆线盘2、配合设置在曲柄轴1和摆线盘2之间的滚子轴承3、针齿壳4、夹持在摆线盘2和针齿壳4之间的针齿组件5以及与摆线盘2相配合设置的输出元件6。
其中偏心轴1旋转带动摆线盘2，使摆线盘2在针齿511（或称作滚柱511）上做摆线运动而推动摆线盘2前进。理论上可以有接近1/3齿数的针齿511同时与摆线盘2配合工作，也就是说有那么多的针齿511可以同时受力承载。而在渐开线型的齿轮系统中一般只有一到二个齿能同时工作，由此可知，相比于其他形式的传动，摆线传动中由于工作时有多个针齿参与承载，因此其传动能力显示出无可比拟的优越性。
但是要达到这种许多齿同时承载的要求也为其加工提出了极其严格的要求，必须十分精确，只允许极小的误差，否则多齿同时承载的条件即遭到破坏，减速器将很快失效，甚至比其他方式还不如；这时出现的情况可从图2中看出。
图2中示出了针齿511与摆线盘2相接触的三种不同的情况。由于各种原因引起的偏差使针齿511仅在B处正好与摆线盘2相接触，能正好地推动摆线盘2前进。而在A处，二者之间的距离过近。针齿511受到强烈的压缩，产生很大的变形，尽管针齿511有可能仍能勉强地推动摆线盘2前进，但要是针齿511所受压力太大，针齿511可能会被压碎，或者被很快地磨损，摆线盘2也同样如此，所以这种情况是不能被允许的。在C处，二者之间距离变得过分地大，以至针齿511根本接触不到摆线盘2，这时针齿511不会推动摆线盘2前进。由此可见，各种原因引起的接触误差既可使同时承载的齿数降低，甚至还可使某些齿被“咬死”而破坏。
为了使有更多的针齿511同时参与承载，实际生产中往往选用过分过盈的配合，也就是对一部分原来没有接触上的齿施加较强的预紧力，使其相互接触，从而能参加到共同承载上来，但这么做也带来了很不利的后果。原来接触比较正常的一些齿会受到不必要的额外载荷，使磨损异常地增加，而某些齿甚至会被破坏。这也是目前针齿摆线减速器生产中比较普遍存在的通病。刚装配好的新机精度良好，使用不久，精度大大降低，润滑油迅速发黑，精度保持寿命太短，这远不能满足机器人的要求了。
为解决这种窘境，目前国内所采取的主要措施是进一步提高加工精度，争取全面向进口原装靠拢。而提高精度的主要措施是使用更高级的，主要是进口的加工设备。但事实证明，单纯这样做并不能完全达到目的，而由此带来的生产成本昂贵，也使人怀疑将来能不能真正商品化，从而达到与国外产品竞争的能力。
中国专利201510229279.5及201510640442.7提出了用空心滚柱及弹性垫等元件进行弹性补偿，以弥补由于加工误差，工作磨损等原因引起的啮合不良问题。实践证明，弹性补偿确实能降低加工精度的要求，减少磨损，明显地延长减速器精度保持寿命，为RV型针齿摆线减速器的进一步提高指出了一个新的思路。
有鉴于此，有必要提供一种新的弹性补偿的针齿摆线减速器，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造精度要求相对较低的具有弹性补偿的针齿摆线减速器。
为实现上述发明目的，本发明提供了一种具有弹性补偿的针齿摆线减速器，包括摆线盘、针齿壳和夹持在所述摆线盘和所述针齿壳之间的针齿组件，所述针齿组件包括若干沿所述针齿壳内侧圆周方向均匀分布的滚柱组合，所述滚柱组合包括滚柱和沿针齿壳径向夹持设置在所述滚柱和所述针齿壳之间的弹性垫，所述弹性垫至少部分位置与所述滚柱之间具有间隙和/或所述弹性垫至少部分位置与形成所述滚柱槽的壁之间具有间隙。
作为本发明的进一步改进，所述针齿壳内侧设置有若干用以收容所述滚柱的滚柱槽，所述弹性垫包括沿所述针齿壳圆周方向支撑于所述滚柱槽两侧的支撑部、连接两个所述支撑部且夹持在所述滚柱与所述滚柱槽之间的弹性垫本体。
