CN113639011B - 一种具备零齿隙性能的刚柔耦合rv减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备零齿隙性能的刚柔耦合RV减速器，其包括曲轴偏心块、设于该曲轴偏心块上的刚性摆线轮、与该刚性摆线轮啮合传动的针齿。曲轴偏心块上与刚性摆线轮同轴设有柔性摆线轮，柔性摆线轮与刚性摆线轮的齿形相同，柔性摆线轮的直径大于刚性摆线轮的直径；当摆线轮与针齿处于啮合传动的位置时，柔性摆线轮与针齿始终保持弹性接触。传动中，刚性摆线轮起承载作用，柔性摆线轮起到消除间隙的作用，从而消除RV减速器的空转效应。如此降低啮合冲击及振动，提升了RV减速器的动力响应及时性。通过无线变形感应装置记录的柔性摆线轮的应变值的变化，来反映RV减速器内部的间隙状态变化，为减速器的载荷谱规划提供数据，以延长减速器的使用寿命。

Description

一种具备零齿隙性能的刚柔耦合RV减速器

技术领域

本发明涉及机械传动的变速装置，尤其涉及一种行星摆线减速器。

背景技术

RV减速器是一种在工业机器人领域得到广泛应用的精密型二级行星摆线减速器，具有传动传动精度高、传动比大、效率高、刚度高、承载能力强的优点。为了使啮合传动过程中RV减速器内部的承载性接触副，如齿侧面接触副、轴承接触副等能够形成有效的润滑油膜以及降低钢制结构件之间因受热膨胀发生卡死的风险，各钢制零件之间必须留有一定的间隙。由于此类间隙的存在，使得RV减速器在启停、换向时，主动齿轮的轮齿将首先在被动齿轮的两个轮齿齿面所形成的齿槽之间空转运行一段距离，直到其与被动齿轮的轮齿齿面发生接触后再传递载荷。这种由于各零件间的间隙所引起的减速器在启停或者换向过程中的空转效应往往被称为减速器的齿隙特性。齿隙的存在不仅造成了减速器在运动状态发生改变时的轮齿冲击，引起减速器的振动加剧而且还会影响减速器动力输出的响应及时性。因此，有必要发展一种零齿隙的RV减速器，解决由齿隙对RV减速器工作性能的不利影响。专利号为201910130910 .4的中国专利公开了具备消隙功能的液压双驱式齿轮传动装置，但是这种液压消隙装置体积庞大，只能用于大型圆柱齿轮传动装置而不能够满足体积紧凑的精密RV减速器的需求。

因此，如何克服现有RV减速器由于存在空转效应以致发生轮齿啮合冲击，引起振动加剧而影响减速器动力输出的响应及时性的缺陷是业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明为了解决现有RV减速器产生轮齿啮合冲击，引起振动加剧而影响减速器动力输出的响应及时性的技术问题，提供一种不存在空转效应的具备零齿隙性能的刚柔耦合RV减速器。还可以自动记录RV减速器在运行过程中的零件的间隙变化趋势，充分积累减速器的服役寿命数据。

本发明提供的一种RV减速器，包括曲轴偏心块、设于该曲轴偏心块上的刚性摆线轮、与该刚性摆线轮啮合传动的针齿。所述曲轴偏心块上与所述的刚性摆线轮同轴设有柔性摆线轮，该柔性摆线轮与刚性摆线轮的齿形相同，而柔性摆线轮的直径大于刚性摆线轮的直径；当摆线轮与针齿处于啮合传动的位置时，所述的柔性摆线轮与所述的针齿均保持弹性接触。

