CN114017617A - 紧凑型监控云台用谐波减速器及云台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种紧凑型监控云台用谐波减速器，同步轮沿轴向位于柔轮、钢轮端部外且固定在凸轮上与凸轮共同构成波发生器，外部动力从同步轮上输入而带动凸轮旋转使得波发生器按照设定波形作用于柔轮；中心轴依次穿过同步轮、凸轮、柔轮并将柔轮底部封盖固定在底部的输出法兰上，底座通过滑环固定在输出法兰上作为固定端使用；轴承座和钢轮刚性相连，钢轮作为动力输出轮连接件连接外部零件；同步轮和凸轮与中心轴之间、输出法兰和轴承座之间均可旋转地支承连接。能够在不改变传统云台结构的前提下兼容传统云台、系统平衡性好、精度高，背隙小，成本低。可以大批量产业化使用，能够广泛应用于电子、航天航空、机器人、化工等行业。
Description
技术领域
本发明属于监控云台传动技术领域，具体涉及一种谐波传动减速器及采用该精密减速器的紧凑型云台。
背景技术
谐波减速器具有结构紧凑、体积小、质量轻、承载能力大、背隙小与传动精度高等优点，被广泛应用于工业机器人、航空航天、精密机床领域中。谐波减速器由钢轮、柔轮和波发生器构成，椭圆变形的波发生器安装在具有弹性的柔轮内部，波发生器转动迫使柔轮齿形与钢轮齿形周期性啮合和分离，进而实现少齿差减速的效果。
传统的监控云台采用同步带传动或者涡轮蜗杆实现传递动力和减速目的，具有结构简单和成本低的优势。但随着监控云台技术的发展，特别是球机联动技术的要求，同步带传动和涡轮蜗杆的传动精度低、速比小的缺点就突显出来。
而如果要将现有谐波减速器简单应用到传动监控云台以满足高精度需求，则必须要改变监控云台的结构，为适应常规谐波减速器的大小，云台结构改变后体积不得不增大，以及云台的重心平衡度是否与谐波运行精度匹配也面临着结构失衡和兼容的考验；同时由于结构改变，造成生产和制造成本的进一步增加；同时由于谐波减速器本身的昂贵价格，也没有企业能够大批量进行成熟的工业化生产，制约了高精度云台技术的发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种紧凑型监控云台用谐波减速器及云台，能够在不改变传统云台结构的前提下兼容传统云台、系统平衡性好、精度高，背隙小，成本低。可以大批量产业化使用，能够广泛应用于电子、航天航空、机器人、化工等行业。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
一种紧凑型监控云台用谐波减速器，包括由内及外设置的凸轮、柔轮、钢轮，其特征在于：同步轮沿轴向位于柔轮、钢轮端部外且固定在凸轮上与凸轮共同构成波发生器，外部动力从同步轮上输入而带动凸轮旋转使得波发生器按照设定波形作用于柔轮；中心轴依次穿过同步轮、凸轮、柔轮并将柔轮底部封盖固定在底部的输出法兰上，底座通过滑环固定在输出法兰上作为固定端使用；轴承座和钢轮刚性相连，钢轮作为动力输出轮连接件连接外部零件；同步轮和凸轮与中心轴之间、输出法兰和轴承座之间均可旋转地支承连接。
上述技术方案中，柔轮为带有端盖的中空圆筒状杯型体，圆筒状杯型体中心设置轴孔，圆筒壁上缘倒扣插入钢轮和柔性轴承之间，圆筒壁外表面设置与钢轮内壁配合的齿形；凸轮为台阶环柱体，外周呈椭圆形，台阶环柱体的窄部向下呈现与柔轮相对扣合设置且在扣合叠套区域夹置柔性轴承，柔性轴承固定在凸轮上并与柔轮相配合地支承设置；钢轮为齿圈结构，齿圈机构内孔直径与柔轮的圆筒壁外壁相匹配，齿圈结构外围群边端面上设置固定孔将钢轮固定到轴承座上。
上述技术方案中，柔轮的端盖中心轴孔外围的柔轮端盖上设置固定孔以将柔轮与中心轴及输出法兰结合固定。
上述技术方案中，柔轮使用金属材料加工或者特种塑料注塑成型。
上述技术方案中，同步轮和凸轮与中心轴一端之间径向设置固定于中心轴上的两个深沟球轴承；中心轴另一端依次穿过同步轮、凸轮、柔轮并将柔轮底部封盖固定在底部的输出法兰上，输出法兰外部安装双列角接触轴承，双列角接触轴承安装在轴承座上并在上端设置锁紧环进行轴向限位。
上述技术方案中，凸轮台阶环柱体的窄部伸入同步轮的中心孔中且不超过同步轮的端面；台阶环柱体的窄部内壁和同步轮与中心轴之间设置一个深沟球轴承，台阶环柱体的宽部内壁与中心轴之间设置一个深沟球轴承，两个深沟球轴承间隔设置安装在中心轴上，且台阶环柱体的窄部处的深沟球轴承外侧采用中心轴端部设置铜环轴向限位；台阶环柱体的宽部外壁和柔轮之间设置柔性轴承。
