CN109798329A - 一种轴向激波式机器人关节减速器 - Google Patents

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杨玉虎
周国成
胡自昂
沈兆光
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Abstract

本发明公开了一种轴向激波式机器人关节减速器，包括高速级和低速级。其中高速级包括输入轴、中心轮、三个径向均布的行星轮、三根行星轮轴和系杆，组成K‑H型差动轮系。低速级包括保持架、钢球、壳体、输出盘和输出轴。输入轴与中心轮固联，系杆与输出盘固联。行星轮轴左端与行星轮固联，行星轮轴外侧面分布周期数z1＝1的外正弦滚道，壳体内壁分布周期数为z2的内正弦滚道，钢球分布在内外正弦滚道与保持架活齿槽的交错位置。保持架与输出盘固联为同一构件，输出盘的自转将会反馈给系杆，作为高速级差动轮系的输入运动，从而构成二级封闭式行星传动。本发明活齿的受力状态良好，啮合的刚性较高，传动比范围大，承载能力强，其显著的优点是径向尺寸小。

Description

一种轴向激波式机器人关节减速器
技术领域
本发明涉及活齿传动领域，具体涉及圆柱正弦活齿传动领域，尤其涉及一种轴向激波式机器人关节减速器。
背景技术
当代科学技术发展日新月异，机械制造业的整体发展方向越来越要求向高可靠度、精密、高速度、小型化发展。现代机械中大部分传动环节是由减速器实现的，传动部件的设计与制造水平直接关系到机械工作的效率精度，所以必然对其提出了更高的要求。减速器的设计与制造技术的发展水平，在工业发展过程中占有很重要的地位。因此，减速器技术的研究在我国有着非常重要的意义。
活齿传动是一种新型的齿轮传动方式，因为其独特的结构特点，使之具有传统齿轮传动不可比拟的优越性能。在一定的工作条件下，是传统齿轮传动理想的替代产品。本发明是一种新型的活齿传动机构，它体积小、噪音小、结构紧凑、润滑性能好、传动效率高、传动误差小、性价比高、有自锁功能等优点，它可广泛应用于国防工业、通信、造船、汽车工业、能源、航天技术、精密仪器等生产部门。若将圆柱正弦活齿减速器产业化后，其成本会比同类进口减速器的价格减少一半，因而具有很高的经济价值和十分广阔的应用前景。
正弦活齿传动具有普通活齿传动的优点，它也是属于活齿少齿差行星齿轮传动。正弦活齿传动主要包括主动轴、导架、活齿和壳体。主动轴和壳体滚道轨迹是空间正弦曲线，活齿是钢球，利用钢球和正弦滚道组成的滚动啮合来实现变速。正弦活齿传动继承了普通活齿传动的优点：传动平稳、润滑性能好、工艺性好、易拆装、结构简单、密封方式简单方便，没有传统齿轮的啮入啮出冲击，具有较高的承载能力。
谐波减速器和RV减速器是目前应用最为广泛的两种减速装置。其中，谐波减速器具有速比大、运动平稳、结构简单和效率高等优点，但它通过柔轮的弹性变形原理传递动力的特点，使它同时伴有刚度大、弹性回差大以及传动精度随着使用时间增长显著降低等固有缺陷。RV减速器是非常经典完美的二级封闭式行星传动系统，高速级带动偏心曲柄轴自转对摆线轮产生径向激波，由于少齿差原理从而输出摆线轮公转。RV减速器不仅大速比、小体积、高承载/精度/效率以及传动平稳等优点，而且克服了谐波减速器的诸多缺陷，日益受到国内外相关企业和科研单位的广泛关注。
发明内容
针对现有技术，本发明提出的一种轴向激波式机器人关节减速器，是从RV减速器结构特点展开思考，创新设计一种能够产生轴向激波的机械结构装置，为减速传动机构设计提供一种新的思路和方案。本发明活齿的受力状态良好，啮合的刚性较高，传动比范围大，体积小，重量轻，承载能力强，其显著的优点是径向尺寸小。与一般活齿轮相比，其具有轴向激波的特点。
为了解决上述技术问题，本发明设计一种轴向激波式机器人关节减速器，包括高速级和低速级，所述高速级是由输入轴、中心轮、三个径向均布的行星轮、三根行星轮轴和系杆组成的K-H型差动轮系；三根行星轮轴的一端分别与三个行星轮固联，每根行星轮轴的外回转面均设有周期数z1＝1的外正弦滚道，
所述低速级包括壳体，三个分别于三根行星轮轴配合的保持架，输出盘和输出轴；所述壳体的内壁设有周期数为z2的内正弦滚道，每个保持架是一圆筒，在保持架的筒壁上设有两个相对、中心线重合的通槽，三个保持架的通槽的中心线过保持架的轴线、且夹角相等；位于三个保持架外周上的通槽为活齿槽，与活齿槽相对的通槽为安装活齿的工艺孔；在所述内正弦滚道、外正弦滚道与活齿槽的交错位置处布置有钢球型的活齿；其中，由所述行星轮轴、保持架、壳体和输出盘构成了K-H-V轮系；三根行星轮轴的另一端与所述输出盘连接；所述输入轴与中心轮固联，系杆与输出盘固联；
所述外正弦滚道理论廓线的直角坐标方程为：
内正弦滚道理论廓线的直角坐标方程为：
式(1)和式(2)中：R1、R2分别为外正弦滚道和内正弦滚道圆周方向旋转半径；e为滚道幅值；θ为激波转角。
本发明中，所述壳体固定，所述行星轮的自转运动产生轴向激波，所述外正弦滚道推动活齿运动，活齿在所述内正弦滚道和外正弦滚道的共同约束下，推动所述保持架公转，所述输出轴输出低速。
所述保持架与所述输出盘固联为同一构件，所述输出盘的自转反馈给所述系杆，作为高速级K-H型差动轮系的输入运动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明结合正弦活齿传动的优点和RV减速器的结构特点，活齿的受力状态良好，啮合的刚性较高，传动比范围大，体积小，重量轻，承载能力强，其显著的优点是径向尺寸小。因而在机械传动领域，本发明有着广阔的应用前景。与一般活齿轮相比，其具有轴向激波的特点。
附图说明
图1是本发明轴向激波式机器人关节减速器的机构简图；
图2是图1中行星轮轴4的立体结构示意图；
图3是图1中壳体6的立体结构示意图；
图4是图1中保持架5/输出盘7的立体结构示意图；
图5是图1中低速级立体结构示意图；
图中：1-输入轴，2-中心轮，3-行星轮，4-行星轮轴，5-保持架，6-壳体，7-输出盘，8-输出轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本发明提出的一种轴向激波式机器人关节减速器，包括高速级和低速级。所述高速级是由输入轴1、中心轮2、三个径向均布的行星轮3、三根行星轮轴4和系杆9组成的K-H型差动轮系。
三根行星轮轴4的一端分别与三个行星轮3固联，每根行星轮轴4的外回转面均设有周期数z1＝1的外正弦滚道，如图2所示。
如图1和图5所示，所述低速级包括壳体6，三个分别于三根行星轮轴4配合的保持架5，输出盘7和输出轴8；输入轴1与中心轮2固联，系杆9与输出盘7固联。如图3所示，所述壳体6的内壁设有周期数为z2的内正弦滚道。如图4所示，每个保持架5是一圆筒，在保持架5的筒壁上设有两个相对、中心线重合的通槽，三个保持架5的通槽的中心线过保持架5的轴线、且夹角相等；位于三个保持架5外周上的通槽为活齿槽，与活齿槽相对的通槽为安装活齿的工艺孔；在所述内正弦滚道、外正弦滚道与活齿槽的交错位置处布置有钢球型的活齿；其中，由所述行星轮轴4、保持架5、壳体6和输出盘7构成了K-H-V轮系。
三根行星轮轴4的另一端与所述输出盘7连接。
所述壳体6固定，所述行星轮3的自转运动产生轴向激波。外正弦滚道将会推动钢球运动，由于受到内正弦滚道和外正弦滚道的共同约束，活齿推动保持架5公转最终并通过输出轴8输出低速。保持架5与输出盘7固联为同一构件，输出盘7的自转将会反馈给系杆9，作为高速级差动轮系的输入运动，从而构成二级封闭式行星传动。
本发明中，所述外正弦滚道理论廓线的直角坐标方程为：
内正弦滚道理论廓线的直角坐标方程为：
式(1)和式(2)中：R1、R2分别为外正弦滚道和内正弦滚道圆周方向旋转半径；e为滚道幅值；θ为激波转角。
本发明轴向激波式机器人关节减速器，结合正弦活齿传动的优点和RV减速器的结构特点，活齿的受力状态良好，啮合的刚性较高，传动比范围大，体积小，重量轻，承载能力强，其显著的优点是径向尺寸小。因而在机械传动领域，本发明有着广阔的应用前景。与一般活齿轮相比，其具有轴向激波的特点。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (3)

