CN114396461A - 工业机器人中空摆线减速一体机 - Google Patents

工业机器人中空摆线减速一体机 Download PDF

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顾辽兵
贾旭
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Abstract

本发明涉及工业机器人关节技术领域，提供一种工业机器人中空摆线减速一体机，工业机器人中空摆线减速一体机包括摆线减速部件及伺服电机，摆线减速部件包括：圆端盖、针齿壳、行星架、中空双偏心轴、无外圈滚子轴承、摆线轮、隔圈、轴承，行星架包括主、副圆盘、柱销及销套，摆线轮采用最佳正等距‑正移距修形，圆端盖连接在针齿壳输入侧止口，伺服电机紧固在圆端盖上，伺服电机输出轴上的小齿轮与大齿轮啮合。根据本发明，大大简化了结构，散热空间增加30％‑40％且改为油润滑,中空双偏心轴偏心段相位差≠180°等，因而解决了减速器回差、发热、寿命的技术难题。

Description

工业机器人中空摆线减速一体机
技术领域
本发明涉及工业机器人关节技术领域，具体地说，涉及将伺服电机与RV-C简化机型二者有机地融为一体的关节技术，是一种工业机器人中空摆线减速一体机。
背景技术
当前，国内的机器人制造商需要分别采购RV-C减速器(中空型减速器)、伺服电机及润滑脂，然后精密装配成机器人关节，关节中注入足量的日本纳博公司指定的润滑脂，这种作业不仅效率低，且容易带进杂物污染润滑脂。此外，难以保证伺服电机与RV-C减速器同轴度±0.005mm，日本纳博公司的技术手册指出，安装精度不良会出现振动和噪音。
日本纳博公司的技术手册还指出，机器人工作时，用户不得擅自更换RV-C减速器润滑脂。因此，一旦润滑脂变脏，会使减速器发热意味着不久机器人将被迫停机。
RV-C减速器核心是摆线轮修形技术。国内摆线轮修形已研究30多年，但仍未解决摆线轮修形技术难题，国内制造商虽拥有世界一流的机床，但仿造日本的减速器仍存在发热、使用寿命短、可靠性较差等问题。
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的是在于克服现有技术的缺陷，提供一种工业机器人中空摆线减速一体机。
发明人经过十多年的理论研究和实践，提出了“正等距-正移距修形-消隙齿轮理论+RV-C简化机型”的组合技术方案，获得了重大的理论和制造技术的突破，完成了工业机器人中空摆线减速一体机的创新。
本发明所提供的工业机器人中空摆线减速一体机，有效解决现有技术中的机器人关节装配效率低、安装精度不良、脂润滑散热性能差、更换润滑脂困难及减速器回差、发热、寿命短等卡脖子技术难题。
用于解决课题的方法
本发明涉及一种工业机器人中空摆线减速一体机，
包括摆线减速部件及伺服电机，
摆线减速部件包括：
圆端盖、针齿壳、行星架、无外圈滚子轴承、第一摆线轮、第二摆线轮、隔圈、针销、第一主轴承、第二主轴承、第一锥轴承、第二锥轴承、中空双偏心轴及大齿轮，
大齿轮与中空双偏心轴连接，圆端盖连接在针齿壳的输入侧止口，伺服电机紧固在圆端盖上，伺服电机的输出轴上具有与大齿轮啮合的小齿轮，
行星架由主圆盘、副圆盘、柱销及销套组成，
柱销的一端与主圆盘上的均布的孔过盈配合，柱销的另一端穿过在第一摆线轮和第二摆线轮上均布的柱销孔与副圆盘的相应孔过渡配合，柱销数为6或8或10或12，柱销外有销套，
柱销孔的直径＝销套的外径+2e，e为中空双偏心轴的偏心距，
行星架的两侧用第一主轴承和第二主轴承分别支承在针齿壳的两侧内孔处，
中空双偏心轴的两侧用第一锥轴承和第二锥轴承分别支承在主圆盘及副圆盘的中心孔处，
第一锥轴承与第二锥轴承的外圈背靠背地设于第一锥轴承与第二锥轴承的内圈的中间，第一锥轴承的内圈外侧依次设有隔圈、大齿轮及第一挡圈，第二锥轴承的内圈外侧依次设有圆环调整片及第二挡圈，
中空双偏心轴的偏心段与无外圈滚子轴承的内孔过盈配合，而无外圈滚子轴承的外圆与第一摆线轮和第二摆线轮的中心孔过渡配合，
中空双偏心轴的中心孔用以设置电缆线，
针销装配在针齿壳的均布的半圆槽中，
第一摆线轮和第二摆线轮采用“正等距-正移距”组合修形，使得第一摆线轮和第二摆线轮的轮齿与针销之间形成径向间隙Δj和侧向间隙Δc。
