CN113090734A - 组合型活塞、谐波减速机及防止谐波减速机漏油的方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种组合型活塞、谐波减速机及防止谐波减速机漏油的方法，组合型活塞包括低速环、旋转油封、第一轴承和高速环；低速环包括筒体和第一往复油封，筒体的内壁上设置有第一往复油封；靠近筒体的一端，在筒体的外壁上设置有台阶；位于台阶上，旋转油封套设在筒体上；筒体设置有台阶一端的外壁通过第一轴承与高速环连接；旋转油封用于保证对高速环与低速环之间运动过程中的密封性，第一轴承用于保证高速环与低速环之间的同轴性；高速环的外壁上开设有环形槽，环形槽中设置有第二往复油封。本申请提供的组合型活塞能够广泛运用于谐波减速机的设计中。本申请提供的谐波减速机能够减少漏油现象，提高工作温度范围，延长工作寿命。

Description

组合型活塞、谐波减速机及防止谐波减速机漏油的方法

技术领域

本申请属于协作机器人技术领域，具体涉及一种组合型活塞、谐波减速机及防止谐波减速机漏油的方法。

背景技术

随着协作机器人技术的迅速发展，目前已有大量协作机器人运用于实际的工业生产中。因此，对协作机器人的稳定性和耐久性要求也变得越来越高。其中，协作机器人关节的重要核心组件——谐波减速机，直接关系到协作机器人本身的稳定性与耐久性。

现有的谐波减速机主要包括波发生器、柔性齿轮、柔性轴承和刚性齿轮四大基本构件。谐波减速机是一种通过波发生器装配上柔性轴承使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动装置。由于谐波减速机具有传动速比大、承载能力高、传动精度高、传动效率高、体积小、重量轻等优点，因此其被广泛运用于协作机器人行业。

随着协作机器人所承担的工作越来越复杂，人们对协作机器人运行速度的要求也越来越高。然而，目前的协作机器人存在减速机漏油问题。减速机在高速或高负载状态下长时间运作极易发热，使得减速机内腔压强增加，导致油封失效，油脂泄露。由于协作机器人内部构造较为精密，一旦油封失效，极易污染损坏机械臂关节内部的电子元件，造成机械臂故障，影响生产进度甚至造成安全事故；此外，漏油问题也会导致减速机内部润滑不完全，加速减速机的磨损，减少减速机的寿命。目前，为解决谐波减速机的漏油问题，可以采用减少润滑脂的加入量，增加内腔的空气占比的方法，以增加润滑脂-空气混合物的可压缩性，降低谐波减速机内腔压强。然而，实践结果表明该方法用于防止漏油的效果一般，且减少润滑脂用量会导致减速机工作寿命的缩短。

发明内容

为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供了一种组合型活塞、谐波减速机及防止谐波减速机漏油的方法。

根据本申请实施例的第一方面，本申请提供了一种组合型活塞，其包括低速环、旋转油封、第一轴承和高速环；

所述低速环包括筒体和第一往复油封，所述筒体的内壁上设置有所述第一往复油封；靠近所述筒体的一端，在所述筒体的外壁上设置有台阶；位于所述台阶上，所述旋转油封套设在所述筒体上；

所述筒体设置有台阶一端的外壁通过所述第一轴承与所述高速环连接；旋转油封用于保证对高速环与低速环之间运动过程中的密封性，第一轴承用于保证高速环与低速环之间的同轴性；

