CN115750741A - 矢量凸轮减速机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种矢量凸轮减速机，包括减速机支架、输入轴、行星齿轮轴以及外壳，输入轴转动安装在减速机支架上，行星齿轮轴转动安装在减速机支架上，行星齿轮轴的中心轴线均与输入轴的中心轴线平行；输入轴上设置有第一凸轮组，行星齿轮轴上设置有外啮合齿轮组，外啮合齿轮组与第一凸轮组啮合；行星齿轮轴上还设置有第二凸轮组，外壳转动安装在减速机支架上，外壳内设置有内啮合齿轮组，第二凸轮组与内啮合齿轮组啮合。通过第一凸轮组和外啮合齿轮组的啮合、第二凸轮组和内啮合齿轮组的啮合，实现了两级减速，且两级减速啮合副均为滚动摩擦，摩擦系数小，磨损小，发热量低，温升小，传动效率高，寿命长，精度保持性好。

Description

矢量凸轮减速机

技术领域

本发明涉及减速器结构技术领域，具体地，涉及一种矢量凸轮减速机，尤其是，涉及一种机器人减速机。

背景技术

减速机常用作原动机与工作机之间的减速传动装置。在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，在现代机械中应用极为广泛。

RV减速机在机器人减速机中占有极大份额，RV减速机具有体积小、重量轻、传动比大、寿命长、精度高、效率较高，传动平稳等优点。

现有公开号为CN208870976U的中国专利文献，其公开了一种小减速比的RV减速机，所述RV减速机包括：针齿壳、摆线轮、角接触球轴承、输出盘架、行星轮、偏心轴、输入轴、调节齿轮；所述输入轴位于RV减速机的中心位置，输入轴的末端具有直径大于输入轴末端直径的齿轮结构；行星轮和偏心轴至少为两组且围绕输入轴呈对称分布；所述行星轮与所述输入轴末端的齿轮结构通过至少两组调节齿轮组成啮合连接；所述输出盘架套装于偏心轴和摆线轮的外部；所述针齿壳套装于输出盘架的外部；所述针齿壳与所述输出盘架之间通过一对角接触球轴承连接。

现有技术中的RV减速机存在如下缺点：

偏心轴与滚针轴承、滚针与RV轮、滚针与外壳齿槽均以滑动摩擦为主，并且零件多，接触面积大，载荷大，发热量大，零件磨损快，摩擦损失大，传递效率不高，存在待改进之处。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种矢量凸轮减速机。

根据本发明提供的一种矢量凸轮减速机,包括减速机支架、输入轴、行星齿轮轴以及外壳，所述输入轴转动安装在减速机支架上，所述行星齿轮轴转动安装在减速机支架上，所述行星齿轮轴在输入轴的周侧设置有一根或均布有多根，且任一所述行星齿轮轴的中心轴线均与输入轴的中心轴线平行；所述输入轴上设置有第一凸轮组，所述行星齿轮轴上设置有外啮合齿轮组，所述外啮合齿轮组与第一凸轮组啮合；所述行星齿轮轴上还设置有第二凸轮组，所述外壳转动安装在减速机支架上，所述外壳内设置有内啮合齿轮组，所述第二凸轮组与内啮合齿轮组啮合。

优选地，所述第一凸轮组和第二凸轮组二者均包括多个呈错位设置的凸轮，任意相邻的两个凸轮之间的错位角＝360°÷凸轮个数。

优选地，所述外啮合齿轮组包括多个呈错位设置的外啮合齿轮，任一所述外啮合齿轮的齿数相同，任意相邻的两个所述外啮合齿轮的错位角＝360°÷外啮合齿轮的齿数÷外啮合齿轮的个数。

优选地，所述内啮合齿轮组包括多个呈错位设置的内啮合齿轮，任一所述内啮合齿轮的齿数相同，任一相邻的两个所述内啮合齿轮的错位角＝360°÷内啮合齿轮的齿数÷内啮合齿轮的个数。

优选地，所述减速机支架包括底座和盖板，所述底座的一侧设置有连接块，所述连接块远离底座的一端与盖板紧固连接，所述外壳转动设置在底座和盖板之间；所述底座分别与输入轴和行星齿轮轴的一端转动连接，所述盖板分别与输入轴和行星齿轮轴的另一端转动连接。

