CN114069955B - 一种搭载谐波减速器的紧凑型动力组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搭载谐波减速器的紧凑型动力组件，电机动力组和谐波减速器部件集成为一体,其特征在于：电机动力组和谐波减速器部件沿轴向集成为同轴的扁平体，且集成部位通过法兰连接件连接；法兰连接件包括相互组合形成中空空间的连接法兰、输出端法兰和输出法兰，输出端法兰内部同轴且可旋转支撑地设置输出法兰，输出端法兰和输出法兰位于所述中空空间的一端，连接法兰从另一端沿轴向将谐波减速器部件封闭在中空空间内。集成度高，舵机整体体积非常小，传递效率高且背隙小、适于安装空间小、精度要求比较高的精密传动场合。
Description
技术领域
本发明属于舵机驱动技术领域，具体涉及一种可用于服务机器人、云台、高档玩具和自动控制技术领域，搭载有谐波减速器的紧凑型舵机动力组件。
背景技术
传统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。
谐波减速器一般由钢轮、柔轮和波发生器构成，可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，进而实现错齿差减速的效果。
但是将谐波减速器简单用于驱动则需要对驱动载体做各种适应性的结构改进，这种改进往往会使得谐波减速器与驱动载体不匹配或者使得组合后的舵机占据较大空间，无法适用于微型、需要节省空间的动力使用场合。特别是在具有诸如带传统的舵机应用场合，则会造成传递精度、传递效率打折，同时背隙大，舵机整体体积非常大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种搭载谐波减速器的紧凑型动力组件，集成度高，舵机整体体积非常小，传递效率高且背隙小、适于安装空间小、精度要求比较高的精密传动场合。
为解决上述技术方案，本发明所采用的技术方案是：
一种搭载谐波减速器的紧凑型动力组件，电机动力组和谐波减速器部件集成为一体,其特征在于：电机动力组和谐波减速器部件沿轴向集成为同轴的扁平体，且集成部位通过法兰连接件连接；法兰连接件包括相互组合形成中空空间的连接法兰、输出端法兰和输出法兰，输出端法兰内部同轴且可旋转支撑地设置输出法兰，输出端法兰和输出法兰位于所述中空空间的一端，连接法兰从另一端沿轴向将谐波减速器部件封闭在中空空间内。
上述技术方案中，输出端法兰和连接法兰之间轴向卡置环形的钢轮固定件，且三者径向直径相等。
上述技术方案中，输出端法兰和连接法兰之间轴向卡置钢轮固定件，且三者径向直径相等并大于电机动力组外径。
上述技术方案中，电机动力组由外至内包括电机壳、电机定子、转子和芯轴，电机转子刚性固定在芯轴上，电机定子刚性固定在电机壳上。
上述技术方案中，电机壳与连接法兰、钢轮固定件以及输出端法兰刚性连接；输出端法兰与内部的输出法兰可旋转支撑地设置，输出法兰上固定柔轮，柔轮与钢轮固定件上的钢轮内齿面配合设置；柔轮通过柔性轴承与凸轮接触，凸轮刚性固定在芯轴上，芯轴一端伸出壳体，另一端与输出法兰中心轴限位卡接。
上述技术方案中，芯轴的另一端端部与输出法兰中心的中心轴末端形成插入式限位对接，该限位对接用于封堵芯轴的中心孔以阻挡油脂进入轴内的作用。
上述技术方案中，凸轮通过十字滑块刚性固定在芯轴上。
上述技术方案中，十字滑块为一个设置有轴向十字卡槽的环形件，一个卡槽设置在环形件的外壁上而与凸轮内壁的卡入体卡合接触，另一个卡槽与前一个卡槽相互垂直的设置在环形件内壁上以与芯轴外壁上的径向卡入体相结合。
上述技术方案中，十字滑块为一个设置相互垂直的十字卡入体的环形件，而在凸轮和芯轴上设置轴向卡槽分别与各方向的卡入体结合。