优选地，第一摆线轮和第二摆线轮采用最佳“正等距-正移距”组合修形，修形量计算公式如下：
等距修形量Δrz＝Δj/(1－K)，移距修形量ΔRz＝KΔrz,
式中，K＝(1-K1 2)0.5,短幅系数K1＝eZb/Rz，Zb为针销数，Rz为针齿中心圆半径。
优选地，中空双偏心轴的两个偏心段的相位差不等于180°。
优选地，中空双偏心轴的两个偏心段的相位差为178.5°～179.5°。
优选地，中空双偏心轴的两个偏心段的相位差为178.8°～179.25°。
优选地，中空双偏心轴的两个偏心段的相位差为179.0°～179.2°。
优选地，摆线减速部件的啮合件的润滑不采用脂润滑而采用油润滑，在针齿壳或圆端盖上设有加油孔、放油孔及通气帽。
发明的效果
根据本发明所涉及的工业机器人中空摆线减速一体机，有效解决了现有的减速器中的回差不达标、发热、寿命短的技术难题，实现了将单级摆线与伺服电机二者有机地融为一体，从而构成工业机器人的一种全新关节。当伺服电机输入内摆线的转数≤1000rpm时，减速器不出现振动。本发明所涉及的工业机器人中空摆线减速一体机通过拆卸掉行星级，大大简化了结构，降低了中空双偏心轴及行星架制造难度，解决了专用锥轴承、滚针轴承难度，散热空间增加30％-40％因而可改脂润滑为油润滑，因而可自行换油以延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明的第一实施方式的结构示意图。
图2为图1中的行星架结构部分的放大示意图。
图3为现有技术中的RV-C减速机中的行星架结构图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
图1为本发明的第一实施方式的工业机器人中空摆线减速一体机的示意图。图2是图1中的行星架结构部分的放大示意图。如图1和图2所示，该工业机器人中空摆线减速一体机包括摆线减速部件及伺服电机D。摆线减速部件包括：圆端盖15、针齿壳1、行星架、无外圈滚子轴承4、第一摆线轮11、第二摆线轮19、隔圈12、针销2、第一主轴承10、第二主轴承13、第一锥轴承3、第二锥轴承5，中空双偏心轴6及与之连接的大齿轮17，圆端盖15连接在针齿壳1输入侧止口，伺服电机D紧固在圆端盖15上，伺服电机D的输出轴上的小齿轮18与大齿轮17啮合，
行星架包括主圆盘7、副圆盘16、柱销9及销套8，其中：柱销9的一端与主圆盘7上均布的孔过盈配合，而另一端穿过第一摆线轮11、第二摆线轮19上均布的柱销孔与副圆盘16的相应孔过渡配合，柱销9外有销套8，柱销孔的直径＝销套8外径+2e(e为中空双偏心轴6的偏心距)，行星架的两侧用第一主轴承10、第二主轴承13分别支承在针齿壳1的两侧内孔。
中空双偏心轴6的两侧用第一锥轴承3、第二锥轴承5分别支承在主圆盘7、副圆盘16的中心孔，第一锥轴承3与第二锥轴承5的外圈背靠背地设于第一锥轴承3与第二锥轴承5的内圈的中间，其中：第一锥轴承3的内圈外侧依次有隔圈14、大齿轮17及第一挡圈22，第二锥轴承5的内圈外侧依次有圆环调整片20及第二挡圈21。
圆环调整片20用不同厚度调整第一锥轴承3与第二锥轴承5的预紧程度，其目的是提高中空双偏心轴6的扭转刚度，扭转刚度是机器人减速器重要指标。中空双偏心轴6上两侧的第一挡圈22和第二挡圈21还能防止副圆盘16轴向窜动，中空双偏心轴6的偏心段与无外圈滚子轴承4的内孔过盈配合，而无外圈滚子轴承4的外圆与第一摆线轮11、第二摆线轮19的中心孔过渡配合，二者之间的配合尽可能零间隙，目的保证其产生的回差最小。
中空双偏心轴6的中心孔K用以设置电缆线。
针销2半埋在针齿壳1的均布半圆槽中，因而弯曲强度很高。
行星架中的柱销9的数量应为偶数，数量为6或8或10或12。
伺服电机D紧固在圆端盖15上，伺服电机D的输出轴上的小齿轮18与大齿轮17啮合减速，其目的是使与大齿轮17连接的中空双偏心轴6的输入转数≤1000rpm，因而减速器不会出现振动。
对第一摆线轮11和第二摆线轮19采用“正等距-正移距”组合修形，使得第一摆线轮11和第二摆线轮19的轮齿与针销之间形成径向间隙Δj和侧向间隙Δc。
