CN117780867A - 减速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种减速器，包括低速级行星传动机构和高速级行星传动机构，低速级行星传动机构包括箱体、组合式支架和偏心齿盘，偏心齿盘的外齿与箱体相啮合，偏心齿盘的中心轴线与箱体的中心轴线之间具有一定偏心距离并绕其公转，且偏心齿盘的自转运动传递给组合式支架，高速级行星传动机构位于偏心齿盘内且与偏心齿盘位于同一平面内，高速级行星传动齿轮包括输入齿轮、行星架、均设于行星架的行星齿轮和惰轮，行星齿轮同时与输入齿轮和偏心齿盘的内齿啮合，惰轮仅与偏心齿盘的内齿啮合，且偏心齿盘的中心轴线与输入齿轮的中心轴线之间具有上述一定偏心距离。本发明可在较小的结构尺寸下产生更大的传动比，获得更高的扭矩密度。

Description

减速器

【技术领域】

本发明涉及一种减速器。

【背景技术】

精密减速器是机器人核心传动部件。RV减速器因其结构紧凑、传动比大、承载能力高等优点，被广泛应用于工业机器人的1-4轴中。RV减速器是由无内齿轮的第一级渐开线行星齿轮传动与第二级摆线针轮少齿差齿轮传动构成。输入轴的太阳轮与2或3个行星齿轮啮合，将动力传递给通过花键连接对应曲柄轴上。在轴的每个偏心部位通过轴承安装有摆线轮，摆线轮与固定的内齿轮上均布的滚针啮合，使摆线轮进行平移及旋转运动，带动偏心轴一起旋转并将动力输出。

现有RV减速器产品结构中，第一级渐开线齿轮位于减速器一侧，虽然增大减速器的级数以增大传动比，但增加了减速器的轴向尺寸，且在两片摆线轮、曲柄轴两侧支承轴承上产生非常显著的悬臂载荷，影响整机传动精度、承载能力及工作寿命。另外，曲柄轴在传动系统中既是减速器第二级的输入也是整机动力输出的承载部件，使其工作在高转速、大扭矩的工况下，导致偏心部位的支撑轴承的滚子滑动速度大、应力大，极易早期磨损失效、精度丧失。因此，现有技术中需要一种能够克服上述问题的机器人精密减速器。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种减速器，该发明提供的减速器可在较小的结构尺寸下产生更大的传动比，获得更高的扭矩密度。

为实现上述发明目的之一，本发明提供了一种减速器，其中，所述减速器包括低速级行星传动机构和高速级行星传动机构，所述低速级行星传动机构包括箱体、组合式支架、具有内齿和外齿的偏心齿盘，所述偏心齿盘的外齿与所述箱体相啮合，所述偏心齿盘的中心轴线与所述箱体的中心轴线之间具有一定偏心距离并绕其公转，且所述偏心齿盘的自转运动传递给所述组合式支架，所述高速级行星传动机构位于偏心齿盘内且与所述偏心齿盘位于同一平面内，所述高速级行星传动齿轮包括输入齿轮、行星架、均设于所述行星架的行星齿轮和惰轮，所述行星齿轮同时与所述输入齿轮和所述偏心齿盘的内齿啮合，所述惰轮仅与所述偏心齿盘的内齿啮合，与输入齿轮不干涉，且所述偏心齿盘的中心轴线与所述输入齿轮的中心轴线之间具有上述一定偏心距离。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述偏心齿盘的内齿、输入齿轮、行星齿轮和惰轮的齿数满足以下关系：Z₁+2Z₂-Z₃＝2e/m_t，Z₃/Z_d为整数，其中，Z₁为输入齿轮的齿数，Z₂为行星齿轮的齿数，Z₃为偏心齿盘的内齿的齿数，Z_d为惰轮的齿数，e为偏心齿盘的中心轴线与箱体、输入齿轮中心轴线之间的偏心距离，m_t为偏心齿盘的端面模数。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述惰轮的数量n_d为1或2个，所述惰轮在行星架上的分布圆半径其中，b＝m_t(Z₃-Z_d)/2，θ＝(n_d-1)360°/(2n_d)，相邻惰轮之间的夹角/>