较优的，所述的柔性摆线轮为薄壁结构的柔性摆线轮。

较优的，所述柔性摆线轮的厚度h与直径d之比为0.005<h/d<0.01。

较优的，所述柔性摆线轮的半径与刚性摆线轮半径之差为处于啮合传动位置时，所述刚性摆线轮与所述针齿之间的间隙。

较优的，所述的柔性摆线轮由疲劳强度高的热处理合金钢制作。

优选的，所述的柔性摆线轮由正火处理的40CrNiMoA钢材制作。

较优的，所述柔性摆线轮的边缘上周向均布无线变形感应装置。

优选的，所述的无线变形感应装置为八套。

本发明通过在曲轴偏心块上与高刚度高承载能力的刚性摆线轮同轴设置一薄壁柔性摆线轮，并使得该柔性摆线轮与刚性摆线轮的齿形相同，但直径大于刚性摆线轮的直径。当RV减速器处于启动、停止或者换向的状态，即刚性摆线轮相对于被动齿轮--针齿处于空转位置时，柔性摆线轮却可始终保持与针齿的啮合处于弹性接触状态。虽然刚性摆线轮的轮齿与被动齿轮的齿面处于脱离状态，但无间隙的柔性摆线轮的轮齿在进入啮合传动的位置后的任意时刻均与被动齿轮轮齿的两侧齿面弹性接触，即主动齿轮与被动齿轮之间的空转效应被柔性摆线齿轮所抑制。随着刚性摆线轮旋转角度的增加，刚性摆线轮的轮齿逐渐与被动齿轮的另一齿面发生接触并传递载荷，柔性摆线轮上的载荷不再增加，RV减速器进入到稳定的反向旋转阶段。本发明的刚性摆线轮起到承载作用，而柔性摆线轮起到消除间隙的作用，从而消除所述的空转效应。如此有效地克服了RV减速器在启停和换向过程中的轮齿啮合冲击效应，降低了RV减速器的振动，提升了RV减速器的动力响应及时性。还可以通过柔性摆线轮上的变形感应装置检测的柔性摆线轮的应变数据，判断RV减速器零件的间隙变化趋势，根据该变化趋势判断RV减速器运行状态，实时优化RV减速器的载荷谱，延长RV减速器的剩余使用寿命。即可以自动记录RV减速器在运行过程中的零件间隙变化趋势，充分积累减速器的服役寿命数据。

附图说明

图1为本发明的实施例的剖视示意图；

图2为图1中 A-A向的剖视图；

图3a、图3b和图3c为偏心块由顺时转动状态换向成逆时转动状态的过程中，不同位置的柔性摆线轮和刚性摆线轮与针齿的接触情况示意图；

图4为本发明实施例的柔性摆线轮上变形感应装置的布置示意图。

图中：1针齿壳；1a针齿；2角接触球轴承；3刚性摆线轮；4曲轴组件；4a曲轴偏心块；4b滚针轴承；5行星架组件；6柔性摆线轮；7输入轴；8输入小齿轮； 9无线变形感应装置；10圆锥推力轴承。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。

如图1、图2所示，为本发明提供的一种具备零齿隙性能的刚柔耦合RV减速器的实施例，该减速器包括针齿壳1、设于该针齿壳1内圆中的针齿1a、角接触球轴承2及行星架组件5，通过圆锥推力轴承10设于行星架组件5中的曲轴组件4，通过滚针轴承4b安装于曲轴偏心块4a上的刚性摆线轮3，所述曲轴组件中的曲轴输入端通过输入小齿轮8与输入轴7实现传动连接。当输入轴7转动时，便可以驱动曲轴组件4转动，以致刚性摆线轮3与针齿1a实现啮合传动，之后由针齿壳1将传动输出。

如图1、图2所示，由于现有的RV减速器存在空转效应而产生冲击和振动等问题，为消除所述问题，本发明在曲轴偏心块4a上与刚性摆线轮同轴并排设有柔性摆线轮6，该柔性摆线轮6与刚性摆线轮3的齿形相同，而柔性摆线轮6的直径大于刚性摆线轮3的直径，以致当摆线轮与针齿处于啮合传动的位置时，柔性摆线轮6始终可以与针齿1a保持弹性接触，以此来消除所述的空转效应。为保证转动的平稳可靠，可将柔性摆线轮6设置为薄壁结构。本实施例中，柔性摆线轮的厚度h与直径d之比最好为0.005<h/d<0.01，以便保持合理的弹性和刚度。另外，也可采用合适的材料来制作柔性摆线轮6，比如，采用高疲劳强度的热处理合金钢，可优选正火处理的40CrNiMoA钢材制作，以便保持柔性摆线轮6较高的疲劳强度，而保证较高的使用寿命。还可以使得柔性摆线轮6的半径与刚性摆线轮3半径之差大致为处于啮合传动位置时，刚性摆线轮3与针齿1a之间的间隙。安装时，一般通过过盈装配消除曲轴偏心块4a、滚针轴承4b和柔性摆线轮6的轴承孔之间的间隙。通过上述各项措施，来保证柔性摆线轮6达到消除所述的空转效应之目的，还可以保证传动平稳和使用长久。

当输入轴7转动时，通过输入小齿轮8驱动曲轴组件4转动，动力源从曲轴组件4的两个曲轴偏心块4a传递到摆线轮上，以致驱动薄壁结构的柔性摆线轮6及刚性摆线轮3与针齿壳1上多个针齿1a发生啮合传动。刚性摆线轮3与针齿1a之间留有齿侧间隙，而柔性摆线轮6与针齿1a之间齿侧间隙被消除。即柔性摆线轮6与曲轴偏心块4a和针齿1a之间始终没有间隙，柔性摆线轮的齿隙始终为零，而啮合接触柔性摆线轮6轮齿仅发生弹性变形。传动过程中，刚性摆线轮3只有在曲轴偏心块4a和针齿1a间隙被消除后才能够进入承载状态。同时，由于刚性摆线轮3在承载后不发生变形，且柔性摆线轮6是和刚性摆线轮3同轴并排安装的，当刚性摆线轮3起到承载作用后，柔性摆线轮6变形不再继续增大，故柔性摆线轮6仅发生微小形变，变形的大小仅由刚性摆线轮3的间隙所决定。

