CN104565216A - 摆线针轮减速器及机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种传动力矩大，且制造成本较低的摆线针轮减速器及采用该减速器的机器人，该摆线针轮减速器包括输入动力的主轴、减速机构和输出动力的输入端盖和输出端盖；所述减速机构包括针齿壳和设置在针齿壳内壁的针齿销，所述针齿销与针齿壳组成针轮；所述主轴位于针齿壳的中央，所述输入端盖和输出端盖分别设置所述针齿壳的两端，用固定件固定在一起，可以相对针齿壳自由转动；所述减速机构还包括柱销轴；所述柱销轴两端分别抵接所述输入端盖和输出端盖的内端面，柱销轴中央设有轴向的固定孔，所述固定件穿过所述固定孔，将柱销轴固定在输入端盖和输出端盖上。

Description

摆线针轮减速器及机器人
技术领域
本发明提供一种摆线针轮减速器，以及采用该摆线针轮减速器的机器人。
背景技术
摆线针轮减速器是一种应用行星式传动原理，采用摆线针齿啮合的新颖传动装置，具有传动比大（单级减速比在7至87之间，两级减速比在121至7569之间），传动效率高（在90%以上），保养方便，体积小、质量轻，拆装方便、容易维修，寿命长、噪音小等有点，在工业机器人、高精密机床、医疗等行业有着广泛的用途。
这种摆线针轮减速器一般包括主轴，用于引入电动机的动力；减速机构，将主轴的转速降至合理的范围；输入端盖和输出端盖，用于将减速机构的动力输出。减速机构一般包括针齿壳，输入端盖和输出端盖设置在针齿壳两端用螺钉轴向固定在一起，可以相对针齿壳转动。输入端盖和输出端盖上还设置接收减速机构的动力的柱销轴。由上可知，输入端盖和输出端盖上需设有供柱销轴穿过的柱销轴孔和供连接螺钉穿过的螺钉孔，为了减少输入端盖和输出端盖的径向尺寸，通常将柱销轴孔和螺钉孔设在同一个分布圆上。但是在柱销轴所传递的力矩比较大的情况下，需要增大柱销轴孔，这样柱销轴孔就可能与螺钉孔干涉。为了避免干涉，又只能将螺钉孔和柱销轴孔分为两圈设置，但这样会增加输入端盖和输出端盖的径向尺寸，相应地增大摆线针轮减速器的体积。
为了解决该技术问题，现有技术提供的一种方案是将柱销轴和输出端盖做成一体（当然也可以将柱销轴和输入端盖做成一体），在输入端盖和输出端盖扣合时，柱销轴抵接所述输入端盖的内端面，连接螺钉从输入端盖外端面旋入所述柱销轴，将输入端盖和输出端盖固定在一起。这种结构使得柱销轴和连接螺钉可以共用一个安装位置，不仅可以减少摆线针轮减速器的体积，还能保证柱销轴能传递尽可能大的力矩。由于柱销轴是用来传递摆线轮自转力矩的，加工精度要求一般比较高。常用的柱销轴需要进行淬火处理，淬火处理后的硬度要达到HRC58-62，此外柱销轴的加工精度要达到表面粗糙度0.4～0.8、圆周方向位置精度达到0.005mm。如果柱销轴单独加工的话，上述要求还能达到，但在与输出端盖连成一体之后，要达到上述要求，对加工能力的要求非常高，大大增加了加工的成本，使得国内的加工水平很难达到。此外为保证刚度和强度，柱销轴一般采用轴承钢，在柱销轴和输出端盖做成一体后，输出端盖的材质必须采用轴承钢，而输出端盖原来的材质可以是比轴承钢成本低得多的铸铁，（目前国内的热处理水平很难将铸铁的硬度加工到HRC58-62，因此柱销轴不能跟输出端盖一样采用铸铁材质），提高了输出端盖的材料成本。而且，如果采用铸铁材质的话，可以先将铸铁毛坯材料铸造成与零件最终尺寸接近的形状，再进行下一步的机械加工。而采用轴承钢材质的话，则需要将圆棒或者板类形状的轴承钢毛坯料直接通过机械加工的方式制成最终的零件。由此可见，采用轴承钢一体制成输出端盖和柱销轴，在加工柱销轴的时候需要切掉大部分材料，造成轴承钢毛坯材料的很大浪费。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传递力矩大和成本低的摆线针轮减速器以及采用该摆线针轮减速器的机器人。
