CN111059225A - 精密控制用内啮合减速机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精密控制用内啮合减速机，涉及机器人减速机技术领域，包括内摆线齿圈及置于其中的两级减速部件：第一级减速部件包括输入轴、太阳轮及行星轮；第二级减速部件包括2～3只均布的偏心轴、摆线轮、左刚性盘及右刚性盘，偏心轴两偏心段上用轴承支承摆线轮，偏心轴两端轴伸用轴承支承在左、右刚性盘上，刚性盘用轴承支承在内摆线齿圈的两侧，摆线轮等距‑移距组合修形，使摆线轮齿与内摆线齿圈间侧隙Δc=(0.7～5)λ（mm）λ为额定扭矩下做功时摆线轮热膨胀量。通过上述方式，本发明具有良好的动态特性：额定载荷下运转做功不过热，降低了制造难度、简化了结构，因当量曲率半径小使承载力比摆线针轮结构大50%。
Description
技术领域
本发明涉及精密控制用减速机（Reducer For High Precision Control）技术领域，尤其是涉及一种精密控制用内啮合减速机，用以取代RV-E减速机，内啮合是指将现有技术‘摆线轮-针轮’改进为‘摆线轮-内摆线齿圈’的双摆线结构。
背景技术
机器人是制造业皇冠顶端的明珠；机器人是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。但是，国内机器人关节装的多数是日本RV减速机。
国产RV减速机的问题是运转时发热温升高磨损寿命短动态特性差，动态特性差是因为国内研究者忽视热膨胀的影响：
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）。
国内现有RV-E型减速机‘针销-摆线轮’啮合结构的问题还在于：
（1）无法制造比RV-6E型小或更小机型，以取代谐波减速器，因为谐波减速器刚性与寿命不如RV-E型；‘摆线-针轮’制造很困难：“RV减速机针齿壳半埋孔是一组半径尺寸很小而精度要求很高的半圆孔，这种长径比大的高精度小半圆孔的加工工艺在常规生产条件下会有很大难度，…”（《RV减速机运动精度误差因素及高运动精度工艺保证》）；
（2）针销与摆线轮系凸-凸啮合，当量半径大接触应力大因而承载能力低于凹-凹的双摆线传动，此外，针销与半埋孔润滑不良且为滑动摩擦，因而易使半埋孔磨损，导致回差加大。
发明内容
本发明目的是：提出摆线轮修形合理啮合侧隙Δc与热膨胀量λ的关系式，用以解决现有技术中运转时发热寿命短的缺陷，一种动态特性好的精密控制用内啮合减速机。
双摆线齿轮减速器首先从啮合原理上加以突破，利用一对全包络的摆线齿轮作为共轭曲线的齿轮机构，并采用不同形式的一齿差行星齿轮传动来实现减速，从而大大简化了结构和工艺。
本发明针对现有技术中的缺陷，提供动态特性好的一种精密控制用内啮合减速机，包括内摆线齿圈及置于其中的两级减速部件：
第一级减速部件包括输入轴、太阳轮及行星轮；
第二级减速部件包括2～3只均布偏心轴、摆线轮、右刚性盘，摆线轮采用等距-移距组合修形，修形使摆线轮齿与内摆线齿圈之间形成径隙及两侧的合理的啮合侧隙。
物理学阐明，固体在各方向上膨胀规律相同，因此可以用固体在一个方向上的线膨胀规律来表征它的体膨胀。因而，摆线轮齿-内摆线齿圈间的侧隙Δc，应与减速机在额定扭矩下做功时摆线轮热膨胀量λ密切相关：侧隙Δc = (0.7～ 5)λ（mm），
λ= ( d0 Δt ) αt = 0.00062d0（mm），式中：
轴承钢热膨胀系数αt =1.379·10-5（1/℃），d0为摆线轮平均直径，温升Δt=45℃。
在本发明一个较佳实施例中,所述摆线轮齿与内摆线齿圈间的侧隙Δc=（0.8～3）λ（mm）。
在本发明一个较佳实施例中，所述摆线轮齿与内摆线齿圈间的侧隙Δc=（0.9～2）λ（mm）。
在本发明一个较佳实施例中，所述摆线轮齿与内摆线齿圈间的侧隙Δc=（1～1.4）λ（mm）。
