CN116336163A - 摆线轮及rv减速机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种摆线轮及RV减速机,其中摆线轮包括多个齿部,所述齿部的齿面设有多个微坑,所述微坑的最大深度小于等于3μm,所述工作面的粗糙度小于等于Ra0.4。通过在摆线轮的齿面设置多个微坑,可以储存油脂,给摆线轮与销的接触表面提供充分的润滑。改进后的摆线轮能提升RV减速机耐磨性能。
Description
本申请为申请日为“2022.09.23”、申请号为“202211164361.0”、申请名称为“RV减速机”的案件的分案申请。
技术领域
本发明涉及减速机技术领域,特别涉及摆线轮及RV减速机。
背景技术
RV减速机的应用,其使用寿命至关重要,影响其使用寿命的主要因素就是关键传动部位的磨损情况,而耐磨性决定于关键零件的材料、硬度、表面接触疲劳强度、润滑效果等。相关技术中,摆线轮包括与销啮合的齿部,齿部的表面结构为光滑的外圆表面,难以保持有足够的润滑油脂。因此,在摆线轮工作运转过程中,齿部的表面会出现润滑不充分的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提出一种摆线轮,能够使得润滑更加充分。
本发明还提出一种具有上述摆线轮的RV减速机。
本发明第一方面实施例的摆线轮,包括多个齿部,所述齿部的齿面设有多个微坑,所述微坑的最大深度小于等于3μm,所述齿面的粗糙度小于等于Ra0.4。
根据本发明实施例的摆线轮,至少具有如下有益效果:通过在摆线轮的齿面设置多个微坑,可以储存油脂,给摆线轮与销的接触表面提供充分的润滑。改进后的摆线轮能提升RV减速机耐磨性能。
根据本发明的一些实施例,所述微坑采用微粒子喷丸工艺处理而成。
根据本发明的一些实施例,所述齿面的表面硬度为58HRC至66HRC。
根据本发明的一些实施例,所述齿面形成致密组织层,所述致密组织层的残余压应力为-300MP至-1500MP。
根据本发明的一些实施例,所述微粒子喷丸工艺的喷射距离为60mm至100mm。
根据本发明的一些实施例,所述微粒子喷丸工艺的喷射角度为70°至85°。
根据本发明的一些实施例,所述微粒子喷丸工艺的喷嘴的直径为4mm至10mm。
根据本发明的一些实施例,所述微粒子喷丸工艺的喷射压力为0.4Mpa至0.8MPa。
根据本发明的一些实施例,所述微粒子喷丸工艺的丸料的直径为40μm至100μm。
根据本发明的一些实施例,所述微粒子喷丸工艺的喷丸流量为0.6kg/min至1.2kg/min。
根据本发明的一些实施例,所述微粒子喷丸工艺的喷丸时间为60s至120s。
本发明第二方面实施例的RV减速机,包括本发明第一方面实施例的摆线轮。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明,其中:
图1为相关技术中的曲柄轴的示意图;
图2为图1示出的A处放大图;
图3为本发明一种实施例的曲柄轴的示意图;
图4为图3示出的B处放大图;
图5为本发明另一种实施例的曲柄轴的加工示意图;
图6为图5示出的加工方式得到的曲柄轴;
图7为图6示出的C处放大图;
图8为相关技术中的摆线轮的示意图;
图9为图8示出的D处放大图;
图10为本发明实施例的摆线轮的加工示意图;
图11为本发明一种实施例的摆线轮的齿面放大图;
图12为本发明另一种实施例的摆线轮的齿面放大图。
附图标记:
101、曲柄轴;102、第一轴承部;103、第二轴承部;104、第三轴承部;105、第四轴承部;
401、微坑;402、润滑油脂;
501、喷嘴;502、丸料;503、第一轴线;504、第二轴线;
701、致密组织层;
801、摆线轮;802、齿部;803、左齿面;804、右齿面。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,涉及到方位描述,例如上、下、前、后、左、右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发明和简化描述,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发明的限制。
在本发明的描述中,若干的含义是一个或者多个,多个的含义是两个以上,大于、小于、超过等理解为不包括本数,以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中,除非另有明确的限定,设置、安装、连接等词语应做广义理解,所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
