传动机构
技术领域
本申请涉及一种传动机构,尤其涉及内啮合传动机构。
背景技术
通常,内啮合传动机构包括内轮、偏心轴、内轮轴承和行星架。内轮轴承设置在偏心轴和内轮之间。内轮轴承需要承担较大的径向力,又要进行高速旋转,因此内轮轴承容易磨损,是内啮合传动中最容易损坏的部件。
发明内容
本申请的示例性实施例可以解决至少一些上述问题。例如,根据本申请的第一方面,本申请提供一种传动机构。所述传动机构包括偏心轴、内轮轴承、内轮、第一法兰体、第二法兰体、连接部件和传输部件。内轮轴承设置在偏心轴和内轮之间。连接部件贯穿内轮设置,并将第一法兰体和第二法兰体连接在一起。传输部件贯穿内轮设置,并将内轮上的扭矩传递给第一法兰体和第二法兰体。连接部件相比于传输部件更靠近偏心轴的中心布置。根据本申请第一方面提供的传动机构通过连接部件承担第一法兰体和第二法兰体之间的连接刚性,并通过传输部件承担动力传输。这样,传输部件的主要功能不是承担第一法兰体和第二法兰体之间的连接刚性,而是主要用于将扭矩从内轮传输至第一法兰体和第二法兰体。传输部件的尺寸可以较小,以便于增大内轮轴承的直径。在传输相同的扭矩的情况下,尺寸较大的内轮轴承基本额定动载荷大,使用寿命会较长。因此,本申请能够提供一种具有使用寿命较长的内轮轴承的传动机构。
具体来说,根据本申请的第一方面的传动机构包括内轮和行星架。其中内轮具有相对的第一侧和第二侧,内轮上设有至少两个第一组通孔和至少两个第二组通孔。内轮由所述行星架支撑,并且所述内轮和所述行星架之间能够传动。行星架包括第一法兰体、第二法兰体、至少两个连接部件以及至少两个传输部件。其中,第一法兰体设置在所述内轮的第一侧。第二法兰体设置在所述内轮的所述第二侧,并且与所述第一法兰体具有相同的中心轴线O。所述至少两个连接部件中的每一个贯穿所述内轮上所述至少两个第一组通孔中相对应的一个,并将设置在所述内轮相对两侧的所述第一法兰体与所述第二法兰体相互连接。所述至少两个传输部件中的每一个贯穿所述内轮上所述至少两个第二组通孔中相对应的一个,并且与所述第一法兰体和所述第二法兰体中的至少一个连接。所述至少两个连接部件设置为相比于所述至少两个传输部件更靠近所述第一法兰体和所述第二法兰体的所述中心轴线O。所述至少两个第一组通孔中的每一个的尺寸设置为:所述至少两个连接部件中的每一个的外轮廓与所述至少两个第一组通孔中的相应一个的孔壁轮廓具有间隙。
根据本申请的第一方面的传动机构,在所述内轮运动的过程中,所述至少两个连接部件中的每一个的外轮廓与所述至少两个第一组通孔中的相应一个的孔壁轮廓之间始终保持所述间隙。
根据本申请的第一方面的传动机构,所述至少两个传输部件中的每一个可以将所述第一法兰体和所述第二法兰体相互连接。
根据本申请的第一方面的传动机构,所述至少两个连接部件围绕所述中心轴线O布置在半径为r1的第一圆周上;所述至少两个传输部件围绕所述中心轴线O布置在半径为r2的第二圆周上。其中,r1<r2。
根据本申请的第一方面的传动机构,所述至少两个连接部件中的每一个包括紧固件,所述紧固件能够将所述第一法兰体和所述第二法兰体刚性连接。
根据本申请的第一方面的传动机构,所述至少两个连接部件中的每一个还包括定位件,所述定位件能够将所述第一法兰体和所述第二法兰体相互定位。
根据本申请的第一方面的传动机构,所述至少两个连接部件中的每一个还包括从所述第一法兰体和所述第二法兰体中的至少一个延伸出的连接凸台。所述第一法兰体和所述第二法兰体通过所述连接凸台相互抵靠。
根据本申请的第一方面的传动机构,所述连接凸台包括从所述第一法兰体延伸出的第一连接凸台和从所述第二法兰体延伸出的第二连接凸台,所述第一连接凸台和所述第二连接凸台相互抵靠。所述第一连接凸台和所述第二连接凸台上设有连接孔和定位孔,所述紧固件插入所述连接孔,所述定位件插入所述定位孔。
根据本申请的第一方面的传动机构,所述连接凸台从所述第一法兰体和所述第二法兰体中的一个延伸而成,所述连接凸台与所述第一法兰体和所述第二法兰体中的另一个相互抵靠。
根据本申请的第一方面的传动机构,所述定位孔为锥形孔。
根据本申请的第二方面,本申请还提供一种传动机构。所述传动机构包括偏心轴、内轮轴承、内轮、第一法兰体、第二法兰体、连接部件和传输部件。内轮轴承设置在偏心轴和内轮之间。连接部件贯穿内轮设置,并将第一法兰体和第二法兰体连接在一起。传输部件贯穿内轮设置,并将内轮上的扭矩传递给第一法兰体和第二法兰体。连接部件包括从第一法兰体和第二法兰体中的至少一个延伸而出的连接凸台,以使得第一法兰体和第二法兰体通过连接凸台相互抵靠。根据本申请第二方面提供的传动机构通过连接凸台,使得第一法兰体和第二法兰体之间的有效扭转截面增大,从而提升了扭转刚度,更好地满足第一法兰体和第二法兰体之间的连接刚性需求。在偏心轴上的输入扭矩相同的情况下,连接刚性较好的第一法兰体和第二法兰体能够增大传动机构的输出扭矩并提升角传递误差精度。因此,本申请能够提供一种具有输出扭矩较大并且角传递误差精度较高的传动机构。
根据本申请的第二方面的传动机构,所述传动机构包括内轮和行星架。所述内轮具有相对的第一侧和第二侧,所述内轮上设有至少两个第一组通孔和至少两个第二组通孔。所述内轮由所述行星架支撑,并且所述内轮和所述行星架之间能够传动。所述行星架包括第一法兰体、第二法兰体、至少两个连接部件和至少两个传输部件。所述第一法兰体设置在所述内轮的所述第一侧。所述第二法兰体设置在所述内轮的所述第二侧,并且与所述第一法兰体具有相同的中心轴线O。所述至少两个连接部件中的每一个贯穿所述内轮上所述至少两个第一组通孔中相对应的一个,并将设置在所述内轮相对两侧的所述第一法兰体与所述第二法兰体相互连接。所述至少两个传输部件中的每一个贯穿所述内轮上所述至少两个第二组通孔中相对应的一个,并且与所述第一法兰体和所述第二法兰体中的至少一个连接。其中,所述至少两个第一组通孔中的每一个的尺寸设置为所述至少两个连接部件中的每一个的外轮廓与所述至少两个第一组通孔中的相应一个的孔壁轮廓具有间隙。所述至少两个连接部件中的每一个包括从所述第一法兰体和所述第二法兰体中的至少一个延伸出的连接凸台,所述第一法兰体和所述第二法兰体通过所述连接凸台相互抵靠。
