CN104791425A - 一种工业机器人高刚性大速比摆线减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业机器人高刚性大速比摆线减速器，输入轴上设有两个偏心位相错180°的转臂。左侧转臂和右侧转臂采用圆柱滚子轴承分别连接一级和二级具有不同齿数的摆线轮。两个摆线轮上开设有柱销孔且柱销孔贯穿有柱销，柱销与柱销孔之间设有柱销套。一级摆线轮与固定针齿壳上的针齿啮合，二级摆线轮与输出针齿壳上的针齿啮合。输出针齿壳采用主轴承与固定针齿壳连接和定位。左压紧盘通过左支撑轴承与固定针齿壳连接和定位，右压紧盘通过右支撑轴承与输出针齿壳连接和定位。左右压紧盘分别采用螺纹连接拧紧柱销。左右压紧盘分别采用圆锥滚子轴承与输入轴连接。通过上述结构设计可以实现减速器高刚性大速比传动，特别适合于工业机器人关节中。

Description

一种工业机器人高刚性大速比摆线减速器

技术领域

本发明涉及摆线减速器领域，特别提出一种工业机器人高刚性大速比摆线减速器。

背景技术

摆线减速器具有传动比大、传动效率高、传动精度高、扭转刚性高以及寿命长等诸多优点，因此广泛应用于精密机械传动领域。普通摆线减速器在输入轴上装有一个错位180°的双偏心套，在偏心套上装有两个称为转臂的滚柱轴承，形成H机构。两个摆线轮的中心孔即为偏心套上转臂轴承的滚道，并由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿相啮合，以组成齿差为一齿的内啮合减速机构。当输入轴带着偏心套转动一周时，由于摆线轮上齿廓曲线的特点及其受针齿轮上针齿限制的原因，摆线轮的运动成为既有公转又有自转的平面运动，在输入轴正转一周时，偏心套亦转动一周，摆线轮于相反方向转过一个齿从而得到减速，再借助W输出机构，将摆线轮的低速自转运动通过柱销传递给输出轴，从而获得较低的输出转速。

RV减速器是在传统针摆行星传动的基础上发展出来的，它是由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线针轮行星减速机构两部分组成，为一封闭差动轮系。主动的太阳轮与输入轴相连，如果渐开线中心轮顺时针方向旋转，它将带动三个呈120°布置的行星轮在绕中心轮轴心公转的同时还有逆时针方向自转，三个曲柄轴与行星轮相固连而同速转动，两片相位差180°的摆线轮铰接在三个曲柄轴上，并与固定的针轮相啮合，在其轴线绕针轮轴线公转的同时，还将反方向自转，即顺时针转动。输出机构由装在其上的三对曲柄轴支撑轴承来推动，把摆线轮上的自转传递出来。它因为具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列优点，广泛用于工业机器人传动关节中。

由于工业机器人对关节减速器质量与空间尺寸的严格限制，现有RV减速器传动比范围一般在200以内，而且很难实现减速比的进一步提高。因此，为满足工业机器人对关节减速器更大速比的特殊要求，在摆线传动基础上需要提出一种全新的减速原理与结构设计方案。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种工业机器人高刚性大速比摆线减速器。该减速器同时具有高精度、高效率、高刚性、高承载和使用寿命长等优点。特别适合于工业机器人传动关节中。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种工业机器人高刚性大速比摆线减速器，包括输入轴、固定针齿壳和输出针齿壳，所述固定针齿壳和所述输出针齿壳上均分别嵌装有针齿销，所述输入轴上偏心地设有的第一转臂和第二转臂，所述第一转臂和第二转臂偏心位相错180°；所述第一转臂上连接有一级摆线轮，所述第二转臂上连接有二级摆线轮，所述一级摆线轮和二级摆线轮的齿数不同；所述一级摆线轮和二级摆线轮上均分别开设有多个均匀分布的柱销孔，在一级摆线轮和二级摆线轮上的柱销孔中均分别贯穿有柱销，柱销与所在柱销孔之间设有柱销套；所述一级摆线轮与镶嵌在固定针齿壳上的针齿销相啮合，所述二级摆线轮与镶嵌在输出针齿壳上的针齿销相啮合；所述输出针齿壳与固定针齿壳之间采用主轴承连接和定位，所述固定针齿壳的左端固定有左压紧盘，所述左压紧盘与固定针齿壳之间设有左支撑轴承，所述输出针齿壳的右端设有右压紧盘，所述右压紧盘与所述输出针齿壳之间设有右支撑轴承；所述左压紧盘和右压紧盘均分别采用圆锥滚子轴承与输入轴连接，所述柱销的两端分别与所述左压紧盘和所述右压紧盘之间采用螺纹连接。