所述高速环的外壁上开设有环形槽，所述环形槽中设置有第二往复油封。

上述组合型活塞中，所述筒体设置有台阶一端的外壁与所述第一轴承的内圈连接，所述高速环套设在所述第一轴承上，所述高速环的内壁与所述第一轴承的外圈连接。

上述组合型活塞中，所述第二往复油封的唇口露出所述高速环的外侧。

上述组合型活塞中，沿所述高速环的高度方向，在所述高速环的外壁上间隔预设距离开设有两所述环形槽。

上述组合型活塞中，所述第一轴承的外圈与所述高速环连接的端面上设置有外压盖，外压盖用于对第一轴承的外圈与高速环的连接处进行固定；

所述第一轴承的内圈与所述筒体连接的端面上设置有内压盖，所述内压盖用于对所述第一轴承的内圈与所述高速环的连接处进行固定。

根据本申请实施例的第二方面，本申请还提供了一种谐波减速机，其包括发生器、柔性轴承、柔轮、钢轮、高速轴、低速法兰轴以及上述任一项所述的组合型活塞；所述波发生器设置在所述柔性轴承上，所述柔性轴承设置在所述柔轮内，所述柔轮的外侧设置有所述钢轮；所述柔轮的一端设置有柔轮盖；

所述柔性轴承的内圈中连接有所述高速轴，所述高速轴采用带有肩部的圆筒结构；

所述高速轴中设置有所述低速法兰轴，所述高速轴通过第二轴承与所述低速法兰轴的法兰盘端连接；所述低速法兰轴的法兰盘端与所述柔轮盖相对设置；所述钢轮与低速法兰轴的法兰盘端连接；

位于所述高速轴内部，所述组合型活塞设置在所述高速轴的肩部与低速法兰轴之间的空间中。

上述谐波减速机中，所述组合型活塞套设在所述低速法兰轴的轴体上，所述低速环中的第一往复油封与所述低速法兰轴的轴体接触；所述高速环上的第二往复油封与所述高速轴肩部以下的内壁接触。

上述谐波减速机中，所述柔轮盖、钢轮、低速法兰轴和高速轴所包围的内腔中设置润滑脂。

根据本申请实施例的第三方面，本申请还提供了一种防止谐波减速机漏油的方法，其包括以下步骤：

设置上述任一项所述的谐波减速机；

控制组合型活塞与柔轮盖、钢轮、低速法兰轴和高速轴所包围的内腔中的压强保持恒定；

通过恒定组合型活塞与柔轮盖、钢轮、低速法兰轴和高速轴所包围的内腔中的压强，减少谐波减速机中润滑脂的泄露。

上述防止谐波减速机漏油的方法中，所述控制组合型活塞与柔轮盖、钢轮、低速法兰轴和高速轴所包围的内腔中的压强保持恒定的具体过程为：

当谐波减速机中组合型活塞与柔轮盖、钢轮、低速法兰轴和高速轴所包围的内腔的温度升高、气压升高，内部润滑脂和空气的混合物向外推动组合型活塞，内腔体积增加、压强降低；

当谐波减速机中组合型活塞与柔轮盖、钢轮、低速法兰轴和高速轴所包围的内腔的温度降低、气压降低，外部大气压向内推动组合型活塞，内腔体积减小、压强升高；

组合型活塞通过在高速轴的肩部与低速法兰轴围成的空间中的往复运动保证谐波减速机内腔压强的恒定。

根据本申请的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：

本申请提供的组合型活塞结构紧凑、成本低、实用性好、兼容性强，能够广泛运用于谐波减速机的设计中。本申请提供的谐波减速机通过控制谐波减速机内腔的体积，使谐波减速机内部的压强恒定，能够减少漏油现象，提高谐波减速机的工作温度范围，延长工作寿命。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本申请所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本申请的说明书的一部分，其示出了本申请的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本申请的原理。

图1为本申请实施例提供的一种组合型活塞的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的一种谐波减速机的工作状态示意图之一。

图3为本申请实施例提供的一种谐波减速机的工作状态示意图之二。

附图标记说明：

1、低速环；11、筒体；111、台阶；12、第一往复油封；

2、旋转油封；

3、第一轴承；31、外压盖；32、内压盖；

4、高速环；41、第二往复油封；

10、波发生器；

20、柔性轴承；

30、柔轮；301、柔轮盖；

40、钢轮；

50、高速轴；

60、低速法兰轴。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本申请所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本申请内容的实施例后，当可由本申请内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本申请内容的精神与范围。