根据本申请的第二方面的传动机构,在所述内轮运动的过程中,所述至少两个连接部件中的每一个的外轮廓与所述至少两个第一组通孔中的相应一个的孔壁轮廓之间始终保持所述间隙。
根据本申请的第二方面的传动机构,所述至少两个传输部件中的每一个可以将所述第一法兰体和所述第二法兰体相互连接。
根据本申请的第二方面的传动机构,所述至少两个连接部件中的每一个还包括紧固件,所述紧固件能够将所述第一法兰体和所述第二法兰体刚性连接。
根据本申请的第二方面的传动机构,所述至少两个连接部件中的每一个还包括定位件,所述定位件能够将所述第一法兰体和所述第二法兰体相互定位。
根据本申请的第二方面的传动机构,所述连接凸台包括从所述第一法兰体延伸出的第一连接凸台和从所述第二法兰体延伸出的第二连接凸台,所述第一连接凸台和所述第二连接凸台相互抵靠。所述第一连接凸台和所述第二连接凸台上设有连接孔和定位孔,所述紧固件插入所述连接孔,所述定位件插入所述定位孔。
根据本申请的第二方面的传动机构,所述连接凸台从所述第一法兰体和所述第二法兰体中的一个延伸而成,所述连接凸台与所述第一法兰体和所述第二法兰体中的另一个相互抵靠。
通过考虑下面的具体实施方式、附图和权利要求,本申请的其它的特征、优点和实施例可以被阐述或变得显而易见。此外,应当理解,上述发明内容和下面的具体实施方式均为示例性的,并且旨在提供进一步的解释,而不限制要求保护的本申请的范围。然而,具体实施方式和具体实例仅指示本申请的优选实施例。对于本领域的技术人员来说,在本申请的精神和范围内的各种变化和修改将通过该具体实施方式变得显而易见。
附图说明
本申请这些和其它特征和优点可通过参照附图阅读以下详细说明得到更好地理解,在整个附图中,相同的附图标记表示相同的部件,其中:
图1A是根据本申请的一个实施例的传动机构从前向后看过去的立体图;
图1B是图1A所示的传动机构从后向前看过去的立体图;
图1C是图1A所示的传动机构的剖视图;
图2A是图1C所示的传动机构的偏心轴的立体图;
图2B是图2A所示的偏心轴的放大轴向剖面图;
图2C是图2A所示的偏心轴的放大右视图;
图3A是图1C所示的传动机构的第一法兰体与第一连接凸台在装配状态下的立体图;
图3B是图3A所示的第一法兰体与第一连接凸台在装配状态下的正视图;
图3C是图3B所示的第一法兰体与第一连接凸台沿图3B中A-A剖面线的剖视图;
图3D是图3B所示的第一法兰体与第一连接凸台沿图3B中B-B剖面线的剖视图;
图4A是图1C所示的传动机构的第二法兰体与第二连接凸台在装配状态下的立体图;
图4B是图4A所示的第二法兰体与第二连接凸台在装配状态下的正视图;
图4C是图4B所示的第二法兰体与第二连接凸台沿图4B中C-C剖面线的剖视图;
图4D是图4B所示的第二法兰体与第二连接凸台沿图4B中D-D剖面线的剖视图;
图5A是图1A所示的传动机构中行星架的径向剖面图;
图5B是图5A所示的各部件沿图5A中E-E剖面线的剖视图;
图5C是图5A所示的各部件沿图5A中F-F剖面线的剖视图;
图6A是图1C所示的传动机构的内轮的立体图;
图6B是图6A所示的内轮的正视图;
图7A是图1C所示的传动机构的外轮的立体图;
图7B是图7A所示的外轮的正视图;
图7C是7A所示的外轮的轴向剖面图;
图8A是图1C所示的传动机构的轴向剖面示意图;
图8B是图8A所示的传动机构沿图8A中G-G剖面线的剖视图;
图8C是图8A所示的传动机构沿图8A中H-H剖面线的剖视图;
图9A-9B示出了图5B中虚线框M的局部图;
图10示出了根据本申请的传动机构的另一个实施例的轴向剖面示意图。
具体实施方式
下面将参考构成本说明书一部分的附图对本申请的各种具体实施方式进行描述。应该理解的是,虽然在本申请中使用表示方向的术语,诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“内”和“外”等方向或方位性的描述本申请的各种示例结构部分和元件,但是在此使用这些术语只是为了方便说明的目的,基于附图中显示的示例方位而确定的。由于本申请所公开的实施例可以按照不同的方向设置,所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制。在以下的附图中,同样的零部件使用同样的附图号,相似的零部件使用相似的附图号。
在本申请中的传动机构100中,外轮102、四片内轮121,122,123,124和行星架101之间能够发生相对运动,从而使得动力经由传动机构100输出,并且传动机构100能够实现减速或增速目的。当需要实现减速时,四片内轮121,122,123,124高速运动,而外轮102或行星架101低速运动。当外轮102作为扭矩输出部件(即,与被驱动部件相连接)时,行星架101必须被固定。当行星架101作为扭矩输出部件时,外轮102必须被固定。当需要实现增速时,外轮102或行星架101低速运动,四片内轮121,122,123,124作为扭矩输出部件高速运动。为了便于描述,下文中以将以四片内轮121,122,123,124高速运动、外轮102固定不动、并且行星架101作为扭矩输出部件低速运动为例进行描述。
