CN109356999A - 减速器用高精度重载密滚子轴系 - Google Patents

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王斌
吴艳青
李正海
陈景华
杨力
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Abstract

本发明公开了一种减速器用高精度重载密滚子轴系，包括电机，其电机轴装配于输入轴深孔内，输入轴外装配台阶轮，两者之间设置轴承；台阶轮外装配输出轴，输出轴与输入轴之间设置轴承；输出轴外装配本体；本体和台阶轮上方装配输入端盖，输入端盖与输入轴之间设置轴承和内有封套；输入端盖与本体之间通过螺钉紧固；输出轴与本体下方设置输出盘，输出盘与输出轴底部通过螺钉紧固件连接；本体下端外壁的卡槽内设置有外油封套；输出轴与本体之间设置径向密滚子轴系；本体上下端面的均设置有轴向密滚子轴系，且上端轴向密滚子轴系上方装配盖盘，盖盘与输出轴顶面固定。本发明可最大程度地增加减速器的载荷及抗冲击性能，延长减速器预期寿命。

Description

减速器用高精度重载密滚子轴系
技术领域
本发明属于电机减速器技术领域，具体涉及一种减速器用高精度重载密滚子轴系。
背景技术
齿轮减速器是机械行业中常用的传动机构，其原理是通过多级齿轮啮合传动实现电机输出变速，同时实现变扭矩输出。目前国内外常用的减速器输出轴的承载轴承为角接触轴承副，支承位置在输出轴两侧，特别是工业机器人领域应用的减速器，由于机械臂关节处采用单侧外挂式联接，各级输出轴需承载下级机械臂及所夹持工件的全部重量，并长期处于大负载工况下运行，因此，其内部支承轴系难以在长时间范围内保持高精度回转，齿轮磨损严重，进而导致减速器的高精度寿命周期严重不足，需进行频繁维修或更换。分析其中原因为轴承支承方式的问题，目前行业内主流减速器轴系普遍只用于实现扭矩输出，当减速器内部的轴系需同时承担精密回转和重载荷支承的功能，特别是当减速器内部空间受限，只能设置一组角接触轴承时，这种情况下，重载条件下减速器输出轴的回转精度将无法保证。工业机器人用减速器需满足大负载条件下的多自由度转动，因此，对于轴承的径向、轴向载荷及抗扭拧性能均要求较高的情况下，常规轴承悬臂支承方式的负载能力不足，特别是抗扭拧性明显不足，抗冲击能力差，整机使用寿命短。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种减速器用高精度重载密滚子轴系。
本发明的技术方案是：
一种减速器用高精度重载密滚子轴系，包括电机，其电机轴装配于输入轴的深孔内，所述输入轴外部装配台阶轮，且两者之间设置有轴承；台阶轮外部装配输出轴，输出轴与输入轴之间设置有轴承；输出轴外部装配本体；本体和台阶轮上方装配输入端盖，输入端盖与输入轴之间自下而上依次设置有轴承和内有封套；输入端盖与本体之间通过螺钉紧固；输出轴与本体下方设置输出盘，输出盘与输出轴底部通过螺钉紧固件连接；本体下端外壁的卡槽内设置有外油封套；所述输出轴与本体之间设置径向密滚子轴系；本体上下端均设置有轴向密滚子轴系，且上端轴向密滚子轴系上方装配盖盘，盖盘与输出轴顶面固定；所述径向密滚子轴系包括多个逐层叠放的径向保持架，相邻的径向保持架之间通过销轴固定；每个径向保持架上均布满精密滚子；所述轴向密滚子轴系包括布满精密滚子的轴向保持架，轴向保持架外部装配限位圈。
所述输出盘周向均布用于与动力作用体连接的阶梯孔。
所述本体中间形成孔径上大下小的二阶阶梯孔，底面形成环形槽，下端外壁形成环形卡槽；上方轴向密滚子轴系设置于阶梯孔阶梯面上，下方轴向密滚子轴系设置于环形槽内。
