CN109804179A - 间隙受控的或零间隙的齿轮减速器 - Google Patents

间隙受控的或零间隙的齿轮减速器 Download PDF

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Abstract

间隙受控或零间隙的齿轮马达包括主齿轮马达、副工作齿轮马达、电子控制单元以及传动和同步齿轮。间隙控制由主齿轮马达、副工作齿轮马达和电子控制单元之间的配合产生，电子控制单元基于由一系列传感器检测到的参数来调节由工作齿轮马达在两个不可逆的螺杆中的一个上提供的载荷，两个不可逆的螺杆分别压在设置在涡轮所在侧的两个螺旋蜗杆上。涡轮支撑副轴并且与两个螺旋蜗杆啮合，两个螺旋蜗杆通过将它们彼此连接的齿轮同步，使得可执行可逆的运动传递。

Description

间隙受控的或零间隙的齿轮减速器
技术领域
本发明涉及减速器领域。更具体地，它涉及一种蜗杆和螺旋轮齿轮减速器，其在操作中倾向于在减速时实现基本为零的间隙(backlash)。
背景技术
减速器是形成机械动力传动的一部分的机械装置。通常，它们由容纳在壳体(轴承体)内的一系列齿轮组成，齿轮减小从输入轴(或高速轴)到输出轴(或低速轴)的旋转速度，并且在与引擎联接的情况下形成齿轮马达。
如前所述，这样的装置主要由齿轮组成，齿轮改变与之相关联的马达的转速，这样的装置处处用于现代技术并且在某些情况下，需要使运动输入和输出之间的滞后或间隙最小或优选等于零。
根据现有技术，蜗杆齿轮马达通常包括：
A.轴承体；
B.齿轮减速器驱动马达；
C.由螺旋蜗杆(worm screw)和螺旋轮组成的机械部件(称为运动链)。螺旋蜗杆
具有这种构造的齿轮马达被用于现代技术的每个领域，并且电子控制系统处理各种机械设备，结果形成所谓的“机电装置”。
有些领域需要最高精度的马达角速度的变换(减小或放大)，例如：
1.机器人
2.计算机数控(CNC)机器
3.科学实验室设备
4.光学系统，指向系统
5.稳定系统
6.天文系统等
该列表很长，包括每个技术领域。因此，具有在高速轴(驱动轴)和低速轴(从动轴)之间存在零滞后的双向关系的齿轮马达是最重要的。
发明内容
本发明的目的是提供具有运动减小或增加的运动传动装置，其特征在于输入轴(驱动轴)和输出轴(从动轴)之间完全没有间隙。
在整个本说明书中将清楚的是，上述目的和其他目的是通过本文所述的发明实现的，该发明由齿轮的组合构成，特别是由蜗杆(术语“蜗杆”在下文用于表示由在其中心部分获得实际的螺旋蜗杆的单轴形成的传动部件)、螺旋轮和齿轮构成，蜗杆、螺旋轮和齿轮设置成通过能够通过一种机构来实现间隙消除，该机构能够通过实时适应切实要求来改变其操作条件并且能够在齿轮减速器操作期间适应改变需求。
这是通过引入电子控制的齿轮马达来实现的，该齿轮马达具有调整消除传动齿轮之间的间隙的预加载的功能；另外，使用了两个具有双重功能的负荷传感器：
√第一个功能是测量归零加载或预加载，
√第二个功能是在正常操作期间监控由传动组件传递的载荷状态或扭矩。
通过这样做，电子控制/监控系统可以检测异常操作情况并进行报告这样的异常情况或停止系统。这考虑温度、载荷、性能优化等。
“螺杆调节”齿轮马达基于电子控制单元命令改变回路闭合负载(连续循环)。控制单元从设置在运动链中的一系列传感器收集信息，并通过监控工作情况并将齿轮减速器状态传送到“外部”来实时优化其操作，从而从更高级别执行监控并操作以改变操作条件，提前防止故障。
该控制单元(以下也称为“机电齿轮马达”)原则上由以下元件组成(图1)：
1.具有低速轴编码器的马达正交编码器(编码器是数字电子部件，其最简单的形式包括“i”个输入和“n”个输出，其中i≤2n)。电子控制单元将马达编码器与低速轴编码器进行比较，测量两个编码器之间的实际间隙，并通过作用于工作齿轮马达上来调整运动链上的预加载。
2.用于测量瞬时操作扭矩和用于间隙调零的预加载的负荷传感器。
3.内部温度传感器
4.外部温度传感器
5.振动传感器
6.油位传感器
7.LAN/WiFi连接
上述元件组织形成绝对精密的齿轮马达，即，提供瞬时扭矩的双向且恒定的电子控制、电子预加载优化和间隙调零以及参考齿轮马达内部/外部温度的所有参数的真正的机电装置。
前述目的通过权利要求1至11所述的间隙受控的齿轮减速器实现。
附图说明
为了提供对本发明的实施方式的详细描述，现在将考虑附图，其中：
图1示出了本发明及其所有基本元件。
图2示出了根据本发明的齿轮减速器，其中电子控制单元31和编码器32清晰可见。