作为本发明的进一步改进，所述弹性垫本体上设有朝向形成所述滚柱槽的壁凸伸的抵持部，所述抵持部被设置为：在所述滚柱压所述弹性垫时，所述弹性垫可朝向形成所述滚柱槽的壁发生弹性形变至所述弹性垫贴合在形成所述滚柱槽的壁上。
作为本发明的进一步改进，所述弹性垫本体上设有背离形成所述滚柱槽的壁凸伸的弹性补偿部，所述弹性补偿部被设置为：在所述滚柱压所述弹性垫时，所述弹性垫可朝向形成所述滚柱槽的壁发生弹性形变至所述弹性垫贴合在形成所述滚柱槽的壁上。
作为本发明的进一步改进，所述弹性垫本体上设有朝向形成所述滚柱槽的壁凸伸的抵持部和背离形成所述滚柱槽的壁凸伸的弹性补偿部。
作为本发明的进一步改进，所述抵持部和所述弹性补偿部被设计为：在所述滚柱压所述弹性垫时，所述弹性垫可朝向形成所述滚柱槽的壁发生弹性形变至所述弹性垫贴合在形成所述滚柱槽的壁上。
作为本发明的进一步改进，所述滚柱组件还包括位于连接相邻两个所述弹性垫之间的连接片。
作为本发明的进一步改进，每一所述滚柱槽内具有沿所述针齿壳径向方向排列的至少两个弹性垫。
作为本发明的进一步改进，所述弹性垫的厚度介于0.2毫米至1.8毫米之间。
作为本发明的进一步改进，所述滚柱为实心滚柱、或弹性滚柱。
本发明的有益效果是：本发明通过滚柱与弹性垫的配合，在滚柱承载受压时，所述弹性垫与所述滚柱之间的间隙和/或所述弹性垫与形成所述滚柱槽的壁之间的间隙可进行调节进行弹性补偿；通过该简单的弹性补偿，大大改进了具有弹性补偿的针齿摆线减速器中针齿及摆线盘的工作情况，且具有弹性补偿的针齿摆线减速器就不需要在原始装配时对滚柱采取过分过盈的配合，从而引起以后运行中快速异常磨损或异常破坏；而只要采取合适的配合，仍能保证有许多齿同时承载，从而使磨损减少，精度保持寿命延长。
附图说明
图1是现有技术中具有弹性补偿的针齿摆线减速器的剖视示意图；
图2是图1中圈出部位的放大图；
图3是本发明的具有弹性补偿的针齿摆线减速器于图1中圈出部分的放大图；
图4是图3中圈出的滚柱槽、弹性垫、滚柱与摆线盘在空载时的配合示意图；
图5是图3的滚柱槽、弹性垫、滚柱与摆线盘在正常负载时的配合示意图；
图6是图3的滚柱槽、弹性垫、滚柱与摆线盘在超载时的配合示意图；
图7是图3所示的具有弹性补偿的针齿摆线减速器中的弹性垫的立体结构示意图；
图8是在滚柱槽内具有两个弹性垫时的结构示意图；
图9是本发明的相邻弹性垫之间具有连接片时的部分放大图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
请参照图3至图9所示为本发明具有弹性补偿的针齿摆线减速器100的较佳实施方式。其中本发明的具有弹性补偿的针齿摆线减速器100与现有技术的区别仅在于弹性垫的设置；其他结构相同于此不再赘述；故仅以图1中的圈出部分的结构示意说明，其他部分及结构标号参考图1所示。
请参阅图3~图9所示，所述针齿组件5包括若干沿所述针齿壳4内侧圆周方向均匀分布的滚柱组合51，所述滚柱组合51包括滚柱511和沿针齿壳4径向夹持设置在所述滚柱511和所述针齿壳4之间的弹性垫512。当所述滚柱511未压所述弹性垫512时，所述弹性垫512的至少部分位置与所述滚柱511之间具有间隙和/或所述弹性垫512的至少部分位置与形成所述滚柱槽41的壁之间具有间隙。
本发明通过滚柱511与弹性垫512的配合，在滚柱511承载受压时，所述弹性垫512与所述滚柱511之间的间隙和/或所述弹性垫512与形成所述滚柱槽41的壁之间的间隙根据受压程度的大小可进行调节以实现弹性补偿；通过该简单的弹性补偿，大大改进了具有弹性补偿的针齿摆线减速器100中针齿组件5及摆线盘2的工作情况，且具有弹性补偿的针齿摆线减速器100就不需要在原始装配时对滚柱511采取过分过盈的配合，从而引起以后运行中快速异常磨损或异常破坏；而只要采取合适的配合，仍能保证有许多齿同时承载，从而使磨损减少，精度保持寿命延长。