图1A是根据本申请的一个实施例的传动机构100从前向后看过去的立体图;图1B是图1A所示的传动机构100从后向前看过去的立体图。图1C是图1A所示的传动机构100的剖视图,以示出传动机构100中更多的部件。如图1A-1C所示,传动机构100包括外轮102。外轮102承载或支撑的部件包括行星架101、并排布置的四片内轮121,122,123,124和偏心轴112。其中,四片内轮121,122,123,124套设在偏心轴112上,并且由行星架101支撑并夹持在行星架101中。
具体来说,行星架101包括第一法兰体104、第二法兰体106、连接部件109和传输部件108。第一法兰体104和第二法兰体106分别布置在内轮121,122,123,124的两侧。第一法兰体104和第二法兰体106通过连接部件109刚性连接在一起,以将四片内轮121,122,123,124保持在第一法兰体104和第二法兰体106之间。传输部件108贯穿四片内轮121,122,123,124设置,并且能够连接第一法兰体104和第二法兰体106。传输部件108能够将内轮121,122,123,124的运动传递给第一法兰体104和第二法兰体106,从而使得第一法兰体104和第二法兰体106转动。
当传动机构100运行时,其动力传递关系大致如下所述:
传动机构100中的偏心轴112与驱动机构(未示出)相连接。驱动机构驱动偏心轴112转动。由于外轮102固定不动,并且由于外轮102与内轮121,122,123,124的齿之间的啮合关系,偏心轴112的转动能够带动套设在其上的内轮121,122,123,124平动并转动。传输部件108将内轮121,122,123,124的转动和扭矩传递给第一法兰体104和第二法兰体106,并带动第一法兰体104和第二法兰体106转动。第一法兰体104和第二法兰体106与被驱动设备(未示出)相连接,从而实现变速和扭矩输出。
下面详述传动机构100中的各部件的具体结构。
图2A是图1C所示的传动机构100的偏心轴112的立体图。图2B是图2A所示的偏心轴112的放大轴向剖面图;图2C是图1C所示的偏心轴112的放大右视图,以示出偏心轴112的具体结构。如图2A-2C所示,偏心轴112为空心轴,其具有空心部分222。偏心轴112具有中心轴线X。偏心轴112的端部224用于与驱动机构(未示出)相连接。驱动机构能够驱动偏心轴112绕其中心轴线X转动。偏心轴112的空心部分222用于容纳驱动机构的缆线或容纳焊枪以使(未示出)。作为一个示例,驱动机构为电机。
偏心轴112上具有第一偏心部202、第二偏心部204和第三偏心部206,第一偏心部202、第二偏心部204和第三偏心部206相对于中心轴线X对称偏心布置,且偏心量相等。具体来说,第一偏心部202、第二偏心部204和第三偏心部206都为相对于偏心轴112的中心轴线X偏心设置的圆环形。第一偏心部202的外周面252形成半径为D1的圆周面。第二偏心部204的外周面254形成半径为D2的圆周面。第三偏心部206的外周面256形成半径为D3的圆周面。其中,半径D1、半径D2与半径D3满足:
D1=D2=D3。
更具体而言,外周面252、外周面254与外周面256各自具有中心轴线N1、中心轴线N2和中心轴线N3。中心轴线N1、中心轴线N2和中心轴线N3与偏心轴112的中心轴线X都具有距离(偏心量)e。其中,偏心量e大于0。中心轴线N1与中心轴线N3同轴设置,并且中心轴线N1与中心轴线N2关于中心轴线X对称布置。更详细地说,第一偏心部202的外周面252和第三偏心部206的外周面256在轴向上的投影重合,并且第二偏心部204的外周面254与第一偏心部202的外周面252的相位相差180°。当偏心轴112绕其中心轴线X旋转时,第一偏心部202的中心轴线N1、第二偏心部204的中心轴线N2和第三偏心部206的中心轴线N3均围绕中心轴线X旋转。
偏心轴112外周还设有用于将第一偏心部202、第二偏心部204和第三偏心部206分隔开的第一隔离部212、第二隔离部214、第三隔离部216和第四隔离部218。第一隔离部212、第二隔离部214、第三隔离部216和第四隔离部218在径向上均延伸超出第一偏心部202、第二偏心部204和第三偏心部206,以限制套设在第一偏心部202上的第一内轮轴承832、套设在第二偏心部204上的第二内轮轴承834和第三内轮轴承836、以及套设在第三偏心部206上的第四内轮轴承838(参见图8B)的轴向位置。此外,偏心轴112的第四隔离部218的右侧设有第一法兰体轴承内壁接触部232,用于接触第一法兰体轴承842(参见图8B)的内壁。偏心轴112的第一隔离部212的左侧设有第二法兰体轴承内壁接触部234,用于接触第二法兰体轴承844(参见图8B)的内壁。
图3A是图1C所示的第一法兰体104与第一连接凸台302立体图;图3B是图3A所示的第一法兰体104与第一连接凸台302的正视图;图3C是图3B所示的第一法兰体104与第一连接凸台302沿图3B中A-A剖面线的剖视图;图3D是图3B所示的第一法兰体104与第一连接凸台302沿图3B中B-B剖面线的剖视图。图3A-3D中所示的第一法兰体104与第一连接凸台302一体成形。
具体来说,第一法兰体104包括第一法兰体本体301和环状突出部312。第一法兰体本体301大致呈圆环状,其具有中心轴线F1。环状突出部312在第一法兰体本体301的右端外圆周沿径向延伸而成,用于抵靠第一外轮轴承822(参见图8B),以阻挡第一外轮轴承822沿轴向向右侧移动。
第一法兰体本体301具有容纳部309。容纳部309贯穿第一法兰体本体301设置,用于接收偏心轴112。止挡部316从容纳部309的壁沿径向向内延伸而成,用于抵靠第一法兰体轴承842(参见图8B),以阻挡第一法兰体轴承842沿轴向向右侧移动。