在本发明一个较佳实施例中，所述二摆线轮齿与内摆线齿圈间的侧隙Δc≈1.1 λ（mm）。
在本发明一个较佳实施例中，所述摆线轮采用正等距-正移距组合修形。
在本发明一个较佳实施例中，所述第三轴承为带密封的单列向心推力球轴承、或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，或薄壁密封交叉滚子轴承，轴承施加预载,能有效提高刚度和旋转精度。
本发明的有益效果是：
（1）本发明双摆线结构可以制成大减速比机型，也可制成小机型取代谐波减速器；
（2）等距-移距组合修形产生的侧隙Δc与摆线轮热膨胀量λ密切相关，因而具有良好的动态特性：额定载荷下运转做功不过热；
（3）内摆线齿圈取代针销与针齿壳大大简化了结构；
（4） 系凹-凸啮合, 当量曲率半径小因而承载能力比摆线针轮结构大50%，能在啮合节点附近强制形成高压油膜，液体摩擦润滑状态，使传动效率比摆线针轮结构大5%。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明精密控制用内啮合减速机一较佳实施例的结构剖面示意图，
附图中的标记为：1. 内摆线齿圈，2.第三轴承，3.左摆线轮，4. 行星轮，5.右摆线轮，6.偏心轴，7. 第二轴承，8. 第一轴承，9.输入轴，10.第四轴承，11.凸缘，12.右刚性盘，13.左刚性盘，14.太阳轮。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例包括：
一种精密控制用内啮合减速机，包括内摆线齿圈1及置于其中的两级减速部件：第一级减速部件包括输入轴9、太阳轮14及行星轮4；第二级减速部件包括2～3只均布偏心轴6、摆线轮、左刚性盘13及右刚性盘12，摆线轮包括左摆线轮3与右摆线轮5，所述偏心轴6轴伸端连接行星轮14，偏心轴6两偏心段上设有用以支承摆线轮的第一轴承8，偏心段两侧轴伸用第二轴承7分别支承在左刚性盘13和右刚性盘12周边孔中，左刚性盘13和右刚性盘12用第三轴承2分别支承在内摆线齿圈1两侧内孔，所述输入轴9用第四轴承10分别支承在左刚性盘13和右刚性盘12中心孔，左刚性盘13上均布的凸缘11穿过摆线轮上相应孔与右刚性盘12用螺钉与定位销连接成刚性体，所述摆线轮采用等距-移距组合修形，修形就会使摆线轮齿与内摆线齿圈之间同时产生径隙与两侧隙Δc，所述侧隙Δc = (0.7～5) λ（mm），
式中：减速机在额定扭矩下做功时摆线轮热膨胀量λ= (d0 Δt) αt = 0.00062d0（mm），
轴承钢热膨胀系数αt =1.379·10-5（1/℃），d0为摆线轮平均直径，温升Δt=45℃。
摆线轮齿与内摆线齿圈1之间的侧隙Δc 的大小与内摆线齿圈、摆线轮齿距偏差及装配产生的偏差等因素相关，此外与减速机型号大小有关，侧隙Δc过小时，摆线轮齿与内摆线齿圈间在负载运转时热膨胀导致噪声加大、磨损、振动及寿命缩短；侧隙Δc过大且输入转速偏高时易出现振动。
所述摆线轮齿与内摆线齿圈1之间的侧隙Δc=（0.8 ～3）λ（mm）。
所述摆线轮齿与内摆线齿圈1之间的侧隙Δc=（0.9～2）λ（mm）。
所述摆线轮齿与内摆线齿圈1之间的侧隙Δc=（1～1.4）λ（mm）。
所述摆线轮齿与内摆线齿圈1之间的侧隙Δc≈1.1 λ（mm），如下表所示：
所述摆线轮采用正等距-正移距组合修形，正等距-正移距组合修形的轮齿与针销之间的作用力为负等距-负移距组合修形的49%；正等距-正移距组合修形的承载力为负等距-负移距组合修形的1.71倍。正等距-正移距组合修形回差用消隙原理减至设计要求。
《齿轮传动设计手册》804页指出：摆线轮修形应能形成合理的侧隙与径隙，既能补偿制造误差，又保证多齿啮合；齿形工作部分逼近共轭齿形使传动平稳及.磨削工艺简单。理论与实践均已证明‘正等距-正移距’组合修形，可得到上述理想齿形。
