CN101949429B - 工业机器人单级摆线减速器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工业机器人减速器技术领域，一种工业机器人单级摆线减速器。其特征在于：(a)单级减速；(b)输出轴采用大直径圆盘、两端支承的刚性笼形结构；(c)输入轴(3)上依次装置弹性挡圈(4)、碟形弹簧(5)、偏心轴承a、隔圈(15)、偏心轴承b、碟形弹簧(14)及弹性挡圈(12)，其中：输入轴与二单偏心轴承a、b之间用同旋向多头螺纹联接；初始时：摆线轮A轮齿沿顺时针方向与针齿壳(10)上半区针齿销(16)靠紧，而摆线轮B轮齿沿逆时针方向与针齿壳(10)下半区针齿销(16)靠紧；(d)二单偏心轴承a、b由标准无外圈滚子轴承与内偏心套紧配而成，有益效果：①结构简化、另件少、散热空间大；②采用标准轴承+内圈多头螺母结构，大大降低了多头螺母的加工难度；③可制造类RV-E及RV-C中空机型。
Description
【技术领域】
本发明涉及工业机器人减速器技术领域，一种工业机器人单级摆线减速器。
【背景技术】背景技术分单级减速与二级减速两种：
(一)二级减速：渐开线行星齿轮+摆线
(a)日本RV与我国CORT(97100463)的问题是：①制造精度要求极高；②结构复杂、另件多、散热性能不好；③回差不能自动补偿；④价格昂贵。
(b)工业机器人微回差摆线减速器(200910196984.4)的问题是：①结构复杂、另件多、散热性能不好；②偏心轴承内圈多头螺母加工困难；③不能制造类RV-C带中心孔机型。
(二)单级减速：
重庆大学“精密摆线针轮行星传动装置”(200810069737.3)的优点是能消除回差，但只有一片轮作功，回差增大时，必须停机调整。
我国863计划、国家自然科学基金一再重复列项，希望国内齿轮专家、一流制造厂在RV基础上，研制出中国人自己减速器取代日本RV。然而，至今仍然必需从日本进口RV配套。
【发明内容】
本发明系“工业机器人微回差摆线减速器”(200910196984.4)与RV减速器的重大改进，目的在于：提出一种中等制造精度、工艺难度小、回差能自动补偿、制造成本估算为RV、CORT的25～35％及能够制造类RV-C中空机型的工业机器人单级摆线减速器。
工业机器人减速器的回差主要包括几何回差和负载时弹性变形回差。其中：
(一)空载时的几何回差：运动精度通过传动误差(本发明为单级减速，因而只有摆线传动与输出机构两个环节)来表示，回差值1′～1.5′。摆线传动中针齿销孔周向位置误差、针齿销半径误差、等距及移距修形误差为几何回差主要因素；
(二)负载时弹性变形回差(刚性)：在负载运动情况下，包括弹性变形引起的回差在内的总回差不能超过6′(朱孝录《齿轮传动设计手册》827页)
如何设计、制造小回差工业机器人减速器的具体技术方案如下：
(A)空载时零回差：为了消除初始回差，结构上使摆线轮A沿顺针方向靠紧针齿、摆线轮B沿逆针方向靠紧另半区针齿。因而二单偏心轴承a、b相位角φ≈180°。相位角微小改变对静平衡影响不大，因为原整体双偏心轴承相位角也不可能严格等于180°。
(B)负载时二轮同步作功，增大啮合刚度，减小弹性接触变形，其原理如下：
摆线轮A、B内偏心套(螺母)a、b在两侧弹簧预压力Q0作用下，分别潜在“右移逆针转”与“左移顺针转”的螺旋线运动，潜在转矩M0＝Q0(d2/2)tg(λ+φ)。当螺母右或左移m(约0.05～0.15)时，则转矩增大为M1＝(Q0+mp′)(d2/2)tg(λ+φ)(p′为弹簧刚性指数)。
当输入轴(右旋螺杆)顺时针转时：螺杆驱动扭矩T＝T0+Ma，其中：
T0是螺母a使摆线轮A逆时针转动做功所需的扭矩；
Ma是螺母a沿轴向推动螺母b右移同时逆针转的转矩(与潜在左移、顺针转(矩)相反)，显然Ma应大于或略大于M0，并且由于弹簧压力的增大，转矩Ma也会增大。
螺母b右移同时逆针转动的瞬间使B轮轮齿沿顺时针快速靠向另半区针齿，于是A、B轮同步逆针转实现功率输出。(中径d2，螺旋升角λ，摩擦角φ)
断电后，依靠弹簧复位；再通电、螺杆反(逆时针)转、B轮作功，A轮滞后......