优选地，所述连接块在底座上至少设置有两个，任一连接块远离底座的一端均设置有柱体，盖板与柱体对应的位置均开设有配合孔，且任一所述柱体均穿入对应的配合孔内。

优选地，所述外啮合齿轮组与行星齿轮轴为一体成型结构或分体式结构；其中，分体式结构：所述行星齿轮轴上设置有限位垫片或限位凸台，所述外啮合齿轮组同轴套设在行星齿轮轴上，所述外啮合齿轮组的其一端面与第二凸轮组接触，所述外啮合齿轮组的另一端面与限位垫片或限位凸台内的轴承内圈接触。

优选地，所述外啮合齿轮组的中部形成有矩形孔，所述行星齿轮轴与外啮合齿轮组配合的轴段的横截面形状呈矩形，且所述行星齿轮轴与外啮合齿轮组配合的轴段的横截面尺寸与矩形孔相适配。

优选地，所述外啮合齿轮组包括整体式结构或分体式结构。

优选地，所述内啮合齿轮组一体成型在外壳的内壁上，或，所述内啮合齿轮组与外壳的内壁同轴紧固连接。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过第一凸轮组和外啮合齿轮组的啮合、第二凸轮组和内啮合齿轮组的啮合，实现了两级减速，且两级减速啮合副均为滚动摩擦，摩擦系数小，磨损小，发热量低，温升小，传动效率高，寿命长，精度保持性好。

2、本发明通过凸轮和齿轮啮合，啮合精密，设计无背隙，凸轮组和齿轮组的多组啮合，保证在与转动方向相反的方向上也由凸轮和齿轮啮合，无回程冲击，传动精度和回程精度高，传动平稳，噪音小。

3、本发明通过第一凸轮组和外啮合齿轮组的啮合、第二凸轮组和内啮合齿轮组的啮合，结构简单紧凑，体积小，零件少，重量轻，传动链短，累积误差小，传动精度高，对零件的加工精度和装配工艺要求较低，对设备的要求较低，生产线投资少，产品的各项成本指标均低。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明主要体现矢量凸轮减速机整体结构的总装图；

图2为本发明主要体现实施例一中矢量凸轮减速机整体结构的剖面结构示意图；

图3为本发明主要体现底座整体结构的示意图；

图4为本发明主要体现盖板整体结构的示意图；

图5为本发明主要体现实施例一中输入轴整体结构的示意图；

图6为本发明主要体现实施例一中行星齿轮整体结构的示意图；

图7为本发明主要体现实施例一中外壳整体结构的示意图；

图8为本发明主要体现实施例二中矢量凸轮减速机整体结构的剖面结构示意图；

图9为本发明主要体现实施例二中行星齿轮整体结构的示意图；

图10为本发明主要体现实施例二中外壳整体结构的示意图；

图11为本发明主要体现实施例三中矢量凸轮减速机整体结构的剖面结构示意图；

图12为本发明主要体现实施例三中行星齿轮整体结构的示意图；

图13为本发明主要体现实施例三中外壳整体结构的示意图。

图中所示：

外壳1 外啮合齿轮组401

内啮合齿轮组101 第二凸轮组402

法兰102 底座5

输入轴2 连接块51

第一凸轮组201 柱体52

盖板3 限位垫片6

行星齿轮轴4

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例一

如图1和图2所示，根据本发明提供的一种矢量凸轮减速机，包括减速机支架、输入轴2、行星齿轮轴4以及外壳1，输入轴2转动安装在减速机支架上，行星齿轮轴4转动安装在减速机支架上，行星齿轮轴4在输入轴2的周侧设置有一根或均布有多根，且任一行星齿轮轴4的中心轴线均与输入轴2的中心轴线平行。

本申请一种可行的实施方式为：输入轴2的周侧对称布置两根行星齿轮轴4，任一行星齿轮轴4的中心轴线均与输入轴2的中心轴线平行。

输入轴2上设置有第一凸轮组201，行星齿轮轴4上设置有外啮合齿轮组401，外啮合齿轮组401与第一凸轮组201啮合。行星齿轮轴4上还设置有第二凸轮组402，外壳1转动安装在减速机支架上，外壳1内设置内啮合齿轮组101，第二凸轮组402与内啮合齿轮组101啮合。

