CN108679190B - 新型柔性补偿型齿轮机器人减速器 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种能够对制造、安装及工作过程产生的误差进行补偿的一种装置，减小回差，同时对磨损等因素造成的误差进行补偿。即一种新型柔性补偿型齿轮机器人减速器。该减速器增加啮合齿数，提高传动精度。柔性针齿壳在外渐开线齿轮的作用下变为椭圆，即沿着外渐开线齿轮中心线方向拉伸从而变长，垂直方向变窄，并且由中心沿着长径方向逐渐变窄，在长径两端最短。所以，在针齿壳不发生变形时无法啮合的齿轮，在针齿壳变形而变窄后可以啮合，从而增加了减速器的啮合齿数，提高传动精度。

Description

新型柔性补偿型齿轮机器人减速器

技术领域

本发明涉及减速器领域，通过增大曲柄轴的偏心距，选用弹性系数较小的材料，将针齿壳的结构设计为网状结构等方式补偿RV减速器回转过程中产生的回差以及在运行过程中产生的磨损等误差。

背景技术

RV减速器由于结构紧凑、减速比大及刚度好等特点被广泛用于以工业机器人为代表的机电传动中，是一种高精密减速传动装置。RV减速器实际上是由一个渐开线行星传动机构和一个摆线针轮行星传动机构组合构成的一种二级减速传动机构，RV减速器的输出轴为低速轴，输出机构(即行星架)由装在其上的三对曲柄轴支撑轴承来推动，把摆线轮上的自转矢量以1:1的速比传递出来。在整个传动过程中产生的传动误差会直接反映在输出轴上，因此摆线针轮的传动精度是决定RV减速器精度的关键因素。

目前针对提高RV减速器传动***的性能主要是通过摆线齿轮的修形来提高传动精度，从理论上讲，标准齿轮的摆线针轮齿廓和针轮轮齿之间的传动属于无间隙啮合，但是由于无法补偿制造、安装等误差，在传动过程中会产生诸多问题；因此，国内外在摆线轮加工过程中通过修形这一方法来补偿制造和安装过程中产生的误差，保证合理的径向侧隙，但这会导致传动过程中会产生回差，严重影响传动精度。国外目前已经成功解决了齿形修形、制造精度控制、工艺参数优化及技术指标预控等技术难题，国外将这一系列技术作为保密核心技术，对其理论和实验研究我们无法借鉴，严重制约着我国RV减速器的发展，国内机器人中的减速器进口的居多。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够对制造、安装及工作过程产生的误差进行补偿的一种装置，减小回差，同时对磨损等因素造成的误差进行补偿。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种新型柔性补偿型齿轮机器人减速器，由一个行星齿轮减速机的前级和一个后级组成RV减速器。

其特征在于:所述后级装配结构中，将现有的RV减速器的摆线针轮减速机后级的针齿壳替换为柔性针齿壳、摆线轮替换为渐开线齿轮、曲柄轴偏心距增大。

所述柔性针齿壳的内圈具有圆环形的凸缘。所述环形凸缘开有若干网孔，形成针齿壳内圈的环形网状结构。所述网状结构具有弹性。所述环形凸缘面向柔性针齿壳中心的圆周上，具有内渐开线齿轮轮齿。

所述渐开线齿轮具有与内渐开线齿轮轮齿啮合的外渐开线齿轮轮齿。

所述曲柄轴偏心距增大，使得内渐开线齿轮轮齿和外渐开线齿轮轮齿的安装存在干涉，挤压所述柔性针齿壳，使其变为椭圆形。

进一步，所述柔性针齿壳由复合材料组成，可分为内外两层。所述内层包括圆环形的凸缘部分。

进一步，所述内层材料选自20CrMnTi或者30CrMnSi材料。所述外层材料选自65Mn弹簧钢。

进一步，所述渐开线齿轮是变位渐开线齿轮，变位系数的变化范围为-0.2mm～+0.5mm。

进一步，所述曲柄轴偏心距相对于RV减速器中的标准曲柄轴的偏心距增大,增大范围为0.05m--0.2mm，根据减速器规格灵活选取，

进一步，所述曲柄轴偏心距为L1。RV减速器中的标准曲柄轴的偏心距为L2。

所述新型柔性补偿型齿轮机器人减速器在渐开线行星齿轮传动部分未作改变，故不作介绍，所述新型柔性补偿型齿轮机器人减速器的补偿回差的工作原理及工作过程如下所述：

新型柔性补偿型齿轮机器人减速器的补偿回差的工作原理如下：首先，结构的差异决定了新型柔性补偿机器人减速器与传统RV减速器的差异，新型柔性补偿型机器人减速器的曲柄轴偏心距增大0.1mm，通过与柔性针齿壳的配合，在安装时，针齿壳产生形变，由圆形变为椭圆形，此时由于针齿壳产生了形变，故在减速器运行过程中针齿壳存在了弹性力，针齿壳啮合的两个外渐开线齿轮中心线构成的平面与外渐开线齿轮齿面的交线方向为针齿壳形变后长径的方向，即为弹性力的方向；其次，由于曲柄轴的两段偏心轴部分偏心的方向沿轴心对称，成180°的夹角，两个外渐开线齿轮与曲柄轴轴心处于同一个平面上，减速器在运动过程中针齿壳的长径也会随着两个外渐开线齿轮的运动而运动，旋转方向与曲柄轴的旋转方向相同，弹性力会随着针齿壳长径的旋转而旋转，保证弹性力始终与长径的方向相同，故针齿壳长径方向始终有对两个外渐开线齿轮存在压力。

