CN108869644A - 工业机器人消隙摆线中空减速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人减速器技术领域，一种工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：包括圆壳体及一级与二级减速部件，一级减速部件包括伺服电机、主动轮、双联齿轮及行星轮，保证偏心轴转速≤950rpm，二级减速部件包括2～3只均布的偏心轴、二摆线轮、针齿壳、针销及左、右刚性盘，摆线轮与针销间的最小径向间隙Δj≈0.5δ(mm)，偏心轴的两偏心段相位差等于179.805°～179.895°、二摆线轮上两组共六圆孔设在同一圆周上，第一轴承为龙氏合金滑动轴承，第三轴承10为薄壁密封四点接触球轴承或交叉滚子轴承。有益效果：(1)具有良好的润滑状态；(2)具有良好的动态性能；(3)正、转时，能实现回差≤1～3弧分。

Description

工业机器人消隙摆线中空减速器

【技术领域】

本发明涉及机器人减速器技术领域，尤其涉及一种基于“消隙齿轮”原理、工艺性好及回差≤1～3弧分的工业机器人消隙摆线中空减速器。

【背景技术】

背景技术存在问题是动态性能差：

《我国工业机器人三大核心零部件与发达国家差距》指出：“国内减速器噪声和发热明显高于日本纳博，噪声和发热意味着啮合不良；扭转刚度、传动精度等稳定性和精度差距还比较明显，耐疲劳强度差距也比较明显，容易磨损报废。”(2017.03.27)

主要原因在于：‘负移距-负等距’修形造成径向间隙过小、发热膨胀卡死

何卫东教授《机器人用高精度RV传动中摆线轮修形对回差影响的研究》：“我们承担的 863项目《机器人用RV-250A II型减速器》最大难点在于回差极小。…研究表明.为尽可能减小侧隙以减小间隙回差，应采用‘负等距-负移距’组合修形。”(机械传动1999年01月)

由于：“摆线轮的修形就会产生侧隙，而侧隙就形成了回差，该因素对回差影响较大，且不可避免。”(南京工程学院张杰教授《RV减速器回差分析与实验测试研究》)

捡索发现，‘负移距-负等距’修形使径向间隙过小，示例如下：

(1)《国家863高端之RV-250A II型》样机：Rz＝114.5、e＝2.2：Δrz＝-0.004、ΔRz＝-0.008，回差＝0.0896′，径向间隙Δ＝0.004(mm)，侧隙Δc＝0.0015(mm)

(2)郑州机械研究所《机器人用精密摆线传动啮合特性及回程间隙分析》：Rz＝64、e＝1.3、Za＝39；ΔRz＝-0.02、Δrz＝-0.01，回差＝0.225′，径隙Δ＝0.01(mm)、侧隙Δc＝0.0021(mm)

(3)同济大学《机器人用高精度RV减速器轮齿间隙研究》：RV-40E：Rz＝64、e＝1.30、Za＝39；ΔRz＝-0.008、Δrz＝-0.002，径隙Δ＝0.006(mm)，侧隙ΔC＝0.003(mm)

北方工业大学《RV减速器热-结构耦合分析》：“国内对RV减速器热-结构耦合方面研究较少，而减速器用的是脂润滑，散热条件不好，运转中各种状况都和热密切相关。要考虑温度对零件体积的影响，以免因温度过高膨胀卡死。摆线轮是热量的主要来源。”(2016.06)

国内与国外有很大差距的主要原因是径向间隙Δ过小，侧隙ΔC也很小，侧隙小润滑不良，摆线轮会因温升膨胀，导致磨损发热，动态性能不良，使用寿命缩短。

由于以上问题，使国内RV减速器的研制至今未能成功。2016.03.21日，国家三部委109 号通知：‘我国至今仍然依靠进口’，通知说：‘要求2020年能达到国外水平’。

【发明内容】

本发明系根据《消隙齿轮》原理作出的创新，一种工业机器人消隙摆线减速器。

《消隙齿轮》具有很高静态和动态精度特性，应用于卫星、导弹等载体时，其回差≈0，比 RV减速机1弧分要小很多。《消隙齿轮》不依赖高精度，因而成本低。

【技术方案】为解决上述问题所采用的具体技术方案如下：

一级减速部件包括输入轴、太阳轮及行星轮，一级减速保证偏心轴转速≤900rpm；

二级减速部件包括偏心轴、二摆线轮、针齿壳、针销及左、右刚性盘，偏心轴包括两偏心段，偏心段上设有支承摆线轮的第一轴承，偏心段两侧用第二轴承分别支承在左、右刚性盘周边孔中，左、右刚性盘用第三轴承分别支承在圆壳体两侧内孔，输入轴用第四轴承分别支承在左、右刚性盘中心孔；所述左刚性盘上均布三圆柱凸缘，三圆柱凸缘穿过二摆线轮上第一组等直径三圆孔与右刚性盘内侧止口紧配合、二者连接成刚性体，二摆线轮上另有第二组等直径三圆孔用以装置第一轴承，两组三圆孔直径相等，且六孔均布在同一圆周上；