工业机器人是广泛用于工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置,因其可依靠自身的动力能源和控制能力实现各种工业加工制造功能,从而轻松解决了企业劳动力短缺的问题。
随着工业机器人、高端数控机床等智能制造和高端装备领域的快速发展,RV减速机已成为高精密传动领域广泛使用的精密减速机。例如,驱动电机连接在RV减速机的输入端,工作平台连接在RV减速机的输出端,驱动电机工作时能够带动工作平台转动,RV减速机实现降低转速增大转矩的作用。
RV减速机是工业机器人中重要的组成部件。工业机器人通常执行重复的动作,以完成相同的工序;为保证工业机器人在生产中能够可靠地完成工序任务,并确保工艺质量,对工业机器人的定位精度和重复定位精度要求很高。因此,提高和确保工业机器人的精度就需要采用RV减速机或谐波减速机。精密减速机在工业机器人中的另一作用是传递更大的扭矩。当负载较大时,一味提高伺服电机的功率是很不划算的,可以在适宜的速度范围内通过减速机来提高输出扭矩。
RV减速机由一个行星齿轮减速机的前级和一个摆线针轮减速机的后级组成,主要包括输入齿轮、直齿轮(行星齿轮)、摆线轮(RV齿轮)、曲柄轴、销(针齿销)、外壳(针齿壳)、输出轴等结构。
RV减速机运行原理是:驱动电机带动输入齿轮转动,输入齿轮与直齿轮啮合组成第一级减速部分;直齿轮带动曲柄轴自转,曲柄轴作用力通过滚针轴承、摆线轮传递到销,再通过销的反作用力驱使摆线轮转动,带动曲柄轴公转,曲柄轴作用到滚针轴承,从而驱动输出轴转动,组成第二级减速部分;实现降低转速增大转矩的作用。
因此,RV减速机是通过输入齿轮与直齿轮啮合带动曲柄轴旋转,曲柄轴在转动过程中带动摆线轮旋转,曲柄轴中间的两套保持组件起到支撑摆线轮的作用,曲柄轴两端的圆锥滚子轴承起到支承曲柄的作用,曲柄轴和保持组件等结构组成了曲柄轴组件。保持组件包括卡环、垫片、保持架和轴承,轴承套装在曲柄轴上,每个轴承的两端均设置有保持架,即通过两个保持架限制轴承的轴向位置。相邻的两个保持架设置有垫片,垫片的两侧面分别与两个保持架抵接。在第一支撑轴部处,曲柄轴还设置有卡槽,卡环安装在卡槽中,卡环抵接最外侧的垫片,从而卡紧垫片、保持架和轴承。
参照图1所示,可以理解的是,相关技术中,曲柄轴101包括第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105,第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105沿曲柄轴101的轴向依次设置,并且第一轴承部102和第四轴承部105同轴设置,第二轴承部103与第一轴承部102偏心设置,第三轴承部104也与第一轴承部102偏心设置,第二轴承部103与第三轴承部104错位设置。
可以理解的是,四个轴承分别装配在第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105上,润滑油脂402储存在相邻的两个轴承之间的空间中。
相关技术中,曲柄轴101为了保证较高耐磨性能,通过采用磨削工艺使得磨削后表面结构为光滑的外圆表面。例如,当曲柄轴101采用高碳钢材料制成,可以采用整体淬火加表面磨削的工艺;当曲柄轴101采用其他材料制成,也可以采用渗碳淬火加表面磨削工艺。
参照图2所示,可以理解的是,第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105磨削后表面结构为光滑的外圆表面。也即是说,偏心轮部的表面为光滑的圆柱面,难以保持有足够的润滑油脂402,在曲柄轴101工作运转过程中,偏心轮部的表面会出现润滑不充分的问题。
因此,相关技术中,在零件表面残余应力导入上存在物理极限,无法满足对金属表面接触疲劳强度更高的要求,表面磨削工艺的润滑效果也达到一个瓶颈。
下面参照图3至图7,说明本发明实施例的曲柄轴101和RV减速机如何解决上述技术问题。
参照图3和图4所示,可以理解的是,第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面设有微坑洼结构,微坑洼结构包括多个微坑401,利用微坑401储存润滑油脂402。在曲柄轴101在工作过程中,微坑洼结构储存的润滑油脂402可以给第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105与轴承接触的作用表面提供充分的润滑。
需要说明的是,在其他一些实施例中,也可以只在其中的一个轴承部设置微坑洼结构,例如只在第一轴承部102设置微坑洼结构,或者只在第二轴承部103设置微坑洼结构。
