CN109027180B - 减速器和机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供减速器和机器人，减速器设置在机器人的第一部件和第二部件之间，减速器包括刚轮、柔轮和柔性轴承；刚轮设有第一配合位，刚轮内侧设有内轮齿组；柔轮的周壁设有第二配合位，周壁具有外周面和内周面，外周面上设有外轮齿组，柔性轴承位于第二配合位，柔轮位于第一配合位，外轮齿组与内轮齿组啮合；在刚轮的轴向上，外轮齿组的齿顶具有第一长度，外轮齿组的齿根具有第二长度，内轮齿组的齿顶具有第三长度，柔性轴承具有第四长度；第二长度和第三长度均大于第一长度，第四长度大于第二长度。周壁上外轮齿组所在处充分扩张，周壁在周向上的扩张形变均匀，齿组之间啮合接触充分，有效减少传动误差和延长柔性轴承的使用寿命。

Description

减速器和机器人

技术领域

本发明涉及减速设备技术领域，具体涉及一种减速器和应用该减速器的机器人。

背景技术

谐波齿轮减速器是一种由刚轮、柔轮、和使柔轮发生径向变形的谐波发生器组成的减速器，谐波齿轮减速器具有高精度、高承载力、传动比大等优点，且体积小、重量轻，广泛应用于电子、航天航空、机器人、机床等行业。谐波齿轮减速器的谐波发生器包括柔性轴承和凸轮，凸轮插装于柔性轴承中使柔性轴承形变而具有椭圆形的外表面，将柔性轴承安装至柔轮的周壁围绕的配合位中，周壁则根据柔性轴承的轮廓发生形变，柔轮外周的外轮齿组则呈椭圆排布。

为满足谐波齿轮减速器的轻量化要求，现有的一些谐波齿轮减速器使用尺寸和轴向长度较小的柔性轴承，而随之而来的技术问题是，柔性轴承的轴向长度过小而导致周壁在轴向上的扩张形变不完全，从而引起外轮齿组与内轮齿组的啮合接触不充分，从而产生传动误差；轴向长度较小的柔性轴承与柔轮之间的安装同轴度难以保证，周壁在周向上的扩张形变不均匀，柔性轴承的受力状态不稳定，产生传动误差且缩短柔性轴承的使用寿命。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种减少传动误差、延长使用寿命的减速器。

本发明的第二目的在于提供一种减少传动误差、延长使用寿命的机器人。

本发明第一目的提供的减速器包括刚轮、柔轮和柔性轴承；刚轮中部设有第一配合位，刚轮的内侧设置有朝向第一配合位的内轮齿组；柔轮具有周壁，周壁围成第二配合位，周壁的外侧设有外周面，外周面上设置有外轮齿组，周壁在径向的内侧设置朝向第二配合位的内周面，柔性轴承安装于第二配合位中并与内周面抵接，柔轮安装于第一配合位中，外轮齿组与内轮齿组啮合；在刚轮的轴向上，外轮齿组的齿顶的长度为第一长度，外轮齿组的齿根的长度为第二长度，内轮齿组的齿顶的长度为第三长度，柔性轴承的长度为第四长度；第二长度和第三长度均大于第一长度，第四长度大于第二长度。

由上述方案可见，由于柔性轴承的第四长度大于外轮齿组齿根的第二长度，周壁上外轮齿组所在的部分在与柔性轴承的配合下充分扩张，且柔性轴承较大的长度可保证柔性轴承与周壁的安装同轴度，周壁在周向上的扩张形变均匀，外轮齿组与内轮齿组之间啮合接触充分，有效减少传动误差和延长柔性轴承的使用寿命。

