CN220816480U - 摆线齿轮、减速机和工业机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种摆线齿轮、减速机和工业机器人，一种摆线齿轮，所述摆线齿轮由标准摆线齿轮修形加工而成，其中，所述摆线齿轮相对于所述标准摆线齿轮的修形量是由所述标准摆线齿轮的齿廓线上任一点的参考半径和预设修形量参数所确定的，所述参考半径为所述标准摆线齿轮上任一点和所述标准摆线齿轮圆心形成的圆的半径与所述标准摆线齿轮齿根圆半径之差。上述摆线齿轮，通过对标准摆线齿轮进行修形，可以减少摆线齿轮和外针齿啮合时的卡死或者摩擦加剧现象，改善摆线齿轮的载荷分布，从而有益于提升减速机的综合性能。

Description

摆线齿轮、减速机和工业机器人

技术领域

本实用新型涉及减速机技术领域，特别涉及一种摆线齿轮、减速机和工业机器人。

背景技术

行星摆线减速器中的摆线齿轮传动主要是靠摆线齿轮和针齿的啮合来传递速度和扭矩，摆线齿轮设计的合理与否直接影响到减速机的综合性能，其中，摆线齿轮的齿形的设计直接影响到减速机的载荷分布、寿命、传递精度和平稳性等关键性能。

在减速机承载情况下，摆线齿轮与针齿紧密啮合，由于减速机内部各个零部件的间隙变化及减速机自身的变形，导致容易出现摆线齿轮和针齿啮合卡死或者摩擦加剧的现象，直接导致减速机性能变差。

实用新型内容

本实用新型实施方式提供了一种摆线齿轮、减速机和工业机器人以解决上述存在的至少一个技术问题。

本实用新型实施方式的一种摆线齿轮，所述摆线齿轮由标准摆线齿轮修形加工而成，其中，所述摆线齿轮相对于所述标准摆线齿轮的修形量是由所述标准摆线齿轮的齿廓线上任一点的参考半径和预设修形量参数所确定的，所述参考半径为所述标准摆线齿轮上任一点和所述标准摆线齿轮圆心形成的圆的半径与所述标准摆线齿轮齿根圆半径之差。

上述摆线齿轮，通过对标准摆线齿轮进行修形，可以减少摆线齿轮和外针齿啮合时的卡死或者摩擦加剧现象，改善摆线齿轮的载荷分布，从而有益于提升减速机的综合性能。

在某些实施方式中，所述摆线齿轮用于减速机，所述减速机包括针齿齿轮，所述摆线齿轮与所述针齿齿轮啮合传动，所述针齿齿轮包括圆柱状的多个针齿，所述预设修形量参数与所述标准摆线齿轮的偏心量、所述针齿的直径、所述标准摆线齿轮的齿根圆半径以及所述标准摆线齿轮的齿顶圆半径相关。

在某些实施方式中，在所述参考半径等于零处的所述修形量的取值范围为[0.8δ，8.3δ]，其中，δ为所述预设修形量参数。

在某些实施方式中，在所述参考半径大于零且小于0.3倍的所述标准摆线齿轮的齿高处的所述修形量的取值范围为[0.7δ，4.1δ]，其中，δ为所述预设修形量参数。

在某些实施方式中，在所述参考半径大于0.3倍的所述标准摆线齿轮的齿高且小于等于0.5倍的所述标准摆线齿轮的齿高处的所述修形量的取值范围为[0.56δ，1.4δ]，其中，δ为所述预设修形量参数。

在某些实施方式中，在所述参考半径大于0.5倍的所述标准摆线齿轮的齿高且小于等于0.7倍的所述标准摆线齿轮的齿高处的所述修形量的取值范围为[0.7δ，1.6δ]，其中，δ为所述预设修形量参数。

在某些实施方式中，在所述参考半径大于0.7倍的所述标准摆线齿轮的齿高且小于所述标准摆线齿轮的齿高处的所述修形量的取值范围为[0.78δ，4.3δ]，其中，δ为所述预设修形量参数。