其中，第一凸轮组201一体成型在输入轴2上，外啮合齿轮组401一体成型或紧固安装在行星齿轮轴4上，第二凸轮组402一体成型在行星齿轮轴4上，内啮合齿轮组101一体成型或紧固安装在外壳1内。

如图2、图3以及图4所示，具体地，减速机支架的作用是为输入轴2、行星齿轮轴4以及外壳1提供支撑。减速机支架包括底座5和盖板3，底座5和盖板3的形状均为圆盘形，底座5靠近盖板3的一侧一体成型有连接块51和柱体52，连接块51远离底座5的一端与盖板3用螺栓紧固连接。

进一步地，连接块51在底座5上至少设置有两个，本申请优选采用连接块51在底座5上间隔设置有两个，且两个连接块51不对输入轴2、行星齿轮轴4以及外壳1的运动产生干涉。任一连接块51远离底座5的一端均设置有柱体52，盖板3与柱体52对应的位置均开设有配合孔，且任一柱体52均穿入对应的配合孔内。其中，柱体52可以是圆柱体52，也可以是其他横截面形状的柱体52。借助两个间隔设置的柱体52配合，能够防止底座5和盖板3产生圆周方向的扭动。底座5分别与输入轴2和行星齿轮轴4的一端通过轴承转动连接，盖板3分别与输入轴2和行星齿轮轴4的另一端通过轴承转动连接。

外壳1转动设置在底座5和盖板3之间，外壳1的一端通过轴承与底座5转动连接，外壳1的另一端通过轴承与盖板3转动连接。

如图2、图5、图6以及图7所示，输入轴2可以采用整体设计，输入轴2的两端均开设有花键，输入轴2其中一端的花键与伺服电机的输出轴传动连接。第一凸轮组201包括多个呈错位设置的凸轮，任一相邻的两个凸轮之间的错位角＝360°÷凸轮个数。本申请的第一凸轮组201的凸轮个数为三个，且任一相邻的两个凸轮之间的错位角＝360°÷3＝120°。

本申请一种可行的实施方式为：第一凸轮组201中位于中间的凸轮的尺寸小于位于两侧的凸轮的尺寸，位于两侧的两个凸轮的尺寸相同，位于中间的凸轮低点的径向尺寸大于或等于输入轴2的最小径向尺寸。需要注意的是，本申请的第一凸轮组201中的三个凸轮的尺寸也可以均不同。

行星齿轮轴4可以采用整体设计，目的是减小多个零件装配产生的装配误差，提高轴的刚性和强度。外啮合齿轮组401包括多个呈错位设置的外啮合齿轮，所有外啮合齿轮的齿数相同，任一相邻的两个外啮合齿轮的错位角＝360°÷外啮合齿轮的齿数÷外啮合齿轮的个数。本申请的外啮合齿轮组401的外啮合齿轮的个数为三个，任一外啮合齿轮的齿数为九，任一相邻的两个外啮合齿轮的错位角＝360°÷9÷3。外啮合齿轮组401中位于中间的外啮合齿轮的齿根圆直径大于位于两侧的外啮合齿轮的齿顶圆直径，位于两侧的外啮合齿轮的大小相同、轮廓曲线一样，目的是保证三个外啮合齿轮轮廓加工的便捷性。

第二凸轮组402包括多个呈错位设置的凸轮，任一相邻的两个凸轮之间的错位角＝360°÷凸轮个数。本申请的第二凸轮组402的凸轮个数也为三个，且任一相邻的两个凸轮之间的错位角＝360°÷3＝120°。且第二凸轮组402中三个凸轮的尺寸均不同。

外壳1可以采用整体设计，外壳1上一体成型有用于输出扭矩的法兰102。内啮合齿轮组101包括多个呈错位设置的内啮合齿轮，任一内啮合齿轮的齿数相同，任一相邻的两个内啮合齿轮的错位角＝360°÷内啮合齿轮的齿数÷内啮合齿轮的个数。本申请的内啮合齿轮组101的内啮合齿轮的个数为三片，三片齿轮的大小均不同，能够保证内啮合齿轮的轮廓加工方便和装拆方便，任一内啮合齿轮的齿数均为12，错位角＝360°÷12÷3。