等距修形：砂轮磨削半径增大为正等距；反之，减小为负等距；
移距修形：磨轮背离工作台中心为正移距；反之，移进为负移距。
所述第三轴承2为带密封单列向心推力球轴承，或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；调整游隙非常方便，或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。
采用带密封的轴承的目的是提高轴承的使用寿命，其依据如下：
（1）“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）；
（2）“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）；
（3）“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）。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
（1）本发明双摆线结构简单、可制成小机型取代谐波减速器；
（2）本发明具有良好动态特性：运转做功不过热；
（3）在节点附近凹-凸啮合, 齿形接近于密合状态, 因而接触强度高, 其承载力比摆线针轮结构大50%，能形成高压油膜，液体摩擦润滑状态，使传动效率比摆线针轮结构大5%。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种精密控制用内啮合减速机，包括内摆线齿圈（1）及置于其中的两级减速部件：第一级减速部件包括输入轴（9）、太阳轮（14）及行星轮（4）；第二级减速部件包括2～3只均布的偏心轴（6）、摆线轮、左刚性盘（13）及右刚性盘（12），摆线轮包括左摆线轮（3）与右摆线轮（5），偏心轴（6）轴伸端连接行星轮（4），偏心轴（6）两偏心段上设有用以支承摆线轮的第一轴承（8），所述偏心段两侧轴伸用第二轴承（7）分别支承在左刚性盘（13）和右刚性盘（12）周边孔中，左刚性盘（13）和右刚性盘（12）用第三轴承（2）分别支承在内摆线齿圈（1）两侧内孔，所述输入轴（9）用第四轴承（10）分别支承在左刚性盘（13）和右刚性盘（12）中心孔，左刚性盘（13）上均布的凸缘（11）穿过摆线轮上相应孔与右刚性盘（12）用螺钉与定位销连接成刚性体，摆线轮采用等距-移距组合修形，使摆线轮齿槽与内摆线齿圈（1）之间形成径隙与两侧隙Δc，其特征在于：所述侧隙Δc=(0.7～ 5)λ（mm），式中：减速机在额定扭矩下做功时摆线轮热膨胀量λ=(d0Δt)αt= 0.00062d0（mm），
轴承钢热膨胀系数αt =1.379·10-5（1/℃），d0为摆线轮平均直径，温升Δt=45℃。
2.根据权利要求1所述精密控制用内啮合减速机，其特征在于：所述摆线轮齿与内摆线齿圈（1）之间的侧隙Δc =（0.8 ～3）λ（mm）。
3.根据权利要求2所述精密控制用内啮合减速机，其特征在于：所述摆线轮齿与内摆线齿圈（1）之间的侧隙Δc =（0.9 ～2）λ（mm）。
4.根据权利要求3所述精密控制用内啮合减速机，其特征在于：所述摆线轮齿与内摆线齿圈（1）之间的侧隙Δc =（1～1.4）λ（mm）。
5.根据权利要求4所述精密控制用内啮合减速机，其特征在于：所述摆线轮与内齿圈（1）之间的侧向间隙Δc≈1.1 λ（mm）。
6.根据权利要求1至5之一所述精密控制用内啮合减速机，其特征在于：所述摆线轮采用正等距-正移距组合修形。
7.根据权利要求1所述精密控制用内啮合减速机，其特征在于：所述第三轴承（2）为带密封的单列向心推力球轴承，或薄壁密封四点接触球轴承，或薄壁密封交叉滚子轴承。
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