在某些实施方式中，在所述参考半径等于所述标准摆线齿轮的齿高处的所述修形量的取值范围为[0.83δ，8.2δ]，其中，δ为所述预设修形量参数。

本实用新型实施方式的一种减速机包括上述实施方式任一项所述的摆线齿轮。

本实用新型实施方式的一种工业机器人包括上述实施方式所述的减速机。

上述摆线齿轮、减速机和工业机器人，通过对标准摆线齿轮进行修形，可以减少摆线齿轮和外针齿啮合时的卡死或者摩擦加剧现象，改善摆线齿轮的载荷分布，从而有益于提升减速机的综合性能。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施方式的减速机的部分结构示意图；

图2是本实用新型实施方式的摆线齿轮和针齿的结构示意图；

图3是本实用新型实施方式的摆线齿轮齿形轮廓线示意图；

图4是本实用新型实施方式的摆线齿轮齿形轮廓线示意图；

图5是本实用新型实施方式的摆线齿轮的模拟受力曲线图。

主要元件符号说明：

摆线齿轮-10，针齿齿轮-12，针齿-14，曲柄轴-16，通孔-18，针齿壳-20，滚针轴承-22，行星轮-24；

减速机-100。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式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方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，本文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

请参阅图1至图3，本实用新型实施方式的一种摆线齿轮10，由标准摆线齿轮修形加工而成，其中，摆线齿轮10相对于标准摆线齿轮的修形量是由标准摆线齿轮的齿廓线上任一点的参考半径和预设修形量参数所确定的，参考半径为标准摆线齿轮上任一点和标准摆线齿轮圆心形成的圆的半径与标准摆线齿轮齿根圆半径之差。

上述摆线齿轮10，通过对标准摆线齿轮进行修形，可以减少摆线齿轮10和针齿14啮合时的卡死或者摩擦加剧现象，改善摆线齿轮10的载荷分布，从而有益于提升减速机100的综合性能。

具体地，摆线齿轮10可应用在减速机100，可选地，减速机100可以是RV(RotaryVector，旋转矢量)减速机，RV减速机是工业机器人的核心零部件，具有高精度、高刚度和长寿命等优点。

如图1所示，RV减速机的运动传递路径从输入轴开始，通过输入轴与行星轮24的啮合将运动和受力传递到行星轮24，行星轮24与曲柄轴16相连，曲柄轴16和行星轮24做同样的运动。摆线齿轮10开设通孔18，摆线齿轮10通过通孔18套设在曲柄轴16的凸缘上，曲柄轴16会带动摆线齿轮10做偏心运动并和针齿14啮合，最终将载荷和运动传递到输出轴。

针齿齿轮12包括针齿14和针齿壳20，针齿14布置在针齿壳20的内周面。此外，减速机还包括滚针轴承22，滚针轴承22设置在曲柄轴16和摆线齿轮10之间，减小两者相对运动时的摩擦。

RV减速机主要是靠摆线齿轮10和与针齿齿轮12上的针齿14啮合传递速度和扭矩，摆线齿轮10设计的合理与否直接影响到减速机100的综合性能。其中摆线齿轮10的齿形设计直接影响到减速机100的载荷分布、寿命、传递精度、平稳性等关键性能。

摆线齿轮10的理论齿形可以根据摆线齿轮10和针齿齿轮12的啮合原理，由摆线曲线公式表达出来，但由于理论齿形即没有修形的摆线齿形，由于与针齿14紧密啮合，在减速机100承载情况下，由于减速机100内部各个零部件的间隙变化及减速机100自身的变形，导致容易出现摆线齿轮10和针齿14啮合卡死或者摩擦加剧的现象，直接导致减速机100性能变差。

因此对摆线齿轮10的齿形进行适当的修形，使得摆线齿轮10即使在承载变形产生的情况下，齿形啮合也能承载均匀，保证寿命及传递精度等性能。

对于摆线齿轮10的修形，是在标准摆线齿轮上进行加工修形。首先在标准摆线齿轮从齿根到齿顶的齿廓上任意确定修形点Dx，然后获取该修形点Dx的参考半径Rx，根据参考半径Rx和预设修形量参数，确定在该修行点上的修形量。