上述技术方案中，钢轮固定件与钢轮一体成型或刚性连接。
本发明产生的有益效果是：
由此，本发明提出的紧凑型动力组件搭载金属的谐波减速器。驱动和减速一体化，集成度高，方便应用于对空间和精度要求比较苛刻的场合。
本发明的谐波减速器构的柔轮、钢轮和凸轮都采用金属材料加工而成，齿形C齿形设计，使减速机在传递力矩和刚性方面更有优势。
紧凑型舵机的驱动电机通过安装在电机输出轴上的主动同步带轮带动同步带，驱动与凸轮一体化的从动同步带轮转动，凸轮转动促使波发生工作，谐波减速器运转。与柔轮安装在一起的输出法兰轴，一端作为舵机的输出法兰，一端安装有位置磁钢，位置传感器感知输出轴的转角，控制紧凑舵机的位置闭环和速度闭环。此种紧凑型舵机具有机构紧凑、体积小、背隙小，传动精度高，减速比大的优点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为本发明搭载谐波减速器的紧凑型动力组件内部详细结构示意图。
图2为本发明一种搭载谐波减速器的紧凑型动力组件的外观示意图。
图3为本发明柔轮的结构示意图。
图4为本发明凸轮和芯轴连接结构示意图(芯轴14截取一段长度显示)。
附图标记对应如下：双列角接触轴承1、柔轮2、凸轮3、锁紧环4、O型圈5、垫圈6、球轴承7、电机转子8、电机定子9、电机壳10、连接法兰11、钢轮座12、钢轮13、芯轴14、输出端法兰15、输出法兰16、柔性轴承17、十字滑块18。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
根据本发明实施的搭载谐波减速器的紧凑型动力组件如图1-4所示，电机动力组和谐波减速器部件集成为一个用由壳体包纳的扁平体。其中，电机定子9与内部芯轴14上的电机转子8组成紧凑型舵机的电机动力组，电机转子8使用特种胶水粘接在芯轴14上；电机定子9使用特种胶水粘接在电机壳10上，电机壳10使用电机壳本色的螺纹锁紧在连接法兰11上。电机转子8两端，芯轴14各通过一组深沟球轴承7轴向限位在电机壳10和连接法兰11之间。芯轴的一端穿过电机壳10的底部中心孔而伸出。
芯轴14的另一端先将垫圈6装入，再将装有柔性轴承17的凸轮3装入，并一次装入作为连接件的十字滑块18和锁紧环4，并用紧定螺钉将锁紧环4固定在芯轴14上。输出法兰16为一个带有底盖的套筒结构，底盖中心设置不超过套筒的空心轴，芯轴14的该端部与输出法兰16的空心轴末端形成插入式限位对接，该限位对接并不是刚性连接只是起到阻挡油脂进入轴内的作用。
如图4，十字滑块18包括为一个设置有轴向十字卡槽的环形件，一个卡槽设置在环形件的外壁上而与凸轮3内壁的卡入体卡合接触，另一个卡槽与前一个卡槽相互垂直的设置在环形件内壁上以与芯轴14外壁上的径向卡入体相结合，由此使得凸轮3固定在芯轴14上以调节凸轮与芯轴14之间的同轴度。在未有图示的实施例中，也可以将十字滑块18的环形件设置相互垂直的十字卡入体，而在凸轮和芯轴14上设置轴向卡槽分别与各方向的卡入体结合。
柔轮2为带有底盖212的筒体；将柔轮2的底盖212用螺钉锁紧至输出法兰16内部底面，柔轮的筒体壁面211由所述内部底面沿着输出法兰16的套筒内壁轴向延伸并覆盖柔性轴承17的高度而与柔性轴承17接触。输出法兰16套筒外套设台阶套筒状的输出端法兰15，输出端法兰15的台阶壁与输出法兰16套筒外壁之间装入双列角接触轴承1。柔轮2外齿面与钢轮13内齿面配合设置，钢轮13位空心轴筒，且钢轮13用自身外筒体面的螺纹旋转安装到钢轮座12内孔面。钢轮座12轴向位于连接法兰11和输出端法兰15之间，且径向外筒面直径相同。用平头螺钉将连接法兰11和钢轮座12和输出端法兰15连接锁紧。
