CN115750686A - 一种高刚度大负载精密减速闭环传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高刚度大负载精密减速闭环传动装置，包括减速器安装机架、减速器壳体、电动式动力输入单元、手动动力输入单元、输入位置检测单元、行星摆线传动单元、输出单元、输出角度检测单元；电动动手输入单元采用两伺服电机，通过两级锥齿轮啮合将动力传输到行星摆线传动单元的传动动力输入轴上，手动动力输入单元通过手动输入轴及一级锥齿轮啮合将动力传动给总动力输入轴；输入位置检测单元通过一对相啮合的锥齿轮将动力传输给位置传感器；输出单元包括相啮合的输出齿轮和内齿圈，输出齿轮与行星摆线传动单元的输出盘固连；输出角度检测单元通过相啮合的直齿轮和相啮合的锥齿轮将输出盘的动力传动给角度传感。本装置实现了角度和位置状态监测。

Description

一种高刚度大负载精密减速闭环传动装置

技术领域

本发明是属于精密机械传动领域，尤其是涉及一种高刚度大负载精密减速闭环传动装置。

背景技术

减速器作为装备中重要的组成部分，其在降速同时提高输出扭矩，大大提高了机械设备的使用性能。在使用过程中，其输出端的扭矩承载能力和刚度、手动功能对整机的使用性能有至关重要的作用，同时角度和位置状态监测功能对当代装备的精准打击能力也越来越重要，研发带有角度和位置状态监测功能的装备用高刚度大负载减速器传动装置为目前高刚度大负载精密驱动控制技术领域的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的是在于克服现有技术的不足之处，提供一种可实现较多和位置装置检测的高刚度大负载精密减速闭环传动装置。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种高刚度大负载精密减速闭环传动装置，其特征在于：包括减速器安装机架、减速器壳体、电动式动力输入单元、手动动力输入单元、输入位置检测单元、行星摆线传动单元、输出单元、输出角度检测单元；

所述电动式动力输入单元包括呈同轴相对设置的第一伺服电机和第二伺服电机，两伺服电机的输出端分别固定安装有第一锥齿轮和第二锥齿轮，第一锥齿轮和第二锥齿轮共同啮合连接有第三锥齿轮，第三锥齿轮固定在总动力输入轴上，总动力输入轴通过两端轴承支撑于减速器壳体内；

所述手动动力输入单元包括手动输入轴，其转动支撑在减速器壳体上；手动输入轴的外端伸出减速器壳体，用于连接手柄；手动输入轴的内端固定安装有第四锥齿轮，第四锥齿轮与固定在总动力输入轴上的第五锥齿轮啮合；

所述输入位置检测单元包括输入端检测轴，其转动支撑在减速器壳体上，输入端检测轴的外端安装有位置传感器，输入端检测轴的内端固定安装有第六锥齿轮，所述第六锥齿轮与固定安装在总动力输入轴上的第七锥齿轮啮合；

所述行星摆线传动单元的外壳为针齿壳，其一端设置有传动动力输入轴，另一端设置有动力输出盘；传动动力输入轴通过相啮合的第八锥齿轮和第九锥齿轮与总动力输入轴实现驱动连接，将总动力输入轴的动力输入到行星摆线传动单元；

所述输出单元包括输出齿轮和内齿圈，输出齿轮固定安装在行星摆线传动单元的动力输出盘的外端，内齿圈固定安装在减速器安装机架上，内齿圈与输出齿轮啮合，使本传动装置整体绕减速器安装机架上的设定中心轴公转；

所述输出角度检测单元包括检测用第一齿轮、检测用第二齿轮、检测用第三齿轮和检测用第四齿轮，所述检测用第一齿轮、检测用第二齿轮为圆柱齿轮，检测用第三齿轮和检测用第四齿轮为锥齿轮；检测用第一齿轮为空心齿轮轴结构，其转动支撑在传动动力输入轴外，并与行星摆线传动单元的行星架同轴固定连接；所述检测用第一齿轮与检测用第二齿轮啮合，所述检测用第二齿轮与检测用第三齿轮固定安装于检测传动轴上，检测传动轴通过轴承支撑于减速器壳体上，检测用第三齿轮与检测用第四齿轮啮合，在检测用第四齿轮的外端安装角度传感。

进一步的：所述行星摆线传动单元内部的传动件主要包括太阳轮、三个行星轮、三个曲柄轴、行星架、相对偏心安装在三个曲柄轴上的两摆线轮、通过针齿销与两摆线轮啮合的针齿壳和输出盘；三个行星轮分别安装在三个曲柄轴的端部，三个曲柄轴的两端转动支撑在行星架和动力输出盘上，行星架与动力输出盘同轴固定连接。