更为具体地，行星齿轮轴4在输入轴2的两侧分别设置有两个行星齿轮轴4，呈180°对称布置。两个行星齿轮的结构、大小以及与输入轴2或外壳1的配合方式均相同。使用时，伺服电机启动，带动输入轴2转动，通过第一凸轮组201分别与两根行星齿轮轴4上的外啮合齿轮组401相啮合，带动两根行星齿轮轴4转动，再通过第二凸轮组402与内啮合齿轮组101啮合，带动外壳1转动，外壳1上的法兰102输出扭矩。整体减速比＝9×12＝108。

本申请采用凸轮与齿轮啮合，轴径大，轴的强度高，刚性好。齿轮的齿形胖而厚，齿轮的强度高，刚性好，因此减速机的载荷大，刚性好。

本申请的两级减速啮合副均为滚动摩擦，摩擦系数小，磨损小，发热量低，温升小，传动效率高，寿命长，精度保持性好。凸轮和齿轮啮合，啮合精密，设计无背隙。凸轮组和齿轮组的多组啮合，保证在与转动方向相反的方向上也由凸轮和齿轮啮合，无回程冲击，传动精度和回程精度高，传动平稳，噪音小。且结构简单紧凑，体积小，零件少，重量轻，传动链短，累积误差小，传动精度高，对零件的加工精度和装配工艺要求较低，对设备的要求较低，生产线投资少，产品的各项成本指标均低。

实施例二

基于实施例一，根据本发明提供的一种矢量凸轮减速机，如图8、图9以及图10所示，外啮合齿轮组401与行星齿轮轴4可以是分体式结构。其中，行星齿轮轴4上设置有限位垫片6，限位垫片6位于行星齿轮组合行星齿轮轴4的轴承之间。外啮合齿轮组401同轴套设在行星齿轮轴4上，外啮合齿轮组401的其一端面与第二凸轮组402接触，外啮合齿轮组401的另一端面与限位垫片6接触。

进一步地，外啮合齿轮组401的中部形成有矩形孔，行星齿轮轴4与外啮合齿轮组401配合的轴段的横截面形状呈矩形，且行星齿轮轴4与外啮合齿轮组401配合的轴段的横截面尺寸与矩形孔相适配。

一种可行的实施方式为：第二凸轮组402中位于中间的凸轮的尺寸小于位于两侧的凸轮的尺寸，位于两侧的两个凸轮的尺寸和轮廓曲线均相同，位于中间的凸轮低点的径向尺寸大于或等于输入轴2的最小径向尺寸。

内啮合齿轮组101中位于中间的内啮合齿轮的齿根圆直径大于位于两侧的内啮合齿轮的齿顶圆直径，且内啮合齿轮组101中位于两侧的两个内啮合齿轮的大小相同、轮廓曲线一样。

使用时，伺服电机启动，带动输入轴2转动，通过第一凸轮组201分别用于两根行星齿轮轴4上的外啮合齿轮组401相啮合，带动两根行星齿轮轴4转动，再通过第二凸轮组402与内啮合齿轮组101啮合，带动外壳1转动，外壳1上的法兰102输出扭矩。整体减速比＝9×12＝108。

实施例三

基于实施例一或实施例二，根据本发明提供的一种矢量凸轮减速机，如图11、图12以及图13所示，外啮合齿轮组401和内啮合齿轮组101二者的每个齿片均单独加工，能够提高加工效率。

第一凸轮组201中三个凸轮的尺寸和轮廓曲线均一样，且任一凸轮的低点径向尺寸大于或等于输入轴2的最小半径。

外啮合齿轮组401包括分体式结构。具体地，外啮合齿轮组401的三片外啮合齿轮相互独立，三片外啮合齿轮的大小、齿数以及轮廓曲线均相同，三片外啮合齿轮的中间均开设有四方形孔，行星齿轮轴4相应配合的轴段也为四方形，三片外啮合齿轮分别同轴套设在行星齿轮轴4相应配合的轴段上。