可以理解的是,微坑401是指设置在第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面上的尺寸微小的凹部,有别于常规认识的储油槽等结构。具体地,微坑401的最大深度小于等于3μm,第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面的粗糙度小于等于Ra0.4。储油槽的结构尺寸一般是毫米级的,肉眼容易清晰辨认,而微坑401的结构尺寸是纳米级的,肉眼难以直接看清。
当微坑401的最大深度大于3μm,虽然储油能力增强,但是有可能会降低曲柄轴101的结构强度,导致曲柄轴101的承载能力降低。并且,微坑401与轴承的有效接触面积变小,即受力一定的情况下,受力面积变小,导致第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105受到的压强变大,反而会加剧磨损。
由于采用了微坑洼结构,图4所示的第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面的粗糙度会比图2所示的第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面的粗糙度大。当第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面的粗糙度大于Ra0.4,第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外表面、以及轴承的内表面可能被破坏,不利于保持其表面较好的耐磨性。
参照图5所示,可以理解的是,微坑401采用微粒子喷丸工艺处理而成。微粒子喷丸工艺,也称为WPC精密喷丸表面处理工艺。WPC精密喷丸表面处理是一种根据用途将适宜材料的微粒子与压缩性气体混合后以高速喷射到金属成品表面,以改良表面品质的技术。粒子喷丸工艺是一种利用喷丸机进行金属表面处理的技术,与一般的喷丸不同之处为使用微粒子喷材。
需要说明的是,微坑401还可以采用其他工艺处理而成,例如在第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面加工出凹坑后,进行表面磨削得到微坑401,或者采用模具压铸的方式,在第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面压出微坑401。
参照图5所示,可以理解的是,曲柄轴101固定在工装后进行旋转,喷丸机的喷嘴501对第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面进行微粒子喷丸,喷丸前曲柄轴101的状态为渗碳淬火。微粒子喷丸工艺对第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的最表层反复进行急加热、急降温处理。通过此处理,可在第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的表层形成细微并富有韧性的细密组织,在进行高硬度化处理强化表面的同时,令表面变成具有微小凹陷的状态,以此增强摩擦磨损能力。
参照图6和图7所示,可以理解的是,第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面形成致密组织层701,致密组织层701的残余压应力为-300MP至-1500MP。经过多次实验发现,当致密组织层701的残余压应力小于-300MP,会导致提升的耐磨性能不够。当致密组织层701的残余压应力大于-1500MP,残余应力太大,影响滚针轴承的寿命。
可以理解的是,第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面的表面硬度为58HRC至66HRC。经过多次实验发现,当第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面的表面硬度小于58HRC,造成曲柄轴101的硬度不够、耐磨性不好。当第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面的表面硬度大于66HRC,工艺性不好、也易破坏配合的滚针轴承的内表面。