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述行星齿轮数量为1个，所述惰轮与行星齿轮之间的夹角为所述行星齿轮在所述行星架上的分布圆半径r₂＝e+m_t(Z₃-Z₂)/2。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述行星架设置于所述组合式支架的内圈。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述组合式支架包括第一圆盘、第二圆盘、及连接所述第一圆盘和第二圆盘的多个柱销，所述偏心齿盘上设有多个坐标孔，多个柱销一一穿过多个坐标孔，在轴向上，偏心齿盘位于所述第一圆盘和第二圆盘之间。

作为本发明一实施方式的进一步改进，偏心齿盘设置为m个，且m个偏心齿盘之间的相对相位为360°/m。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述组合式支架通过双轴承设置于箱体的内侧。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述偏心齿盘的内齿、输入齿轮、行星齿轮、惰轮设置为渐开线直齿轮、斜齿轮或人字齿轮。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述箱体内侧设有复数个滚针，所述偏心齿盘的外齿与滚针相啮合。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供的减速器中，高速级行星传动机构设置于偏心齿盘内部且与偏心齿盘位于同一平面上，消除了各部件上悬臂载荷的可能性，有效缩减减速器的轴向尺寸，有利于实现减速器轻量化和小型化，提高减速器的使用寿命和可靠性。

2、本发明提供的减速器中，高速级行星传动机构具有滚动支撑、偏心驱动的功能，替代了偏心轴及轴承的作用，既作为减速器第一级增大了传动比，又降低了转速及承载应力，消除了由于轴承磨损导致精度早期退化的问题，大大提高了使用精度、使用寿命及可靠性。

3、从传动原理上对比，本发明提出的减速器，在同等径向尺寸下，采用箱体固定，组合式支架输出的情况下，本发明提出的减速器的传动比更大，轴向尺寸更小，扭矩密度更大，因此可在较小的结构尺寸下产生更大的传动比，获得更高的扭矩密度。

4、与RV减速器相比，本发明作为第一级的高速级行星传动机构的传动比更大，在保持总传动比相同，且不增加减速器整体尺寸的情况下，可减少作为第二级的偏心齿盘的外齿齿数以增大轮齿尺寸，从而增加齿轮强度及耐久性。

5、本发明提出的机器人精密减速器可实现单输入，双输出效果，提供两种传动比输出方案，使得减速器使用范围更广、更灵活。

【附图说明】

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本发明具体实施例提供的减速器的立体剖视图。

图2是本发明具体实施例提供的减速器的径向剖面示意图。

图3是本发明具体实施例提供的减速器的轴向剖面示意图

图4是本发明具体实施例提供的减速器的同一平面内所有齿轮啮合示意图。

图5是本发明具体实施例提供的减速器中高速级行星传动机构示意图。

图6是本发明具体实施例提供的减速器中组合式支架的结构示意图。

图7是本发明具体实施例提供的减速器中行星架的示意图。

图中：1、箱体；2、第一角接触轴承；3、第一圆盘；4、柱销；5、第一深沟球轴承；6、螺钉；7、输入齿轮；8、套筒；9、行星齿轮；10、密封圈凹槽；11、第二角接触轴承；12、第二圆盘；13、第二深沟球轴承；14、行星架；15、套筒；16、第三深沟球轴承；17、惰轮；18、滚针轴承；19、偏心齿盘；20、油封；21、滚针；22、偏心齿盘的内齿；23、偏心齿盘的外齿；24、坐标孔；25、组合式支架。

【具体实施方式】

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1至图7所示，本发明提供的具体实施例，该实施例提供了一种减速器，其中，减速器包括低速级行星传动机构和高速级行星传动机构，低速级行星传动机构为摆线针轮齿差行星传动机构，也可采用渐开线少齿差行星传动机构。具体的，低速级行星传动机构可采用一齿差或多齿差的摆线针轮少齿差齿轮副或渐开线少齿差齿轮副。高速级行星传动机构采用太阳轮与内齿轮轴线具有偏心距离的渐开线行星传动机构。

