CN221075133U - 一种紧凑型关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于减速机技术领域，特别涉及一种紧凑型关节。其技术方案为：一种紧凑型关节，包括外壳，外壳内固定有电机定子，电机定子内设置有电机转子，电机转子内固定有转动轴，转动轴上设置有至少两个偏心轮，偏心轮外设置有内齿轮，偏心轮与内齿轮之间设置有滚针或柔性轴承，内齿轮外啮合有内齿圈，内齿轮的齿数少于内齿圈的齿数，内齿圈相对于外壳固定，内齿圈套设于电机转子内；所述外壳内转动连接有输出端盖，输出端盖上连接有若干销轴，内齿轮上设置有输出孔，销轴穿过输出孔，输出孔的直径大于销轴直径。本实用新型提供了一种轴向距离短、刚性高、抗过载性强且输出效率大的紧凑型关节。

Description

一种紧凑型关节

技术领域

本实用新型属于减速机技术领域，特别涉及一种紧凑型关节。

背景技术

现有的谐波减速机主要由刚性齿轮、柔性齿轮、波发生器三部分组成，主要用于降低电机速度、提升电机的力矩。由于电机与谐波减速机外接，导致减速机和电机的整体尺寸偏大，对于使用空间有限的场合将大大的受到限制。

申请号为201611016761.1的专利公布了一种内置电动机的扁平一体化谐波减速机装置，目的在于解决目前电机通常与谐波减速机外接，导致减速机和电机的整体尺寸偏大，应用范围受限的问题。该装置包括前端盖、后端盖、电机定子、定子线圈、永久磁钢、一体化凸轮转子、第一连接轴承、谐波钢轮、柔性轴承、与前端盖相配合的一体化柔轮、交叉滚子轴承，所述前端盖包括环形盖体、与环形盖体相连的空心连接轴。

虽然此方案利用了谐波减速机柔轮的内部空间，但为了让电机力矩与减速机匹配，需要增加电机轴向长度，于是柔轮在标准尺寸的基础上增加了轴向长度。另由于谐波减速机的柔轮为薄壁设计及运行机理，其刚性、抗过载性及效率较低。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种轴向距离短、刚性高、抗过载性强且输出效率大的紧凑型关节。

本实用新型所采用的技术方案为：

一种紧凑型关节，包括外壳，外壳内固定有电机定子，电机定子内设置有电机转子，电机转子内固定有转动轴，转动轴上设置有至少两个偏心轮，偏心轮外设置有内齿轮，偏心轮与内齿轮之间设置有滚针或柔性轴承，内齿轮外啮合有内齿圈，内齿轮的齿数少于内齿圈的齿数，内齿圈相对于外壳固定，内齿圈套设于电机转子内；所述外壳内转动连接有输出端盖，输出端盖上连接有若干销轴，内齿轮上设置有输出孔，销轴穿过输出孔，输出孔的直径大于销轴直径。

本实用新型的内齿圈、内齿轮均在轴向上对应电机转子，从而充分利用电机转子的内部空间，可减小关节的轴向距离。

内齿轮为刚性部件，为消除啮合游隙，内齿圈与内齿轮过盈配合，所以内齿圈具备一定弹性，但远远大于谐波减速机柔轮所需的弹性要求，从基本结构设计上具备比谐波减速机柔轮更高的刚性及抗过载性。

谐波减速机运行时柔轮需要较大变形，且柔性轴承相对柔轮内圈周期性滑动摩擦，产生动力损耗。本实用新型内齿轮与内齿圈刚性接触直接传递力矩，具备更高的传动效率。

综上，上述轴向距离减小、高刚性、高抗过载性及输出效率提高的效果均是将电机转子设置于电机定子内侧并充分利用电机定子内部空间所带来的。

作为本实用新型的优选方案，所述电机转子包括磁钢和固定于磁钢内的磁钢背铁，磁钢设置于电机定子内，磁钢背铁一端固定有连接环，连接环与转动轴固定，内齿圈套设于磁钢背铁内。连接环起到连接磁钢背铁和转动轴的作用，其避开电机转子的内部空间，但由于其仅起连接作用而占用的轴向距离较小。

作为本实用新型的优选方案，所述连接环上安装有输入码盘，外壳上固定有后端盖，后端盖上设置有输入编码器板，输入码盘和输入编码器板配合；所述后端盖上连接有驱动板。输入码盘和输入编码器板相对运动时，可检测电机转子作为输入端的转速及角度，输入编码器板通过后端盖出线接入驱动板。