新型柔性补偿型齿轮机器人减速器工作过程如下所述：RV减速机首先经过第一级传动，即渐开线行星齿轮传动，太阳轮所在的轴作为输入轴，行星轮所在的轴作为输出轴(即曲柄轴)；进入第二级传动，此时的输入轴即为曲柄轴,在曲柄轴的偏心部分，通过滚动轴承安装外渐开线齿轮，当曲柄轴沿某一方向连续运动时，外渐开线齿轮始终对于针齿壳存在一定压力，此时针齿壳长径的长度理论上是不变的，此时新型柔性补偿型齿轮机器人减速器的传动精度与传统的RV减速器的传动精度是相同的；当需要变向时，一般RV减速器会产生回差，影响传动精度，且在产生回差这一个时间间隔内摆线轮与针齿壳处于不接触的状态；而新型柔性补偿型齿轮机器人减速器的针齿壳存在着弹性力，当产生回差时，针齿壳的长径在弹性力的作用下会变小，补偿产生回差的这一段间隙，从而提高传动精度。新型柔性补偿型齿轮机器人减速器的设计主要目的是解决机器人减速器产生回差的问题，并对制造和安装误差进行补偿。此外，将针齿壳变为柔性针齿壳，还具有以下优势：

1、增加啮合齿数，提高传动精度。柔性针齿壳在外渐开线齿轮的作用下变为椭圆，即沿着外渐开线齿轮中心线方向拉伸从而变长，垂直方向变窄，并且由中心沿着长径方向逐渐变窄，在长径两端最短。所以，在针齿壳不发生变形时无法啮合的齿轮，在针齿壳变形而变窄后可以啮合，从而增加了减速器的啮合齿数，提高传动精度。

2、减小噪声。普通机器人减速器部件为刚性部件，当发生碰撞时会产生噪音，新型柔性补偿型机器人减速器的针齿壳是柔性元件，所以可以起到缓冲和吸振的作用，从而减小噪声。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

1)使用柔性针齿壳，在针齿壳弹性力的作用下，补偿运动过程中产生的回差等，提高传动精度；

2)可以有效的补偿制造及安装过程中出现的径向误差，针齿壳的形变是一个连续的过程，当制造及安装过程中出现径向误差时，可以对误差进行补偿，降低不合格率；

3)增加啮合齿数，提高传动精度；

4)缓冲吸振，减小噪声。

附图说明

图1为柔性补偿型机器人减速器总装图；

图2为柔性针齿壳图；

图3为外渐开线齿轮图；

图4为曲柄轴结构图。

图中：

图1：柔性针齿壳101，刚性盘102，行星齿轮103，曲柄轴104，外渐开线齿轮105，输出盘106；

图2：针齿壳网状结构201，内渐开线齿轮轮齿202；

图3：外渐开线齿轮轮齿301，曲柄轴孔302，输出盘孔303；

图4：花键401，偏心轴a402,偏心轴b403。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

一种新型柔性补偿型齿轮机器人减速器，由一个行星齿轮减速机的前级和一个后级组成RV减速器。

其特征在于:所述后级装配结构中，将现有的RV减速器的摆线针轮减速机后级的针齿壳替换为柔性针齿壳、摆线轮替换为渐开线齿轮、曲柄轴偏心距增大。

所述柔性针齿壳的内圈具有圆环形的凸缘201。所述环形凸缘201开有若干网孔，形成针齿壳内圈的环形网状结构。所述网状结构具有弹性。所述环形凸缘201面向柔性针齿壳中心的圆周上，具有内渐开线齿轮轮齿202。实施例中，所述柔性针齿壳由复合材料组成，可分为内外两层。所述内层包括圆环形的凸缘201部分，为齿轮传动部分，即传统针轮部分以变位渐开线齿轮代替，变位系数范围-0.2mm～+0.5mm。内层材料选自20CrMnTi或者30CrMnSi材料，加工为内齿轮。所述外层即为柔性部分。外层材料选自65Mn弹簧钢，保证材料的弹性系数较小，同时在外层加工为网状结构，以减少材料的弹性系数，增加疲劳寿命。

所述渐开线齿轮具有与内渐开线齿轮轮齿202啮合的外渐开线齿轮轮齿301。所述渐开线齿轮是变位渐开线齿轮变位系数范围-0.2mm～+0.5mm。

所述曲柄轴偏心距增大，使得内渐开线齿轮轮齿202和外渐开线齿轮轮齿301的安装存在干涉，挤压所述柔性针齿壳，使其变为椭圆形。实施例中，所述曲柄轴偏心距相对于RV减速器中的标准曲柄轴的偏心距增大,增大范围为0.05m～0.2mm，根据减速器规格灵活选取。