第二凸轮组402中三个凸轮的尺寸和轮廓曲线均一样，且任一凸轮的低点径向尺寸大于或等于行星齿轮轴4的最小半径。

内啮合齿轮组101与外壳1的内壁同轴紧固连接，内啮合齿轮组101由三片独立的内啮合齿轮构成，三片内啮合齿轮的大小、齿数以及轮廓曲线均相同。

使用时，伺服电机启动，带动输入轴2转动，通过第一凸轮组201分别与两根行星齿轮轴4上的外啮合齿轮组401相啮合，带动两根行星齿轮轴4转动，再通过第二凸轮组402与内啮合齿轮组101啮合，带动外壳1转动，外壳1上的法兰102输出扭矩。整体减速比＝9×12＝108。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种矢量凸轮减速机，其特征在于，包括减速机支架、输入轴(2)、行星齿轮轴(4)以及外壳(1)，所述输入轴(2)转动安装在减速机支架上，所述行星齿轮轴(4)转动安装在减速机支架上，所述行星齿轮轴(4)在输入轴(2)的周侧设置有一根或均布有多根，且任一所述行星齿轮轴(4)的中心轴线均与输入轴(2)的中心轴线平行；

所述输入轴(2)上设置有第一凸轮组(201)，所述行星齿轮轴(4)上设置有外啮合齿轮组(401)，所述外啮合齿轮组(401)与第一凸轮组(201)啮合；

所述行星齿轮轴(4)上还设置有第二凸轮组(402)，所述外壳(1)转动安装在减速机支架上，所述外壳(1)内设置有内啮合齿轮组(101)，所述第二凸轮组(402)与内啮合齿轮组(101)啮合。

2.如权利要求1所述的矢量凸轮减速机，其特征在于，所述第一凸轮组(201)和第二凸轮组(402)二者均包括多个呈错位设置的凸轮，任意相邻的两个凸轮之间的错位角＝360°÷凸轮个数。

3.如权利要求1所述的矢量凸轮减速机，其特征在于，所述外啮合齿轮组(401)包括多个呈错位设置的外啮合齿轮，任一所述外啮合齿轮的齿数相同，任意相邻的两个所述外啮合齿轮的错位角＝360°÷外啮合齿轮的齿数÷外啮合齿轮的个数。

4.如权利要求1所述的矢量凸轮减速机，其特征在于，所述内啮合齿轮组(101)包括多个呈错位设置的内啮合齿轮，任一所述内啮合齿轮的齿数相同，任意相邻的两个所述内啮合齿轮的错位角＝360°÷内啮合齿轮的齿数÷内啮合齿轮的个数。

5.如权利要求1所述的矢量凸轮减速机，其特征在于，所述减速机支架包括底座(5)和盖板(3)，所述底座(5)的一侧设置有连接块(51)，所述连接块(51)远离底座(5)的一端与盖板(3)紧固连接，所述外壳(1)转动设置在底座(5)和盖板(3)之间；

所述底座(5)分别与输入轴(2)和行星齿轮轴(4)的一端转动连接，所述盖板(3)分别与输入轴(2)和行星齿轮轴(4)的另一端转动连接。

6.如权利要求5所述的矢量凸轮减速机，其特征在于，所述连接块(51)在底座(5)上至少设置有两个，任一连接块(51)远离底座(5)的一端均设置有柱体(52)，盖板(3)与柱体(52)对应的位置均开设有配合孔，且任一所述柱体(52)均穿入对应的配合孔内。

7.如权利要求1所述的矢量凸轮减速机，其特征在于，所述外啮合齿轮组(401)与行星齿轮轴(4)为一体成型结构或分体式结构；

其中，分体式结构：所述行星齿轮轴(4)上设置有限位垫片(6)或限位凸台，所述外啮合齿轮组(401)同轴套设在行星齿轮轴(4)上，所述外啮合齿轮组(401)的其一端面与第二凸轮组(402)接触，所述外啮合齿轮组(401)的另一端面与限位垫片(6)或限位凸台内的轴承内圈接触。

8.如权利要求7所述的矢量凸轮减速机，其特征在于，所述外啮合齿轮组(401)的中部形成有矩形孔，所述行星齿轮轴(4)与外啮合齿轮组(401)配合的轴段的横截面形状呈矩形，且所述行星齿轮轴(4)与外啮合齿轮组(401)配合的轴段的横截面尺寸与矩形孔相适配。

9.如权利要求1所述的矢量凸轮减速机，其特征在于，所述外啮合齿轮组(401)包括整体式结构或分体式结构。

10.如权利要求1所述的矢量凸轮减速机，其特征在于，所述内啮合齿轮组(101)一体成型在外壳(1)的内壁上，或，所述内啮合齿轮组(101)与外壳(1)的内壁同轴紧固连接。

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