在第一实施方式的一个较佳实施例中，优选为，采用最佳“正等距-正移距”组合修形，此时的修形量不再由设计人员凭经验给出，而是由下述公式进行计算得出：
等距修形量Δrz＝Δj/(1－K)，移距修形量ΔRz＝KΔrz,
式中，K＝(1-K1 2)0.5,短幅系数K1＝eZb/Rz，e为中空双偏心轴6的偏心距，Zb为针销数，Rz为针齿中心圆半径。
最佳“正等距-正移距”组合修形，是指能产生合理侧隙的修形，使作功时不因过盈摩擦导致发热寿命短。根据消隙齿轮原理，改变双偏心轴相位差就能减小回差，因而：
在第一实施方式的一个较佳实施例中，优选为，中空双偏心轴6的两个偏心段的相位差不等于180°。更优选为，中空双偏心轴6的两个偏心段的相位差为178.0°～179.5°。进一步优选为，中空双偏心轴6的两个偏心段的相位差为178.5°～179.25°。更进一步优选为，中空双偏心轴6的两个偏心段的相位差为179.0°～179.2°。对于中空双偏心轴6的两个偏心段的相位差进行如上所述的取值，可以保证减速器回差≤1′从而提高了精度。尤其是在相位差为179.0°～179.2°时，减小回差的效果最好。
在第一实施方式的一个较佳实施例中，优选为，摆线减速部件的内啮合件的润滑不采用脂润滑而采用油润滑，在针齿壳1或端盖15上设有加油孔、放油孔及通气帽，也就是说将原RV-C减速器内啮合件脂润滑改为油润滑，当机体内油温升高时，通气帽用以保持机壳的内外油压平衡，防止从油封处漏油。改脂润滑为油润滑，其有益技术效果是，机器人用户毋需拆机即可更换机内脏油，清洁油品能延长减速器使用寿命。
采用了第一实施方式的工业机器人中空摆线减速一体机，与以往的现有工艺相比，有效解决了现有的减速器中的回差不达标、发热、寿命短的技术难题，实现了将单级摆线与伺服电机二者有机地融为一体，从而构成工业机器人的一种全新关节。
具体来说，获得了如下有益技术效果：
(1)与图3中的现有技术相比，本发明的摆线减速部件去掉了太阳轮、三只行星轮及三只双偏心轴，还去掉了双偏心轴上六只专用圆锥滚子轴承及六只专用滚针轴承，专用的圆锥滚子轴承及滚针轴承，国内产品质量不如国外，价格却偏高，而且电机驱动太阳轮、行星轮运转时，六只圆锥轴承及六只滚针轴承发热、噪声较大。由于将现有的摆线减速部件中的一半多的零件进行结构简化而成为摆线传动，因此缩短了机加工工时，提高了生产率进而降低了制造成本，同时还降低了发热和噪声。日本纳博公司技术手册指出：“两级减速机构：振动小；飞轮矩GD2小；RV齿轮的公转速度变慢，振动减小及惯性减小。”也就是说，只要摆线输入≤1000rpm就能保证振动小、飞轮矩小。
(2)国内机器人制造商分别采购RV-C减速器、伺服电机及润滑脂，然后精密装配成机器人关节。这种作业不仅效率低，且难以保证伺服电机与RV-C减速器同心度±0.005mm，本发明的工业机器人中空摆线减速一体机将电机驱动与摆线减速有机地融为一体，作业效率高且能够保证同心度符合要求。
(3)对现有的RV-C减速器装机时，用户必须自行注入油脂，而RV-C减速器腔体内添加润滑油脂的作业极其繁琐，极易将脏物带入减速机腔体，造成油脂污染，从而降低减速器使用寿命。本发明的工业机器人中空摆线减速一体机由于将现有的摆线减速部件中的一半多的零件进行结构简化而成为单级摆线轮，因此壳体内可储油腔比现有的RV-C减速器增大30％-40％，而且在改脂润滑为油润滑的时候，散热性能好、操作工换油方便，而且油比脂价格低得多。
(4)本发明的工业机器人中空摆线减速一体机由于将现有的摆线减速部件中的一半多的零件进行结构简化而成为单级摆线轮，还很大程上减少了减速器关键件的制造难度。中空双偏心轴必须在昂贵的进口随动磨床上加工，三只小直径中空双偏心轴刚性差，因而生产效率低、成本高。进口随动磨床价格昂贵且交货期慢。中空双偏心轴系轴承钢GCr15，须锻打→回火→调质→半精车→铣削轴端花键→整体淬火→磨双偏心，中空双偏心轴相位差精度高，工艺难度大。RV-C减速器的行星架刚性盘组件是RV减速机的核心支撑部件，结构复杂，精度要求高，其加工精度和质量稳定性一直是RV减速机实现国产化的难题。本发明的工业机器人中空摆线减速一体机由于将现有的摆线减速部件中的一半多的零件进行结构简化而成为单级摆线轮，因此行星架结构简单、机加工工艺难度小、成本低及装拆方便。特别是，专用圆锥滚子轴承外圆与行星架均布孔配合，其均布孔相邻距偏差难以自动补偿，专用滚针轴承外径与摆线轮均布孔无间隙配合，内孔与中空双偏心轴偏心段外圆无间隙配合，摆线轮均布孔相邻距偏差难以补偿，因而必然影响了传动精度，而本发明的工业机器人中空摆线减速一体机的行星架中柱销的微小弹性变形能自动补偿摆线轮柱销孔的相邻距偏差。