作为本实用新型的优选方案，所述内齿圈与内齿轮过盈啮合。内齿圈采用薄壁设计，内齿圈与内齿轮有一定过盈量。内齿轮安装好后，可将内齿圈给顶变形，根据减速机齿间压力角与输出力矩计算出合适的过盈量，既保障在额定力矩情况下内齿圈和内齿轮不产生相对滑动(即柔性内齿圈不能太软)，又能保证内齿圈具备一定的变形量(即内齿圈不能太硬)，保证内齿圈和内齿轮啮合紧密，消除加工误差带来的啮合游隙，相较摆线针轮减速机及齿轮减速机而言，同等输出背隙要求下降低了零件加工精度要求。

作为本实用新型的优选方案，所述转动轴上的若干偏心轮以转动轴的轴线中心圆周均匀分布。多个偏心轮分别与内齿轮通过滚针或柔性轴承转动连接，从而多个内齿轮在不同的位置与内齿圈啮合，保证啮合可靠、输出稳定。

作为本实用新型的优选方案，所述输出端盖中部设置有中心管，转动轴套设于中心管上，外壳的一端固定有后端盖，后端盖与中心管之间设置有小密封圈。中心管能对转动轴内侧空间进行遮盖，且后端盖与中心管之间通过小密封圈密封，保证关节内侧得到良好遮挡和密封。

作为本实用新型的优选方案，所述外壳与内齿圈之间连接有变形圆盘，内齿圈的一端固定有支撑架，支撑架上安装有电容感应片，外壳内固定有电容位移采集板，电容位移采集板靠近变形圆盘设置，电容感应片与电容位移采集板配合。当内齿圈周向旋转受力时，变形圆盘由于是薄壁设计，变形量较大，内齿圈会与外壳发生相对扭转，那么电容感应片就相对于电容位移采集板移动，电容位移采集板采集位移信号判断位移量，计算得出受力大小。

作为本实用新型的优选方案，所述输出端盖上安装有输出码盘，支撑架上安装有输出编码器板，输出码盘和输出编码器板配合。输出码盘和输出编码器板相对运动时，可检测输出端盖的转速及角度，结合输入编码器，使关节具备闭环控制能力，输出编码器板的电源及信号引线通过外壳引出并接到驱动板。

作为本实用新型的优选方案，所述输出端盖与外壳之间设置有大密封圈。输出端盖与外壳之间通过大密封圈可靠密封。

作为本实用新型的优选方案，所述输出端盖与外壳之间设置有滚子或交叉滚子轴承。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型的内齿圈、内齿轮均在轴向上对应电机转子，从而充分利用电机转子的内部空间，可减小关节的轴向距离。

2.内齿轮为刚性部件，为消除啮合游隙，内齿圈与内齿轮过盈配合，所以内齿圈具备一定弹性，但远远大于谐波减速机柔轮所需的弹性要求，从基本结构设计上具备比谐波减速机柔轮更高的刚性及抗过载性。

3.谐波减速机运行时柔轮需要较大变形，且柔性轴承相对柔轮内圈周期性滑动摩擦，产生动力损耗。本实用新型内齿轮与内齿圈刚性接触直接传递力矩，具备更高的传动效率。

附图说明

图1是本实用新型的剖视图；

图2是本实用新型的部分结构图；

图3是转动轴和偏心轮的结构示意图。

图中：1-外壳；2-电机定子；3-电机转子；4-转动轴；5-偏心轮；6-内齿轮；7-滚针；8-内齿圈；9-输出端盖；10-销轴；11-连接环；12-输入码盘；13-后端盖；14-输入编码器板；15-驱动板；16-中心管；17-小密封圈；18-变形圆盘；19-支撑架；20-电容感应片；21-电容位移采集板；22-输出码盘；23-输出编码器板；24-大密封圈；25-滚子；26-螺钉；3.1-磁钢；3.2-磁钢背铁；6.1-输出孔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1～图3所示，本实施例的紧凑型关节，包括外壳1，外壳1内固定有电机定子2，电机定子2内设置有电机转子3，电机转子3内固定有转动轴4，转动轴4上设置有三个偏心轮5，偏心轮5外设置有内齿轮6，偏心轮5与内齿轮6之间设置有滚针7，内齿轮6外啮合有内齿圈8，内齿轮6的齿数少于内齿圈8的齿数，内齿圈8相对于外壳1固定，内齿圈8套设于电机转子3内；所述外壳1内转动连接有输出端盖9，输出端盖9上连接有若干销轴10，销轴10上连接螺钉26，内齿轮6上设置有输出孔6.1，销轴10穿过输出孔6.1，输出孔6.1的直径大于销轴10直径；所述外壳1上固定有后端盖13，后端盖13上连接有驱动板15；所述转动轴4的一端与后端盖13通过轴承连接，转动轴4的另一端与输出端盖9通过轴承连接。