具体地，所述针齿壳4内侧设置有若干用以收容所述滚柱511的滚柱槽41，所述弹性垫512包括沿所述针齿壳4圆周方向支撑于所述滚柱槽41两侧的支撑部5121、连接两个所述支撑部5121且夹持在所述滚柱511与所述滚柱槽41之间的弹性垫本体5122。所述支撑部5121呈外翻边状使得所述弹性垫512可靠地坐落在所述滚柱槽41内。
其中，“支撑于所述滚柱槽41两侧的支撑部5121”指的是，所述弹性垫512通过支撑部5121支撑于所述滚柱槽41两侧，以防止弹性垫512有较大量的移动从而可靠地坐落在所述滚柱槽41内，但并非固定在所述滚柱槽41两侧；因此在摆线盘2转动并带动滚柱511在滚柱槽41内转动时，弹性垫512在滚柱槽41内发生弹性形变、也有可能在滚柱槽41内沿形成滚柱槽41的壁移动。
所述弹性垫512是一片薄弹簧钢片，其厚度一致或略有变化，材料可为65Mn或其他任何优质弹簧钢，经合适的热处理制成。厚度根据减速器承载能力需要而定，可在0.2至1.8毫米间选定，所述弹性垫512的截面大体上与所述滚柱槽41一致，呈半圆形。
摆线盘2转动时，部分所述滚柱511承载受力，而其他滚柱511不承载受力。不承载受力的所述滚柱511浮起最高，不会压所述弹性垫512。而承载受力的滚柱511朝向形成所述滚柱槽41的壁移动并压向所述弹性垫512，所述弹性垫512与所述滚柱511之间的间隙、所述弹性垫512与所述滚柱槽41之间的间隙均变小；当所述滚柱511承载压力增大至弹性垫512被压紧并紧贴在形成所述滚柱槽41的壁上时，所述弹性垫512与所述滚柱511之间的间隙、所述弹性垫512与所述滚柱槽41之间的间隙均消失；即使所述滚柱511承载压力再增大，所述弹性垫512也不会再进一步变形。上述承载受力的滚柱511的承载受力消除时，所述弹性垫512恢复原状，这些滚柱511又上浮恢复到原始不受压的状态。
所述弹性垫512与形成所述滚柱槽41的壁的形状大体一致，但并非完全一致，具有以下几种实施例为例来进行说明。
实施例1中，参考图3~7所示，所述弹性垫本体5122上设有朝向形成所述滚柱槽41的壁凸伸的抵持部5122a，未受所述滚柱511压时，所述抵持部5122a比所述弹性垫本体5122的其他结构更靠近形成所述滚柱槽41的壁。图3~图6中，所述弹性垫本体5122上设有一个抵持部5122a。
所述抵持部5122a被设置为：如图4所示，在所述滚柱511不承载压力时，所述抵持部5122a抵持在形成所述滚柱槽41的壁上，而所述弹性垫本体5122的其他部分与形成所述滚柱槽41的壁之间具有间隙H1，且所述弹性垫本体5122的其他部分上不同位置的间隙H1可能大小不同，其变化趋势为越靠近所述抵持部5122a该间隙越小；当然所述抵持部5122a与形成所述滚柱槽41的壁之间也可以具有小的间隙。所述弹性垫512与形成所述滚柱槽41的壁之间形成的间隙H1并非一个各位置大小均一致的间隙对一般型号的具有弹性补偿的针齿摆线减速器100，该间隙的最大值可选为50μm~150μm之间。
如图5所示，在所述滚柱511承载压力压所述弹性垫512时，所述弹性垫512朝向形成所述滚柱槽41的壁发生弹性形变至所述弹性垫512整体向形成所述滚柱槽41的壁贴合，所述弹性垫本体5122与形成所述滚柱槽41的壁之间的间隙H1减小为间隙H2，本领域技术人员可以理解的是，间隙H1与间隙H2指的是所述弹性垫本体5122的同一位置对应的间隙。
如图6所示，当所述具有弹性补偿的针齿摆线减速器100超载时，所述弹性垫本体5122与形成所述滚柱槽41的壁之间的间隙消失，此时所述弹性垫512贴合在形成所述滚柱槽41的壁上。而所述滚柱511不承载压力时，所述滚柱511上浮，所述弹性垫512恢复原状。