(C)输出轴采用大直径圆盘、两端支承的刚性笼形结构，刚性大、抗冲击性能高；
【有益效果】
本发明比照日本RV减速器，其创造、新颖、实用性体现在：
①啮合面磨损后回差能自动补偿；②去掉三偏心轴、6只轴承及7只齿轮，简化了结构，增加了散热空间，消除了三偏心轴带来的加工与装配误差；③工艺难度小、毋需高精度机床；④制造成本估算为RV、CORT的25～35％。
本发明比照工业机器人微回差摆线减速器(200910196984.4)，其创造等三性体现在：
①结构简化、另件少、散热空间大；②采用标准轴承+内圈多头螺母结构，大大降低了多头螺母的加工难度；③可制造类RV-E及RV-C中空机型。
【附图说明】
图1.为本发明实施例的结构示意图
图2为初始状态：(2-a)摆线轮A沿顺针方向与上半区针齿销靠紧时的结构示意图；摆线轮B沿逆针方向与下半区针齿销靠紧时的结构示意图；
(2-b)摆线轮A、B内偏心轴承a、b与输入轴螺旋副的结构示意图。
图3为工作时：(3-a)摆线轮A、B沿顺针方向与上、下半区针齿销靠紧时的结构示意图；
(3-b)摆线轮A、B内偏心轴承a、b与输入轴螺旋副的结构示意图。
【具体实施方式】
参照图1、2与3.一种工业机器人单级摆线减速器，由第一摆线轮(A)及装在第一摆线轮内孔的第一偏心轴承(a)、第二摆线轮(B)及装在第二摆线轮内孔的第二偏心轴承(b)、针齿壳10、针齿销16及W输出机构组成，所述W输出机构由左机架1、右机架17、柱销7及柱套6组成，依靠柱销7将左、右机架1、17紧配合及螺钉联接一体，所述左机架1与右机架17分别用第一轴承8与第二轴承11支承在针齿壳10两侧内孔，所述第一摆线轮(A)与第二摆线轮(B)置于左机架1与右机架17之间，其特征在于：
动力从输入轴3输入，经摆线轮单级减速由W输出机构同轴输出，由所述输入轴3两端用第三轴承2与第四轴承13分别支承在左机架1与右机架17内孔，w输出机构采用大直径机架、两端支承的刚性笼形结构，因而刚性大、抗冲击性能高；
所述输入轴3上依次装置第一弹性挡圈4、第一碟形弹簧5、第一偏心轴承(a)、第一隔圈15、第二偏心轴承(b)、第二碟形弹簧14及第二弹性挡圈12，所述第一隔圈15轴向长度应使第一摆线轮(A)轮齿沿顺时针方向与针齿壳10上半区针齿销16靠紧，而第二摆线轮(B)轮齿沿逆时针方向与针齿壳10下半区针齿销16靠紧；
所述第一、第二偏心轴承(a、b)由标准无外圈滚子轴承与内偏心套紧配、或过度配合加销而成，两只内偏心套内孔为同旋向多头螺纹与输入轴3上多头螺纹构成螺旋副，理论计算结果表明，采用标准无外圈滚子轴承+内偏心套结构，能够满足额定使用寿命的要求。标准无外圈滚子轴承+内偏心套结构的优点是：大大降低了内偏心套的多头螺母的机加工难度；