图3是与图2中所示的相同的齿轮减速器，但是为了能清楚地看到其组成部件的放置，根据中间平面沿其高度剖开。
图4是“G”区域的放大视图，从而允许看到(工作齿轮马达4)轴20如何通过销21与右预加载螺杆13接合。
图5是沿着线H-H截取的G区域的剖视图，该剖视图允许看到轴20和销21如何一起接合右预加载螺杆13中的槽孔，以便(通过充当螺杆上的螺丝刀)将它们的旋转运动传递到提及的预加载螺杆；该图显示了预加载螺杆的成形孔(见图5bis)。
图6是本发明的分解轴测图，清楚示出了所有基本元件，它们的附图标记在下文中提供(所述附图标记也适用于图1、图2、图3、图4、图5、图6和图5bis)。
具体实施方式
轴/螺旋蜗杆9在轴承16和17上旋转，它在轴承16和17上可以自由旋转并根据箭头27的方向轴向滑动，类似地，螺旋蜗杆11在轴承18和19上旋转并且也可以自由旋转并根据箭头27轴向滑动。
此外，在装配状态下，螺旋蜗杆的中线28和29与螺旋轮12的旋转轴线30重合。
最后，在上述元件以这样的方式设置的情况下，调节(左)预加载螺杆24以使其与(左)负荷传感器25和(左)推力轴承26接触，并且推力轴承26与螺旋蜗杆11接触。
在这样的情况下，如果启动工作齿轮马达4以通过驱动销21引起预加载螺杆13螺旋旋转，则会实现负荷传感器14和(右)推力轴承15一起压在螺旋蜗杆9上，迫使螺旋蜗杆9向前移动并因此压在螺旋轮12的齿侧(安装于在轴承22和23上被引导的轴30上的螺旋轮)，并且又使螺旋轮旋转。
当由于螺旋轮12借助于螺旋蜗杆9的旋转和螺旋蜗杆9和11自身的旋转使形成回路的所有齿轮的齿彼此接触时，预加载螺杆13的前进停止，所述旋转由螺旋蜗杆的将闭合连接齿轮8-9-12-11-10-6-7和再到8的路径的可逆性决定。
通过继续使工作齿轮马达4旋转，在所有零件彼此接触时，负荷传感器14和25将开始测量引起的预加载。
此时，当达到特定工作条件的规定的预加载值时，电子控制单元32(图1)将停止工作齿轮马达4并且能够通过基于达到的工作温度或改变的工作条件在适当方向上旋转从而增大或者减小预加载值来改变预加载值。
与螺旋轮12相关联的编码器32以及本文没有指出的温度传感器和任何其他传感器连接至电子控制单元。
特别地，尤其是在系统接通时，编码器32允许控制单元31比较马达3和螺旋轮12的旋转，以检查并且在需要时校正系统预加载状态(测试-预设功能)。
此外，在优选的实施方式中，存在连接至两个不可逆的调节螺杆中的一个的工作齿轮马达4，该工作齿轮马达通过增大或减小相关联的螺杆上的载荷并因此由于先前设定为条件的齿轮系的可逆性而增大或减小在整个齿轮系上的载荷而起作用。
实际上，用附图标记4表示在两个不可逆的调节螺杆中的一个上的工作齿轮马达，因为这是本发明的基础和运动学起作用的最小条件。
同样显而易见的是，由于特定的操作需要，通过使用用于使同时在两个调节螺杆上的工作齿轮马达的运动传递并同步的元件，可以插入各作用于两个调节螺杆中的一个的两个齿轮马达以及作用于两个调节或预加载螺杆上的工作齿轮马达。
本发明的优点和工业实用性。
电子控制单元31能够控制适于监控瞬时操作条件的各种传感器和功能，例如：
-运动间隙(主编码器和副编码器监控)
-施加在运动齿上的静态和动态载荷(负荷传感器监控)
-温度
-油位
-等。
电子控制单元31包括用于通过LAN和WiFi网络连接与外部双向通信的电路，以允许通过控制室对齿轮马达的远程监控、对所有功能参数的接收以及允许控制室能够改变和修改齿轮马达的功能模式，从而使它们适应当前的要求。
附图标记列表：
**1齿轮轴承体
**2轴承体的关闭盖
**3主马达(齿轮减速器的)
**4工作齿轮马达(预加载调节齿轮马达)
**5主马达接头
**6齿轮(小齿轮)
**7齿轮(小齿轮)
**8齿轮(大齿轮)
**9轴/螺旋蜗杆
**10齿轮(大齿轮)
**11轴/螺旋蜗杆
**12螺旋轮
**13右预加载螺杆
**14右负荷传感器
**15推力轴承
**16螺旋蜗杆9的轴承
**17螺旋蜗杆9的轴承
**18螺旋蜗杆11的轴承
**19螺旋蜗杆11的轴承
**20工作齿轮马达4的轴
**21轴20上的驱动销
**22螺旋轮12的轴承
**23螺旋轮12的轴承
**24左预加载螺杆
**25左负荷传感器
**26左推力轴承
**27螺旋蜗杆滑动方向的箭头
**28螺旋蜗杆9的中线
**29螺旋蜗杆11的中线
**30螺旋轮12的旋转轴线
**31电子控制单元
**32编码器