如图3a所示，当RV减速器承受载荷，且曲轴偏心块4a稳定的朝顺时针方向旋转时，刚性摆线轮3和柔性摆线轮6均完全与针齿1a的左侧面接触，此时刚性摆线轮3和柔性摆线轮6均与针齿1a的右侧面脱离接触。如图3b所示，当RV减速器发生换向，曲轴偏心块4a朝逆时针方向旋转达到中间位置时，刚性摆线轮3与针齿1a的左侧面脱离接触，而刚性摆线轮3尚未与针齿1a的右侧面建立接触。此时，柔性摆线轮6由于变形恢复效应，柔性摆线轮6一方面未脱离与针齿1a的左侧面的接触，另一方面柔性摆线轮6与针齿1a的右侧面已建立接触。如图3c所示，当RV减速器换向完成后，刚性摆线轮3和柔性摆线轮6均完全与针齿1a的右侧面接触，此时刚性摆线轮3和柔性摆线轮6均与针齿1a的左侧面脱离接触。由此可知，柔性摆线轮的最大径向变形是由刚性摆线轮与针齿之间的径向间隙量所决定的。在RV减速器换向过程中，起到承载作用的刚性摆线轮3虽然仍然存在空转效应，但是起到消除齿隙作用的柔性摆线轮6始终与针齿1a处于接触状态。因此，在换向过程中零齿隙RV减速器将不产生换向冲击。

当RV减速器启停、换向时，柔性摆线轮6与针齿1a单独接触的过程，由于柔性摆线轮6的弹性变形，其不承受多大载荷，因此柔性摆线轮6与针齿1a接触表面之间的摩擦温升不高，也就避免了零件之间受热膨胀发生卡死的风险。本发明的刚性摆线轮单元起到承载作用，而柔性摆线轮起到消除间隙的作用，从而消除RV减速器的空转效应。有效地克服了RV减速器在启停和换向过程中的轮齿啮合冲击效应，降低了RV减速器的振动，提升了RV减速器的动力响应及时性。

如图4所示，本发明在柔性摆线轮6的边缘上周向均布数套无线变形感应装置9。优选的，无线变形感应装置9为八套，每套间隔45°设置，以便精确实时检测到柔性摆线轮6的应变数据。可以根据需要来选择无线变形感应装置9的数量，只要沿周向均布，便于精确实时检测就可。无线变形感应装置9所记录的柔性摆线轮6的最大变形量，为正反转过程中刚性摆线轮3与针齿1a间隙量的数值。随着RV减速器使用时间的增长，无线变形感应装置9所记录的数值发生变化，进而间接反映RV减速器内部的间隙状态变化，为RV减速器的载荷谱规划提供数据，以致延长RV减速器的剩余使用寿命。

上述说明仅作为本发明的最佳实施例进行解释而非限制本发明，凡是基于上述实施例的，其它容易想到的实施方式，也在本发明的保护范围之内。例如，柔性齿轮结构的更改，将柔性齿轮变形感应装置、变形感应原理的更改；或者将柔性齿轮安装位置的变换等。

Claims (4)

1.一种RV减速器，包括曲轴偏心块、设于该曲轴偏心块上的刚性摆线轮、与该刚性摆线轮啮合传动的针齿，其特征在于，所述曲轴偏心块上与所述的刚性摆线轮同轴设有薄壁结构的柔性摆线轮，该柔性摆线轮与刚性摆线轮的齿形相同，而柔性摆线轮的直径大于刚性摆线轮的直径，所述柔性摆线轮的半径与刚性摆线轮半径之差为处于啮合传动位置时，所述刚性摆线轮与所述针齿之间的间隙；当摆线轮与针齿处于啮合传动的位置时，所述的柔性摆线轮与所述的针齿均保持弹性接触；

所述柔性摆线轮的厚度h与直径d之比为0.005<h/d<0.01；

所述的柔性摆线轮由疲劳强度高的热处理合金钢制作。

2.如权利要求1所述的RV减速器，其特征在于，所述的柔性摆线轮由正火处理的40CrNiMoA钢材制作。

3.如权利要求1所述的RV减速器，其特征在于，所述柔性摆线轮的边缘上周向均布无线变形感应装置。

4.如权利要求3所述的RV减速器，其特征在于，所述的无线变形感应装置为八套。

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