进一步的方案是，第二长度大于第三长度。

由上可见，此设置可保证外轮齿组与内轮齿组之间的充分啮合。

进一步的方案是，刚轮的轴向上，周壁具有第五长度；第四长度大于第五长度的0.3倍且小于第五长度的0.7倍。

更进一步的方案是，刚轮的轴向上，周壁具有第五长度；第四长度大于第五长度的0.5倍且小于第五长度的0.6倍。

由上可见，柔性轴承在轴向上的第四长度相对于周壁的第五长度的占比越大，柔性轴承自身的形变、柔性轴承引起的周壁的形变则将越均匀。

进一步的方案是，第四长度大于内周面的直径的0.2倍。

更进一步的方案是，第四长度大于内周面的直径的0.3倍。

由上可见，柔性轴承在轴向上的第四长度相对于内周面的直径的占比越大，柔性轴承相对于周壁产生摆动的可能性越低、可产生的摆动量的最大值越小，传动越稳定、传动误差越小。

进一步的方案是，在柔轮的轴向上，外轮齿组设置在周壁的第一端，周壁的内径从周壁的中部向周壁的第二端逐渐减小。

进一步的方案是，在柔轮的轴向上，外轮齿组设置在周壁的第一端，周壁的内径从周壁的中部向周壁的第二端逐渐增大。

进一步的方案是，在刚轮的径向截面上，内周面平行于刚轮的轴线。

由上可见，内周面采用圆柱面能提高周壁形变的均匀度。

进一步的方案是，刚轮的轴向上，柔性轴承的第一端面位于第一平面上，柔性轴承的第二端面位于第二平面上，外轮齿组整体位于第一平面与第二平面之间。

由上可见，柔性轴承引起的周壁形变能完整地反映到外轮齿组的形变上，保证外轮齿组与内轮齿组之间的充分啮合。

进一步的方案是，减速器还包括谐波发生器，谐波发生器包括转动驱动件和连接在转动驱动件输出端的凸轮；柔性轴承套装在凸轮上。

进一步的方案是，在柔轮的轴向上，外轮齿组设置在周壁的第一端，周壁的第二端设置有法兰。

进一步的方案是，刚轮与柔轮连接有刚性轴承。

本发明第二目的提供的机器人包括第一部件和相对于第一部件转动的第二部件，机器人还包括如上述的减速器，减速器连接于第一部件与第二部件之间。

由上述方案可见，第一部件和第二部件之间为关节处，机器人在关节处采用上述的减速器使机器人具有工作稳定、定位准确和使用寿命长等特点。

附图说明

图1为本发明减速器第一实施例的剖视图。

图2为本发明减速器第一实施例的局部剖视图。

图3为本发明减速器第二实施例中柔轮的局部剖视图。

图4为本发明减速器第三实施例中柔轮的局部剖视图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，图1为本发明减速器第一实施例的剖视图。本发明提供的减速器为应用于机器人关节处的谐波减速器，机器人可以为工业机械臂，工业机械臂具有第一臂部（第一部件）和第二臂部（第二部件），第一臂部和第二臂部之间具有关节处，谐波减速器设置在关节处，第一臂部和第二臂部之间通过谐波减速器实现相对转动。

谐波减速器包括柔轮1、刚轮2、柔性轴承3、刚性轴承5和谐波发生器。柔轮1呈圆筒状，柔轮1具有圆筒状的周壁11，周壁11围成贯穿柔轮1的轴向两端的第二配合位10，周壁11的内侧为朝向第二配合位10的内周面111，在刚轮2的径向截面上，内周面111平行于刚轮2的轴线；周壁11的外侧为与内周面111相对设置的外周面112。在柔轮1的轴向上，外周面112的第一端上设置有外轮齿组113，外轮齿组113的多个外轮齿围绕周壁11的外周设置；柔轮1的轴向上，周壁11的第二端连接有法兰12，法兰12环绕在周壁11外。可选的是，周壁11上设置有多个贯穿周壁11的通孔，多个通孔沿周壁的周向均匀设置。

刚轮2呈圆环状，刚轮2围成贯穿刚轮2轴向两端的第一配合位，刚轮2的内侧设置有朝向第一配合位的内轮齿组21。

柔轮1与刚轮2之间通过刚性轴承5实现转动连接。刚性轴承5包括刚性外圈51、刚性内圈52，还包括设置在刚性外圈51与刚性内圈52之间的滚子。刚性外圈51通过螺栓固定连接在柔轮1的法兰12上，刚性内圈52与刚轮2通过螺栓固定连接。

谐波发生器包括转动驱动件和连接在转动驱动件输出端的凸轮4，转动驱动件为电机，凸轮4通过调心联轴器连接在电机的输出轴上，柔性轴承3套装在凸轮4上。

柔性轴承3包括柔性外圈31、柔性内圈32，还包括设置在柔性外圈31与柔性内圈32之间的滚子，由于柔性轴承3具有一定的形变能力，柔性轴承3套装在凸轮4上根据凸轮4外轮廓而产生形变，柔性轴承3套装在凸轮4上后，柔性外圈31具有椭圆形的外周轮廓。柔性轴承3设置在第二配合位10中，柔性轴承3与周壁11过渡配合，柔性外圈31的外周面与内周面111抵接，周壁11由于柔轮外圈31的抵接而产生扩张形变。

结合图2，图2为本发明减速器第一实施例的局部剖视图。在刚轮2的轴向上，外轮齿组113的齿顶113a具有第一长度d1，外轮齿组113的齿根113b具有第二长度d2，内轮齿组21的齿顶具有第三长度d3，柔性外圈31具有第四长度d4，周壁11具有第五长度d5，内周面111具有直径d6，第二长度d2大于第三长度d3，第二长度d2和第三长度d3均大于第一长度d1，第四长度d4大于第二长度d2，本实施例中，第四长度d4大于内周面111的直径d6的0.3倍，第四长度d4大于第五长度d5的0.5倍且小于第五长度的0.6倍。