Claims (11)

1.一种间隙受控或零间隙的齿轮马达，其特征在于，所述齿轮马达包括主齿轮马达、副工作齿轮马达、电子控制单元以及传动和同步齿轮(9，11，12，13，30)，由主齿轮马达、副工作齿轮马达和电子控制单元之间的配合产生间隙控制，电子控制单元基于由一系列传感器检测到的参数调节由工作齿轮马达(4)在两个不可逆的螺杆(13，24)中的一个上提供的载荷，两个不可逆螺杆(13，24)分别压在设置在蜗轮(12)所在侧的两个螺旋蜗杆(9，11)上，蜗轮(12)支撑副轴并与螺旋蜗杆(9，11)啮合，两个螺旋蜗杆(9，11)通过将它们(9，11)彼此连接的齿轮(8，7，6，10)而同步，使得能执行可逆的运动传递。
2.根据权利要求1所述的齿轮马达，其特征在于，副工作齿轮马达(4)同时且同步地调节分别与螺旋蜗杆(9，11)相对立的两个不可逆的、预加载的调节螺杆(13，24)。
3.根据前述任一项权利要求所述的齿轮马达，其特征在于，两个副工作齿轮马达(4’，4”)与分别与螺旋蜗杆(9，11)相对立的不可逆的、预加载的调节螺杆(13，24)中的每一个相关联。
4.根据前述任一项权利要求所述的齿轮马达，其特征在于，所述齿轮马达包括第一主驱动轴(11)和第二主从动轴(9)，每个所述轴(11，9)设置有第一螺旋蜗杆和第二螺旋蜗杆，并且所述轴能沿着它们各自的引导件滑动，具有涡轮(12)的副轴(30)与两个螺旋蜗杆(11，9)啮合，齿轮马达(4)通过不可逆的、预加载的调节螺杆(13)在主轴(9)上施加轴向推力，螺旋蜗杆(9，11)和蜗轮(12)之间的传动比被设计成构成可逆的运动传递，并且是传动可逆的，这里由于工作齿轮马达(4)的作用而产生的轴向推力使第二螺旋蜗杆(11)抵靠在第二不可逆的、预加载的调节螺杆(24)上，同时在两个不可逆的、预加载的调节螺杆上的压力使螺旋蜗杆(9，11)和中间定时齿轮(6，7)产生旋转分量，当所有相关的部分都彼此接触时，预加载的调节螺杆(13)停止前进，链条力闭合且传动间隙等于零。
5.根据前述任一项权利要求所述的齿轮马达，其特征在于，所述轴/螺旋蜗杆(9)在轴承(16，17)上旋转，所述轴/螺旋蜗杆(9)在轴承(16，17)上能自由转动并轴向滑动(27)，并且所述轴/螺旋蜗杆(11)在轴承(18，19)上旋转，所述轴/螺旋蜗杆(11)在轴承(18，19)上能自由转动并轴向滑动；
装配以后，它们的中线(28，29)确定蜗轮(12)的旋转轴线(30)，预加载螺杆(24)设定为与负荷传感器(25)、推力轴承(26)接触，并且推力轴承(26)设定为与螺旋蜗杆(11)接触，从而启动工作齿轮马达(4)以通过传动连接销(21)产生旋转，从而旋紧预加载螺杆(13)，负荷传感器(14，25)和推力轴承(15，26)设置在螺旋蜗杆(9，11)和相应的预加载的调节螺杆(13，24)之间，以确保连接至电子控制单元(31)的负荷传感器(14，25)允许电子控制单元实时检测施加在驱动齿轮系上的载荷，从而根据系统功能需要优化从工作齿轮马达(4)施加的载荷的载荷值。
