CN102032324B - 工业机器人三片式双摆线单级减速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业机器人减速器技术领域，一种工业机器人三片式双摆线单级减速器。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啮合面磨损后回差能自动补偿；②工艺难度小、毋需高精度机床；③承载能力可提高40～50％；④制造成本仅仅为FA减速器的25～35％；⑤内摆线轮比由针齿壳、针齿及针齿套构成的针轮简单很多；⑥均载环可提高柱销刚度与弯曲强度。

Description

工业机器人三片式双摆线单级减速器

【技术领域】涉及工业机器人减速器技术领域，一种工业机器人三片式双摆线单级减速器。

【背景技术】日本住友FA单级减速器，是新发展的摆线传动，大连交大学者对此作了多年的理论研究。FA减速器三偏心轴承相位角等于120°，半埋齿结构。其优点在于：(1)体积小、重量轻；(2)因没有针齿套，最大减速比可达119(《三片摆线轮针摆传动减速机摆线轮强度计算》机械设计2007.10)；(3)转臂轴承薄弱环节得以改善；(4)针齿与柱销受力均衡，传动平稳；(5)理论上承载能力增加50％；(6)半埋齿结构，刚度大、抗冲击能力强。FA三片式减速器许用输入转速为1500～1800r/min。

FA机器人减速器主要问题是：制造精度要求很高、啮合面磨损后回差不能自动补偿。

双摆线传动中用内摆线轮便取代了由针齿壳、很多针齿及针齿套构成的针轮。其优点在于：(1)结构简单、另件少；(2)单级减速比很大，据称可达200(《没有针轮的摆线变速机》机械传动2006.04)；(3)在减速比大于59时，内摆线轮不像针轮必须抽齿，同时由于内齿摆线轮与外齿摆线轮为纯滚动啮合，因此在输入功率相同情况下，可将减速器的体积降低1-2个等级。摆线传动具有很高刚性和抗冲击力，这一特征是渐开线齿型所不具备。

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％及能制造类RV-C中空机型的工业机器人三片式双摆线单级减速器。

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，因而只摆线传动和输出机构两个环节)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、B沿顺针方向靠紧内摆线齿圈上各自1/3区轮齿、摆线轮C沿逆针方向靠紧内摆线齿圈上另1/3区轮齿；

(B)负载时二轮同步作功，增大啮合刚度，减小接触变形，其原理如下：

摆线轮A、B及C内偏心套(螺母)a、b及c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)

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、b使摆线轮A、B逆时针转动做功所需的扭矩；

Ma是螺母a、b沿轴向推动螺母c右移同时逆针转(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c右移同时逆针转动的瞬间使C轮轮齿沿顺时针快速靠向另1/3区内摆线齿，于是A、B及C轮同步逆针转实现功率输出。(p′为弹簧刚性指数，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】对照背景技术FA高精度减速器，其新颖性、创造性及实用性体现在：

①啮合面磨损后回差能自动补偿；②工艺难度小、毋需高精度机床；③在减速比大于59时，内摆线轮毋须抽齿，同时由于内齿摆线轮与外齿摆线轮为纯滚动啮合，因而承载能力可提高40～50％；④制造成本仅仅为FA减速器的25～35％；⑤内摆线轮比由针齿壳、针齿及针齿套构成的针轮简单很多；⑥均载环可提高柱销刚度与弯曲强度。

【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、B轮齿沿顺时针方向各自与1/3区内摆线轮齿靠紧，而摆线轮C轮齿沿逆时针方向与另1/3区内摆线轮齿靠紧的结构示意图；

(2-b)摆线轮A、B及C内的偏心轴承a、b及c与输入轴螺旋副结构示意图。

图3为工作时：(3-a)摆线轮A、B及C轮齿沿顺时针方向与内摆线轮齿靠紧的结构示意图；

(3-b)摆线轮A、B及C内的偏心轴承a、b及c与输入轴螺旋副结构示意图。

【具体实施方式】参照图1、2与3.一种工业机器人三片式双摆线单级减速器，由第一、第二与第三摆线轮(A、B与C)及与之对应的、装在轮内孔的第一、第二与第三偏心轴承(a、b与c)、内摆线齿圈10，柱销7、柱套6、输入轴3及W输出机构组成，其特征在于：