在刚轮2的轴向上，柔性轴承3具有第一端面L1以及第二端面L2，从减速器径向的截面图中可见，外轮齿组113整体位于柔性轴承3的第一端面L1所在的第一平面和第二端面L2所在的第二平面之间的空间内，周壁11上外轮齿组113所在的部分在与柔性轴承3的配合下充分扩张，且柔性轴承3较大的长度可保证柔性轴承3与周壁11的安装同轴度，周壁11在周向上的扩张形变均匀，外轮齿组113与内轮齿组21之间啮合接触充分，有效减少传动误差和延长柔性轴承的使用寿命。

第四长度d4相对于第五长度d5的占比越大，第四长度d4相对于内周面111的直径d6的占比越大，柔性轴承3自身的形变、柔性轴承3引起的周壁11的形变则将越均匀，柔性轴承3相对于周壁11产生摆动的可能性越低、可产生的摆动量的最大值越小，传动越稳定、传动误差越小，而第四长度d4相对于第五长度d5的占比不应过大而增大柔性轴承3的安装难度。

参见图3，图3为本发明减速器第二实施例中柔轮的局部剖视图。本实施例中，柔轮6的周壁61在轴向第一端设置有外轮齿组63，周壁61在轴向第二端连接有法兰62，周壁61的内径从周壁61的中部向靠近法兰62的轴向第二端逐渐增大，增加周壁61的总面积以提高形变能力。

参见图4，图4为本发明减速器第三实施例中柔轮的局部剖视图。本实施例中，柔轮7的周壁71在轴向第一端设置有外轮齿组73，周壁71在轴向第二端连接有法兰72，周壁71的内径从周壁71的中部向靠近法兰72的轴向第二端逐渐减小，在柔性轴承安装后，内径逐渐减小的周壁71具有导向定位的作用，进一步确保柔性轴承与周壁71之间的连接同轴度，进一步确保周壁71形变的均匀性。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.减速器，包括刚轮、柔轮和柔性轴承；

所述刚轮围成第一配合位，所述刚轮在径向的内侧设置有朝向所述第一配合位的内轮齿组；

所述柔轮具有周壁，所述周壁围成第二配合位，所述周壁的外周面上设置有外轮齿组，所述柔轮在径向的内侧设置有朝向所述第二配合位的内周面；

所述柔性轴承安装于所述第二配合位中并与所述周壁的内周面抵接，所述柔轮安装于所述第一配合位中，所述外轮齿组与所述内轮齿组啮合；

其特征在于：

在所述刚轮的轴向上，所述外轮齿组的齿顶的长度为第一长度，所述外轮齿组的齿根的长度为第二长度，所述内轮齿组的齿顶的长度为第三长度，所述柔性轴承的长度为第四长度；

所述第二长度和所述第三长度均大于所述第一长度，所述第四长度大于所述第二长度；

所述刚轮的轴向上，所述周壁的长度为第五长度；

所述第四长度大于所述第五长度的0.5倍且小于所述第五长度的0.6倍，所述第四长度大于所述内周面的直径的0.3倍。

2.根据权利要求1所述的减速器，其特征在于：

所述第二长度大于所述第三长度。

3.根据权利要求1或2所述的减速器，其特征在于：

在所述柔轮的轴向上，所述外轮齿组设置在所述周壁的第一端，所述周壁的内径从所述周壁的中部向所述周壁的第二端逐渐减小。

4.根据权利要求1或2所述的减速器，其特征在于：

在所述柔轮的轴向上，所述外轮齿组设置在所述周壁的第一端，所述周壁的内径从所述周壁的中部向所述周壁的第二端逐渐增大。

5.根据权利要求1或2所述的减速器，其特征在于：

在所述刚轮的径向截面上，所述内周面平行于所述刚轮的轴线。

6.根据权利要求1或2所述的减速器，其特征在于：

所述刚轮的轴向上，所述柔性轴承的第一端面位于第一平面上，所述柔性轴承的第二端面位于第二平面上,所述外轮齿组位于所述第一平面与所述第二平面之间。

7.根据权利要求1或2所述的减速器，其特征在于：

所述减速器还包括谐波发生器，所述谐波发生器包括转动驱动件和连接在所述转动驱动件输出端的凸轮；

所述柔性轴承套装在所述凸轮上。

8.根据权利要求1或2所述的减速器，其特征在于：

在所述柔轮的轴向上，所述外轮齿组设置在所述周壁的第一端，所述周壁的第二端设置有法兰。

9.根据权利要求1或2所述的减速器，其特征在于：

所述刚轮与所述柔轮连接有刚性轴承。

10.机器人，包括第一部件和相对于所述第一部件转动的第二部件，其特征在于：

所述机器人还包括如上述权利要求1至9任一项所述的减速器，所述减速器连接于所述第一部件与所述第二部件之间。