第一法兰体本体301上还设有二十个第一传输孔308。第一传输孔308是直径为d1的圆孔。其中第一传输孔308的直径d1略小于内轮121,122,123,124上的第二组通孔604(参见图6B)的直径K。二十个第一传输孔308的中心均匀地布置在半径为r2的圆周上。第一传输孔308用于与传输部件108相连接。
五个第一连接凸台302设置在第一法兰体104上,并与第一法兰体104一体成形。具体来说,五个第一连接凸台302从第一法兰体本体301的左侧沿轴向延伸而成。五个第一连接凸台302中的每一个的径向截面为腰形,其两端大致为半圆形,中间形成凹陷的腰部。五个第一连接凸台302沿圆周方向均匀地布置。其腰部与第一传输孔308相对,从而使得第一连接凸台302与第一传输孔308在径向上布置紧凑。
第一连接凸台302的两端设有沿轴向延伸的连接孔304和定位孔306。连接孔304用于接收紧固件510(参见图5A-5B),定位孔306用于接收定位件520(参见图5A和5C)。连接孔304和定位孔306的中心均布置在半径为r1的圆周上。其中,r2>r1。连接孔304沿轴向贯穿第一连接凸台302和第一法兰体本体301。连接孔304的壁的右端设有止挡部322,用于阻挡紧固件510。定位孔306也沿轴向贯穿第一连接凸台302和第一法兰体本体301。定位孔306为锥形孔,其左部的壁向左侧渐缩,从而形成截锥形。作为一个示例,定位孔306的壁与轴向的倾斜角为θ。
需要说明的是,虽然本实施例中第一法兰体104与第一连接凸台302一体成形,但使用连接件或使用焊接方式将第一连接凸台302连接至第一法兰体104也都落入本申请的保护范围内。
图4A是图1C所示的第二法兰体106与第二连接凸台402立体图;图4B是图4A所示的第二法兰体106与第二连接凸台402的正视图;图4C是图4B所示的第二法兰体106与第二连接凸台402沿图4B中C-C剖面线的剖视图;图4D是图4B所示的第二法兰体106与第二连接凸台402沿图4B中D-D剖面线的剖视图。图4A-4D中所示的第二法兰体106与第二连接凸台402一体成形。
具体来说,第二法兰体106包括第二法兰体本体401和环状突出部412。第二法兰体本体401大致呈圆环状,其具有中心轴线F2。环状突出部412在第二法兰体本体401的左端外圆周沿径向延伸而成,用于抵靠第二外轮轴承824(参见图8B),以阻挡第二外轮轴承824沿轴向向左侧移动。
第二法兰体本体401具有容纳部409。容纳部409贯穿第二法兰体本体401设置,用于接收偏心轴112。止挡部416从容纳部409的壁沿径向向内延伸而成,用于抵靠第二法兰体轴承844(参见图8B),以阻挡第二法兰体轴承844沿轴向向左侧移动。
第二法兰体本体401上还设有二十个第二传输孔408。第二传输孔408是直径为d2的圆孔。其中第二传输孔408的直径d2略小于内轮121,122,123,124上的第二组通孔604(参见图6B)的直径K,并且第二传输孔408的直径d2与第一传输孔308的直径d1大致相等。二十个第二传输孔408的中心均匀地布置在半径为r2的圆周上。第二传输孔408用于与传输部件108相连接。
五个第二连接凸台402设置在第二法兰体106上,并与第二法兰体106一体成形。具体来说,五个第二连接凸台402从第二法兰体本体401的右侧沿轴向延伸而成。五个第二连接凸台402中的每一个的径向截面为腰形,其两端大致为半圆形,中间形成凹陷的腰部。五个第二连接凸台402沿圆周方向均匀地布置。其腰部与第二传输孔408相对,从而使得第二连接凸台402与第二传输孔408在径向上布置紧凑。
第二连接凸台402的两端设有沿轴向延伸的连接孔404和定位孔406。连接孔404用于接收紧固件510(参见图5A-5B),定位孔406用于接收定位件520(参见图5A和5C)。连接孔404和定位孔406的中心均布置在半径为r1的圆周上。其中,r2>r1。具体地说,连接孔404从第二连接凸台402自由端的表面沿轴向向内延伸而成。连接孔404的壁上设有螺纹422,用于与紧固件510上的螺纹相配合。定位孔406也从第二连接凸台402自由端的表面沿轴向向内延伸而成,但与第一连接凸台302上的定位孔306不同的是,第二连接凸台402上的定位孔406不贯穿第二连接凸台402和第二法兰体106。定位孔406为锥形孔,其壁向左侧渐缩,从而形成截锥形。作为一个示例,定位孔406的壁与轴向的倾斜角为θ。
需要说明的是,虽然本实施例中第二法兰体106与第二连接凸台402一体成形,但使用连接件或使用焊接方式将第二连接凸台402连接至第二法兰体106也都落入本申请的保护范围内。
图5A是图1A所示的传动机构100中行星架101(即,装配状态下的第一法兰体104、第二法兰体106、五个连接部件109和二十个传输部件108)的径向剖面图;图5B是图5A所示的各部件沿图5A中E-E剖面线的剖视图;图5C是图5A所示的各部件沿图5A中F-F剖面线的剖视图,以示出行星架101的具体装配结构。如图5A-5C所示,行星架101包括第一法兰体104、第二法兰体106、连接部件109和传输部件108。连接部件109包括从第一法兰体104沿轴向延伸的五个第一连接凸台302、从第二法兰体106沿轴向延伸的五个第二连接凸台402、紧固件510和定位件520。其中紧固件510为螺栓,螺栓至少在其左端具有螺纹,以与第二连接凸台402上连接孔404中的螺纹422相配合。定位件520为锥度销。锥度销的壁的倾斜度与定位孔306和定位孔406的壁的倾斜度θ相匹配,以使得定位件520能够插入定位孔306和定位孔406中。