所述的针齿壳10上针齿销孔用中慢走丝线切割出一连续、光滑曲线得到，《齿轮传动设计手册》839页指出：“影响RV减速器回差主要因素是：针齿销孔周向位置误差、针齿销半径误差、等距及移距修形误差。”实践证明，针齿壳上针销孔用中慢走丝线切割出一连续、光滑曲线，表面粗糙度Ra0.5～0.8μm(相当于磨齿)，切割精度为±0.005mm，比之“钻孔-铰孔或镗孔再车内孔”工艺，针销直径越小，线切割工艺的优点越显突出，减速比可达到119，因而当选用1000rpm或1500rpm伺服电机时，(FA三片式减速器许用输入转速为1500～1800r/min)单级减速可满足实际使用要求；
所述第一摆线轮(A)与第二摆线轮(B)之间有一套在柱销7上的均载环板9，所述置于第一摆线轮(A)与第二摆线轮(B)均布销孔中的柱套6与摆线轮等宽，均载环板9大大提高了柱销7的机械强度与刚性；
所述的输入轴3为空心轴，其输入端联接一从动齿轮，左机架1有一中心孔与输入轴3内孔相通，输入端从动齿轮用以与伺服电机主动齿轮啮合，形成中空结构，用来取代日本的RV-C、RD-C中空减速器。
上述实施例是对本发明说明而不是限定，任何简单变换后的方案均属于本发明保护范围。
Claims (1)
1.一种工业机器人单级摆线减速器，由第一摆线轮(A)及装在第一摆线轮内孔的第一偏心轴承(a)、第二摆线轮(B)及装在第二摆线轮内孔的第二偏心轴承(b)、针齿壳(10)、针齿销(16)及W输出机构组成，所述W输出机构由左机架(1)、右机架(17)、柱销(7)及柱套(6)组成，依靠柱销(7)及螺钉将左、右机架(1、17)紧配合联接一体，所述左机架(1)与右机架(17)分别用第一轴承(8)与第二轴承(11)支承在针齿壳(10)两侧内孔，所述第一摆线轮(A)与第二摆线轮(B)置于左机架(1)与右机架(17)之间，其特征在于：
动力从输入轴(3)输入，经摆线轮单级减速由W输出机构同轴输出，所述输入轴(3)两端用第三轴承(2)与第四轴承(13)分别支承在左机架(1)与右机架(17)内孔；
所述输入轴(3)上依次装置第一弹性挡圈(4)、第一碟形弹簧(5)、第一偏心轴承(a)、第一隔圈(15)、第二偏心轴承(b)、第二碟形弹簧(14)及第二弹性挡圈(12)，所述第一隔圈(15)轴向长度应使第一摆线轮(A)轮齿沿顺时针方向与针齿壳(10)上半区针齿销(16)靠紧，而第二摆线轮(B)轮齿沿逆时针方向与针齿壳(10)下半区针齿销(16)靠紧；
所述第一、第二偏心轴承(a、b)由标准无外圈滚子轴承与内偏心套紧配、或过度配合加销而成，两只内偏心套内孔为同旋向多头螺纹与输入轴(3)上多头螺纹构成螺旋副；
所述针齿壳(10)上针齿销孔用中慢走丝线切割出一连续、光滑曲线得到；
所述第一摆线轮(A)与第二摆线轮(B)之间有一套在柱销(7)上的均载环板(9)，所述柱套(6)置于第一摆线轮(A)与第二摆线轮(B)均布销孔中，柱套(6)与摆线轮等宽；
所述输入轴(3)为空心轴，其输入端联接一从动齿轮，左机架(1)有一中心孔与输入轴(3)内孔相通。
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