本发明提供的摆线针轮减速器，包括输入动力的主轴、减速机构和输出动力的输入端盖和输出端盖；所述减速机构包括针齿壳和设置在针齿壳内壁的针齿销，所述针齿销与针齿壳组成针轮；所述主轴位于针齿壳的中央，所述输入端盖和输出端盖分别设置所述针齿壳的两端，用固定件固定在一起，可以相对针齿壳自由转动；所述减速机构还包括柱销轴；所述柱销轴两端分别抵接所述输入端盖和输出端盖的内端面，柱销轴中央设有轴向的固定孔，所述固定件穿过所述固定孔，将柱销轴固定在输入端盖和输出端盖上。
所述输入端盖和输出端盖的内端面设有内坑，所述柱销轴抵接所述内坑的底面。
所述固定件为螺钉，所述螺钉的螺帽部抵接所述输入端盖外端面，杆体部与输出端盖螺纹连接，或者所述螺钉的螺帽部抵接所述输出端盖外端面，杆体部与所述输入端盖螺纹连接。所述输入端盖或者输出端盖的外端面设有外坑，所述螺钉的螺帽部抵接所述外坑的底面。
所述固定件为螺杆和螺母，所述螺杆两端设有外螺纹，外螺纹上套接有分别抵接在所述输入端盖和输出端盖外端面上的螺母。所述输入端盖和输出端盖的外端面设有外坑，所述螺母抵接所述外坑的底面。
所述减速机构还包括摆线轮，所述主轴上设有驱动所述摆线轮做偏心摆动的偏心部；所述摆线轮在做偏心摆动的同时与针轮啮合，产生与摆线轮偏心摆动方向相反的自转，所述柱销轴穿过摆线轮，将摆线轮的自转传递给输入端盖和输出端盖。
所述偏心部有2～4个，沿主轴圆周方向均匀分布，每个偏心部上相应地套设一个摆线轮。
所述摆线轮与所述主轴的偏心部之间设置有转臂轴承，所述转臂轴承是有内圈无外圈的滚子轴承或者无内外圈只带保持架的滚针轴承。
本发明提供的机器人，包括机械臂、机械手、机器人关节，所述机械臂与机械臂之间、以及所述机械臂与所述机械手之间通过所述机器人关节连接，所述机器人关节包括壳体、电机和上述摆线针轮减速器，所述摆线针轮减速器位于所述壳体内，所述电机与摆线针轮减速器的输入轴相连，驱动所述摆线针轮减速器，通过输入端盖或者输出端盖带动机器人关节转动。
采用本发明的技术方案，柱销轴中央设有供固定件穿过的通孔，固定件和柱销轴可以共用一个安装位置，柱销轴直径可以尽可能增大，以便于传递更大的力矩。在增大柱销轴传递力矩的同时柱销轴和固定件还不会产生干涉。同时，柱销轴用过固定件固定在输入端盖和输出端盖上，因此柱销轴可以与输入端盖和输出端盖分开制造，这样输出端盖和输入端盖可以采用成本较低的铸铁制造，降低了制造输出端盖和输入端盖的材料成本，然后柱销轴可以用与它体积接近的轴承钢经过淬火和机械加工制成，避免了与输出端盖和输入端盖一体成型时需要切割掉多于它体积数倍的轴承钢材料。此外，单独制成的柱销轴的机械加工工艺难度也大大降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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。
图1；摆线针轮减速器的右视图
图2；沿图1A-A剖面线所作的轴向剖面图
图3；输入端盖剖面图
图4；输出端盖剖面图
图5；柱销轴剖面图
图6；摆线针轮减速器的***图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1、2、5和6所示，本实施例提供的摆线针轮减速器包括输入动力的主轴150、减速机构和输出动力的输入端盖121和输出端盖122；所述减速机构包括针齿壳110和设置在针齿壳110内壁的针齿销160，所述针齿销160与针齿壳110组成针轮；所述主轴150位于针齿壳110的中央，所述输入端盖121和输出端盖122分别设置所述针齿壳110的两端，用固定件180固定在一起，可以相对针齿壳110自由转动；所述减速机构还包括柱销轴170；所述柱销轴170两端分别抵接所述输入端盖121和输出端盖122的内端面，柱销轴170中央设有固定孔171，所述固定件180穿过所述固定孔171，将柱销轴170固定在输入端盖121和输出端盖122上。