其中，所述电机转子3包括磁钢3.1和固定于磁钢3.1内的磁钢背铁3.2，磁钢3.1设置于电机定子2内，磁钢背铁3.2一端固定有连接环11，连接环11与转动轴4固定，内齿圈8套设于磁钢背铁3.2内。连接环11起到连接磁钢3.1背铁和转动轴4的作用，其避开电机转子3的内部空间，但由于其仅起连接作用而占用的轴向距离较小。

更进一步，所述内齿圈8与内齿轮6过盈啮合。内齿圈8采用薄壁设计，具有一定柔性。内齿圈8与内齿轮6有一定过盈量。内齿轮6安装好后，可将内齿圈8给顶变形，根据减速机齿间压力角与输出力矩计算出合适的过盈量，既保障在额定力矩情况下内齿圈8和内齿轮6不产生相对滑动(即柔性内齿圈8不能太软)，又能保证内齿圈8具备一定的变形量(即内齿圈8不能太硬)，保证内齿圈8和内齿轮6啮合紧密，消除加工误差带来的啮合游隙，相较摆线针轮减速机及齿轮减速机而言，同等输出背隙要求下降低了零件加工精度要求。

更进一步，所述转动轴4上的若干偏心轮5以转动轴4的轴线中心圆周均匀分布。多个偏心轮5分别与内齿轮6通过滚针7或柔性轴承转动连接，从而多个内齿轮6在不同的位置与内齿圈8啮合，保证啮合可靠、输出稳定。如图3所示，转动轴4上的偏心轮5的数量为三个，三个偏心轮5以转动轴4的轴线中心圆周均匀分布，相邻偏心轮5之间设置隔环。偏心轮5和转动轴4一体成型。

为了实现可靠密封，所述输出端盖9中部设置有中心管16，中心管16与输出端盖9一体成型，转动轴4套设于中心管16上，外壳1的一端固定有后端盖13，后端盖13与中心管16之间设置有小密封圈17。中心管16能对转动轴4内侧空间进行遮盖，且后端盖13与中心管16之间通过小密封圈17密封，保证关节内侧得到良好遮挡和密封。所述输出端盖9与外壳1之间设置有大密封圈24。输出端盖9与外壳1之间通过大密封圈24可靠密封。

为了方便检测内齿圈8受力情况，所述外壳1与内齿圈8之间连接有变形圆盘18，内齿圈8的一端固定有支撑架19，支撑架19上安装有电容感应片20，外壳1内固定有电容位移采集板21，电容位移采集板21靠近变形圆盘18设置，电容感应片20与电容位移采集板21配合。其中，外壳1、变形圆盘18和内齿圈8一体成型。当内齿圈8周向旋转受力时，变形圆盘18由于是薄壁设计，变形量较大，内齿圈8会与外壳1发生相对扭转，那么电容感应片20就相对于电容位移采集板21移动，电容位移采集板21采集位移信号判断位移量，计算得出受力大小。

为了关节具备闭环控制能力，所述连接环11上安装有输入码盘12，后端盖13上设置有输入编码器板14，输入码盘12和输入编码器板14配合。输入码盘12和输入编码器板14相对运动时，可检测电机转子3作为输入端的转速及角度，输入编码器板14通过后端盖13出线接入驱动板15。所述输出端盖9上安装有输出码盘22，支撑架19上安装有输出编码器板23，输出码盘22和输出编码器板23配合。输出码盘22和输出编码器板23相对运动时，可检测输出端盖9的转速及角度，输出编码器板23的电源及信号引线通过外壳1引出并接到驱动板15。

所述输出端盖9与外壳1之间设置有滚子25。外壳1设计有交叉滚子轴承的滚子25配合沟道，输出端盖9也设计有交叉滚子轴承的滚子25配合沟道，内部填充轴承滚子25后，外壳1与输出端盖9组合成交叉滚子轴承，采用一体化设计，简化结构，减少零件数量及外形尺寸，降低成本。

工作原理：

电机转子3转动后带动转动轴4转动，转动轴4上的偏心轮5推动内齿轮6与内齿圈8啮合滚动。由于内齿轮6的齿数比内齿圈8的齿数少1个，则内齿轮6啮合滚动1圈后，内齿轮6相对内齿圈8转动内齿圈81个齿的角度，以达到减速增力的目的。由于采用类渐开线特殊齿形设计，压力角小，较摆线针轮减速机效率有提高，且减少零件数量，降低成本。