具体的，低速级行星传动机构包括箱体1、组合式支架25、具有内齿22和外齿23的偏心齿盘19，偏心齿盘19的外齿23与箱体1相啮合，偏心齿盘19的中心轴线与箱体1的中心轴线之间具有一定偏心距离并绕其公转，且偏心齿盘19的自转运动传递给组合式支架25，高速级行星传动机构位于偏心齿盘19内且与偏心齿盘19位于同一平面内，高速级行星传动齿轮包括输入齿轮7、行星架14、均设于行星架14的行星齿轮9和惰轮17，行星齿轮9同时与输入齿轮7和偏心齿盘19的内齿22啮合，惰轮17仅与偏心齿盘19的内齿22啮合，惰轮17与输入齿轮7不干涉，也就是惰轮17与输入齿轮7不接触，且偏心齿盘19的中心轴线与输入齿轮7的中心轴线之间具有上述一定偏心距离。

行星齿轮9的内圈与行星架14之间还设有滚针轴承18。

箱体1上设有油封20，且箱体1的外周上设有密封圈凹槽10。

具体的，偏心齿盘19的内齿22、输入齿轮7、行星齿轮9和惰轮17的齿数满足以下关系：Z₁+2Z₂-Z₃＝2e/m_t，Z₃/Z_d为整数，以确保偏心齿盘19的轴线相对于输入齿轮7以及箱体1的中心轴线具有一定的偏心距离e。其中，Z₁为输入齿轮7的齿数，Z₂为行星齿轮9的齿数，Z₃为偏心齿盘19的内齿22的齿数，Z_d为惰轮17的齿数，e为偏心齿盘19的中心轴线与箱体1、输入齿轮7中心轴线之间的偏心距离，m_t为端面模数，偏心齿盘19的内齿22、输入齿轮7、行星齿轮9和惰轮17的端面模数均为m_t。

惰轮17的数量n_d为1或2个，惰轮17在行星架14上的分布圆半径其中，b＝m_t(Z₃-Z_d)/2，θ＝(n_d-1)360°/(2n_d)，相邻惰轮17之间的夹角本优选实施例中，采用1或2个惰轮17用于啮合支撑偏心齿盘19，且惰轮17与输入齿轮7不干涉，防止由于加工、装配误差导致的位置偏差。

另外，行星齿轮9数量为1个，惰轮17与行星齿轮9之间的夹角为行星齿轮9在行星架14上的分布圆半径r₂＝e+m_t(Z₃-Z₂)/2。

行星架14设置于组合式支架25的内圈。进一步的，行星架14通过深沟球轴承设置于组合式支架25的内圈。具体的，行星架14的一端的外圈设有第一深沟球轴承5，行星架14的另一端的外圈设有第二深沟球轴承13，第一深沟球轴承5和第二深沟球轴承13的外圈设置组合式支架25。

在径向上，行星架14的两端与输入齿轮7之间分别设有第三深沟球轴承16；因此该实施例中，输入齿轮7作为齿轮轴通过两端第三深沟球轴承16支撑于行星架14内部，当然，输入齿轮7亦可作为单独带键槽的齿轮安装于电机轴上。

在轴向上，输入齿轮7的齿轮部与其中之一深沟球轴承16之间设有第一套筒15，输入齿轮7的齿轮部与其中另一个深沟球轴承16之间设有第二套筒8，第一套筒15和第二套筒8均套设于输入齿轮7的外周，且均与输入齿轮7的外周相适配。

组合式支架25通过双轴承设置于箱体1的内侧。具体到本实施例中，组合式支架25通过两角接触轴承设置于箱体1两端的内圈，进一步的，组合式支架25的一端的外圈设有第一角接触轴承2，组合式支架25的另一端的外圈设有第二角接触轴承11，第一角接触轴承2和第二角接触轴承11的外圈设置箱体1。