在装配状态下,第一法兰体104的中心轴线F1和第二法兰体106的中心轴线F2重合。五个第一连接凸台302中的每一个与五个第二连接凸台402中相应的一个相互抵靠。其中第一连接凸台302上的连接孔304与第二连接凸台402上的连接孔404对齐,第一连接凸台302上的定位孔306与第二连接凸台402上的定位孔406对齐。定位件520穿过第一连接凸台302上的定位孔306插入第二连接凸台402上的定位孔406,以使第一连接凸台302与第二连接凸台402相互定位,从而使得第一法兰体104与第二法兰体106相互定位。紧固件510穿过第一连接凸台302上的连接孔304插入第二连接凸台402上的连接孔404。紧固件510上的螺纹与连接孔404的壁上的螺纹422相配合,直到紧固件510的肩部抵靠连接孔304上的止挡部322,从而使得第一法兰体104和第二法兰体106刚性连接在一起。
需要说明的是,本申请中的技术术语“刚性连接”是指相互固定连接。换句话说,刚性连接的两个部件互相之间不产生相对运动。
传输部件108包括圆柱形的销512和销套514。销套514套设在销512上,用于保护销512,以减少销512与内轮121,122,123,124之间的摩擦。销512的长度被配置为比销套514的长度更长,从而使得销512的两端能够伸出销套514并分别插入第一法兰体104的第一传输孔308和第二法兰体106的第二传输孔408中,从而与第一法兰体104和第二法兰体106相连接。销套514的长度稍短于第一法兰体104和第二法兰体106之间的距离。换句话说,当内轮121,122,123,124就位时,内轮121,122,123,124上第一组通孔602的壁605(参见6A-6B)能够接触销套514,但不接触销512。
更具体地说,销512的直径L1稍大于第一传输孔308的直径d1以及第二传输孔408的直径d2,从而使得销512能够通过过盈配合固定在第一传输孔308和第二传输孔408中。销套514的外径为L2。
需要说明的是,虽然本申请的实施例中传输部件108包括圆柱形的销512和销套514,但在其他实施例中,传输部件108也可以不包括销套514。
还需要说明的是,虽然本申请的实施例中传输部件108包括圆柱形的销512和销套514,但在其他实施例中,传输部件108也可以由其他部件组成(例如,传输部件108可以是与第一法兰体104和第二法兰体106相连接的螺栓、螺柱等),这也都落入本申请的保护范围内。
图6A是图1C所示的内轮的立体图;图6B是图6A所示的内轮的正视图。由于内轮122,123,124与内轮121的结构大致相同,因此下文以内轮121为例进行示例性介绍。
如图6A-6B所示,内轮121大致呈圆环状,并且具有一定厚度,其具有中心轴线N1。内轮121的外周具有内轮齿611。内轮齿611能够与外轮102的外轮内齿702(参见图7A-7C)相啮合。更具体地说,当内轮121运动时,内轮齿611的至少一部分能够与外轮102的外轮内齿702相啮合。内轮齿611与外轮内齿702具有齿数差(即,外轮内齿702的齿数大于内轮齿611的齿数),并且内轮121与外轮102被配置为:当内轮121在外轮102中运动时,内轮121能够实现转动与平动(即公转与自转)。
内轮121具有容纳部601。容纳部601贯穿内轮121设置,以容纳偏心轴112和第一内轮轴承832。容纳部601的壁608的直径与偏心轴112的第一内轮轴承832(参见图8B-8C)的外径大致相同,从而使得内轮121能够套装在围绕第一偏心部202设置的第一内轮轴承832上。当偏心轴112转动时,偏心轴112能够通过第一内轮轴承832带动内轮121转动。
内轮121上还设有二十个第二组通孔604。第二组通孔604是直径为K的圆孔。第二组通孔604的直径K、销套514的外径L2与偏心量e满足:
K-L2=2e。
二十个第二组通孔604的中心均匀地布置在半径为r2的圆周上。第二组通孔604用于接收传输部件108。其中,第二组通孔604的直径K比传输部件108(参见图5B)的外轮廓的尺寸大,并且直径K被配置为:当内轮121运动时,传输部件108的至少一部分与第二组通孔604的壁605相接触,从而使得内轮121上的扭矩能够通过传输部件108传递至第一法兰体104和第二法兰体106。
此外,内轮121上还设有五个第一组通孔602。五个第一组通孔602的中心均匀地布置在半径为r1的圆周上。其中,r2>r1。第一组通孔602的径向截面形状为腰形,其两端大致为半圆形,中间形成凹陷的腰部。第一组通孔602用于接收连接部件109(参见图5B)。第一组通孔602的尺寸比位于第一法兰体104和第二法兰体106之间的连接部件109的外轮廓大,并且第一组通孔602的尺寸被配置为:当内轮121运动时,连接部件109始终不接触第一组通孔602的壁603(即,连接部件109与内轮121不产生任何相互干涉),从而使得连接部件109不起到传输动力的作用。换句话说,当内轮121运动时,位于第一法兰体104和第二法兰体106之间的连接部件109的外轮廓上的任何一点都与第一组通孔602的孔壁603之间具有一段距离。
更具体地说,在本申请所示的实施例中,第一组通孔602的尺寸比第一连接凸台302和第二连接凸台402(参见图5B)的外轮廓大,并且第一组通孔602的尺寸被配置为:当内轮121运动时,第一连接凸台302和第二连接凸台402始终不接触第一组通孔602的壁603(即,第一连接凸台302和第二连接凸台402与内轮121不产生任何相互干涉),从而使得第一连接凸台302和第二连接凸台402不起到传输动力的作用。换句话说,当内轮121运动时,第一连接凸台302和第二连接凸台402的外轮廓上的任何一点都与第一组通孔602的孔壁603之间始终具有一段距离。