本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，但并不作为对本申请的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本申请，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

实施例1

图1为本申请实施例提供的一种组合型活塞的结构示意图。

如图1所示，本申请提供的组合型活塞包括低速环1、旋转油封2、第一轴承3和高速环4。其中，低速环1包括筒体11和第一往复油封12。筒体11的内壁上设置有第一往复油封12。使用时，可以将活塞杆穿过低速环1，活塞杆相对于低速环1做往复运动，第一往复油封12与活塞杆的外壁接触，用于实现密封。

靠近筒体11的一端，在筒体11的外壁上设置有台阶111。位于台阶111上，旋转油封2套设在筒体11上。筒体11设置有台阶111的一端通过第一轴承3与高速环4连接。旋转油封2用于保证高速环4与低速环1之间运动过程中的密封性，第一轴承3用于保证高速环4与低速环1之间的同轴性。

具体地，筒体11设置有台阶111一端的外壁与第一轴承3的内圈连接，高速环4套设在第一轴承3上，高速环4的内壁与第一轴承3的外圈连接。

高速环4的外壁上开设有环形槽，环形槽中设置有第二往复油封41，其中，第二往复油封41的唇口露出高速环4的外侧。当将本申请提供的组合型活塞组装在谐波减速机中时，第二往复油封41的唇口被压入环形槽中，通过第二往复油封41实现两接触面的密封。

具体地，沿高速环4的高度方向，在高速环4的外壁上间隔预设距离开设有两环形槽，两环形槽所在的平面相互平行。当然，也可以根据需要开设多个环形槽。

在本实施例中，第一轴承3的外圈与高速环4连接的端面上设置有外压盖31，外压盖31用于对第一轴承3的外圈与高速环4的连接处进行固定。第一轴承3的内圈与筒体11连接的端面上设置有内压盖32，内压盖32用于对第一轴承3的内圈与高速环4的连接处进行固定。

实施例2

图2为本申请实施例提供的一种谐波减速机的工作状态示意图之一。图3为本申请实施例提供的一种谐波减速机的工作状态示意图之二。

如图2和图3所示，本申请还提供了一种谐波减速机，其包括波发生器10、柔性轴承20、柔轮30、钢轮40、高速轴50、低速法兰轴60以及实施例1提供的组合型活塞。

波发生器10设置在柔性轴承20上，柔性轴承20设置在柔轮30内，柔轮30的外侧设置有钢轮40。柔轮30的一端设置有柔轮盖301。

柔性轴承20的内圈中连接有高速轴50，高速轴50采用带有肩部的圆筒结构。

高速轴50中设置有低速法兰轴60，高速轴50通过第二轴承与低速法兰轴60的法兰盘端连接。低速法兰轴60的法兰盘端与柔轮盖301相对设置，即柔轮盖301位于低速法兰轴60的法兰盘端的相对端。钢轮40与低速法兰轴60的法兰盘端连接，使得低速法兰轴60能够跟随钢轮40一起转动。

位于高速轴50内部，在高速轴50的肩部与低速法兰轴60之间的空间中设置有组合型活塞。

组合型活塞套设在低速法兰轴60的轴体上，低速环1中的第一往复油封12与低速法兰轴60的轴体接触，第一往复油封12用于保证组合型活塞与低速法兰轴60之间往复运动过程中的密封性。

高速环4上的第二往复油封41与高速轴50肩部以下的内壁接触，第二往复油封41用于保证组合型活塞与高速轴50之间往复运动过程中的密封性。

组合型活塞用于调节其与柔轮盖301、钢轮40、低速法兰轴60和高速轴50所包围的内腔的体积。

本申请提供的谐波减速机使用前，在柔轮盖301、钢轮40、低速法兰轴60和高速轴50所包围的内腔中设置润滑脂。

本申请提供的谐波减速机工作时，组合型活塞的外环相对于高速轴50能够往复运动，组合型活塞的内环相对于低速法兰轴60能够往复运动，高度轴相对于低速法兰轴60能够转动。