本发明工业机器人高刚性大速比摆线减速器，其中，所述第一转臂由设在所述输入轴上的第一偏心圆柱滚子轴承构成，所述第二转臂由设置在所述输入轴上的第二偏心圆柱滚子轴承构成，所述第一偏心圆柱滚子轴承和第二偏心圆柱滚子轴承的内环均分别为偏心套；或所述第一转臂和第二转臂均分别由设置在输入轴上的一个偏心套和一个圆柱滚子轴承组合构成；或所述输入轴为曲柄轴，曲柄上套有圆柱滚子轴承从而形成了第一转臂和第二转臂。

当一级摆线轮与固定针齿壳上的针齿销满足一齿差条件下，同时，二级摆线轮与输出针齿壳上的针齿销满足一齿差条件下时，减速器的输出传动比为：

$i_1=\frac{Z_1{Z}_4}{Z_1-Z_3},\left(\begin{array}{cc}{Z}_1>Z_3& +_{\&prime;\&prime;}^{\&prime;\&prime;}\\ Z_1<Z_3& -_{\&prime;\&prime;}^{\&prime;\&prime;}\end{array}\right)$

式中，Z₁为一级摆线轮的齿数；Z₂为固定针齿壳上针齿销数；Z₃为二级摆线轮的齿数；Z₄为输出针齿壳上的针齿销数。"+"表示输出针齿壳的转向与输入轴转向相同；"-"表示输出针齿壳的转向与输入轴转向相反。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过两级摆线针轮复合传动结构设计，可以实现减速器大速比传动。不仅如此，固定针齿壳与输出针齿壳之间，左压紧盘与固定针齿壳之间以及右压紧盘与输出针齿壳之间，均采用高刚性、高回转精度滚动轴承进行支撑与定位，因此该类减速器可以实现高刚性、高精度回转输出。此外，该类减速器采用两级摆线针轮啮合传动设计，因此兼具普通摆线减速器高传动效率和结构紧凑的优点，特别适合于工业机器人传动关节中。

附图说明

图1是本发明高刚性大速比摆线减速器的结构示意图；

图2是图1中A-A所示剖切位置的A-A剖面图；

图3是图1中B-B所示剖切位置的B-B剖面图。

图中：

1-输入轴        2-键           3-圆锥滚子轴承      4-第一偏心圆柱滚子轴承

5-螺钉          6-柱销         7-柱销套            8-固定针齿壳

9-一级摆线轮    10-间隔环      11-输出针齿壳       12-主轴承

13-弹性挡圈     14-左支撑轴承  15-右支撑轴承       16-针齿销

17-二级摆线轮   18-左压紧盘    19-右压紧盘         20-套筒

21-第二偏心圆柱滚子轴承

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

如图1所示，本发明一种工业机器人高刚性大速比摆线减速器，包括输入轴1、固定针齿壳8和输出针齿壳11，所述固定针齿壳8和所述输出针齿壳11上均分别嵌装有针齿销16。所述输入轴1上偏心地设有的第一转臂和第二转臂，所述第一转臂和第二转臂位相错180°；所述第一转臂和第二转臂的构成至少有三种方式可供选择，包括：