需要说明的是,虽然上述的实施例中示出了传动机构100包括五个连接部件109和二十个传输部件108,但本申请并不旨于限制连接部件109和传输部件108的数量,包括任何数量的连接部件109和传输部件108的传动机构100均落在本申请的保护范围内。相应地,内轮上设置相应数量的通孔即可。
还需要说明的是,虽然上述的实施例中连接部件109的截面形状为腰形,但本申请并不旨于限制连接部件109的形状,任何形状的连接部件109均落在本申请的保护范围内。相应地,内轮上第一组通孔602的形状也不受限制,内轮上第一组通孔602的形状被设置为,连接部件109的外轮廓上的任一点与第一组通孔602的孔壁轮廓之间具有间隙即可。
图7A是图1C所示的外轮102的立体图;图7B是图7A所示的外轮102的正视图;图7C是7A所示的外轮102的轴向剖面图。如图7A-7C所示,外轮102大致呈圆环状,并具有中心轴线O。外轮102具有容纳部712,容纳部712贯穿外轮102设置。容纳部712的壁的中部设有外轮内齿702,其能够与内轮121,122,123,124的内轮齿611相啮合。作为一个示例,外轮内齿702由滚针722构成。具体地说,容纳部712的壁的中部设有滚针槽,滚针722布置在滚针槽中。
外轮102还具有支撑部704和支撑部706,支撑部704和支撑部706分别设置在外轮内齿702的左右两侧。支撑部704用于支撑第一外轮轴承822(参见图8B)。支撑部706用于支撑第二外轮轴承824(参见图8B)。
图8A是图1C所示的传动机构100的轴向剖面示意图;图8B是图8A所示的传动机构100沿图8A中G-G剖面线的剖视图;图8C是图8A所示的传动机构100沿图8A中H-H剖面线的剖视图,以示出传动机构100的各部件的结构以及各部件之间的位置关系。如图8A-8C所示,偏心轴112的中心轴线X、第一法兰体104的中心轴线F1、第二法兰体106的中心轴线F2与外轮102的中心轴线O同轴设置。
偏心轴112的第一偏心部202上设有第一内轮轴承832。内轮121套设在第一内轮轴承832上。当偏心轴112围绕中心轴线O转动时,内轮121围绕中心轴线O公转,即内轮121的中心轴线N1围绕中心轴线O转动(即,平动)。偏心轴112的第二偏心部204上并排设有第二内轮轴承834和第三内轮轴承836。内轮122和内轮123分别套设在第二内轮轴承834和第三内轮轴承836上。第二内轮轴承834和第三内轮轴承836相互贴靠,内轮122和内轮123也相互贴靠,并同步同方向地运动。当偏心轴112围绕中心轴线O转动时,内轮122和内轮123围绕中心轴线O公转,即内轮122和内轮123的中心轴线N2围绕中心轴线O转动(即,平动)。偏心轴112的第三偏心部206上设有第四内轮轴承838。内轮124套设在第四内轮轴承838上。当偏心轴112围绕中心轴线O转动时,内轮124围绕中心轴线O公转,即内轮124的中心轴线N3围绕中心轴线O转动(即,平动)。
此外,内轮121和内轮122之间还设有隔离部件852,以使得内轮121不与内轮122接触。内轮123和内轮124之间也设有隔离部件854,以避免内轮123与内轮124之间接触,从而减少内轮123与内轮124之间的摩擦。同时,隔离部件852和隔离部件854还能够将滚针722保持在滚针槽中。由于内轮121、内轮122、内轮123和内轮124的结构相同,且内轮121与内轮122相对于内轮123与内轮124对称布置,因此内轮121和内轮124的转动轨迹的形状相同,内轮122和内轮123的转动轨迹的形状相同。由于内轮121和内轮124与内轮122和内轮123相对于中心轴线O相反地偏心设置,当偏心轴112带动内轮121,122,123,124转动时,内轮121和内轮124的相位与内轮122和内轮123的相位相差180°,从而保证内轮121,122,123,124在运动时能够保持动平衡。
另外,当偏心轴112带动内轮121,122,123,124公转时,内轮121,122,123,124的内轮齿611与外轮102的外轮内齿702相啮合,由于内轮齿611与外轮内齿702具有齿数差,并且外轮102固定不定,使得内轮121、内轮122、内轮123和内轮124能够绕其各自的中心轴线(即,中心轴线N1、中心轴线N2、中心轴线N3和中心轴线N4)转动。也就是说,内轮121,122,123,124在公转的同时实现自转。
内轮121,122,123,124由行星架101支撑在外轮102中。具体来说,第一法兰体104和第二法兰体106分别布置在内轮121,122,123,124的两侧。第一外轮轴承822的内壁接触第一法兰体本体301,第一外轮轴承822的外壁接触外轮102的支撑部704,从而使第一法兰体104通过第一外轮轴承822安装在外轮102上。第二外轮轴承824的内壁接触第二法兰体本体401,第二外轮轴承824的外壁接触外轮102的支撑部706,从而使得第二法兰体106通过第二外轮轴承824安装在外轮102上。由于外轮102固定不动,上述安装方式使得第一法兰体104和第二法兰体106能够围绕中心轴线O转动。
偏心轴112分别通过第一法兰体轴承842和第二法兰体轴承844安装在第一法兰体104和第二法兰体106上。具体来说,第一法兰体轴承842的内壁接触第一法兰体轴承内壁接触部232。第一法兰体轴承842的外壁接触第一法兰体104,并抵靠在止挡部316上。第二法兰体轴承844的内壁接触第二法兰体轴承内壁接触部234。第二法兰体轴承844的外壁接触第二法兰体106,并抵靠在止挡部416上。