1.一种轴向激波式机器人关节减速器，包括高速级和低速级，所述高速级是由输入轴(1)、中心轮(2)、三个径向均布的行星轮(3)、三根行星轮轴(4)和系杆(9)组成的K-H型差动轮系；其特征在于：
三根行星轮轴(4)的一端分别与三个行星轮(3)固联，每根行星轮轴(4)的外回转面均设有周期数z1＝1的外正弦滚道，
所述低速级包括壳体(6)，三个分别于三根行星轮轴(4)配合的保持架(5)，输出盘(7)和输出轴(8)；所述壳体(6)的内壁设有周期数为z2的内正弦滚道，每个保持架(5)是一圆筒，在保持架(5)的筒壁上设有两个相对、中心线重合的通槽，三个保持架(5)的通槽的中心线过保持架(5)的轴线、且夹角相等；位于三个保持架(5)外周上的通槽为活齿槽，与活齿槽相对的通槽为安装活齿的工艺孔；在所述内正弦滚道、外正弦滚道与活齿槽的交错位置处布置有钢球型的活齿；其中，由所述行星轮轴(4)、保持架(5)、壳体(6)和输出盘(7)构成了K-H-V轮系；
三根行星轮轴(4)的另一端与所述输出盘(7)连接；
所述输入轴(1)与中心轮(2)固联，系杆(9)与输出盘(7)固联；
所述外正弦滚道理论廓线的直角坐标方程为：
内正弦滚道理论廓线的直角坐标方程为：
式(1)和式(2)中：R1、R2分别为外正弦滚道和内正弦滚道圆周方向旋转半径；e为滚道幅值；θ为激波转角。
2.根据权利要求1所述轴向激波式机器人关节减速器，其特征在于，所述壳体(6)固定，所述行星轮(3)的自转运动产生轴向激波，所述外正弦滚道推动活齿运动，活齿在所述内正弦滚道和外正弦滚道的共同约束下，推动所述保持架(5)公转，所述输出轴(8)输出低速。
3.根据权利要求1或2所述轴向激波式机器人关节减速器，其特征在于，所述保持架(5)与所述输出盘(7)固联为同一构件，所述输出盘(7)的自转反馈给所述系杆(9)，作为高速级K-H型差动轮系的输入运动。
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