基于本申请提供的谐波减速机，本申请还提供了一种防止谐波减速机漏油的方法，其包括以下步骤：

S1、根据本申请提供的组合型活塞的尺寸和结构设计高速轴50和低速法兰轴60，其中，高速轴50采用一带有肩部的圆筒结构；低速法兰轴60包括轴体和法兰盘，轴体与法兰盘一体成型或者轴体的一端连接在法兰盘的中心孔中。

S2、对波发生器10、柔性轴承20、柔轮30、柔轮盖301、钢轮40、高速轴50、低速法兰轴60进行组装，并将本申请提供的组合型活塞安装在高速轴50的肩部与低速法兰轴60围成的空间中，使得低速环1中的第一往复油封12与低速法兰轴60的轴体密封接触，高速环4上的第二往复油封41与高速轴50肩部以下的内壁密封接触。

S3、利用组合型活塞与柔轮盖301、钢轮40、低速法兰轴60和高速轴50所包围的内腔中的气压和外部大气压控制组合型活塞在高速轴50的肩部与低速法兰轴60围成的空间中往复运动，以恒定谐波减速机内腔的压强，从而防止谐波减速机漏油现象的发生。

上述步骤S3中，利用组合型活塞与柔轮盖301、钢轮40、低速法兰轴60和高速轴50所包围的内腔的气压和外部大气压控制组合型活塞在高速轴50的肩部与低速法兰轴60围成的空间中往复运动的具体过程为：

如图2所示，当谐波减速机中组合型活塞与柔轮盖301、钢轮40、低速法兰轴60和高速轴50所包围的内腔的温度升高、气压升高，内部润滑脂和空气的混合物沿箭头方向向外(即自低速法兰轴60的法兰盘端向柔轮盖301的方向)推动组合型活塞，内腔体积增加、压强降低。

如图3所示，当谐波减速机中组合型活塞与柔轮盖301、钢轮40、低速法兰轴60和高速轴50所包围的内腔的温度降低、气压降低，外部大气压沿箭头方向向内(即自柔轮盖301向低速法兰轴60的法兰盘端的方向)推动组合型活塞，内腔体积减小、压强升高。组合型活塞通过在高速轴50的肩部与低速法兰轴60围成的空间中的往复运动，能够保证谐波减速机内腔压强的恒定，从而在润滑脂用量不变的情况下能够防止漏油。

本申请提供的组合型活塞结构紧凑、成本低，经过尺寸调整就可以适用于不同尺寸和传动速比的谐波减速机中，能够兼容市面上常见的机械臂用谐波减速机。本申请提供的组合型活塞具有良好的实用性、工艺性，符合工程领域的相关要求，能够广泛运用于谐波减速机的设计中。

本申请提供的谐波减速机通过控制谐波减速机内腔的体积，使谐波减速机内部的压强恒定，能够减少漏油现象，提高谐波减速机的工作温度范围和工作寿命。

将本申请提供的组合型活塞用于现有的谐波减速机中时，除了根据实际需要设计高速轴50和低速法兰轴60之外，无需对现有谐波减速机的主要结构进行额外的大规模修改，能够尽可能地避免由于修改减速机本体设计导致的减速机失效或机械臂关节外形修改。

以上所述仅为本申请示意性的具体实施方式，在不脱离本申请的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种组合型活塞，其特征在于，包括低速环、旋转油封、第一轴承和高速环；

所述低速环包括筒体和第一往复油封，所述筒体的内壁上设置有所述第一往复油封；靠近所述筒体的一端，在所述筒体的外壁上设置有台阶；位于所述台阶上，所述旋转油封套设在所述筒体上；