摆线轮与针销间的最小径向间隙应近似于摆线轮热膨胀量的一半，即：Δjmin≈0.5δ。

所述针齿壳半埋孔半圆弧面两侧设有小圆弧储油槽，油槽深0.035～0.055mm。

所述针齿壳上均布的、设有小圆弧储油槽的半埋孔用线切割加工成连续光滑曲线。

所述偏心轴两偏心段的相位差等于179.835°～179.895°，因而第一轴承支承的第一摆线轮与第二摆线轮之间的相位差也等于179.835°～179.895°，此时，第一摆线轮轮齿与内摆线齿圈上半区内齿顺时针(或逆时针)一侧靠紧，而第二摆线轮轮齿与内摆线齿圈下半区内齿逆时针(或顺时针)一侧靠紧，实现正、反转时回差≤1～3′，运转时不会发热卡死。

所述第三轴承为薄壁密封四点接触球轴承，承载力大，可同时承受径向与轴向负荷。

所述第三轴承为薄壁密封交叉滚子轴承，承载力大，可同时承受径向与轴向负荷。

所述第一轴承为龙氏合金滑动轴承，龙氏合金具有自润滑性能，适用于中低速重载场合。

【有益效果】

(1)最小径隙近似于摆线轮膨胀量，运转时不会因发热，使之具有良好的动态性能；

(2)实现正、转时，回差≤1～3弧分；

(3)本发明国产机床，常规制造精度，工艺简单，成本最低；

(4)外型尺寸与日本RV-E型减速器相同，因而可与之互换；

【附图说明】

图1本发明实施例的结构示意图。

【具体实施方式】

一种工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：包括圆壳体1及置于壳体中的一级与二级减速部件，圆壳体作为机体是因为圆形壳体轻量化程度、工艺性能最佳，其中：

一级减速部件包括伺服电机上的主动轮9、双联齿轮10及行星轮8，所述双联齿轮10包括从动轮与太阳轮，所述从动轮与主动轮9啮合，所述太阳轮与行星轮8啮合，所述行星轮 8连接在二级减速部件偏心轴3轴伸端，一级减速后偏心轴3转速应≤900rpm，目的使传动更平稳，使偏心轴3转速低于900rpm是因为，针轮(针齿壳-针销)同摆线轮的理论廓线不是一对共轭曲线，为使传动更平稳，偏心轴8转速比之渐开线少齿差啮合副或双摆线啮合副，应尽可能低些；所述双联齿轮10内孔设置通线管；

二级减速部件包括2～3只均布的偏心轴3、第一、第二摆线轮7A、7B、针齿壳1、针销11及左、右刚性盘2、5，所述偏心轴3包括两偏心段，偏心段上设有支承摆线轮的第三轴承，偏心段两侧用第四轴承分别支承在左、右刚性盘周边孔中，左、右刚性盘用第一轴承 4分别支承在圆壳体1两侧内孔，所述左刚性盘2上均布三圆柱凸缘，三圆柱凸缘穿过第一、第二摆线轮7A、7B上第一组等直径三圆孔与右刚性盘5内侧止口紧配合、二者连接成一刚性体，二摆线轮上另有第二组等直径三圆孔用以装置第三轴承，所述第一、第二组三圆孔直径相等，且六孔均布在同一圆周上，右刚性盘5中心孔用第二轴承6支承双联齿轮10的一侧，摆线轮上菱形孔改圆孔的技术效果是：热处理时不易开裂、变形小，圆柱凸缘比之菱形凸缘工艺简单、成本低；

所述第一、第二摆线轮7A、7B与针销11之间的最小径向间隙Δjmin应近似于摆线轮热膨胀量δ的一半，即：Δjmin≈0.5δ(mm)，“国内RV减速器用的是脂润滑，散热条件不好，运转中各种状况都和热密切相关。要考虑温度对零件体积的影响，以免因温度过高膨胀卡死。摆线轮是热量的主要来源。”因此，运转时不会发热卡死，使之具有良好动态性能。

所述工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：针齿壳1半埋孔的半圆弧面两侧设有小圆弧储油槽，油槽深0.035～0.055mm，这是因为背景技术半埋孔与针销间仅依靠间隙薄薄一层储脂，实践证明其储脂效果不如半埋孔两侧小圆弧油槽，。

所述工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：所述针齿壳1上均布的、设有小圆弧储油槽的半埋孔用线切割加工成连续光滑曲线，慢走丝表面粗糙度为Ra 0.5～0.8(μm)，切割精度0.002～0.005(mm)，线切割工艺简单、精度高。