如图3为摆线齿轮10和标准摆线齿轮的局部齿形示意图，从上至下分别是标准摆线齿轮和摆线齿轮10的齿形轮廓线。

将标准摆线齿轮的齿根处记为D1，将标准摆线齿轮的齿根圆记为C1，将标准摆线齿轮的齿顶处记为Dn，将标准摆线齿轮的齿顶圆记为Cn，将标准摆线齿轮齿廓上任一点记为Dx，Dx与标准摆线齿轮的圆形所形成的圆记为Cx，将标准摆线齿轮的齿高记为H，将Dx点的参考半径记为Rx。

需要说明的是，标准摆线齿轮是具有理论齿形的摆线齿轮10，理论齿形是根据摆线齿轮10和针齿齿轮12的啮合原理，由摆线曲线公式表达出来的齿形。

在标准摆线齿轮的齿根到齿顶的齿廓上，可以任意选取修形点Dx，且修形点Dx的数量可以是一个、两个、三个或者超过三个的任意数值。

参考半径Rx定义为标准摆线齿轮齿廓上任一点与标准摆线齿轮的圆心所形成的圆的半径和标准摆线齿轮的齿根圆半径之差。修形点Dx的参考半径Rx是修形点Dx与标准摆线齿轮的圆心所形成的圆的半径和标准摆线齿轮的齿根圆半径之差。

修形是对齿轮的齿廓形状进行有意识的修削。

在修形点Dx上的修形量可以理解为，在修形点Dx与标准摆线齿轮的圆心所形成的圆上，沿修形点Dx的法线方向上，对标准摆线齿轮进行修削的量。

在某些实施方式中，摆线齿轮10用于减速机100，减速机100包括针齿齿轮12，摆线齿轮10与针齿齿轮12啮合传动，针齿齿轮12包括圆柱状的多个针齿14，预设修形量参数与标准摆线齿轮的偏心量、针齿14的直径、标准摆线齿轮的齿根圆半径以及标准摆线齿轮的齿顶圆半径相关。

如此，可以根据标准摆线齿轮和减速机100上的其他传动部件，确定用于不同型号或尺寸的预设修形量参数。

预设修形量参数δ＝e×(d^2+(2×Rn－2×R1)^2)^0.5/1000，其中，e为标准摆线齿轮的偏心量，d为针齿14的直径，R1为标准摆线齿轮的齿根圆半径，Rn为标准摆线齿轮的齿顶圆半径。

在某些实施方式中，在参考半径Rx等于零处的修形量的取值范围为[0.8δ，8.3δ]。

如此，可以根据参考半径Rx确定对标准摆线齿轮的修形量。

具体地，在参考半径Rx等于零的情况下，即修形点Dx与标准摆线齿轮的圆形所形成的圆的半径等于标准摆线齿轮的齿根圆的半径，即修形点Dx位于标准摆线齿轮的齿根圆上，此时，在该修形点Dx的修形量的取值范围为[0.8δ，8.3δ]。例如，修形量可以为0.8δ、1.5δ、2.5δ、3.5δ、4.5δ、5.5δ、6.5δ、7.5δ、8δ或者8.3δ，或者在范围[0.8δ，8.3δ]内的任意其他值。

在某些实施方式中，在参考半径Rx大于零且小于0.3倍的标准摆线齿轮的齿高处的修形量的取值范围为[0.7δ，4.1δ]。

如此，可以根据参考半径Rx确定对标准摆线齿轮的修形量。

具体地，在标准摆线齿轮上，参考半径Rx小于0.3倍标准摆线齿轮的齿高的位置，修形量的取值范围为[0.7δ，4.1δ]。例如，修形量的取值可以是0.7δ、0.8δ、0.9δ、1.2δ、1.5δ、2.5δ、3δ、3.5δ、3.8δ或者4.1δ，或者在范围[0.7δ，4.1δ]内的任意其他值。

在某些实施方式中，在参考半径Rx大于0.3倍的标准摆线齿轮的齿高且小于等于0.5倍的标准摆线齿轮的齿高处的修形量的取值范围为[0.56δ，1.4δ]。

如此，可以根据参考半径Rx确定对标准摆线齿轮的修形量。

具体地，在标准摆线齿轮上，参考半径Rx大于0.3倍的标准摆线齿轮的齿高且小于0.5倍标准摆线齿轮的齿高的位置，修形量的取值范围为[0.56δ，1.4δ]。例如，修形量的取值可以是0.5δ、0.55δ、0.6δ、0.65δ、0.7δ、0.75δ、0.85δ、0.9δ、1.2δ或者1.4δ，或者在范围[0.7δ，4.1δ]内的任意其他值。