进一步，组合式支架25包括第一圆盘3、第二圆盘12、及连接第一圆盘3和第二圆盘12的多个柱销4，偏心齿盘19上设有多个坐标孔24，多个柱销4一一穿过多个坐标孔24，在轴向上，偏心齿盘19位于第一圆盘3和第二圆盘12之间。具体的，坐标孔24的直径比柱销4的直径大2倍的偏心距离e。

具体的，第一角接触轴承2位于第一圆盘3和箱体1之间，第二角接触轴承11位于第二圆盘12和箱体1之间。第一深沟球轴承5位于第一圆盘3和行星架14之间，第二深沟球轴承13位于第二圆盘12和行星架14之间。

本优选实施例中，行星架14包括由螺钉6固定连接在一起的两部分。

另外，偏心齿盘19的内齿22、输入齿轮7、行星齿轮9、惰轮17均可设置为渐开线直齿轮、斜齿轮或人字齿轮。

箱体1内侧设有复数个滚针21，偏心齿盘19A、偏心齿盘19B的外齿23均与滚针21相啮合。

具体的，输入齿轮7、第一圆盘3和第二圆盘12、箱体11可以分别作为主动、从动和固定的连接件，并通过安装于外部机构的轴和固定壳体来实现的。根据连接件选择的不同，该减速器将作为具有不同传动比的减速器或作为增速器工作。当以输入齿轮7作为动力输入连接件，箱体1为固定连接件，第一圆盘3或者第二圆盘12作为动力输出连接件时，其运行过程可以描述如下：当电机动力输入时，高速级的输入齿轮7开始旋转并带动行星齿轮9的旋转。行星齿轮9同时与偏心齿盘内部的内齿22啮合。同时，偏心齿盘19上的外齿23轮与滚针21啮合，使行星齿轮9围绕内齿22滚动并驱动行星架14旋转。由于具有一定的偏心距离，行星齿轮99是由偏心齿盘19驱动。从输入齿轮7到行星架14的传动比与常规行星齿轮9相同，即i_1h＝(1+Z₃/Z₁)。另外，行星架14亦可作为输出连接件，形成“单输入、双输出”的传动形式。与滚针21相啮合的偏心齿盘19的轨道运动转化为绕其自身旋转轴的旋转并通过柱销4，柱销4滚动穿过偏心齿盘19上均布的坐标孔24，然后传递给第一圆盘3和第二圆盘12。整机的传动比将是i＝1-(1+Z₃/Z₁)[Z₅/(Z₅-Z₄)]，其中，Z₁为输入齿轮7的齿数，Z₂为行星齿轮9的齿数，Z₃为偏心齿盘19的内齿22的齿数，Z_d为惰轮17的齿数，Z₅为箱体1均布滚针21的数量，Z₄为偏心齿盘19的外齿23的齿数。这样高速级与低速级所有齿轮均在同一平面上，从而消除了悬臂载荷的可能性，有效缩减减速器轴向尺寸，有利于实现装置轻量化和小型化，提高传动装置的使用寿命和可靠性。

当以输入齿轮7作为动力输入连接件，箱体1为动力输出连接件，第一圆盘3或者第二圆盘12为固定连接件时，则整机传动比为：i＝(1+Z₃/Z₁)[Z₅/(Z₅-Z₄)]。

偏心齿盘设置为m个，m个偏心齿盘，且m个偏心齿盘之间的相对相位为360°/m。如此设置，可用于消除不平衡质量。具体到本实施例中，偏心齿盘19设置为两个，分别为偏心齿盘19A和偏心齿盘19B。且偏心齿盘19A和偏心齿盘19B之间的相位为180度。当然，也可设置三个偏心齿盘，三个偏心齿盘相邻齿盘之间的相位为120度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明提供的减速器中，高速级行星传动机构设置于偏心齿盘内部且与偏心齿盘位于同一平面上，消除了各部件上悬臂载荷的可能性，有效缩减减速器的轴向尺寸，有利于实现减速器轻量化和小型化，提高减速器的使用寿命和可靠性。

2、本发明提供的减速器中，高速级行星传动机构具有滚动支撑、偏心驱动的功能，替代了偏心轴及轴承的作用，既作为减速器第一级增大了传动比，又降低了转速及承载应力，消除了由于轴承磨损导致精度早期退化的问题，大大提高了使用精度、使用寿命及可靠性。