上述技术方案中，轴承座为扁平空腔，轴承座的扁平空腔中容纳钢轮、柔轮、中心轴及各双列角接触轴承。
上述技术方案中，滑环为杆体中部设有周向圆盘的轴杆，轴杆的上端嵌入中心轴内，轴杆的下端内置或一体设置在底座扁平空腔中。
上述技术方案中，在输出法兰与轴承座之间采用密封件。
一种云台，其特征在于至少采用上述的紧凑型监控云台用谐波减速器作为水平驱动减速器，中心轴竖直设置；外部电机输出轴齿轮通过同步带与所述同步轮形成带传动；动力经同步带输入至凸轮，凸轮发生旋转进而带动柔轮旋转，实现减速功能并驱动钢轮做动力输出。
中心轴一端伸出同步轮外端面少许，且在该端设置端部固定件对深沟球轴承进行轴向限位。
由此，本发明提出一种新型的谐波减速器和云台，可以不改变传统监控云台结构的基础上，电机驱动小同步带轮，带动同步带，驱动谐波减速器上的具有大同步带轮的波发生器，实现监控云台的谐波减速传动方案，提高云台的传动精度和减速比。兼容传统云台、系统平衡性好、精度高，背隙小，成本低的且具有高传递精度。
同时，本发明的谐波减速器是以特种金属材料加工或者特殊塑料注塑成型的杯型柔轮或者帽型柔轮和波发生器为基础谐波减速器。具有中空走线，传动精度高，背隙小，成本低等优点。可以大批量产业化使用，能够广泛应用于电子、航天航空、机器人、化工等行业。
附图说明
图1为根据本发明实施的紧凑型监控云台用谐波减速器结构示意图。
图2为本发明紧凑型监控云台用谐波减速器柔轮、钢轮和旋转轴凸轮的爆破结构示意图。
图3为根据本发明实施的云台。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
实施例：
具体实施方式结合附图1-3对本发明进一步详细说明。
如附图1所示，根据本发明实施的紧凑型监控云台用谐波减速器110主要包括由内及外设置的凸轮5、柔轮4、钢轮2以及固定在凸轮5上与凸轮5共同构成波发生器的同步轮14；动力从同步轮14上输入带动凸轮5旋转而使得波发生器作用于柔轮4，柔轮4在波发生器作用下按照设定波形周期性与柔轮4外圈的钢轮2接触啮合；同步轮14和凸轮5与中心轴12之间径向设置有两个深沟球轴承1，两个深沟球轴承1安装在中心轴12上；中心轴12一端依次穿过同步轮14、凸轮5、柔轮4并将柔轮4底部封盖固定在输出法兰11上，中心轴12另一端伸出同步轮14外端面少许。
输出法兰11外部安装双列角接触轴承6，双列角接触轴承6安装在轴承座10上并在上端用锁紧环9进行轴向限位，轴承座10和钢轮2刚性相连；底座13通过滑环15固定在输出法兰11上作为固定端使用。轴承座10为扁平空腔，轴承座10的扁平空腔中容纳钢轮、柔轮、中心轴及各双列角接触轴承6。
滑环15为杆体中部设有周向圆盘的轴杆，轴杆的上端嵌入中心轴12内，轴杆的下端内置或一体设置在底座13扁平空腔中。
钢轮2作为动力输出轮连接件连接外部零件。
柔轮4、钢轮2轴向端部平齐设置，同步轮14沿轴向位于柔轮4、钢轮2端部外且固定在凸轮5上，并设置为外部动力从同步轮14上输入而带动凸轮5旋转而使得波发生器按照设定波形作用于柔轮4；柔轮4为带有一个端盖的中空圆筒状杯型柔轮或者帽型柔轮，凸轮5为一个台阶环柱体，外周呈椭圆形且中心设置通孔，台阶环柱体的窄部向下呈现与柔轮4相对扣合设置且在扣合叠套区域夹置柔性轴承3，柔性轴承3固定在凸轮5上并与柔轮4相配合地支承设置。
如附图2所示，柔轮4的端盖中心设置供中心轴12通过的轴孔，轴孔外围的柔轮端盖上设置有固定螺栓孔，用于将柔轮4的端盖与中心轴12及输出法兰11结合固定。柔轮4的圆筒壁上缘倒扣插入钢轮2和柔性轴承3之间，圆筒外壁面设置与钢轮2内壁配合的齿形。柔轮4内腔采用中空结构，可以实现减速机的中空走线。
优选柔轮4使用金属材料或特种金属材料加工或者如PEEk等特种塑料注塑成型杯型柔轮或者帽型柔轮。
如附图2所示，钢轮2是齿圈结构，中心通孔直径与柔轮4的圆筒壁外壁相匹配，在钢轮2内壁上设置内齿面与柔轮4的外齿面配合；齿圈结构外围端面上设置有固定螺栓孔用于将钢轮2固定到轴承座10上。
如图2所示，凸轮5的台阶窄部伸入同步轮14的中心孔中且不超过同步轮14的端面；台阶窄部内壁和同步轮14与中心轴12之间设置一个深沟球轴承1，台阶宽部内壁与中心轴12之间设置一个深沟球轴承1，两个深沟球轴承1间隔设置安装在中心轴12上，且台阶窄部处的深沟球轴承1外侧采用中心轴12端部设置铜环7做深沟球轴承1的轴向限位。台阶宽部外壁和柔轮4之间设置柔性轴承3。