所述的输入轴3经摆线轮单级减速后由W输出机构同轴输出；

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，用柱销7将左、右机架1、

17紧配合及螺钉联接一体，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，左、右机架1、17分别依靠第一、第二轴承8、11支承在内摆线齿圈10两侧内孔，所述的输入轴3两端分别用第三、第四轴承2、13支承在左、右机架1、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)、薄圈15、第二偏心轴承(b)、隔圈16、第三偏心轴承(c)、第二碟形弹簧14及第二弹性挡圈12，所述输入轴3与第一、第二及第三偏心轴承(a、b及c)之间用同旋向多头螺纹联接，所述与轴滑动配合的隔圈16的轴向长度使第一、第二摆线轮(A、B)的轮齿沿顺针方向与内摆线齿圈10上各自1/3区轮齿靠紧，而第三摆线轮(C)轮齿沿逆时针方向与内摆线齿圈10上另1/3区轮齿靠紧，所述第一、第二偏心轴承(a、b)相位角为120°，所述第一、第三偏心轴承(a、c)相位角φ1≈120°，所述第二、第三偏心轴承(b、c)相位角φ2≈120°，φ1≠φ2；

第一、第二与第三偏心轴承(a、b与c)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，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，三只内偏心套的内孔为同旋向多头螺纹，所述多头螺纹与输入轴3上多头螺纹构成螺旋副；

所述的内摆线齿圈10的内摆线轮齿采用线切割加工得到，《齿轮传动设计手册》839页指出：“影响RV减速器回差主要因素：针齿销孔周向位置误差、针齿销半径误差、修形误差。”实践证明，内摆线轮用中慢走丝线切割机床割出一连续、光滑曲线。线切割最佳表面粗糙度为Ra0.5～0.8μm，切割精度为±0.005mm。比之“铣齿-热处理-磨齿”工艺，减速比越大，线切割的优点越显突出。；

所述第一、第二与第三摆线轮(A、B与C)置于左、右机架1、17之间，其中第一与第二摆线轮(A与B)之间有一套在柱销7上的第一均载环板9，第二与第三摆线轮(B与C)之间有一套在柱销7上的第二均载环板19，置于摆线轮均布销孔中的柱套6与摆线轮等宽，均载环可提高柱销刚度与弯曲强度，长套改短可改善润滑与受力更合理；

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，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，以取代RV-C中空机型。

上述实施例是对本发明的说明而不是对限定，任何简单变换后均属于本发明保护范围。

Claims (1)

1.一种工业机器人三片式双摆线单级减速器，由第一、第二与第三摆线轮(A、B与C)及与之对应的、装在轮内孔的第一、第二与第三偏心轴承(a、b与c)、内摆线齿圈(10)，柱销(7)、柱套(6)、输入轴(3)及W输出机构组成，其特征在于：

所述的输入轴(3)经摆线轮单级减速后由W输出机构同轴输出；

所述的W输出机构由左机架(1)、右机架(17)、柱销(7)及柱套(6)组成，用柱销(7)将左、右机架(1、17)紧配合及螺钉联接一体，左、右机架(1、17)分别依靠第一、第二轴承(8、11)支承在内摆线齿圈(10)两侧内孔，所述的输入轴(3)两端分别用第三、第四轴承(2、13)支承在左、右机架(1、17)内孔；

所述的输入轴(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)、薄圈(15)、第二偏心轴承(b)、隔圈(16)、第三偏心轴承(c)、第二碟形弹簧(14)及第二弹性挡圈(12)，所述的输入轴(3)与第一、第二及第三偏心轴承(a、b及c)之间用同旋向多头螺纹联接，所述与轴滑动配合的隔圈(16)的轴向长度使第一、第二摆线轮(A、B)的轮齿沿顺时针方向与内摆线齿圈(10)上各自1/3区轮齿靠紧，而第三摆线轮(C)轮齿沿逆时针方向与内摆线齿圈(10)上另1/3区轮齿靠紧，所述第一、第二偏心轴承(a、b)相位角为120°，所述第一、第三偏心轴承(a、c)相位角φ₁≈120°，所述第二、第三偏心轴承(b、c)相位角φ₂≈120°，φ₁≠φ₂；

第一、第二与第三偏心轴承(a、b与c)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，三只内偏心套的内孔为同旋向多头螺纹，所述多头螺纹与输入轴(3)上多头螺纹构成螺旋副；

所述的内摆线齿圈(10)的内摆线轮齿采用线切割加工得到；

所述第一、第二与第三摆线轮(A、B与C)置于左、右机架(1、17)之间，其中第一与第二摆线轮(A与B)之间有一套在柱销(7)上的第一均载环板(9)，第二与第三摆线轮(B与C)之间有一套在柱销(7)上的第二均载环板(19)，置于摆线轮均布销孔中的柱套(6)与摆线轮等宽；

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。

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