所述柱销轴170可以直接抵接在输入端盖121和输出端盖122的端面上，当然还可以在所述输入端盖121和输出端盖122的内端面设有内坑101，所述柱销轴170两端抵接所述内坑101的底面，以便于在安装前更好地预定位柱销轴170。所述柱销轴170与输入端盖121和输出端盖122的预定位还有其他方式，但不构成对本发明的限制。
结合图3、4所示，所述固定件180可以是螺钉。所述螺钉的螺帽部抵接所述输入端盖121外端面，杆体部与输出端盖122螺纹连接，所述输入端盖121的外端面设有外坑102，所述螺钉的螺帽部抵接所述外坑102的底面。或者所述螺钉的螺帽部抵接所述输出端盖122外端面，杆体部与所述输入端盖121螺纹连接，所述输出端盖的外端面设有外坑102，所述螺钉的螺帽部抵接所述外坑102的底面。由于螺钉的螺帽部至少部分位于输入端盖121或者输出端盖122的外坑120内，这样可以减少摆线针轮减速器轴向长度，进而减少摆线针轮减速器的体积。
所述固定件180还可以是螺杆和螺母，所述螺杆两端设有外螺纹，外螺纹上套接有分别抵接在所述输入端盖121和输出端盖122外端面上的螺母，所述输入端盖121和输出端盖122的外端面设有外坑，所述螺母抵接所述外坑的底面。固定件180还可以采用很多方式，具体结构不构成对本发明的限制。
所述减速机构还包括设于针齿壳110内的摆线轮140。所述主轴150两端通过深沟球轴承132分别支撑在输入端盖121和输出端盖122的中心孔内，所述主轴150的中部穿过摆线轮140，并在经过摆线轮140的部位设置有偏心部，所述主轴150的偏心部可以带动摆线轮140做偏心摆动。所述摆线轮140在偏心摆动的同时与针轮啮合，产生与其偏心摆动方向相反的自转。所述摆线轮140的自转通过所述柱销轴170传递给输入端盖121和输出端盖122。所述输入端盖121和输出端盖122通过圆锥滚子轴承131支撑在针齿壳110的内壁，所述设置在针齿壳110的内壁的针齿销160有多个，沿圆周方向分布，针齿销的160两端由圆锥滚子轴承131轴向限位。所述减速机构内与针轮配合实现减速的结构还可以有其它实现方式，但不构成对本发明的限制。
摆线轮140的个数是根据其传递给输入端盖121和输出端盖122的力矩而设置的，一般为2～4个，主轴150上会设定相应个数带动摆线轮140做偏心摆动的偏心部，偏心部沿主轴圆周方向均匀分布。本实施例设置的摆线轮140为3个，主轴150相应地设置有3个偏心部，这3个偏心部之间的相位差为120度。摆线轮140设置的个数，以及主轴150上相应设置的带动摆线轮140摆动的偏心部个数不构成对本发明的限制。
主轴150的偏心部与摆线轮140之间还套设有转臂轴承190。为了在同样尺寸的条件下提高转臂轴承190的使用命，转臂轴承190选取有内圈无外圈的滚子轴承，因为这种滚子轴承的承载能力更高。在满足承载条件的情况下，转臂轴承190还可以选取以采用无内外圈只带保持架的滚针轴承，但是这种滚针轴承将主轴150直接作为滚子的内滚道，对主轴150的加工精度要求比较高。当然转臂轴承还可以选择其它类型的轴承，具体的轴承选型不构成对本发明的限制。
摆线针轮减速器的工作原理是：主轴150在电机的驱动下顺时针转动（当然也可以逆时针转动），通过主轴150上的偏心部接着带动摆线轮140顺时针偏心摆动，摆线轮140在做偏心摆动的同时与由针齿壳110和针齿销160构成的针轮内啮合，产生与其偏心摆动方向相反的自转。在针轮固定情况下，主轴150每顺时针转一圈，摆线轮140就会逆时针自转一个齿。摆线轮140的自转通过柱销轴170传递给输入端盖121和输出端盖122，实现最终的减速输出。
采用本发明的技术方案，柱销轴中央设有供固定件穿过的通孔，这样固定件和柱销轴可以共用一个安装位置，柱销轴直径可以尽可能增大，以便于传递更大的力矩。在增大柱销轴传递力矩的同时柱销轴和固定件还不会产生干涉。同时，柱销轴用过固定件固定在输入端盖和输出端盖上，因此柱销轴可以与输入端盖和输出端盖分开制造，这样输出端盖和输入端盖可以采用成本较低的铸铁制造，降低了制造输出端盖和输入端盖的材料成本，然后柱销轴可以用与它体积接近的轴承钢经过淬火和机械加工制成，避免了与输出端盖和输入端盖一体成型时需要切割掉多于它体积数倍的轴承钢材料。此外，单独制成的柱销轴的机械加工工艺难度也大大降低。