所述台阶轮为自上而下外径逐渐减小的三阶阶梯轴结构；上段和中段外壁均形成外齿。
所述输入端盖纵截面呈凸字型结构，中间形成通孔，底面形成凹槽；凹槽槽壁和槽底设置有与台阶轮的上段外齿啮合的内齿。
所述输入轴为偏心阶梯轴，中心设有用于装配电机轴的深孔。
所述输出轴中间形成孔径逐渐减小的三阶阶梯孔，阶梯孔最上段孔壁形成与台阶轮中段外壁外齿相啮合的内齿，下段孔壁与输入轴之间设置有轴承，输出轴顶面均布用于与盖盘连接的螺纹孔。
所述盖盘为环状结构，端面形成沿环向均布的通孔，通孔孔径小于轴向密滚子轴系的精密滚子的外径。
所述径向保持架为单封闭环状结构，其一端端面均布多个轴向盲孔，精密滚子设置于轴向盲孔内；径向保持架形成轴向盲孔的一侧端面还形成多个均布设置的连接销孔。
所述轴向保持架为环状结构，其外圆周壁均布多个沿径向方向设置的周向盲孔；精密滚子设置于周向盲孔内。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种可实现高精度回转的密滚子轴系支承的减速器轴系设计方式，可最大程度地增加减速器的载荷及抗冲击性能，延长减速器预期寿命。
本发明对传统齿轮减速器的内部支承方式的改变，采用径向及周向密滚子保持架的方式，代替行业内普遍采用的轴承支承方式，这样，减速器轴系在实现扭矩输出功能的同时，还可提供较高的回转精度，可达0.001mm量级。这种轴系可大幅提高减速器的轴向及径向刚度以及抗大扭矩性能，并可以在重载工况下保证内部变速齿轮的啮合精度，最大程度地增加减速器的载荷及抗冲击性能，大幅延长减速器预期寿命。
附图说明
图1是本发明减速器用高精度重载密滚子轴系的结构示意图；
图2是本发明减速器用高精度重载密滚子轴系中径向保持架的主视图；
图3是图2中A-A向剖视图；
图4是本发明减速器用高精度重载密滚子轴系中轴向保持架的主视图；
图5是图4中B-B向剖视图。
其中：
1 输出盘 2 本体
3 台阶轮 4 输入端盖
5 轴承 6 内油封套
7 输入轴 8 输出轴
9 盖盘 10 轴向保持架
11 径向保持架 12 限位圈
13 外油封套 14 电机
15 电机轴 16 阶梯孔
17 轴向盲孔 18 连接销孔
19 周向盲孔。
具体实施方式
下面结合说明书附图及实施例对本发明减速器用高精度重载密滚子轴系进行详细说明：
如图1~5所示，一种减速器用高精度重载密滚子轴系，包括电机14，其电机轴15装配于输入轴7中心的深孔内，所述输入轴7外部装配台阶轮3，且两者之间设置有轴承5；台阶轮3外部装配输出轴8，输出轴8与输入轴7之间设置有轴承5；输出轴8外部装配本体2；本体2和台阶轮3上方装配输入端盖4，输入端盖4与输入轴7之间自下而上依次设置有轴承5和内有封套6；输入端盖4与本体2之间通过螺钉紧固；输出轴8与本体2下方设置输出盘1，输出盘1与输出轴8底部通过螺钉紧固件连接；本体2下端外壁的卡槽内设置有外油封套13；
所述输出轴8与本体2之间设置径向密滚子轴系；本体2上下端均设置有轴向密滚子轴系，且上端轴向密滚子轴系上方装配盖盘9，盖盘9与输出轴8顶面固定；
所述径向密滚子轴系包括多个逐层叠放的径向保持架11，相邻的径向保持架11之间通过销轴固定；每个径向保持架11上均布满精密滚子；
所述轴向密滚子轴系包括布满精密滚子的轴向保持架10，轴向保持架10外部装配限位圈12。
所述输出盘1周向均布用于与动力作用体连接的阶梯孔16。
所述本体2中间形成孔径上大下小的二阶阶梯孔，底面形成环形槽，下端外壁形成环形卡槽；上方轴向密滚子轴系设置于阶梯孔阶梯面上，下方轴向密滚子轴系设置于环形槽内。
所述台阶轮3为自上而下外径逐渐减小的三阶阶梯轴结构；上段和中段外壁均形成外齿。