在某些实施方式中，在参考半径Rx大于0.5倍的标准摆线齿轮的齿高且小于等于0.7倍的标准摆线齿轮的齿高处的修形量的取值范围为[0.7δ，1.6δ]。

如此，可以根据参考半径Rx确定对标准摆线齿轮的修形量。

具体地，在标准摆线齿轮上，参考半径Rx大于0.5倍的标准摆线齿轮的齿高且小于0.5倍标准摆线齿轮的齿高的位置，修形量的取值范围为[0.7δ，1.6δ]。例如，修形量的取值可以是0.7δ、0.78δ、0.8δ、0.85δ、0.87δ、0.9δ、0.95δ、1.1δ、1.3δ或者1.6δ，或者在范围[0.7δ，1.6δ]内的任意其他值。

在某些实施方式中，在参考半径Rx大于0.7倍的标准摆线齿轮的齿高且小于标准摆线齿轮的齿高处的修形量的取值范围为[0.78δ，4.3δ]。

如此，可以根据参考半径Rx确定对标准摆线齿轮的修形量。

具体地，在标准摆线齿轮上，参考半径Rx大于0.7倍的标准摆线齿轮的齿高且小于标准摆线齿轮的齿高的位置，修形量的取值范围为[0.78δ，4.3δ]。例如，修形量的取值可以是0.7δ、0.8δ、0.85δ、0.95δ、1.2δ、1.8δ、2.5δ、3.2δ、3.8δ或者4.3δ，或者在范围[0.78δ，4.3δ]内的任意其他值。

在某些实施方式中，在参考半径Rx等于标准摆线齿轮的齿高处的修形量的取值范围为[0.83δ，8.2δ]。

如此，可以根据参考半径Rx确定对标准摆线齿轮的修形量。

具体地，在参考半径Rx等于标准摆线齿轮的齿高的情况下，即修形点Dx与标准摆线齿轮的圆形所形成的圆的半径等于标准摆线齿轮的齿顶圆的半径，即修形点Dx位于标准摆线齿轮的齿顶圆上，此时，在该修形点Dx的修形量的取值范围为[0.8δ，8.3δ]。例如，修形量可以为0.83δ、1.5δ、2.5δ、3.5δ、4.5δ、5.5δ、6.5δ、7.5δ、8δ或者8.2δ，或者在范围[0.8δ，8.3δ]内的任意其他值。

综上所述，在标准摆线齿轮的齿廓上选取任意点，根据该点的参考半径Rx和对不同参考半径Rx范围设定的修形量的取值范围，确定标准摆线齿轮的齿廓上所选取的各个修形点Dx的修形量，并据此对标准摆线齿轮进行修形，获取的修形后的摆线齿轮10，能承载均匀，保证寿命及传递精度等性能。

在一个实施方式中，在标准摆线齿轮的齿根到齿顶的齿廓上选择六个修形点Dx，记为D1、D2、D3、D4、D5和D6。六个修形点Dx对应的参考半径Rx分别为R1、R2、R3、R4、R5和R6。

其中，R1＝0，即D1位于标准摆线齿轮齿廓的齿根处，则D1处的修形量的取值范围为[0.8δ，8.3δ]。

0＜R2＜0.3H，则D2处的修形量的取值范围为[0.7δ，4.1δ]。

0.3H＜R3＜0.5H，则D3处的修形量的取值范围为[0.56δ，1.4δ]。

0.5H＜R4＜0.7H，则D4处的修形量的取值范围为[0.7δ，1.6δ]。

0.7H＜R5＜0.9H，则D5处的修形量的取值范围为[0.78δ，4.3δ]。

R6＝H，即D6位于标准摆线齿轮齿廓的齿顶处，则D6处的修形量的取值范围为[0.83δ，8.2δ]。

对于具体的修形量的选择，可以考虑与其他传动部件尺寸的配合，以及保证修形后的齿形不易出现交线，形成连续的光滑齿形。需要说明的是，齿廓上连续的点的曲率变化幅度小，没有发生突变，则证明了该齿轮的光滑程度很高，齿面连续。