实施例二
本实施例提供一种机器人，包括机械臂、机械手、机器人关节，所述机械臂与机械臂之间、以及所述机械臂与所述机械手之间通过所述机器人关节连接，所述机器人关节包括壳体、电机和上述摆线针轮减速器，所述摆线针轮减速器位于所述壳体内，所述电机与摆线针轮减速器的输入轴相连，驱动所述摆线针轮减速器，通过输入端盖或者输出端盖带动机器人关节转动。所述摆线针轮减速器包括输入动力的主轴、减速机构和输出动力的输入端盖和输出端盖；所述减速机构包括针齿壳和设置在针齿壳内壁的针齿销，所述针齿销与针齿壳组成针轮；所述主轴位于针齿壳的中央，所述输入端盖和输出端盖分别设置所述针齿壳的两端，用固定件固定在一起，可以相对针齿壳自由转动；所述减速机构还包括柱销轴；所述柱销轴两端分别抵接所述输入端盖和输出端盖的内端面，柱销轴中央设有轴向的固定孔，所述固定件穿过所述固定孔，将柱销轴固定在输入端盖和输出端盖上。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种摆线针轮减速器，其特征在于，包括输入动力的主轴、减速机构和输出动力的输入端盖和输出端盖；
所述减速机构包括针齿壳和设置在针齿壳内壁的针齿销，所述针齿销与针齿壳组成针轮；所述主轴位于针齿壳的中央，所述输入端盖和输出端盖分别设置所述针齿壳的两端，用固定件固定在一起，可以相对针齿壳自由转动；
所述减速机构还包括柱销轴；所述柱销轴两端分别抵接所述输入端盖和输出端盖的内端面，柱销轴中央设有轴向的固定孔，所述固定件穿过所述固定孔，将柱销轴固定在输入端盖和输出端盖上。
2.根据权利要求1所述的摆线针轮减速器，其特征在于，所述输入端盖和输出端盖的内端面设有内坑，所述柱销轴抵接所述内坑的底面。
3.根据权利要求1或2所述的摆线针轮减速器，其特征在于，所述固定件为螺钉，所述螺钉的螺帽部抵接所述输入端盖外端面，杆体部与输出端盖螺纹连接，或者所述螺钉的螺帽部抵接所述输出端盖外端面，杆体部与所述输入端盖螺纹连接。
4.根据权利要求3所述的摆线针轮减速器，其特征在于，所述输入端盖或者输出端盖的外端面设有外坑，所述螺钉的螺帽部抵接所述外坑的底面。
5.根据权利要求1或2所述的摆线针轮减速器，其特征在于，所述固定件为螺杆和螺母，所述螺杆两端设有外螺纹，外螺纹上套接有分别抵接在所述输入端盖和输出端盖外端面上的螺母。
6.根据权利要求5所述的摆线针轮减速器，其特征在于，所述输入端盖和输出端盖的外端面设有外坑，所述螺母抵接所述外坑的底面。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的摆线针轮减速器，其特征在于：所述减速机构还包括摆线轮，所述主轴上设有驱动所述摆线轮做偏心摆动的偏心部；所述摆线轮在做偏心摆动的同时与针轮啮合，产生与摆线轮偏心摆动方向相反的自转，所述柱销轴穿过摆线轮，将摆线轮的自转传递给输入端盖和输出端盖。
8.根据权利要求7所述的摆线针轮减速器，其特征在于：所述偏心部有2～4个，沿主轴圆周方向均匀分布，每个偏心部上相应地套设一个摆线轮。
9.根据权利要求7所述的摆线针轮减速器，其特征在于：所述摆线轮与所述主轴的偏心部之间设置有转臂轴承，所述转臂轴承是有内圈无外圈的滚子轴承或者无内外圈只带保持架的滚针轴承。
10.一种机器人，包括机械臂、机械手、机器人关节，所述机械臂与机械臂之间、以及所述机械臂与所述机械手之间通过所述机器人关节连接，其特征在于，所述机器人关节包括壳体、电机和根据权利要求1至9任意一项所述的摆线针轮减速器，所述摆线针轮减速器位于所述壳体内，所述电机与摆线针轮减速器的输入轴相连，驱动所述摆线针轮减速器，通过输入端盖或者输出端盖机器人关节转动。
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