3、从传动原理上对比，本发明提出的减速器，在同等径向尺寸下，采用箱体1固定，组合式支架25输出的情况下，本发明提出的减速器的传动比更大，轴向尺寸更小，扭矩密度更大，因此可在较小的结构尺寸下产生更大的传动比，获得更高的扭矩密度。

4、与RV减速器相比，本发明作为第一级的高速级行星传动机构的传动比更大，在保持总传动比相同，且不增加减速器整体尺寸的情况下，可减少作为第二级的偏心齿盘的外齿23齿数以增大轮齿尺寸，从而增加齿轮强度及耐久性。

5、本发明提出的机器人精密减速器可实现单输入，双输出效果，提供两种传动比输出方案，使得减速器使用范围更广、更灵活。

上述仅为本发明的一个具体实施方式，其它基于本发明构思的前提下做出的任何改进都视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种减速器，其特征在于，所述减速器包括低速级行星传动机构和高速级行星传动机构，所述低速级行星传动机构包括箱体、组合式支架、具有内齿和外齿的偏心齿盘，所述偏心齿盘的外齿与所述箱体相啮合，所述偏心齿盘的中心轴线与所述箱体的中心轴线之间具有一定偏心距离并绕其公转，且所述偏心齿盘的自转运动传递给所述组合式支架，所述高速级行星传动机构位于偏心齿盘内且与所述偏心齿盘位于同一平面内，所述高速级行星传动齿轮包括输入齿轮、行星架、均设于所述行星架的行星齿轮和惰轮，所述行星齿轮同时与所述输入齿轮和所述偏心齿盘的内齿啮合，所述惰轮仅与所述偏心齿盘的内齿啮合，与输入齿轮不干涉，且所述偏心齿盘的中心轴线与所述输入齿轮的中心轴线之间具有上述一定偏心距离。

2.根据权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述偏心齿盘的内齿、输入齿轮、行星齿轮和惰轮的齿数满足以下关系：Z₁+2Z₂-Z₃＝2e/m_t，Z₃/Z_d为整数，其中，Z₁为输入齿轮的齿数，Z₂为行星齿轮的齿数，Z₃为偏心齿盘的内齿的齿数，Z_d为惰轮的齿数，e为偏心齿盘的中心轴线与箱体、输入齿轮中心轴线之间的偏心距离，m_t为端面模数。

3.根据权利要求2所述的减速器，其特征在于，所述惰轮的数量n_d为1或2个，所述惰轮在行星架上的分布圆半径其中，b＝m_t(Z₃-Z_d)/2，θ＝(n_d-1)360°/(2n_d)，相邻惰轮之间的夹角/>

4.根据权利要求3所述的减速器，其特征在于，所述行星齿轮数量为1个，所述惰轮与行星齿轮之间的夹角为所述行星齿轮在所述行星架上的分布圆半径r₂＝e+m_t(Z₃-Z₂)/2。

5.根据权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述行星架设置于所述组合式支架的内圈。

6.根据权利要求5所述的减速器，其特征在于，所述组合式支架包括第一圆盘、第二圆盘、及连接所述第一圆盘和第二圆盘的多个柱销，所述偏心齿盘上设有多个坐标孔，多个柱销一一穿过多个坐标孔，在轴向上，偏心齿盘位于所述第一圆盘和第二圆盘之间。

7.根据权利要求1所述的减速器，其特征在于，偏心齿盘设置为m个，且m个偏心齿盘之间的相对相位为360°/m。

8.根据权利要求7所述的减速器，其特征在于，所述组合式支架通过双轴承设置于箱体的内侧。

9.根据权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述偏心齿盘的内齿、输入齿轮、行星齿轮、惰轮设置为渐开线直齿轮、斜齿轮或人字齿轮。

10.根据权利要求1所述的减速器，其特征在于，所述箱体内侧设有复数个滚针，所述偏心齿盘的外齿与滚针相啮合。