所述工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：所述偏心轴3两偏心段的相位差等于179.835°～179.895°，因而第三轴承支承的第一摆线轮7A与第二摆线轮7B之间的相位差也等于179.835°～179.895°，此时，第一摆线轮7A轮齿与针齿壳上半区内齿顺时针(或逆时针) 一侧靠紧，而第二摆线轮7B轮齿与针齿壳下半区内齿逆时针(或顺时针)一侧靠紧，根据消隙齿轮原理，从而实现正、反转时回差≤1～3弧分。

所述工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：所述第一轴承4为薄壁密封四点接触球轴承，能承受径向载荷、双向推力载荷和倾覆力矩，能简化主机结构；调整游隙方便。

所述工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：所述第一轴承4为薄壁密封交叉滚子轴承，由于滚子与滚道为线接触，其载荷容量是球轴承额定载荷的5～15倍，因此可靠性高，寿命较长；交叉滚子轴承施加预载，，能有效提高刚度和旋转精度。

为什么要采用带密封的轴承呢？因为：

“轴承早期失效往往不是材质引起的疲劳破坏，而是污染物进入轴承内部后润滑脂质逐渐变坏，在滚动接触面上产生压痕所致。”(《密封深沟球轴承的密封技术》轴承2009.05)

“结构紧凑时，最好使用装有两面密封的向心球轴承。装有两面密封圈的向心球轴承已装入足够轴承整个使用期限的润滑脂。”(埃斯曼《滚动轴承设设计与应用手册》221页)

“润滑不良是引起轴承早期破坏的主要原因”(刘泽九《滚动轴承应用手册》891页)

所述工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：所述第三轴承为龙氏合金滑动轴承，龙氏合金(LONG-S metal)，系我国引进的先进技术，在机床、轧钢、矿山、起重及船舶等得到广泛应用，替代了青铜、黄铜、巴氏合金等各种减摩合金铸件。其优点：铸造性能好，铸件致密，摩擦因数小，表面粗糙度可达1.6；比铜轻40％，成本低40％；寿命为锡青铜2～3 倍，具有自润滑性能及减震功能，适用于中低速重载场合。滑动轴承工艺简单，更换极方便。

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 (7)

1.一种工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：

包括圆壳体(1)及置于壳体中的一级减速部件与二级减速部件，其中：

(I)一级减速部件包括伺服电机上的主动轮(9)、双联齿轮(10)及行星轮(8)，所述双联齿轮(10)包括从动轮与太阳轮，所述从动轮与主动轮(9)啮合，所述太阳轮与行星轮(8)啮合，所述行星轮(8)连接在二级减速部件偏心轴(3)轴伸端，一级减速后偏心轴(3)转速应≤900rpm；所述双联齿轮(10)内孔设置通线管；

(II)二级减速部件包括2～3只均布的偏心轴(3)、第一、第二摆线轮(7A、7B)、针齿壳(1)、针销(11)及左、右刚性盘(2、5)，所述偏心轴(3)包括两偏心段，偏心段上设有支承摆线轮的第三轴承，偏心段两侧用第四轴承分别支承在左、右刚性盘周边孔中，左、右刚性盘用第一轴承(4)分别支承在圆壳体(1)两侧内孔，所述左刚性盘(2)上均布三圆柱凸缘，三圆柱凸缘穿过第一、第二摆线轮(7A、7B)上第一组等直径三圆孔与右刚性盘(5)内侧止口紧配合、二者连接成一刚性体，二摆线轮上另有第二组等直径三圆孔用以装置第三轴承，所述第一、第二组三圆孔直径相等，且六孔均布在同一圆周上，右刚性盘(5)中心孔用第二轴承(6)支承双联齿轮(10)的一侧；

(III)所述第一、第二摆线轮(7A、7B)与针销(11)之间的最小径向间隙Δjmin应近似于摆线轮热膨胀量δ的一半，即：Δjmin≈0.5δ(mm)。

2.根据权利要求1所述工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：针齿壳(1)半埋孔两侧设有小圆弧储油槽，油槽深0.035～0.055mm。

3.根据权利要求2所述工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：所述针齿壳(1)上均布的、设有小圆弧储油槽的半埋孔用线切割加工成连续光滑曲线。

4.根据权利要求2或3所述工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：所述偏心轴(3)两偏心段的相位差等于179.835°～179.895°，因而第三轴承支承的第一摆线轮(7A)与第二摆线轮(7B)之间的相位差也等于179.835°～179.895°，此时，第一摆线轮(7A)轮齿与针齿壳上半区内齿顺时针(或逆时针)一侧靠紧，而第二摆线轮(7B)轮齿与针齿壳下半区内齿逆时针(或顺时针)一侧靠紧，实现正、反转时回差≤1～3′。

5.根据权利要求4所述工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：所述第一轴承(4)为薄壁密封四点接触球轴承。

6.根据权利要求4所述工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：所述第一轴承(4)为薄壁密封交叉滚子轴承。

7.根据权利要求5或6所述工业机器人消隙摆线中空减速器，其特征在于：所述第三轴承为龙氏合金滑动轴承。