参见图1，图1为RV减速器总装图，新型柔性补偿型机器人减速器在第一级传动时与传统RV减速器相同，其中行星齿轮103为第一级传动的输出部分，输入部分在图中未做表示；行星齿轮在作为第一级传动的输出部分的同时，又作为第二级传动的输入部分，行星齿轮103通过花键401与曲柄轴104相连，动力通过行星齿轮103传递给曲柄轴104，曲柄轴通过圆锥滚子轴承与刚性盘102、输出盘106连接，作为曲柄轴104的支撑部分，刚性盘102与输出盘106通过螺栓固定连接，由图1可知，刚性盘102与输出盘106分别位于两个外渐开线齿轮的两侧；参见图3，通过外渐开线齿轮105中的输出盘孔303，使刚性盘102和输出盘106可以相连，刚性盘102与输出盘106通过角接触球轴承与柔性针齿壳101连接，柔性针齿壳101即可作为刚性盘102和输出盘106的支撑部分，两个外渐开线齿轮105(两个外渐开线齿轮是相互对称的运动过程完全相同，相位角相差180°度，)通过滚子轴承分别安装在曲柄轴104的偏心部位，参见图3，曲柄轴孔302即为外渐开线齿轮105与曲柄轴104连接孔；曲柄轴104旋转时通过偏心的作用带动两个外渐开线齿轮105绕着柔性针齿壳的中心线作公转，这时柔性针齿壳101中的内齿轮与两个外渐开线齿轮105相互啮合，由于针齿壳是固定的部分，所以，外渐开线齿轮105绕自身中心线自转，曲柄轴104轴心与外渐开线齿轮105中心不共线，所以在外渐开线齿轮105的带动下曲柄轴104绕针齿壳101中心线做旋转运动，在曲柄轴104的带动下，通过圆锥滚子轴承与曲柄轴相连的刚性盘102和输出盘106绕自身中心线作旋转运动，同时输出盘106作为动力输出部分输出动力。参见图2，柔性针齿壳101通过网状结构201以及柔性针齿壳101的材料决定了柔性针齿壳101具有较好的弹性，参见图4，曲柄轴104中的偏心轴a402和偏心轴b403的偏心距较标准设计增大0.1mm，由于外渐开线齿轮105分别安装在这两部分，所以产生的连锁反应是外渐开线齿轮105公转轨迹直径变大，而柔性针齿壳101的内径在不变时就会产生干涉导致安装的失败，所以，柔性针齿壳10通过形变，圆形变为椭圆形解决这一问题，在弹性的作用下，内渐开线齿轮轮齿202与外渐开线齿轮轮齿301之间始终存在压力，当产生回差时，即内渐开线齿轮轮齿202与外渐开线齿轮轮齿301产生了间隙，从而导致传动误差，此时，柔性针齿壳101在弹力的作用下使椭圆的长径变短，从而使内渐开线齿轮轮齿202与外渐开线齿轮轮齿301之间重新存在压力，从而补偿了回转误差。

Claims (5)

1.一种新型柔性补偿型齿轮机器人减速器，由一个行星齿轮减速机的前级和一个后级组成RV减速器；

其特征在于:所述后级装配结构中，将现有的RV减速器的摆线针轮减速机后级的针齿壳替换为柔性针齿壳、摆线轮替换为渐开线齿轮、曲柄轴偏心距增大；

所述柔性针齿壳的内圈具有圆环形的凸缘（201）；所述凸缘（201）开有若干网孔，形成针齿壳内圈的环形网状结构；所述网状结构具有弹性；所述凸缘（201）面向柔性针齿壳中心的圆周上，具有内渐开线齿轮轮齿（202）；

所述渐开线齿轮具有与内渐开线齿轮轮齿（202）啮合的外渐开线齿轮轮齿（301）；

所述曲柄轴偏心距增大，使得内渐开线齿轮轮齿（202）和外渐开线齿轮轮齿（301）的安装存在干涉，挤压所述柔性针齿壳，使其变为椭圆形。

2.根据权利要求1所述的一种新型柔性补偿型齿轮机器人减速器，其特征在于：所述柔性针齿壳由复合材料组成，可分为内层和外层；所述内层包括圆环形的凸缘（201）部分。

3.根据权利要求2所述的一种新型柔性补偿型齿轮机器人减速器，其特征在于：所述内层材料选自20CrMnTi、30CrMnSi、38CrMoAl、40Cr、Cr15材料；所述外层材料选自65Mn、60Si2MnA、50CrVA弹簧钢。

4.根据权利要求1或2所述的一种新型柔性补偿型齿轮机器人减速器，其特征在于：所述渐开线齿轮是变位渐开线齿轮；变位系数的变化范围为-0.2mm～+0.5mm。

5.根据权利要求1或4所述的一种新型柔性补偿型齿轮机器人减速器，其特征在于：所述曲柄轴偏心距相对于RV减速器中的标准曲柄轴的偏心距增大0.1mm。