6.根据前述任一项权利要求所述的齿轮马达，其特征在于，当由于通过螺旋蜗杆(9)的作用在螺旋轮(12)上引起的旋转以及相同的螺旋蜗杆(9，11)的旋转造成所有齿轮的齿彼此接触时，预加载的螺杆(13)停止前进，所述旋转由螺旋蜗杆(9，11)的提供要闭合的运动路径连接齿轮(8，9，12，11，10，6，7)的可逆性确定，继续使工作齿轮马达(4)旋转，所有部分都彼此接触，负荷传感器(14，25)能够测量至此所引起的预加载，在达到针对特定的工作条件的固定的预加载值时，电子控制单元(32)停止工作齿轮马达(4)，并且电子控制单元(32)通过基于达到的工作温度或改变的工作条件进行适当的旋转从而增大或减小该预加载值而改变预加载值。
7.根据前述任一项权利要求所述的齿轮马达，其特征在于，特别是在系统启动时，通过比较马达(3)中的马达编码器的信息与来自与涡轮(12)和输出轴(30)为一体的编码器(32)的信息，控制单元(31)能够检查并在需要时调节由于温度变化和使用齿轮箱而随时间导致的正常磨损和撕裂引起的预加载状态变化。
8.根据前述任一项权利要求所述的齿轮马达，其特征在于，所述齿轮马达包括电子控制单元(31)，该电子控制单元能够控制适于控制瞬时操作条件的各种传感器和功能，例如操作条件为：运动间隙[主编码器和副编码器监控]-施加在运动机构的齿上的静态和动态载荷[负荷传感器监控]-温度-油位-等；
电子控制单元(31)包括用于通过LAN和WiFi网络连接与外部单元双向通信的电路，以允许通过在控制室中接收所有操作参数以及通过控制室改变齿轮马达操作模式从而根据当前需要调节齿轮马达操作模式的性能而进行远程齿轮马达监控。
9.根据前述任一项权利要求所述的齿轮马达，其特征在于，两个轴(11，9)能以往复线性运动自由地轴向滑动(27)，通过蜗轮(12)以反传动比彼此连接，两个预加载设定的螺杆(13，24)同时通过负荷传感器(14，25)和推力轴承(15，26)的中间作用而按压，通过这样的运动学构造，检测运动传递中所涉及的部分上的瞬时载荷。
10.根据前述任一项权利要求所述的齿轮马达，其特征在于，所述轴(11，9)能以往复线性运动自由地轴向滑动(27)，通过蜗轮(12)以反齿轮传动比彼此连接，两个预加载设定的螺杆(13，24)同时通过推力轴承(15，26)的中间作用而按压。
11.根据前述任一项权利要求所述的齿轮马达，其特征在于，工作齿轮马达(4)的轴(20)通过传动销(21)接合预加载的螺杆(13)的槽孔，以便通过穿过预加载的螺杆的成形孔而充当螺杆上的螺丝刀将其旋转传递给预加载的螺杆。
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