内齿轮6转动时推动销轴10相应转动，销轴10带动输出端盖9转动。由于输出孔6.1的直径大于销轴10直径，则输出端盖9能以其中心自转，避免发生运动干涉。若干输出孔6.1的对称中心为内齿轮6的中心；若干销轴10的对称中心为输出端盖9的中心，即外壳1的中心。

本实用新型的内齿圈8、内齿轮6均在轴向上对应电机转子，从而充分利用电机转子3的内部空间，可减小关节的轴向距离。

内齿轮6为刚性部件，为消除啮合游隙，内齿圈8与内齿轮6过盈配合，所以内齿圈8具备一定弹性，但远远大于谐波减速机柔轮所需的弹性要求，从基本结构设计上具备比谐波减速机柔轮更高的刚性及抗过载性。

谐波减速机运行时柔轮需要较大变形，且柔性轴承相对柔轮内圈周期性滑动摩擦，产生动力损耗。本实用新型内齿轮6与内齿圈8刚性接触直接传递力矩，具备更高的传动效率。

综上，上述轴向距离减小、高刚性、高抗过载性及输出效率提高的效果均是将电机转子3设置于电机定子2内侧并充分利用电机定子2内部空间所带来的。

本实用新型不局限于上述可选实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本实用新型权利要求界定范围内的技术方案，均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种紧凑型关节，其特征在于：包括外壳(1)，外壳(1)内固定有电机定子(2)，电机定子(2)内设置有电机转子(3)，电机转子(3)内固定有转动轴(4)，转动轴(4)上设置有至少两个偏心轮(5)，偏心轮(5)外设置有内齿轮(6)，偏心轮(5)与内齿轮(6)之间设置有滚针(7)或柔性轴承，内齿轮(6)外啮合有内齿圈(8)，内齿轮(6)的齿数少于内齿圈(8)的齿数，内齿圈(8)相对于外壳(1)固定，内齿圈(8)套设于电机转子(3)内；所述外壳(1)内转动连接有输出端盖(9)，输出端盖(9)上连接有若干销轴(10)，内齿轮(6)上设置有输出孔(6.1)，销轴(10)穿过输出孔(6.1)，输出孔(6.1)的直径大于销轴(10)直径。

2.根据权利要求1所述的一种紧凑型关节，其特征在于：所述电机转子(3)包括磁钢(3.1)和固定于磁钢(3.1)内的磁钢背铁(3.2)，磁钢(3.1)设置于电机定子(2)内，磁钢背铁(3.2)一端固定有连接环(11)，连接环(11)与转动轴(4)固定，内齿圈(8)套设于磁钢背铁(3.2)内。

3.根据权利要求2所述的一种紧凑型关节，其特征在于：所述连接环(11)上安装有输入码盘(12)，外壳(1)上固定有后端盖(13)，后端盖(13)上设置有输入编码器板(14)，输入码盘(12)和输入编码器板(14)配合；所述后端盖(13)上连接有驱动板(15)。

4.根据权利要求1所述的一种紧凑型关节，其特征在于：所述内齿圈(8)与内齿轮(6)过盈啮合。

5.根据权利要求1所述的一种紧凑型关节，其特征在于：所述转动轴(4)上的若干偏心轮(5)以转动轴(4)的轴线中心圆周均匀分布。

6.根据权利要求1所述的一种紧凑型关节，其特征在于：所述输出端盖(9)中部设置有中心管(16)，转动轴(4)套设于中心管(16)上，外壳(1)的一端固定有后端盖(13)，后端盖(13)与中心管(16)之间设置有小密封圈(17)。

7.根据权利要求1所述的一种紧凑型关节，其特征在于：所述外壳(1)与内齿圈(8)之间连接有变形圆盘(18)，内齿圈(8)的一端固定有支撑架(19)，支撑架(19)上安装有电容感应片(20)，外壳(1)内固定有电容位移采集板(21)，电容位移采集板(21)靠近变形圆盘(18)设置，电容感应片(20)与电容位移采集板(21)配合。

8.根据权利要求7所述的一种紧凑型关节，其特征在于：所述输出端盖(9)上安装有输出码盘(22)，支撑架(19)上安装有输出编码器板(23)，输出码盘(22)和输出编码器板(23)配合。

9.根据权利要求1所述的一种紧凑型关节，其特征在于：所述输出端盖(9)与外壳(1)之间设置有大密封圈(24)。

10.根据权利要求1所述的一种紧凑型关节，其特征在于：所述输出端盖(9)与外壳(1)之间设置有滚子(25)或交叉滚子轴承。