油封8安装在输出法兰11与轴承座10之间密封，也可以采用其他密封件。
如图3所示为根据本发明实施的云台。其中水平回转机构采用本发明的紧凑型监控云台用谐波减速器110。在不改变传统监控云台结构的基础上，底座13水平放置，中心轴12竖直设置，外部电机驱动小同步带轮带动同步带，从而驱动本发明谐波减速器中心轴12上的同步轮14(此处做同步带轮使用)，从而驱动本发明的波发生器，实现监控云台的谐波减速传动方案，提高云台的传动精度和减速比。俯仰减速机构220可以采用本发明相同的减速器也可以采用其他微型减速器。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种紧凑型监控云台用谐波减速器，包括由内及外设置的凸轮、柔轮、钢轮，其特征在于：同步轮沿轴向位于柔轮、钢轮端部外且固定在凸轮上与凸轮共同构成波发生器，外部动力从同步轮上输入而带动凸轮旋转使得波发生器按照设定波形作用于柔轮；中心轴依次穿过同步轮、凸轮、柔轮并将柔轮底部封盖固定在底部的输出法兰上，底座通过滑环固定在输出法兰上作为固定端使用；轴承座和钢轮刚性相连，钢轮作为动力输出轮连接件连接外部零件；同步轮和凸轮与中心轴之间、输出法兰和轴承座之间均可旋转地支承连接。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型监控云台用谐波减速器，其特征在于：柔轮为带有端盖的中空圆筒状杯型体，圆筒状杯型体中心设置轴孔，圆筒壁上缘倒扣插入钢轮和柔性轴承之间，圆筒壁外表面设置与钢轮内壁配合的齿形；凸轮为台阶环柱体，外周呈椭圆形，台阶环柱体的窄部向下呈现与柔轮相对扣合设置且在扣合叠套区域夹置柔性轴承，柔性轴承固定在凸轮上并与柔轮相配合地支承设置；钢轮为齿圈结构，齿圈机构内孔直径与柔轮的圆筒壁外壁相匹配，齿圈结构外围群边端面上设置固定孔将钢轮固定到轴承座上。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型监控云台用谐波减速器，其特征在于：柔轮的端盖中心轴孔外围的柔轮端盖上设置固定孔以将柔轮与中心轴及输出法兰结合固定。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型监控云台用谐波减速器，其特征在于：柔轮使用金属材料加工或者特种塑料注塑成型。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑型监控云台用谐波减速器，其特征在于：同步轮和凸轮与中心轴一端之间径向设置固定于中心轴上的两个深沟球轴承；中心轴另一端依次穿过同步轮、凸轮、柔轮并将柔轮底部封盖固定在底部的输出法兰上，输出法兰外部安装双列角接触轴承，双列角接触轴承安装在轴承座上并在上端设置锁紧环进行轴向限位。
6.根据权利要求1所述的一种紧凑型监控云台用谐波减速器，其特征在于：凸轮台阶环柱体的窄部伸入同步轮的中心孔中且不超过同步轮的端面；台阶环柱体的窄部内壁和同步轮与中心轴之间设置一个深沟球轴承，台阶环柱体的宽部内壁与中心轴之间设置一个深沟球轴承，两个深沟球轴承间隔设置安装在中心轴上，且台阶环柱体的窄部处的深沟球轴承外侧采用中心轴端部设置铜环轴向限位；台阶环柱体的宽部外壁和柔轮之间设置柔性轴承。
7.根据权利要求1所述的一种紧凑型监控云台用谐波减速器，其特征在于：轴承座为扁平空腔，轴承座的扁平空腔中容纳钢轮、柔轮、中心轴及各双列角接触轴承。
8.根据权利要求1所述的一种紧凑型监控云台用谐波减速器，其特征在于：滑环为杆体中部设有周向圆盘的轴杆，轴杆的上端嵌入中心轴内，轴杆的下端内置或一体设置在底座扁平空腔中。
9.根据权利要求1所述的一种紧凑型监控云台用谐波减速器，其特征在于：在输出法兰与轴承座之间采用密封件。
10.一种云台，其特征在于至少采用上述权利要求1-9任一项所述的紧凑型监控云台用谐波减速器作为水平驱动减速器，中心轴竖直设置；外部电机输出轴齿轮通过同步带与所述同步轮形成带传动；动力经同步带输入至凸轮，凸轮发生旋转进而带动柔轮旋转，实现减速功能并驱动钢轮做动力输出。
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