实施例2中，所述弹性垫本体5122上设有背离形成所述滚柱槽41的壁凸伸的弹性补偿部5122b。所述弹性补偿部5122b比所述弹性垫本体5122的其他结构处更靠近所述滚柱511。
所述弹性补偿部5122b被设置为：在所述滚柱511不承载压力时，所述弹性垫本体5122的其他结构处抵持在形成所述滚柱槽41的壁上，而所述弹性补偿部5122b与形成所述滚柱槽41的壁之间具有间隙；当然所述弹性垫本体5122的其他结构处与形成所述滚柱槽41的壁之间也可以具有小的间隙。
在所述滚柱511承载压力压所述弹性垫512时，所述弹性垫512朝向形成所述滚柱槽41的壁发生弹性形变至所述弹性垫512整体向形成所述滚柱槽41的壁贴合，所述弹性补偿部5122b与形成所述滚柱槽41的壁之间的间隙随着压力的增大而减小。当所述具有弹性补偿的针齿摆线减速器100超载时，所述弹性补偿部5122b与形成所述滚柱槽41的壁之间的间隙消失；此时所述弹性垫512贴合在形成所述滚柱槽41的壁上。而所述滚柱511不承载压力时，所述滚柱511上浮，所述弹性垫512恢复原状。
上述两个实施例中，实施例1的“抵持部5122a”也可以理解成实施例2的“所述弹性垫本体5122的其他结构”；而实施例2的“弹性补偿部5122b”也可以理解成实施例1的“所述弹性垫本体5122的其他结构”。
实施例3，所述弹性垫本体5122上设有朝向形成所述滚柱槽41的壁凸伸的抵持部5122a和背离形成所述滚柱槽41的壁凸伸的弹性补偿部5122b。其中所述抵持部5122a被理解为比所述弹性垫本体5122的其他结构处更靠近形成所述滚柱槽41的壁的部分。所述弹性补偿部5122b被理解为比所述弹性垫本体5122的其他结构处更靠近所述滚柱511的部分。
其中，所述抵持部5122a被设置为：在所述滚柱511承载压力压所述弹性垫512时，所述弹性垫512朝向形成所述滚柱槽41的壁发生弹性形变至所述弹性垫512整体向形成所述滚柱槽41的壁贴合，所述弹性垫本体5122与形成所述滚柱槽41的壁之间的间隙减小；而所述滚柱511不承载压力时，所述滚柱511上浮，所述弹性垫512恢复原状。所述弹性补偿部5122b被设置为：在所述滚柱511承载压力压所述弹性垫512时，所述弹性垫512朝向形成所述滚柱槽41的壁发生弹性形变至所述弹性垫512整体向形成所述滚柱槽41的壁贴合，所述弹性补偿部5122b与形成所述滚柱槽41的壁之间的间隙减小；而所述滚柱511不承载压力时，所述滚柱511上浮，所述弹性垫512恢复原状。
如图8所示，为了扩大弹性补偿的能力，每一所述滚柱槽41内也可以具有沿所述针齿壳4径向方向排列的至少两个弹性垫512。两个弹性垫512之间具有一定的间隙，且至少两个弹性垫512的厚度可以相同或者不同。
例如，所述滚柱槽41内具有靠近所述滚柱511的第一弹性垫5123以及靠近形成所述滚柱槽41的壁的第二弹性垫5124，所述第一弹性垫5123比所述第二弹性垫5124薄。所述第一弹性垫5123与所述第二弹性垫5124之间具有间隙△1，第二弹性垫5124与形成所述滚柱槽41的壁之间具有间隙△2。当滚柱511受到压力较小时，第一弹性垫5123贴向第二弹性垫5124，第二弹性垫5124因为比较厚，还没有变；这种情况标志着弹性补偿在较小载荷下发挥作用，相当于减速器在空载下工作。当压力加大，第二弹性垫5124也逐渐发生变形，相当于减速器在额定载荷下，或超载下发挥作用，从而使各滚柱511在重载下也有弹性补偿作用，使受载均匀化，防止严重磨损或破坏。两片不同弹性垫512的组合得到的综合弹性效果是单独一片弹性垫512难以达到的。