(1)由设在所述输入轴1上的第一偏心圆柱滚子轴承4构成，所述第二转臂由设置在所述输入轴1上的第二偏心圆柱滚子轴承21构成，所述第一偏心圆柱滚子轴承4和第二偏心圆柱滚子轴承21的内环均分别为偏心套；两个并列的所述第一偏心圆柱滚子轴承4和第二偏心圆柱滚子轴承21之间设有套筒20。

(2)所述第一转臂和第二转臂均分别由设置在输入轴1上的一个偏心套和一个圆柱滚子轴承组合构成。

(3)所述输入轴1为曲柄轴，曲柄上套有圆柱滚子轴承从而形成了第一转臂和第二转臂。

图1、图2和图3所示的本发明实施例中第一转臂和第二转臂采用的上述方式(1)，但本发明中的第一转臂和第二转臂的结构并不限于上述方式。

所述第一转臂上连接有一级摆线轮9，所述第二转臂上连接有二级摆线轮17，所述一级摆线轮9和二级摆线轮17的齿数不同；所述一级摆线轮9和二级摆线轮17上均分别开设有多个均匀分布的柱销孔，在一级摆线轮9和二级摆线轮17上的柱销孔中均分别贯穿有柱销6，柱销6与所在柱销孔之间设有柱销套7；所述一级摆线轮9与镶嵌在固定针齿壳8上的针齿销16相啮合，所述二级摆线轮17与镶嵌在输出针齿壳11上的针齿销16相啮合；所述输出针齿壳11与固定针齿壳8之间采用主轴承12连接和定位，所述固定针齿壳8的左端固定有左压紧盘18，所述左压紧盘18与固定针齿壳8之间设有左支撑轴承14，即，左压紧盘18通过左支撑轴承14与固定针齿壳8连接和定位；所述输出针齿壳11的右端设有右压紧盘19，所述右压紧盘19与所述输出针齿壳11之间设有右支撑轴承15，即，右压紧盘19通过右支撑轴承15与输出针齿壳11连接和定位。所述左压紧盘18和右压紧盘19均分别采用圆锥滚子轴承3与输入轴1连接，所述柱销6的两端分别与所述左压紧盘18和所述右压紧盘19之间采用螺纹连接，所述柱销6的两端可以设计成内螺纹孔并采用螺钉连接拧紧左压紧盘18和右压紧盘19，也可以设计成外螺纹并采用螺母旋合压紧左压紧盘18和右压紧盘19。本发明通过上述两级摆线针轮复合传动结构设计，可以实现减速器高刚性大速比传动，特别适合于工业机器人传动关节中。

传动时，动力由输入轴1输入，输入轴1上的两个转臂(第一转臂和第二转臂)的曲柄带动一级摆线轮9和二级摆线轮17同时转动。一级摆线轮9通过与固定针齿壳8上的针齿销16啮合带动柱销6转动。柱销6同时拨动二级摆线轮17转动。在输入轴1和柱销6的共同驱动下，二级摆线轮17拨动输出针齿壳11转动，实现运动输出。

本发明中，当一级摆线轮9与固定针齿壳8上的针齿销满足一齿差条件下，同时，二级摆线轮17与输出针齿壳11上的针齿销满足一齿差条件下时，减速器的输出传动比为：

$i_1=\frac{Z_1{Z}_4}{Z_1-Z_3},\left(\begin{array}{cc}{Z}_1>Z_3& +_{\&prime;\&prime;}^{\&prime;\&prime;}\\ Z_1<Z_3& -_{\&prime;\&prime;}^{\&prime;\&prime;}\end{array}\right)$

式中，Z₁为一级摆线轮的齿数；Z₂为固定针齿壳上针齿销数；Z₃为二级摆线轮的齿数；Z₄为输出针齿壳上的针齿销数。"+"表示输出针齿壳的转向与输入轴转向相同；"-"表示输出针齿壳的转向与输入轴转向相反。

