CN114017618B - 适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器及云台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器及云台，包括凸轮(13)、柔轮(11)、钢轮(14)、从动轮(3)；凸轮(13)上安装从动轮(3)并设置为动力由从动轮(3)输入而带动凸轮(13)旋转；凸轮(13)上安装柔性轴承(12)，柔性轴承(12)沿径向设置于凸轮(13)与柔轮(11)之间；钢轮(14)固定在中空的台阶状钢轮安装座(7)上并作为固定端使用；主轴(9)可支承转动地设置在钢轮安装座(7)上，从动轮(3)和凸轮(13)与主轴之间可支承转动；柔轮(11)与主轴(9)相连接或与(9)一体设置。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，背隙小且具有高传递精度，成本低可批量生产。
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云台。
技术背景
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和工艺限制，也没有企业能进行成熟的工业化批量生产，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适于俯仰驱动的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、具有高传递精度成本低且能批量生产。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:
一种适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器，其特征在于主要包括凸轮(13)、柔轮(11)、钢轮(14)、从动轮(3)；凸轮(13)上安装从动轮(3)并设置为动力由从从动轮(3)输入而带动凸轮(13)旋转；凸轮(13)上安装柔性轴承(12)，柔性轴承(12)沿径向设置于凸轮(13)与柔轮(11)之间；柔轮(11)的径向外圈外齿面与钢轮的内齿面相配合设置，钢轮(14)固定在中空的台阶状钢轮安装座(7)上并作为固定端使用；主轴(9)可支承转动地设置在钢轮安装座(7)上，从动轮(3)和凸轮(13)与主轴之间可支承转动的设置；主轴(9)穿过钢轮安装座(7)的中心轴孔并依次穿过柔轮(11)、凸轮(13)和从动轮(3)而伸出，柔轮(11)与主轴(9)相连接或与主轴(9)一体设置而作输出动力使用。
上述技术方案中，从动轮(3)外侧设置端盖(4)。
上述技术方案中，主轴(9)和钢轮安装座(7)之间设置双列角接触轴承(5)，垫片(10)和钢轮安装座(7)外侧的压环(6)将双列角接触轴承(5)沿轴向固定；从动轮(3)和凸轮(13)与主轴(9)之间设置深沟球轴承(2)，深沟球轴承(2)安装在主轴(9)上。
上述技术方案中，在从动轮(3)和主轴(9)之间设置限位环(8)，限位环(8)从端盖(4)处沿轴向固定所述深沟球轴承(2)。
上述技术方案中，凸轮(13)和钢轮(14)之间有油封(1)作为密封。
上述技术方案中，柔轮(11)为带有一个底盖的中空圆筒状帽型柔轮，凸轮与柔轮(11)相对扣合设置且扣合叠套区域设置柔性轴承，柔性轴承固定在凸轮上并与柔轮(11)相配合地支承设置；柔轮(11)的底盖中心设置供主轴通过的轴孔，轴孔外围的柔轮端盖上设置有固定螺栓孔，用于将柔轮的底盖与主轴结合固定；柔轮的圆筒壁上缘倒扣插入钢轮和柔性轴承之间，圆筒外壁面设置与钢轮内壁配合的齿形；柔轮(11)中空空间用于中空走线。
上述技术方案中，沿轴向，钢轮安装座(7)端面往外侧依次设置垫片、柔轮的底盖；凸轮位于柔轮外侧，从动轮位于凸轮端部外，并设置为外部动力由从动轮上输入而带动凸轮旋转而使得波发生器按照设定波形作用于柔轮。
上述技术方案中，钢轮是齿圈结构，齿圈结构外围端面上设置有固定螺栓孔用于将钢轮固定到钢轮安装座；齿圈结构的中心通孔直径与柔轮的圆筒壁外壁相匹配。
上述技术方案中，凸轮为椭圆形台阶空心轴，台阶窄部外壁和柔轮之间设置柔性轴承；凸轮的台阶窄部伸入柔性轴承的中心孔中且不超过柔轮的轴向长度；台阶宽部内壁与主轴之间设置两个深沟球轴承，两个深沟球轴承间隔设置安装在主轴上，外侧采用主轴端部设置限位环轴向限位。
一种云台，其特征在于采用上述的适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器作为俯仰运动机构，主轴在初始状态水平放置，外部电机驱动小同步带轮带动同步带，从而驱动主轴上的从动轮。