另外，如图9所示，所述滚柱511组件还包括连接于相邻两个所述弹性垫512之间的连接片513。所述弹性垫512与所述连接片513可以采用轧制法一次完成制作，安装方便且安装时更容易定位，并且工作起来整体效果更好。本实施例中，所有的所述弹性垫512与连接片513一体成型成一个连续封闭的弹性环。而其他实施例中，部分相邻的弹性垫512与位于相邻的弹性垫512之间的连接片513一体成型，相较于单独的弹性垫512安装定位准确且可节约工序。
本发明采用的所述滚柱511为实心滚柱、或弹性滚柱。所述弹性滚柱在承载受压时本身也可以进行一定的弹性补偿，使得整体的弹性补偿效果更佳。本实施例中，所述弹性滚柱采用图3~图6所示的空心滚柱，其空心度为40%~60%，优选为50%。其中空心度为空心滚柱内部的空心孔所占空心滚柱的总面积比。
综上所述，本发明通过滚柱511与弹性垫512的配合，在滚柱511承载受压时，所述弹性垫512与所述滚柱511之间的间隙和/或所述弹性垫512与形成所述滚柱槽41的壁之间的间隙可进行调节进行弹性补偿；通过该简单的弹性补偿，大大改进了具有弹性补偿的针齿摆线减速器100中针齿及摆线盘2的工作情况，且具有弹性补偿的针齿摆线减速器100就不需要在原始装配时对滚柱511采取过分过盈的配合，从而引起以后运行中快速异常磨损或异常破坏；而只要采取合适的配合，仍能保证有许多齿同时承载，从而使磨损减少，精度保持寿命延长。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种具有弹性补偿的针齿摆线减速器，包括摆线盘、针齿壳和夹持在所述摆线盘和所述针齿壳之间的针齿组件，所述针齿组件包括若干沿所述针齿壳内侧圆周方向均匀分布的滚柱组合，其特征在于：所述滚柱组合包括滚柱和沿针齿壳径向夹持设置在所述滚柱和所述针齿壳之间的弹性垫，所述弹性垫至少部分位置与所述滚柱之间具有间隙和/或所述弹性垫至少部分位置与形成所述滚柱槽的壁之间具有间隙。
2.根据权利要求1所述的具有弹性补偿的针齿摆线减速器，其特征在于：所述针齿壳内侧设置有若干用以收容所述滚柱的滚柱槽，所述弹性垫包括沿所述针齿壳圆周方向支撑于所述滚柱槽两侧的支撑部、连接两个所述支撑部且夹持在所述滚柱与所述滚柱槽之间的弹性垫本体。
3.根据权利要求1所述的具有弹性补偿的针齿摆线减速器，其特征在于：所述弹性垫本体上设有朝向形成所述滚柱槽的壁凸伸的抵持部，所述抵持部被设置为：在所述滚柱压所述弹性垫时，所述弹性垫可朝向形成所述滚柱槽的壁发生弹性形变至所述弹性垫贴合在形成所述滚柱槽的壁上。
4.根据权利要求1所述的具有弹性补偿的针齿摆线减速器，其特征在于：所述弹性垫本体上设有背离形成所述滚柱槽的壁凸伸的弹性补偿部，所述弹性补偿部被设置为：在所述滚柱压所述弹性垫时，所述弹性垫可朝向形成所述滚柱槽的壁发生弹性形变至所述弹性垫贴合在形成所述滚柱槽的壁上。
5.根据权利要求1所述的具有弹性补偿的针齿摆线减速器，其特征在于：所述弹性垫本体上设有朝向形成所述滚柱槽的壁凸伸的抵持部和背离形成所述滚柱槽的壁凸伸的弹性补偿部。
6.根据权利要求5所述的具有弹性补偿的针齿摆线减速器，其特征在于：所述抵持部和所述弹性补偿部被设计为：在所述滚柱压所述弹性垫时，所述弹性垫可朝向形成所述滚柱槽的壁发生弹性形变至所述弹性垫贴合在形成所述滚柱槽的壁上。
7.根据权利要求1所述的具有弹性补偿的针齿摆线减速器，其特征在于：所述滚柱组件还包括位于连接相邻两个所述弹性垫之间的连接片。
8.根据权利要求1所述的具有弹性补偿的针齿摆线减速器，其特征在于：每一所述滚柱槽内具有沿所述针齿壳径向方向排列的至少两个弹性垫。
9.根据权利要求1所述的具有弹性补偿的针齿摆线减速器，其特征在于：所述弹性垫的厚度介于0.2毫米至1.8毫米之间。
10.根据权利要求1所述的具有弹性补偿的针齿摆线减速器，其特征在于：所述滚柱为实心滚柱、或弹性滚柱。
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