可以理解的是,微粒子喷丸工艺采用的工艺参数中,喷射距离为60mm至100mm,即喷丸机的喷嘴501距离曲柄轴101的对应加工位置的最近距离处于60mm至100mm内。经过多次实验发现,当喷射距离小于60mm时,喷射力过大,导致微坑401的最大深度、第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面的粗糙度等参数容易超出上述的设计范围。当喷射距离大于100mm时,喷射力过小,导致微坑401的最大深度、致密组织层701的残余压应力等参数容易达不到上述的设计范围的要求。
可以理解的是,微粒子喷丸工艺采用的工艺参数中,喷射角度为70°至85°,即喷丸机的喷嘴501的喷射方向与对应加工位置的夹角为70°至85°。例如,第一轴承部102的轴线为第一轴线503,第二轴承部103的轴线为第二轴线504。当加工第一轴承部102的外周面时,喷嘴501的喷射方向并不是正对着第一轴承部102的最接近喷嘴501的位置,而是将喷嘴501倾斜,使得喷嘴501的喷射方向与第一轴线503的夹角为70°至85°,喷嘴501的喷射方向与第一轴线503的夹角即为喷射角度。同理,当加工第二轴承部103的外周面时,将喷嘴501倾斜,使得喷嘴501的喷射方向与第二轴线504的夹角为70°至85°,喷嘴501的喷射方向与第二轴线504的夹角即为喷射角度。
经过多次实验发现,当喷射角度小于70°时,喷出的丸料502容易擦着第一轴承部102或第二轴承部103的外周面而过,导致喷射力过小,微坑401的最大深度、致密组织层701的残余压应力等参数容易达不到上述的设计范围的要求。当喷射角度大于85°(即喷射角度接近90°),不利于丸料502工作后转移,会丸料502沿反方向反弹,阻挡后续丸料502的工作路径,降低工作效率。
可以理解的是,微粒子喷丸工艺采用的工艺参数中,喷嘴501的直径为4mm至10mm,即喷嘴501的内径位于4mm至10mm的范围内。经过多次实验发现,当喷嘴501的直径小于4mm时,流通的截面积过小,导致喷丸的射速太高,导致微坑401的最大深度、第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面的粗糙度等参数容易超出上述的设计范围。当喷嘴501的直径大于10mm时,流通的截面积过大,导致喷丸的射速过低,导致微坑401的最大深度、致密组织层701的残余压应力等参数容易达不到上述的设计范围的要求。
可以理解的是,微粒子喷丸工艺采用的工艺参数中,喷射压力为0.4Mpa至0.8Mpa,即与丸料502混合的压缩空气的压力为0.4Mpa至0.8Mpa。经过多次实验发现,当喷射压力小于0.4Mpa时,导致喷丸的射速过低,导致微坑401的最大深度、致密组织层701的残余压应力等参数容易达不到上述的设计范围的要求。当喷射压力大于0.8Mpa时,导致喷丸的射速太高,导致微坑401的最大深度、第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面的粗糙度等参数容易超出上述的设计范围。
可以理解的是,微粒子喷丸工艺采用的工艺参数中,采用的微粒子的材料有金属的也有非金属的,即丸料502可以为钢丸或陶瓷丸,并且针对不同的被处理材的硬度、存在问题选择材料。
可以理解的是,微粒子喷丸工艺采用的工艺参数中,采用的丸料502的直径为40μm至100μm。经过多次实验发现,当丸料502的直径小于40μm时,丸料502太小,喷射力量不足,导致微坑401的最大深度、致密组织层701的残余压应力等参数容易达不到上述的设计范围的要求。当丸料502的直径大于100μm时,丸粒太大喷射力量太大,导致加工出来的表面太粗糙。
可以理解的是,微粒子喷丸工艺采用的工艺参数中,采用的喷丸流量为0.6kg/min至1.2kg/min。经过多次实验发现,当喷丸流量小于0.6kg/min时,导致喷丸的射速过低,导致微坑401的最大深度、致密组织层701的残余压应力等参数容易达不到上述的设计范围的要求。当喷丸流量大于1.2kg/min时,导致喷丸的射速太高,导致微坑401的最大深度、第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的外周面的粗糙度等参数容易超出上述的设计范围。
可以理解的是,微粒子喷丸工艺采用的工艺参数中,采用的喷丸时间为60s至120s。经过多次实验发现,当喷丸时间小于60s时,时间太短达不到效果,即微坑401的最大深度、致密组织层701的残余压应力等参数容易达不到上述的设计范围的要求。当喷丸时间大于120s时,时间太长,表面粗糙度或第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的尺寸变化太大。