本发明的适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器是以特种金属材料加工成型的杯型柔轮或者帽型柔轮和波发生器为基础。优选柔轮使用特种金属材料加工如SK1140CrMnMo7或者特种塑料如改性PE、PEEK等的至少一种注塑成型的杯型柔轮或者帽型柔轮。柔轮具有中空走线，传动精度高，背隙小，成本低等优点。
本发明的同步带轮安装在凸轮的旋转轴的一端，动力经同步带输入至凸轮，发生旋转进而带动柔轮旋转，实现减速功能，并经主轴输出。
相对于现有技术，本发明提出一种新型的谐波减速器方案和云台套件，电机驱动小同步带轮，带动同步带，驱动谐波减速机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。
可以不改变传统监控云台结构的基础上，利用云台的至少一部分传动组件(如本发明仅仅给出俯仰机构采用谐波减速器的实施例，也可以水平回转机构替换采用)，柔轮中空走线，云台结构改变后体积不增大，云台的重心平衡度与现有结构充分匹配。
同时由于云台主体结构不改变，本发明的谐波减速器是以特种金属材料加工成型的杯型柔轮或者帽型柔轮和波发生器为基础，制造和生成工艺优化，能够批量化生产，谐波减速器自身成本大幅降低，有利于谐波减速器和云台套件的推广适用。
附图说明
图1为根据本发明实施的适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器结构示意图。
图2为本发明适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器柔轮的结构示意图；
图3为为本发明适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器钢轮的结构示意图；
图4为为本发明适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器旋转轴凸轮的结构示意图。
图5为根据本发明实施的采用适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器的云台。
具体实施方式
结合附图1-5对本发明进一步详细说明。
如附图1所示，根据本发明实施的适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器主要包括凸轮13、柔轮11、钢轮14；凸轮13上安装从动轮3并设置为动力由从动轮轮3输入而带动凸轮旋转；凸轮13上安装柔性轴承12，柔性轴承12沿径向设置于凸轮13与柔轮11之间；柔轮的径向外圈设置钢轮14，钢轮14固定在中空的台阶状钢轮安装座7上并作为固定端使用；主轴9穿过钢轮安装座7的中心轴孔并依次穿过柔轮11、凸轮13和从动轮3而伸出，主轴9作为输出动力使用。
柔轮11通过垫片10与主轴9相连或与主轴9一体设置作输出动力使用。
从动轮3外侧设置端盖4。
主轴9和钢轮安装座7之间设置双列角接触轴承5，垫片10和钢轮安装座7外侧的压环6将双列角接触轴承5沿轴向固定。
从动轮3和凸轮13与主轴9之间设置深沟球轴承2，深沟球轴承2安装在主轴9上。在从动轮3和主轴9之间设置限位环8，限位环8从端盖4处沿轴向固定所述深沟球轴承2。
凸轮13和和钢轮14之间有油封1作为密封。
如图2，柔轮11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13与柔轮11相对扣合设置且扣合叠套区域设置柔性轴承12，柔性轴承12固定在凸轮13上并与柔轮11相配合地支承设置。柔轮11采用中空结构，可以实现减速机的中空走线。
沿轴向，钢轮安装座7端面往外侧依次设置垫片10、柔轮11的端盖；凸轮13位于柔轮11外侧，从动轮3位于凸轮13端部外，并设置为外部动力由从动轮3上输入而带动凸轮13旋转而使得波发生器按照设定波形作用于柔轮11。
如附图2所示，柔轮11的端盖中心设置供主轴9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11的端盖与主轴9结合固定。柔轮11的圆筒壁上缘倒扣插入钢轮14和柔性轴承12之间，圆筒外壁面设置与钢轮14内壁配合的齿形。柔轮11内腔采用中空结构，可以实现减速机的中空走线。
优选柔轮11使用特种金属材料加工如SK11 40CrMnMo7或者特种塑料如改性PE、PEEK等的至少一种注塑成型的杯型柔轮或者帽型柔轮。
如附图3所示，钢轮14是齿圈结构，齿圈结构外围端面上设置有固定螺栓孔用于将钢轮14固定到钢轮安装座7上。中心通孔直径与柔轮11的圆筒壁外壁相匹配，在钢轮14内壁上设置内齿面与柔轮11的外齿面配合。