例如，取一级摆线轮齿数为21，固定针齿壳上针齿销数为22，二级摆线轮齿数为19，输出针齿壳上的针齿销数为20。通过上述传动比计算公式可得到，减速器输入轴与输出针齿壳之间的传动比可达210。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种工业机器人高刚性大速比摆线减速器，包括输入轴(1)、固定针齿壳(8)和输出针齿壳(11)，所述固定针齿壳(8)和所述输出针齿壳(11)上均分别嵌装有针齿销(16)，其特征在于：

所述输入轴(1)上偏心地设有第一转臂和第二转臂，所述第一转臂和第二转臂偏心位相错180°；

所述第一转臂上连接有一级摆线轮(9)，所述第二转臂上连接有二级摆线轮(17)，所述一级摆线轮(9)和二级摆线轮(17)的齿数不同；

所述一级摆线轮(9)和二级摆线轮(17)上均分别开设有多个均匀分布的柱销孔，在一级摆线轮(9)和二级摆线轮(17)上的柱销孔中均分别贯穿有柱销(6)，柱销(6)与所在柱销孔之间设有柱销套(7)；

所述一级摆线轮(9)与镶嵌在固定针齿壳(8)上的针齿销(16)相啮合，所述二级摆线轮(17)与镶嵌在输出针齿壳(11)上的针齿销(16)相啮合；

所述输出针齿壳(11)与固定针齿壳(8)之间采用主轴承(12)连接和定位，所述固定针齿壳(8)的左端固定有左压紧盘(18)，所述左压紧盘(18)与固定针齿壳(8)之间设有左支撑轴承(14)，所述输出针齿壳(11)的右端设有右压紧盘(19)，所述右压紧盘(19)与所述输出针齿壳(11)之间设有右支撑轴承(15)；

所述左压紧盘(18)和右压紧盘(19)均分别采用圆锥滚子轴承(3)与输入轴(1)连接，所述柱销(6)的两端分别与所述左压紧盘(18)和所述右压紧盘(19)之间采用螺纹连接。

2.根据权利要求1所述工业机器人高刚性大速比摆线减速器，其特征在于，所述第一转臂由设在所述输入轴(1)上的第一偏心圆柱滚子轴承(4)构成，所述第二转臂由设置在所述输入轴(1)上的第二偏心圆柱滚子轴承(21)构成，所述第一偏心圆柱滚子轴承(4)和第二偏心圆柱滚子轴承(21)的内环均分别为偏心套。

3.根据权利要求1所述的一种工业机器人高刚性大速比摆线减速器，其特征是，所述第一转臂和第二转臂均分别由设置在输入轴(1)上的一个偏心套和一个圆柱滚子轴承组合构成。

4.根据权利要求1所述的一种工业机器人高刚性大速比摆线减速器，其特征在于，所述输入轴(1)为曲柄轴，曲柄上套有圆柱滚子轴承从而形成了第一转臂和第二转臂。

5.根据权利要求1至4中任一所述的一种工业机器人高刚性大速比摆线减速器，其特征在于，当一级摆线轮(9)与固定针齿壳(8)上的针齿销满足一齿差条件下，同时，二级摆线轮(17)与输出针齿壳(11)上的针齿销满足一齿差条件下时，减速器的输出传动比为：

$i_1=\frac{Z_1{Z}_4}{Z_1-Z_3},\left(\begin{array}{cc}{Z}_1>Z_3& \&prime;\&prime;+\&prime;\&prime;\\ Z_1<Z_3& \&prime;\&prime;-\&prime;\&prime;\end{array}\right)$

式中，Z₁为一级摆线轮的齿数；Z₂为固定针齿壳上针齿销数；Z₃为二级摆线轮的齿数；Z₄为输出针齿壳上的针齿销数；"+"表示输出针齿壳的转向与输入轴转向相同；"-"表示输出针齿壳的转向与输入轴转向相反。