如图4所示，为不同修形量下的摆线齿轮10的齿廓。

如图5所示，修形后的摆线齿轮10的受力分布(图中下方曲线)与修形前的理论齿形受力分布(图中上方曲线)进行对比可得，修形后的摆线齿轮10的受力分布得到了显著的改善。受力分布的改善有益于提升减速机100的综合性能。

在其他实施方式中，可以选择一个修形点Dx，例如标准摆线齿轮的齿根处，或者标准摆线齿轮的齿顶处，或者在齿根到齿顶的任意位置。

在其他实施方式中，可以选择两个、三个或者任意数量的修形点Dx，其中可以包括齿根位置和齿顶位置，也可以只包括齿根和齿顶的其中之一，或者不包括齿根和齿顶的位置。

本实用新型实施方式的一种减速机100包括上述实施方式任一项的摆线齿轮10。

本实用新型实施方式的一种工业机器人包括上述实施方式的减速机100。

上述摆线齿轮10、减速机100和工业机器人，通过对标准摆线齿轮进行修形，可以减少摆线齿轮10和外针齿14啮合时的卡死或者摩擦加剧现象，改善摆线齿轮10的载荷分布，从而有益于提升减速机100的综合性能。

需要说明的是，上述对摆线齿轮10的实施方式和有益效果的解释说明，也适应用于本实用新型实施方式的减速机100和工业机器人，为避免冗余，在此不作详细展开。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施方式进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种摆线齿轮，其特征在于，所述摆线齿轮由标准摆线齿轮修形加工而成，其中，所述摆线齿轮相对于所述标准摆线齿轮的修形量是由所述标准摆线齿轮的齿廓线上任一点的参考半径和预设修形量参数所确定的，所述参考半径为所述标准摆线齿轮上任一点和所述标准摆线齿轮圆心形成的圆的半径与所述标准摆线齿轮齿根圆半径之差。

2.根据权利要求1所述的摆线齿轮，其特征在于，所述摆线齿轮用于减速机，所述减速机包括针齿齿轮，所述摆线齿轮与所述针齿齿轮啮合传动，所述针齿齿轮包括圆柱状的多个针齿，所述预设修形量参数与所述标准摆线齿轮的偏心量、所述针齿的直径、所述标准摆线齿轮的齿根圆半径以及所述标准摆线齿轮的齿顶圆半径相关。

3.根据权利要求1所述的摆线齿轮，其特征在于，在所述参考半径等于零处的所述修形量的取值范围为[0.8δ，8.3δ]，其中，δ为所述预设修形量参数。

4.根据权利要求1所述的摆线齿轮，其特征在于，在所述参考半径大于零且小于0.3倍的所述标准摆线齿轮的齿高处的所述修形量的取值范围为[0.7δ，4.1δ]，其中，δ为所述预设修形量参数。

5.根据权利要求1所述的摆线齿轮，其特征在于，在所述参考半径大于0.3倍的所述标准摆线齿轮的齿高且小于等于0.5倍的所述标准摆线齿轮的齿高处的所述修形量的取值范围为[0.56δ，1.4δ]，其中，δ为所述预设修形量参数。

6.根据权利要求1所述的摆线齿轮，其特征在于，在所述参考半径大于0.5倍的所述标准摆线齿轮的齿高且小于等于0.7倍的所述标准摆线齿轮的齿高处的所述修形量的取值范围为[0.7δ，1.6δ]，其中，δ为所述预设修形量参数。

7.根据权利要求1所述的摆线齿轮，其特征在于，在所述参考半径大于0.7倍的所述标准摆线齿轮的齿高且小于所述标准摆线齿轮的齿高处的所述修形量的取值范围为[0.78δ，4.3δ]，其中，δ为所述预设修形量参数。

8.根据权利要求1所述的摆线齿轮，其特征在于，在所述参考半径等于所述标准摆线齿轮的齿高处的所述修形量的取值范围为[0.83δ，8.2δ]，其中，δ为所述预设修形量参数。

9.一种减速机，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的摆线齿轮。

10.一种工业机器人，其特征在于，包括权利要求9所述的减速机。