如附图1和4所示，凸轮13为椭圆形台阶空心轴。台阶窄部外壁和柔轮11之间设置柔性轴承12。凸轮13的台阶窄部伸入柔性轴承12的中心孔中且不超过柔轮11的轴向长度；台阶宽部内壁与主轴9之间设置两个深沟球轴承2，两个深沟球轴承2间隔设置安装在主轴9上，外侧采用主轴9端部设置限位环8轴向限位。
如图5所示为根据本发明实施的采用监控云台用谐波减速器的监控云台。其中俯仰轴转动机构采用本发明的监控云台用谐波减速器。在不改变传统监控云台结构的基础上，主轴9在初始状态水平放置，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主轴9上的从动轮3(此处做同步带轮使用，参见图5中从动轮4外部的端盖4)，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。
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 (8)
1.一种适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器，其特征在于包括凸轮（13）、柔轮（11）、钢轮（14）、从动轮（3）；凸轮（13）上安装从动轮（3）并设置为动力由从动轮（3）输入而带动凸轮（13）旋转；凸轮（13）为椭圆形台阶空心轴，凸轮（13）的台阶窄部外壁和柔轮之间径向设置柔性轴承（12）；凸轮的台阶窄部伸入柔性轴承（12）的中心孔中且不超过柔轮（11）的轴向长度；柔轮（11）的径向外圈外齿面与钢轮的内齿面相配合设置，钢轮（14）固定在中空的台阶状钢轮安装座（7）上并作为固定端使用；主轴（9）可支承转动地设置在钢轮安装座（7）上，从动轮（3）和凸轮（13）与主轴之间可支承转动地设置；主轴（9）穿过钢轮安装座（7）的中心轴孔并依次穿过柔轮（11）、凸轮（13）和从动轮（3）而伸出，柔轮（11）与主轴（9）相连接或与主轴（9）一体设置而作输出动力使用；沿轴向，钢轮安装座（7）端面往外侧依次设置垫片、柔轮的底盖；凸轮位于柔轮外侧，从动轮位于凸轮端部外；
主轴（9）和钢轮安装座（7）之间设置双列角接触轴承（5），垫片（10）和钢轮安装座（7）外侧的压环（6）将双列角接触轴承（5）沿轴向固定；从动轮（3）和凸轮（13）与主轴（9）之间设置深沟球轴承（2），深沟球轴承（2）安装在主轴（9）上 。
2.根据权利要求1所述的一种适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器，其特征在于从动轮（3）外侧设置端盖（4）。
3.根据权利要求2所述的一种适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器，其特征在于在从动轮（3）和主轴（9）之间设置限位环（8），限位环（8）从端盖（4）处沿轴向固定所述深沟球轴承（2）。
4.根据权利要求1所述的一种适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器，其特征在于凸轮（13）和钢轮（14）之间有油封（1）作为密封。
5.根据权利要求1所述的一种适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器，其特征在于柔轮（11）为带有一个底盖的中空圆筒状帽型柔轮，凸轮与柔轮（11）相对扣合设置且扣合叠套区域设置柔性轴承，柔性轴承固定在凸轮上并与柔轮（11）相配合地支承设置；柔轮（11）的底盖中心设置供主轴通过的轴孔，轴孔外围的柔轮的底盖上设置有固定螺栓孔，用于将柔轮的底盖与主轴结合固定；柔轮的圆筒壁上缘倒扣插入钢轮和柔性轴承之间，圆筒壁外壁面设置与钢轮内壁配合的齿形；柔轮（11）中空空间用于中空走线。
6.根据权利要求1所述的一种适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器，其特征在于钢轮为齿圈结构，齿圈结构外围端面上设置有固定螺栓孔用于将钢轮固定到钢轮安装座；齿圈结构的中心通孔直径与柔轮的圆筒壁外壁相匹配。
7.根据权利要求1所述的一种适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器，其特征在于凸轮的台阶宽部内壁与主轴之间设置两个深沟球轴承，两个深沟球轴承间隔设置安装在主轴上，外侧采用主轴端部设置限位环轴向限位。
8.一种云台，其特征在于采用上述权利要求1-7任一项所述的适于俯仰驱动的监控云台用谐波减速器作为俯仰运动机构，主轴在初始状态水平放置，外部电机驱动小同步带轮带动同步带，从而驱动主轴上的从动轮。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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