产业应用性
根据本发明所涉及的工业机器人中空摆线减速一体机，有效解决了现有的减速器中的回差不达标、发热、寿命短的技术难题，实现了将单级摆线与伺服电机二者有机地融为一体，从而构成工业机器人的一种全新关节。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种工业机器人中空摆线减速一体机，其特征在于，
包括摆线减速部件及伺服电机(D)，
摆线减速部件包括：
圆端盖(15)、针齿壳(1)、行星架、无外圈滚子轴承(4)、第一摆线轮(11)、第二摆线轮(19)、隔圈(12)、针销(2)、第一主轴承(10)、第二主轴承(13)、第一锥轴承(3)、第二锥轴承(5)、中空双偏心轴(6)及大齿轮(17)，
大齿轮(17)与中空双偏心轴(6)连接，圆端盖(15)连接在针齿壳(1)的输入侧止口，伺服电机(D)紧固在圆端盖(15)上，伺服电机(D)的输出轴上具有与大齿轮(17)啮合的小齿轮(18)，
行星架由主圆盘(7)、副圆盘(16)、柱销(9)及销套(8)组成，
柱销(9)的一端与主圆盘(7)上的均布的孔过盈配合，柱销(9)的另一端穿过在第一摆线轮(11)和第二摆线轮(19)上均布的柱销孔与副圆盘(16)的相应孔过渡配合，柱销(9)数为6或8或10或12，柱销(9)外有销套(8)，
柱销孔的直径＝销套(8)的外径+2e，e为中空双偏心轴(6)的偏心距，
行星架的两侧用第一主轴承(10)和第二主轴承(13)分别支承在针齿壳(1)的两侧内孔处，
中空双偏心轴(6)的两侧用第一锥轴承(3)和第二锥轴承(5)分别支承在主圆盘(7)及副圆盘(16)的中心孔处，
第一锥轴承(3)与第二锥轴承(5)的外圈背靠背地设于第一锥轴承(3)与第二锥轴承(5)的内圈的中间，第一锥轴承(3)的内圈外侧依次设有隔圈(14)、大齿轮(17)及第一挡圈(22)，第二锥轴承(5)的内圈外侧依次设有圆环调整片(20)及第二挡圈(21)，
中空双偏心轴(6)的偏心段与无外圈滚子轴承(4)的内孔过盈配合，而无外圈滚子轴承(4)的外圆与第一摆线轮(11)和第二摆线轮(19)的中心孔过渡配合，
中空双偏心轴(6)的中心孔(K)用以设置电缆线，
针销(2)装配在针齿壳(1)的均布的半圆槽中，
第一摆线轮(11)和第二摆线轮(19)采用“正等距-正移距”组合修形，使得第一摆线轮(11)和第二摆线轮(19)的轮齿与针销(2)之间形成径向间隙Δj和侧向间隙Δc。
2.根据权利要求1所述的工业机器人中空摆线减速一体机，其特征在于，
第一摆线轮(11)和第二摆线轮(19)采用最佳“正等距-正移距”组合修形，修形量计算公式如下：
等距修形量Δrz＝Δj/(1－K)，移距修形量ΔRz＝KΔrz,
式中，K＝(1-K1 2)0.5,短幅系数K1＝eZb/Rz，Zb为针销数，Rz为针齿中心圆半径。
3.根据权利要求1所述的工业机器人中空摆线减速一体机，其特征在于，
中空双偏心轴(6)的两个偏心段的相位差不等于180°。
4.根据权利要求3所述的工业机器人中空摆线减速一体机，其特征在于，
中空双偏心轴(6)的两个偏心段的相位差为178.5°～179.5°。
5.根据权利要求4所述的工业机器人中空摆线减速一体机，其特征在于，
中空双偏心轴(6)的两个偏心段的相位差为178.8°～179.25°。
6.根据权利要求5所述的工业机器人中空摆线减速一体机，其特征在于，
中空双偏心轴(6)的两个偏心段的相位差为179.0°～179.2°。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的工业机器人中空摆线减速一体机，其特征在于，
摆线减速部件的啮合件的润滑不采用脂润滑而采用油润滑，在针齿壳(1)或圆端盖(15)上设有加油孔、放油孔及通气帽。
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