进一步的：所述位置传感器和所述角度传感器均采用高精度角度编码器。

本发明具有的优点和积极效果：

本传动装置采用三级传动方式：锥齿轮传动(第一级)+行星传动(第二级)+摆线传动(第三级)。充分借鉴锥齿轮传动、行星传动与少齿差摆线传动的传动特点，实现封闭式高精密运动传递；同时考虑摆线传动的多齿接触的特点，将摆线传动放置在减速系统的末级，实现减速器大承载的性能要求。本传动装置，引入角度和位置传感器，实现了其角度和位置状态监测功能，通过添加手动动力输入单元，能够在减速器驱动电机损坏或掉电时正常操纵减速器，大大提高的其安全性能。

附图说明

图1是本发明行星摆线传动单元、输出单元、输出角度检测单元的传动原理图；

图2是本发明电动式动力输入单元、手动动力输入单元、输入位置检测单元的传动原理图；

图3是本发明的外观示意图(省略减速器安装机架及内齿圈)。

具体实施方式

以下结合附图并通过实施例对本发明的结构作进一步说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的。

一种高刚度大负载精密减速闭环传动装置，请参见图1-3，其发明点为：减速器安装机架9、减速器壳体2、电动式动力输入单元、手动(勤务)动力输入单元、输入位置检测单元、行星摆线传动单元、输出单元、输出角度检测单元。

所述电动式动力输入单元包括呈同轴相对设置的第一伺服电机23和第二伺服电机33，第一伺服电机的输出端固定安装第一锥齿轮35、第二伺服电机的输出端固定安装第二锥齿轮32，第一锥齿轮和第二锥齿轮共同啮合连接有第三锥齿轮34，第三锥齿轮固定在总动力输入轴8上，总动力输入轴通过两端轴承支撑于减速器壳体内，实现电动动力的输入。本方案采用两个伺服电机，为了实现大功率输入。

所述手动(勤务)动力输入单元包括转动支撑在减速器壳体上的手动输入轴26，手动输入轴的外端伸出减速器壳体，用于连接手柄25。手动输入轴的内端固定安装有第四锥齿轮24，第四锥齿轮与固定在总动力输入轴上的第五锥齿轮31啮合，实现手动动力的输入。

所述输入位置检测单元包括转动支撑在减速器壳体上的输入端检测轴29，输入端检测轴的外端安装有位置传感器30，位置传感器采用高精度角度编码器，精度可达到0.02°。输入端检测轴的内端固定安装有第六锥齿轮28，所述第六锥齿轮与固定安装在总动力输入轴上的第七锥齿轮27啮合，第六锥齿轮和第七锥齿轮的齿数相等，所述输入位置检测单元用于检测电机的输入转角，实现输入位置的检测。

所述行星摆线传动单元，即RV减速器，其外壳为针齿壳，一端设置有传动动力输入轴，另一端设置有动力输出盘。传动动力输入轴通过一对相互啮合的锥齿轮(分别为安装在总动力输入轴上的第八锥齿轮6和安装在传动动力输入轴上的第九锥齿轮5)与总动力输入轴实现驱动连接，将总动力输入轴的动力输入到行星摆线传动单元。

行星摆线传动单元内部的传动件主要包括太阳轮4、三个行星轮18、三个曲柄轴16、行星架17、相对偏心安装在三个曲柄轴上的两摆线轮14、通过针齿销与两摆线轮啮合的针齿壳15和输出盘13。三个行星轮分别安装在三个曲柄轴的端部，三个曲柄轴的两端转动支撑在行星架和动力输出盘上，行星架与动力输出盘同轴固定连接，实现转动和扭矩的输出，

所述输出单元包括输出齿轮11和内齿圈12，输出齿轮为圆柱齿轮，输出齿轮固定安装在行星摆线传动单元的动力输出盘的外端，内齿圈固定安装在减速器安装机架，内齿圈与输出齿轮啮合，使本传动装置整体绕减速器安装机架上的设定中心轴10公转，从而实现固定安装在本传动装置上的执行机构的转角的调节。

所述输出角度检测单元包括检测用第一齿轮7、检测用第二齿轮19、检测用第三齿轮3和检测用第四齿轮1，所述检测用第一齿轮、检测用第二齿轮为圆柱齿轮，检测用第三齿轮和检测用第四齿轮为锥齿轮。检测用第一齿轮为空心齿轮轴结构，其转动支撑在传动动力输入轴外，并与行星架同轴固定连接。所述检测用第一齿轮与检测用第二齿轮啮合，所述检测用第二齿轮与检测用第三齿轮固定安装于检测传动轴20上，检测传动轴通过轴承支撑于减速器壳体上，检测用第三齿轮与检测用第四齿轮啮合，在检测用第四齿轮的外端通过轴22安装角度传感器21，角度传感器采用高精度角度编码器，精度可达到0.02°。由于该减速器的行星架和输出盘同轴刚性连接，可以通过监测行星架的转角来反馈监测输出端转角。