凸轮3外部安装柔性轴承17，用垫圈6限位，芯轴14与输出法兰16做插入式限位，并装有O型圈5做密封使用，输出法兰16内部安装柔轮2，外部安装双列角接触轴承1，双列角接触轴承1外部固定在输出端法兰15和钢轮座12与输出法兰16之间，钢轮座12内部安装钢轮13，并与连接法兰11相连。
本发明搭载谐波减速器的紧凑型动力组件的工作原理如下：
电机定子9与电机转子8组装紧凑型舵机的动力组，电机转子8安装在芯轴14上并带动芯轴14旋转，电机定子9固定在电机壳10上不动，芯轴14一端经过十字滑块18将动力传递至凸轮3进而带动柔性轴承17在内的波发生器动作而作用于柔轮2，柔轮2和钢轮13的齿面在波发生器作用下周期性接触或分离而产生谐波效应。也即凸轮3为动力输入，而输出法兰16用于连接外部输出件。
进一步的，与柔轮2安装在一起的输出法兰16一端作为紧凑型动力组件的输出法兰，一端安装有位置磁钢，位置传感器感知输出法兰16的轴向转角，控制紧紧凑型动力组件的位置闭环和速度闭环。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种搭载谐波减速器的紧凑型动力组件，电机动力组和谐波减速器部件集成为一体,其特征在于：电机动力组和谐波减速器部件沿轴向集成为同轴的由壳体包纳的扁平体，且集成部位通过法兰连接件连接；法兰连接件包括相互组合形成中空空间的连接法兰、输出端法兰和输出法兰，输出端法兰内部同轴且可旋转支撑地设置输出法兰，输出端法兰和输出法兰位于所述中空空间的一端，连接法兰从另一端沿轴向将谐波减速器部件封闭在中空空间内；
输出端法兰和连接法兰之间轴向卡置钢轮固定件，且三者径向直径相等并大于电机动力组外径；
输出法兰为一个带有底盖的套筒结构，底盖中心设置不超过套筒的空心轴，芯轴的端部与输出法兰的空心轴末端形成插入式限位对接；
柔轮为带有底盖的筒体；柔轮的底盖固定连接至输出法兰内部底面，柔轮的筒体壁面由所述内部底面沿着输出法兰的套筒内壁轴向延伸并覆盖柔性轴承的高度而与柔性轴承接触；输出法兰套筒外套设台阶套筒状的输出端法兰，输出端法兰的台阶壁与输出法兰套筒外壁之间装入双列角接触轴承。
2.根据权利要求1所述的一种搭载谐波减速器的紧凑型动力组件，其特征在于：电机动力组由外至内包括电机壳、电机定子、转子和芯轴，电机转子刚性固定在芯轴上，电机定子刚性固定在电机壳上。
3.根据权利要求2所述的一种搭载谐波减速器的紧凑型动力组件，其特征在于：电机壳与连接法兰、钢轮固定件以及输出端法兰刚性连接；输出端法兰与内部的输出法兰可旋转支撑地设置，输出法兰上固定柔轮，柔轮与钢轮固定件上的钢轮内齿面配合设置；柔轮通过柔性轴承与凸轮接触，凸轮刚性固定在芯轴上，芯轴一端伸出壳体，另一端与输出法兰中心轴限位卡接。
4.根据权利要求3所述的一种搭载谐波减速器的紧凑型动力组件，其特征在于：芯轴的另一端端部与输出法兰中心的中心轴末端形成插入式限位对接，该限位对接用于封堵芯轴的中心孔以阻挡油脂进入轴内的作用。
5.根据权利要求3所述的一种搭载谐波减速器的紧凑型动力组件，其特征在于：凸轮通过十字滑块刚性固定在芯轴上。
6.根据权利要求5所述的一种搭载谐波减速器的紧凑型动力组件，其特征在于：十字滑块为一个设置有轴向十字卡槽的环形件，一个卡槽设置在环形件的外壁上而与凸轮内壁的卡入体卡合接触，另一个卡槽与前一个卡槽相互垂直的设置在环形件内壁上以与芯轴外壁上的径向卡入体相结合。
7.根据权利要求5所述的一种搭载谐波减速器的紧凑型动力组件，其特征在于：十字滑块为一个设置相互垂直的十字卡入体的环形件，而在凸轮和芯轴上设置轴向卡槽分别与各方向的卡入体结合。
8.根据权利要求3所述的一种搭载谐波减速器的紧凑型动力组件，其特征在于：钢轮固定件与钢轮一体成型或刚性连接。
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