连接部件109中的第一连接凸台302和第二连接凸台402穿过内轮121,122,123,124上的第一组通孔602,并且相互抵靠。第一法兰体104和第二法兰体106通过定位件520相互定位,并且通过紧固件510刚性连接。抵靠在一起的第一连接凸台302和第二连接凸台402能够加强第一法兰体104和第二法兰体106之间的刚性连接。第一连接凸台302和第二连接凸台402的外轮廓与第一组通孔602的内壁始终保持间隙。更具体地说,当内轮121,122,123,124公转并且自转时,第一连接凸台302和第二连接凸台402的外轮廓上的任一点都与第一组通孔602的内壁始终保持一段距离,而不产生接触。
传输部件108中的销512和销套514穿过内轮121,122,123,124上的第二组通孔604。传输部件108中的销512的两端分别通过过盈配合与第一法兰体104和第二法兰体106相连接,从而使得第一法兰体104和第二法兰体106连接在一起。销套514上的至少一部分能够与第二组通孔604的内壁相接触,以使得内轮121,122,123,124能够推动销套514及销512绕中心轴线O转动,从而使第一法兰体104和第二法兰体106绕中心轴线O转动。
下面详述传动机构100运行时扭矩传递的过程:
驱动机构(例如电机,未示出)驱动偏心轴112绕中心轴线O转动。偏心轴112通过第一内轮轴承832、第二内轮轴承834、第三内轮轴承836以及第四内轮轴承838带动内轮121,122,123,124平动(即,中心轴线N1,N2,N3,N4围绕中心轴线O转动)。内轮121,122,123,124的内轮齿611与外轮102的外轮内齿702相啮合,从而使得内轮121,122,123,124转动(即,内轮121、内轮122、内轮123和内轮124能够绕各自的中心轴线N1、中心轴线N2、中心轴线N3和中心轴线N4转动)。这样,内轮121,122,123,124能够在公转的同时实现自转。
当内轮121,122,123,124公转并自转时,通过传输部件108(包括销512和销套514)与第二组通孔604的配合,传输部件108将内轮121,122,123,124的自转传递至第一法兰体104和第二法兰体106,从而使得第一法兰体104和第二法兰体106绕中心轴线O转动。第一法兰体104和/或第二法兰体106可以与被驱动设备(未示出)连接。由此,驱动机构的扭矩能够通过传动机构100输出至被驱动设备。
需要说明的是,由于第一法兰体104和第二法兰体106通过第一外轮轴承822和第二外轮轴承824安装在外轮102上,因而第一法兰体104和第二法兰体106只能绕中心轴线O转动。而传输部件108又与第一法兰体104和第二法兰体106相连,因此传输部件108也只能绕中心轴线O转动。这使得动力从内轮121,122,123,124传递至传输部件108的过程中,传输部件108能够不将内轮121,122,123,124的平动(即,公转)传递至第一法兰体104和第二法兰体106,而仅将内轮121,122,123,124的转动(即,自转)传递至第一法兰体104和第二法兰体106。
本申请的传动机构100能够在不增大外轮102直径的情况下,减小内轮121,122,123,124与偏心轴112之间的内轮轴承(即,第一内轮轴承832、第二内轮轴承834、第三内轮轴承836以及第四内轮轴承838)上的受力,从而可以增大该内轮轴承的尺寸。这可以增强内轮轴承的使用寿命,并且使得偏心轴112的空心部分222能够设置得较大,以为驱动机构留出更多的空间来接收缆线或焊枪等。
具体来说,在传统的传动机构中,销同时起连接作用和扭矩传递作用。承担扭矩传递作用的销上会受到内轮对其施加的径向力,销上受到的径向力会传递至内轮轴承,从而决定了内轮轴承上的受力。承担连接作用的销需要承担行星架的扭转刚度。因此传动机构中的销的尺寸(例如,直径)需要设置得很大,才能在保证行星架的刚性的同时传递扭矩。这样,销所对应的内轮上的通孔也相应地较大。而为了保证内轮的强度,销所对应的内轮上的较大的通孔不能布置在靠近内轮边缘处。这使得传统的传动机构中的销不能设置为远离偏心轴的中心轴线。
与之相比,在本申请的传动机构100中,设置了主要用于承担第一法兰体104和第二法兰体106的刚性连接的连接部件109,以及主要用于将内轮121,122,123,124的扭矩传递至第一法兰体104和第二法兰体106的传输部件108。由于传输部件108仅用作传递扭矩,因此与传统的传动机构中的销相比,传输部件108的尺寸可以设置得较小。由于传输部件108的尺寸能够设置得较小,传输部件108能够设置得离中心轴线O较远。当同等扭矩从内轮121,122,123,124传递至第一法兰体104和第二法兰体106时,每个传输部件108离中心轴线O越远,每个传输部件108上的力臂半径就越大,那么每个传输部件108上受的径向力越小。由于传输部件108上受到的径向力决定了内轮121,122,123,124与偏心轴112之间的内轮轴承受到的径向力,从而传输部件108上的受力越小,内轮轴承上的受力也就越小。
从另一方面来看,当传输部件108受力越小,传输部件108的尺寸(例如,直径)就可以设置得越小。相比于传统的传动机构,本申请中的连接部件109和传输部件108共同占据的空间更小。并且由于传输部件108较小,用于接收传输部件108的第二组通孔604也较小,从而在保证内轮121,122,123,124强度的情况下,第二组通孔604能够布置在更靠近内轮121,122,123,124的边缘处。因此,连接部件109与偏心轴112之间的距离大于传统的传动机构中销至偏心轴的距离。这样,在不改变外轮102的尺寸并且同等扭矩从内轮121,122,123,124传递至第一法兰体104和第二法兰体106的情况下,内轮轴承的尺寸可以做得更大。尺寸更大的内轮轴承能承担更大的基本额定动载荷,这使得尺寸更大的内轮轴承使用寿命更长。此外,尺寸更大的内轮轴承其相应的偏心轴112的尺寸也可以更大,这使得容纳驱动机构的缆线(未示出)的偏心轴112的空心部分222也更大,从而便于安装驱动机构的电缆或焊枪等。