本传动装置采用三级传动方式：锥齿轮传动(第一级)+行星传动(第二级)+摆线传动(第三级)。本传动装置充分借鉴锥齿轮传动、行星传动与少齿差摆线传动的传动特点，实现封闭式高精密运动传递；同时考虑摆线传动的多齿接触的特点，将摆线传动放置在减速系统的末级，实现减速器大承载的性能要求。本方案巧妙地采用锥齿轮传动方式，在一个减速器中布置四条传动链，实现该减速器中测量位置发送器、角度限制器、电驱和勤务对不同传动比的需求。

四条传动链的速比为：

其中：

本高刚度大负载精密减速闭环传动装置的工作原理为：

第一伺服电机M1和第二伺服电机M2通过第一锥齿轮Z12、第二锥齿轮Z12和第三锥齿轮Z10的啮合将运动和动力传递到总动力输入轴上，通过第八锥齿轮Z17和第九锥齿轮Z18的啮合驱动行星摆线传动单元(RV减速器箱体)，经过行星摆线传动单元的减速，最终通过安装在动力输出盘的输出齿轮和内齿圈的啮合驱动负载。

角度传感器通过检测用第四齿轮Z4与检测用第三齿轮Z3啮合、安装在行星架上的检测用第一齿轮Z15和检测用第二齿轮Z16的啮合来监测RV减速器箱体(装配体)输出端的角度。

位置传感器通过第七锥齿轮Z11和第六锥齿轮Z14啮合来监测电机输入端的角度位置。

当第一伺服电机M1和第二伺服电机M2损坏或者掉电时，可以操作手动输入轴，通过第四锥齿轮Z13和第五锥齿轮Z9的啮合驱动总动力输入轴，从而实现手动驱动减速器功能。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神范围内，各种替换、变化和修改都是可以的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (3)

1.一种高刚度大负载精密减速闭环传动装置，其特征在于：包括减速器安装机架、减速器壳体、电动式动力输入单元、手动动力输入单元、输入位置检测单元、行星摆线传动单元、输出单元、输出角度检测单元；

所述电动式动力输入单元包括呈同轴相对设置的第一伺服电机和第二伺服电机，两伺服电机的输出端分别固定安装有第一锥齿轮和第二锥齿轮，第一锥齿轮和第二锥齿轮共同啮合连接有第三锥齿轮，第三锥齿轮固定在总动力输入轴上，总动力输入轴通过两端轴承支撑于减速器壳体内；

所述手动动力输入单元包括手动输入轴，其转动支撑在减速器壳体上；手动输入轴的外端伸出减速器壳体，用于连接手柄；手动输入轴的内端固定安装有第四锥齿轮，第四锥齿轮与固定在总动力输入轴上的第五锥齿轮啮合；

所述输入位置检测单元包括输入端检测轴，其转动支撑在减速器壳体上，输入端检测轴的外端安装有位置传感器，输入端检测轴的内端固定安装有第六锥齿轮，所述第六锥齿轮与固定安装在总动力输入轴上的第七锥齿轮啮合；

所述行星摆线传动单元的外壳为针齿壳，其一端设置有传动动力输入轴，另一端设置有动力输出盘；传动动力输入轴通过相啮合的第八锥齿轮和第九锥齿轮与总动力输入轴实现驱动连接，将总动力输入轴的动力输入到行星摆线传动单元；

所述输出单元包括输出齿轮和内齿圈，输出齿轮固定安装在行星摆线传动单元的动力输出盘的外端，内齿圈固定安装在减速器安装机架上，内齿圈与输出齿轮啮合，使本传动装置整体绕减速器安装机架上的设定中心轴公转；

所述输出角度检测单元包括检测用第一齿轮、检测用第二齿轮、检测用第三齿轮和检测用第四齿轮，所述检测用第一齿轮、检测用第二齿轮为圆柱齿轮，检测用第三齿轮和检测用第四齿轮为锥齿轮；检测用第一齿轮为空心齿轮轴结构，其转动支撑在传动动力输入轴外，并与行星摆线传动单元的行星架同轴固定连接；所述检测用第一齿轮与检测用第二齿轮啮合，所述检测用第二齿轮与检测用第三齿轮固定安装于检测传动轴上，检测传动轴通过轴承支撑于减速器壳体上，检测用第三齿轮与检测用第四齿轮啮合，在检测用第四齿轮的外端安装角度传感。

2.根据权利要求1所述的高刚度大负载精密减速闭环传动装置，其特征在于：所述行星摆线传动单元内部的传动件主要包括太阳轮、三个行星轮、三个曲柄轴、行星架、相对偏心安装在三个曲柄轴上的两摆线轮、通过针齿销与两摆线轮啮合的针齿壳和输出盘；三个行星轮分别安装在三个曲柄轴的端部，三个曲柄轴的两端转动支撑在行星架和动力输出盘上，行星架与动力输出盘同轴固定连接。

3.根据权利要求1所述的高刚度大负载精密减速闭环传动装置，其特征在于：所述位置传感器和所述角度传感器均采用高精度角度编码器。

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