所述筒体设置有台阶一端的外壁通过所述第一轴承与所述高速环连接；旋转油封用于保证对高速环与低速环之间运动过程中的密封性，第一轴承用于保证高速环与低速环之间的同轴性；

所述高速环的外壁上开设有环形槽，所述环形槽中设置有第二往复油封。

2.根据权利要求1所述的组合型活塞，其特征在于，所述筒体设置有台阶一端的外壁与所述第一轴承的内圈连接，所述高速环套设在所述第一轴承上，所述高速环的内壁与所述第一轴承的外圈连接。

3.根据权利要求1所述的组合型活塞，其特征在于，所述第二往复油封的唇口露出所述高速环的外侧。

4.根据权利要求1所述的组合型活塞，其特征在于，沿所述高速环的高度方向，在所述高速环的外壁上间隔预设距离开设有两所述环形槽。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的组合型活塞，其特征在于，所述第一轴承的外圈与所述高速环连接的端面上设置有外压盖，外压盖用于对第一轴承的外圈与高速环的连接处进行固定；

所述第一轴承的内圈与所述筒体连接的端面上设置有内压盖，所述内压盖用于对所述第一轴承的内圈与所述高速环的连接处进行固定。

6.一种谐波减速机，其特征在于，包括发生器、柔性轴承、柔轮、钢轮、高速轴、低速法兰轴以及如权利要求1-5任一项所述的组合型活塞；所述波发生器设置在所述柔性轴承上，所述柔性轴承设置在所述柔轮内，所述柔轮的外侧设置有所述钢轮；所述柔轮的一端设置有柔轮盖；

所述柔性轴承的内圈中连接有所述高速轴，所述高速轴采用带有肩部的圆筒结构；

所述高速轴中设置有所述低速法兰轴，所述高速轴通过第二轴承与所述低速法兰轴的法兰盘端连接；所述低速法兰轴的法兰盘端与所述柔轮盖相对设置；所述钢轮与低速法兰轴的法兰盘端连接；

位于所述高速轴内部，所述组合型活塞设置在所述高速轴的肩部与低速法兰轴之间的空间中。

7.根据权利要求6所述的谐波减速机，其特征在于，所述组合型活塞套设在所述低速法兰轴的轴体上，所述低速环中的第一往复油封与所述低速法兰轴的轴体接触；所述高速环上的第二往复油封与所述高速轴肩部以下的内壁接触。

8.根据权利要求6所述的谐波减速机，其特征在于，所述柔轮盖、钢轮、低速法兰轴和高速轴所包围的内腔中设置润滑脂。

9.一种防止谐波减速机漏油的方法，其特征在于，包括以下步骤：

设置如权利要求6-8任一项所述的谐波减速机；

控制组合型活塞与柔轮盖、钢轮、低速法兰轴和高速轴所包围的内腔中的压强保持恒定；

通过恒定组合型活塞与柔轮盖、钢轮、低速法兰轴和高速轴所包围的内腔中的压强，减少谐波减速机中润滑脂的泄露。

10.根据权利要求9所述的防止谐波减速机漏油的方法，其特征在于，所述控制组合型活塞与柔轮盖、钢轮、低速法兰轴和高速轴所包围的内腔中的压强保持恒定的具体过程为：

当谐波减速机中组合型活塞与柔轮盖、钢轮、低速法兰轴和高速轴所包围的内腔的温度升高、气压升高，内部润滑脂和空气的混合物向外推动组合型活塞，内腔体积增加、压强降低；

当谐波减速机中组合型活塞与柔轮盖、钢轮、低速法兰轴和高速轴所包围的内腔的温度降低、气压降低，外部大气压向内推动组合型活塞，内腔体积减小、压强升高；

组合型活塞通过在高速轴的肩部与低速法兰轴围成的空间中的往复运动保证谐波减速机内腔压强的恒定。

Images