所述输入端盖4纵截面呈凸字型结构，中间形成通孔，底面形成凹槽；凹槽槽壁和槽底设置有与台阶轮3的上段外齿啮合的内齿。
所述输入轴7为偏心阶梯轴，中心设有用于装配电机轴15的深孔。
所述输出轴8中间形成孔径逐渐减小的三阶阶梯孔，阶梯孔最上段孔壁形成与台阶轮3中段外壁外齿相啮合的内齿，下段孔壁与输入轴7之间设置有轴承5，输出轴8顶面均布用于与盖盘9连接的螺纹孔。
所述盖盘9为环状结构，端面形成沿环向均布的通孔，通孔孔径小于轴向密滚子轴系的精密滚子的外径。
所述径向保持架11为单封闭环状结构，其一端端面均布多个轴向盲孔17，精密滚子设置于轴向盲孔内；径向保持架11形成轴向盲孔的一侧端面还形成多个对称设置的连接销孔18。
所述轴向保持架10为环状结构，其外圆周壁均布多个沿径向方向设置的周向盲孔19；精密滚子设置于周向盲孔内。
电机14动力由输入轴7导入，通过齿轮机构进行减速，增加扭矩。
输出盘1为动力输出机构，与输出轴8通过螺钉紧固件连接，周向设有用于与动力作用体连接的阶梯孔，端面平面度及平行度加工要求小于0.01mm，以保证装配后的密封性。
本体2为阶梯孔结构，是减速器轴系的承载部件，一端面设有均布的螺纹孔，用于连接输入端盖4。
台阶轮3为阶梯齿形结构，设有高度不同的两部分外齿，用于与输出轴8及输入端盖4的内齿啮合。两段外齿的轴线同轴度要求小于0.01mm。
输入端盖4其中部设有通孔，用于穿过电机轴，且为设计基准；通孔上端设有内齿，用于与台阶轮3的外齿啮合，齿形轴线与基准同轴度小于0.01mm。
轴承5为标准深沟球轴承或滚针轴承，用于承载输入轴7并保证回转精度。
内油封套6为整套减速器的上密封部件，采用标准弹簧油封组件。
输入轴7为典型的偏心阶梯轴，中心设有用于装配电机轴的深孔，是减速器的主要动力输入部件。
输出轴8内部为阶梯孔结构，上部内侧设有内齿，用于与台阶轮3外齿啮合；下部通孔用于放置轴承5；端面设有均布螺纹孔，用于连接盖盘9。齿形轴线与阶梯孔同轴度小于0.01mm。
盖盘9为环状结构，环向设有均布通孔，用于夹持精密滚子。
径向保持架11为单封闭环状结构，其端面一端设有均布的轴向盲孔，用于放置精密滚子；其端面还设有连接销孔，用于放置定位销。布满精密滚子的径向保持架11逐层码放在减速器输出轴8外侧；中间以定位销连接，形成径向密滚子轴系，径向回转精度达到0.001mm量级。
轴向保持架10为环状结构，沿径向方向设有均布的周向盲孔，用于放置精密滚子；其外部设有限位圈12，用于限制放入轴向保持架10的精密滚子的轴向位置，防止其脱出。布满精密滚子的轴向保持架10及限位圈12放在减速器本体2两端的环形槽内，形成轴向密滚子轴系，轴向回转精度达到0.001mm量级。
精密滚子为高精度钢柱，其母线直线度及周向圆跳动均达到微米量级，且可承受较大的径向载荷，并保持不变形，轴系内所有滚子的直径差不大于0.002mm。
外油封套13为整套减速器的下密封部件，采用标准R型弹簧油封组件进行外部密封。
本发明的工作原理：
当电机14的转速通过输入轴7传导给台阶轮3，台阶轮3外齿通过与输出轴8内齿啮合带动输出轴8回转，进而带动输出盘1回转。装有精密滚子的径向保持架11和轴向保持架10形成的滚子轴系，承载了减速器的主要回转部件，提供了较大的径向、轴向载荷，同时具有良好的抗扭拧性能，并在重载工况下保证减速器的高精度运行，可作为机器人关节臂减速器的主要承重机构，大幅提高机器人关节臂减速器寿命，降低机器人的故障率。
本发明提供了一种可实现高精度回转的密滚子轴系支承的减速器轴系设计方式，可最大程度地增加减速器的载荷及抗冲击性能，延长减速器预期寿命。