综上所述,本发明实施例的曲柄轴101表面的微坑洼结构可以储存油脂,提高了曲柄轴101工作过程中的润滑效果,可以改善现有技术存在的问题:在较极限的工作运转过程中润滑不足,导致干摩擦而损坏零部件表面的情况。并且,通过微粒子喷丸工艺在第一轴承部102、第二轴承部103、第三轴承部104和第四轴承部105的表面形成微坑洼结构的同时,也可以在表面形成一层精细、坚韧、致密的组织,该组织使得其表面具有较高的接触疲劳强度和具有较高的表面残余压应力,从而整体提高了零部件的耐磨性能。
可以理解的是,本发明一种实施例的RV减速机包括本发明实施例的曲柄轴101的所有技术特征,因此也具有本发明实施例的曲柄轴101的所有有益效果,在此不再赘述。
参照图8所示,可以理解的是,相关技术中,摆线轮801包括有多个齿部802,齿部802呈凸起状结构,多个齿部802位于摆线轮801的外周缘,多个齿部802沿摆线轮801的周向设置,摆线轮801通过齿部802与销啮合。在齿部802的一侧表面上,从齿部802的齿顶处至齿部802的齿根处之间形成左齿面803,在齿部802的另一侧表面上,从齿部802的齿顶处至齿部802的齿根处之间形成右齿面804。
参照图9所示,可以理解的是,磨削后的右齿面804的表面结构为光滑的外圆表面。也即是说,偏右齿面804为光滑的曲面,难以保持有足够的润滑油脂402,磨削后的左齿面803也同样存在该问题。因此,在摆线轮801工作运转过程中,齿部802的表面会出现润滑不充分的问题。
参照图10所示,可以理解的是,摆线轮801固定在工装后进行旋转(顺时针或者逆时针),对摆线轮801右齿面804、左齿面803进行微粒子喷丸,即摆线轮801上采用微粒子喷丸工艺处理。具体采用的工艺参数,参照曲柄轴101的上述工艺参数,在此不再赘述。
参照图11所示,可以理解的是,加工后的摆线轮801的齿部802表面存在微坑洼结构,微坑洼结构包括多个微坑401,利用微坑401储存润滑油脂402。在摆线轮801在工作过程中,微坑洼结构储存的润滑油脂402可以给齿部802与销接触的作用表面提供充分的润滑。
需要说明的是,在其他一些实施例中,也可以只在左齿面803,或者只在右齿面804设置微坑洼结构,即只在齿部802的一侧表面设置微坑401。
参照图12所示,可以理解的是,通过设定微粒子喷丸工艺参数,使得齿部802的表面形成致密组织层701,致密组织层701是齿部802的表面形成的一层精细、坚韧、致密的组织,该组织使得齿部802的表面具有较高的接触疲劳强度,同时具有较高的表面残余压应力。
可以理解的是,本发明另一种实施例的RV减速机包括本发明实施例的摆线轮801的所有技术特征,因此也具有本发明实施例的摆线轮801的所有有益效果,在此不再赘述。
可以理解的是,本发明另一种实施例的RV减速机包括本发明实施例的曲柄轴101和摆线轮801的所有技术特征,因此也具有本发明实施例的曲柄轴101和摆线轮801的所有有益效果,在此不再赘述。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明,但是本发明不限于上述实施例,在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (12)
1.摆线轮,其特征在于,包括多个齿部,所述齿部的齿面设有多个微坑,所述微坑的最大深度小于等于3μm,所述齿面的粗糙度小于等于Ra0.4。
2.根据权利要求1所述的摆线轮,其特征在于,所述微坑采用微粒子喷丸工艺处理而成。
3.根据权利要求2所述的摆线轮,其特征在于,所述齿面的表面硬度为58HRC至66HRC。
4.根据权利要求2所述的摆线轮,其特征在于,所述齿面形成致密组织层,所述致密组织层的残余压应力为-300MP至-1500MP。
5.根据权利要求2所述的摆线轮,其特征在于,所述微粒子喷丸工艺的喷射距离为60mm至100mm。
6.根据权利要求2所述的摆线轮,其特征在于,所述微粒子喷丸工艺的喷射角度为70°至85°。
7.根据权利要求1所述的摆线轮,其特征在于,所述微粒子喷丸工艺的喷嘴的直径为4mm至10mm。
8.根据权利要求2所述的摆线轮,其特征在于,所述微粒子喷丸工艺的喷射压力为0.4Mpa至0.8MPa。
9.根据权利要求2所述的摆线轮,其特征在于,所述微粒子喷丸工艺的丸料的直径为40μm至100μm。
10.根据权利要求1所述的摆线轮,其特征在于,所述微粒子喷丸工艺的喷丸流量为0.6kg/min至1.2kg/min。
11.根据权利要求1所述的摆线轮,其特征在于,所述微粒子喷丸工艺的喷丸时间为60s至120s。
12.RV减速机,其特征在于,包括权利要求1至11任一项所述的摆线轮。
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