作为一个示例,本申请的传动机构100可以用于作为机器人的关节减速器。与传统机器人的关节减速器相比,本申请的传动机构100中的内轮的容纳部的直径可增大15-20%,可以选用的内轮轴承的尺寸更大。同时,由于每个传输部件108远离中心轴线O布置,因此每个传输部件108上的受力减少,从而使得内轮轴承上的径向力可以减小10-15%。这样,内轮轴承的使用寿命可以至少提高60%-150%。此外,随着科技的发展,机器人上需要与计算机或驱动装置交互的缆线比以往更多,因此增大了10-15%的空心部分222提供了穿插更多缆线的空间,使得机器人的设计和使用更加方便。
此外,在本申请中,第一法兰体104和第二法兰体106通过连接部件109的连接凸台互相抵靠在一起,再通过紧固件510和定位件520固定,这大大增强了行星架101的扭转刚度。具体来说,通过连接凸台抵靠在一起的第一法兰体104和第二法兰体106连接后的刚性大大优于仅连接在一起、但不相互抵靠的第一法兰体104和第二法兰体106。这是因为抵靠在一起的第一法兰体104和第二法兰体106之间形成接触面积,在轴向上互相具有作用力,通过连接部件109更易形成一个整体。当第一法兰体104和/或第二法兰体106向外(例如,连接至被驱动设备)输出扭矩时,第一法兰体104和第二法兰体106需要扭转,抵靠在一起的第一法兰体104和第二法兰体106能够阻碍第一法兰体104和第二法兰体106之间发生扭转,从而增加行星架101的扭转刚度。这不仅能够提高传动机构100的输出扭矩,还能够提高角传递误差精度。对于以微米作为单位计的机器人领域而言,提高角传递误差精度能够大大提高机器人本身的定位精度。
另外,在本申请中,传输部件108与第一法兰体104和第二法兰体106相连,以将动力传递至第一法兰体104和第二法兰体106。传输部件108的两端分别与第一法兰体104和第二法兰体106相连,以将动力传递至第一法兰体104和第二法兰体106。传输部件108的两端分别与第一法兰体104和第二法兰体106连接,这可以使得传输部件108的两端都具有支撑点。在相同的受力条件下计算传输部件108的受力时,两端都具有支撑点的传输部件108上的受力分布优于仅一端具有支撑点的传输部件,可以使传输部件108的尺寸更小。
图9A-9B示出了连接凸台的另两个实施例,其对应于图5B中虚线框M的位置。其中图9A示出的实施例中连接凸台包括从第二法兰体106延伸而出的连接凸台902。第一法兰体104与连接凸台902相互抵靠,从而使得第一法兰体104与第二法兰体106相互抵靠。而图9B示出的实施例中连接凸台包括从第一法兰体104延伸而出的连接凸台904,第二法兰体106与连接凸台904相互抵靠,从而使得第一法兰体104与第二法兰体106相互抵靠。连接部件中的其他部件与第一法兰体104以及第二法兰体106的连接关系与图5A-5C所示的实施例中的描述大致相似,因此此处不再赘述。
由此可见,本申请中不旨于限制连接凸台的形式。连接凸台从第一法兰体104或第二法兰体106中的至少一个延伸而出即可。第一法兰体104和第二法兰体106通过连接凸台相互抵靠的方式能够大大地增加连接在一起后行星架101的刚性。这样,当第一法兰体104和第二法兰体106一同转动时,能够大大地减弱传输部件108可能负担的第一法兰体104和第二法兰体106之间的连接力,从而使传输部件108主要用于(或完全用于)扭矩传输,以使得传输部件108的尺寸能够设置得更小。
此外,本申请也不旨于限制连接凸台的形状。连接凸台可以为各种形状,而不限于本申请中所示出的具体形状(例如,截面为腰形)。
图10示出了根据本申请的传动机构1000的另一个实施例的轴向剖面示意图。传动机构1000与图1A所示的传动机构100大致相同,其主要的不同在于:传动机构1000中的连接部件1009与传输部件1008的中心均布置在同一半径的圆周上。这样的传动机构1000相较于图1A所示的传动机构100能够实现尺寸更大的内轮轴承以及更大的偏心轴内的空心部分1012,以满足安装驱动机构的缆线(未示出)的需求。
作为一个示例,本申请的传动机构1000可以用于作为机器人的关节减速器。随着科技的发展,机器人上需要与计算机或驱动装置交互的缆线比以往更多,因此需要更大的空心部分1012,以提供穿插更多缆线的空间。与传统机器人的关节减速器相比,本申请的传动机构1000中间的空心部分的直径可增大25%左右。例如,某一型号的传统的机器人关节减速器的中空尺寸大约为40mm。同一型号目前最大的中间的空心部分的尺寸为50mm。而本申请的传动机构1000的空心部分1012可以达到60mm。空心部分1012的直径增大了20%。同样的结构使内轮轴承的尺寸也增大了近20%。因此内轮轴承能承担更大的基本额定动载荷,使寿命更长。需要说明的是,虽然本申请中连接部件与传输部件均以圆周形式布置,但当连接部件和/或传输部件以其他形式布置时,也同样落入本申请的保护范围内。
还需要说明的是,虽然本申请中定位件与紧固件设置在同一个连接凸台上,但本领域的技术人员可以理解,定位件与紧固件也可以独立设置在不同的连接凸台上。
此外,本领域的技术人员可以理解,本申请中相互啮合的内轮齿611和外轮内齿702可以是任何类型的齿形,例如,摆线齿、圆弧齿、渐开线齿或平面齿等。
另外,本领域的技术人员可以理解,内轮的个数不限于本申请的实施例中所示出的四个,内轮的个数及设置能够在偏心旋转时保持整体动平衡即可。
尽管本文中仅对本申请的一些特征进行了图示和描述,但是对本领域技术人员来说可以进行多种改进和变化。因此应该理解,所附的权利要求旨在覆盖所有落入本申请实质精神范围内的上述改进和变化。