本发明对传统齿轮减速器的内部支承方式的改变，采用径向及周向密滚子保持架的方式，代替行业内普遍采用的轴承支承方式，这样，减速器轴系在实现扭矩输出功能的同时，还可提供较高的回转精度，可达0.001mm量级。这种轴系可大幅提高减速器的轴向及径向刚度以及抗大扭矩性能，并可以在重载工况下保证内部变速齿轮的啮合精度，最大程度地增加减速器的载荷及抗冲击性能，大幅延长减速器预期寿命。

Claims (10)

1.一种减速器用高精度重载密滚子轴系，包括电机（14），其电机轴（15）装配于输入轴（7）中心的深孔内，其特征在于：所述输入轴（7）外部装配台阶轮（3），且两者之间设置有轴承（5）；台阶轮（3）外部装配输出轴（8），输出轴（8）与输入轴（7）之间设置有轴承（5）；输出轴（8）外部装配本体（2）；本体（2）和台阶轮（3）上方装配输入端盖（4），输入端盖（4）与输入轴（7）之间自下而上依次设置有轴承（5）和内有封套（6）；输入端盖（4）与本体（2）之间通过螺钉紧固；输出轴（8）与本体（2）下方设置输出盘（1），输出盘（1）与输出轴（8）底部通过螺钉紧固件连接；本体（2）下端外壁的卡槽内设置有外油封套（13）；
所述输出轴（8）与本体（2）之间设置径向密滚子轴系；本体（2）上下端均设置有轴向密滚子轴系，且上端轴向密滚子轴系上方装配盖盘（9），盖盘（9）与输出轴（8）顶面固定；
所述径向密滚子轴系包括多个逐层叠放的径向保持架（11），相邻的径向保持架（11）之间通过销轴固定；每个径向保持架（11）上均布满精密滚子；
所述轴向密滚子轴系包括布满精密滚子的轴向保持架（10），轴向保持架（10）外部装配限位圈（12）。
2.根据权利要求1所述的一种减速器用高精度重载密滚子轴系，其特征在于：所述输出盘（1）周向均布用于与动力作用体连接的阶梯孔（16）。
3.根据权利要求1所述的一种减速器用高精度重载密滚子轴系，其特征在于：所述本体（2）中间形成孔径上大下小的二阶阶梯孔，底面形成环形槽，下端外壁形成环形卡槽；上方轴向密滚子轴系设置于阶梯孔阶梯面上，下方轴向密滚子轴系设置于环形槽内。
4.根据权利要求1所述的一种减速器用高精度重载密滚子轴系，其特征在于：所述台阶轮（3）为自上而下外径逐渐减小的三阶阶梯轴结构；上段和中段外壁均形成外齿。
5.根据权利要求1所述的一种减速器用高精度重载密滚子轴系，其特征在于：所述输入端盖（4）纵截面呈凸字型结构，中间形成通孔，底面形成凹槽；凹槽槽壁和槽底设置有与台阶轮（3）的上段外齿啮合的内齿。
6.根据权利要求1所述的一种减速器用高精度重载密滚子轴系，其特征在于：所述输入轴（7）为偏心阶梯轴，中心设有用于装配电机轴（15）的深孔。
7.根据权利要求1所述的一种减速器用高精度重载密滚子轴系，其特征在于：所述输出轴（8）中间形成孔径逐渐减小的三阶阶梯孔，阶梯孔最上段孔壁形成与台阶轮（3）中段外壁外齿相啮合的内齿，下段孔壁与输入轴（7）之间设置有轴承（5），输出轴（8）顶面均布用于与盖盘（9）连接的螺纹孔。
8.根据权利要求1所述的一种减速器用高精度重载密滚子轴系，其特征在于：所述盖盘（9）为环状结构，端面形成沿环向均布的通孔，通孔孔径小于轴向密滚子轴系的精密滚子的外径。
9.根据权利要求1所述的一种减速器用高精度重载密滚子轴系，其特征在于：所述径向保持架（11）为单封闭环状结构，其一端端面均布多个轴向盲孔（17），精密滚子设置于轴向盲孔内；径向保持架（11）形成轴向盲孔的一侧端面还形成多个对称设置的连接销孔（18）。
10.根据权利要求1所述的一种减速器用高精度重载密滚子轴系，其特征在于：所述轴向保持架（10）为环状结构，其外圆周壁均布多个沿径向方向设置的周向盲孔（19）；精密滚子设置于周向盲孔内。
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