CN207864538U - 一种锥形针齿精密摆线针轮减速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种锥形针齿精密摆线针轮减速器，包括：输入曲轴，摆线轮，圆盘传动件，输入支撑端，输出法兰，针齿，挡圈弹簧，壳体；所述输入曲轴两端由曲轴支撑滚子轴承分别支撑在输入支撑端和输出法兰上，输入曲轴两个偏心外圆上装有圆柱滚子轴承。两个挡圈弹簧分别位于针齿的两端，两个摆线轮的一端各有两个矩形凸台，分别与圆盘传动件的矩形孔连接，输入支撑端和输出法兰的一端同样具有两个矩形凸台，分别与圆盘传动件的另外两个矩形孔连接。本实用新型采用一级传动机构，能够弥补制造误差和工作磨损带来的摆线齿轮与针齿之间的间隙缺陷，能够使所有针齿都与摆线齿轮保持接触，从而显著提高摆线针轮减速器的使用寿命。

Description

一种锥形针齿精密摆线针轮减速器

技术领域

本实用新型涉及工程机械领域，特别涉及一种新型齿形摆线针轮减速器。

背景技术

精密摆线针轮减速器是一种利用摆线齿轮和针齿啮合实现动力传递的装置。从几何上看，摆线齿轮与所有针齿都接触；从力学上看，有一半数目的针齿参与动力传递，因此理论上说，摆线针轮传动具有承载能力大、传动精度高、装置体积小等许多优点。摆线针轮传动主要应用在精密传动领域，如工业机器人关节用减速器，主要的产品有日本Nabtesc公司的RV减速器，日本住友公司的FA、FC 系列减速器，美国Onvio公司的Dojen减速器，斯洛伐克Spinea公司的Twinspin减速器。

但是，由于制造误差以及工作磨损，实际摆线针轮传动中往往不是所有针齿都能与摆线齿轮接触，部分针齿与摆线齿轮之间存在间隙，仅有少数针齿与摆线齿轮相接触而传递动力，导致以下不良情况：(1)这几对相互接触的轮齿承受过大载荷而容易断裂及疲劳失效；(2)间隙产生针齿与摆线齿轮之间的冲击碰撞，发出噪声，引起振动；(3)间隙降低了摆线针轮传动的精度和刚度；(4)对摆线轮的制造精度要求高，仅有部分针齿与摆线轮啮合，容易导致受力不均，磨损严重，精度低，使用寿命降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的存在的问题而提供一种新的摆线针轮减速器及其齿形方式，本实用新型修形方法无需摆线齿轮齿廓修形，且本实用新型修行方法能够使摆线针轮传动装置中所有针齿都与摆线齿轮保持接触，从而显著提高承载能力和传动精度，可以应用于工业机器人关节用高精密减速器中的摆线针轮传动。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种锥形针齿精密摆线针轮减速器，包括有输入支撑端1、输入曲轴2、圆柱滚子轴承3、摆线齿轮4、壳体5、针齿6、圆盘传动件8、输出法兰9、圆柱交叉滚子10、轴承压盖11、曲轴支撑滚子轴承12、挡圈弹簧20；

其中，输入曲轴2两端由曲轴支撑滚子轴承12分别支撑在输入支撑端1和输出法兰9上，两个圆柱滚子轴承3安装在输入曲轴2中间的偏心外圆上；两个摆线齿轮4分别套接于两个圆柱滚子轴承3 的外侧，其外齿面与壳体5内的针齿6啮合，两个挡圈弹簧20分别位于两个针齿6的两端，挡圈弹簧上均布的弹簧数与针齿数相等，挡圈弹簧上的每个弹簧与相对应的针齿相啮合；两个摆线齿轮4的一端各有两个第一矩形凸台401，两个第一矩形凸台401与分别位于两个摆线齿轮4两侧的两个圆盘传动件8上的两个矩形孔相连，两个圆盘传动件8上的另外两个矩形孔分别与输出法兰的两个第二矩形凸台901以及输入支撑端1的两个第三矩形凸台101连接，输入支撑端1的外侧套接有输入支撑端滚子轴承18，壳体5套接于输入支撑端滚子轴承18外侧，圆柱交叉滚子10套接于输出法兰9上，与壳体5及轴承压盖11相连；

圆盘传动件8的每个矩形孔都安装有若干个圆柱滚子7，其矩形孔与摆线齿轮4的第一矩形凸台401、输出法兰9的第二矩形凸台901以及输入支撑端1的第三矩形凸台101之间为滚动配合；

摆线齿轮4的齿数是奇数，比设置于壳体5上的针齿6的齿数少一个，使得摆线齿轮4和壳体 5、针齿6做少一齿差的行星减速运动；

两个摆线齿轮4、两个圆盘传动件8、圆柱滚子7、输入支撑端1上的第三矩形凸台101、输出法兰9上的第二矩形凸台901构成两组完全对称的结构，将两个摆线齿轮4的行星运动平稳地转化为圆周运动。

进一步的，圆盘传动件8对称设置有四个矩形孔，其中，和第一矩形凸台相连的两个矩形孔对称设置，和第二矩形凸台、第三矩形凸台相连的另外两个矩形孔对称设置；和第一矩形凸台相连的两个矩形孔距离轴心的第一距离与和第二矩形凸台、第三矩形凸台相连的另外两个矩形孔距离轴心的第二距离不同。

进一步的，所述第一距离小于第二距离，其中：((第二距离-第一距离)/第一距离)<锁紧阈值。

进一步的，两个挡圈弹簧20相对设置，两个挡圈弹簧20分别位于两个针齿6的大端，挡圈弹簧均布的针齿弹簧2001分别与针齿的大端配合。

进一步的，针齿的大端直径为用φ1表示，针齿的锥度角为2度，满足自锁条件：

μ为针齿槽与针齿相接触表面的摩擦系数。

进一步的，所述圆盘传动件8上的四个矩形孔内侧均设置有圆柱滚子7，所述圆柱滚子7设置在矩形孔上一组对称边上，而在另一组对称边上没有设置圆柱滚子7。

进一步的，每个边内侧设置有奇数个圆柱滚子。

工作原理及显著效果：

采用一级传动机构，可以将电机轴通过键槽带动输入曲轴旋转，也可以通过齿轮或齿形带将电机的转动传递给输入曲轴，曲轴支撑滚子轴承支撑在输入支撑端和输出法兰上，再通过圆柱滚子轴承推动两个摆线齿轮做行星运动，其中一个摆线齿轮使输出法兰产生转动，另一个摆线齿轮使输入支撑端产生转动，具有精度高、力矩大、传动效率高、结构简单、制造成本低的优点。此外，本实用新型的针齿采用锥形滚针，具有传动精度高，使用寿命长，加工要求低，制造成本低的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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为本实用新型的锥形针齿的剖视图；

图2为本实用新型的挡圈弹簧侧视图；

图3为本实用新型的壳体的侧面局部剖视结构示意图；

图4为本实用新型的挡圈弹簧结构示意图；

图5为本实用新型的圆盘传动件结构示意图；

图6为本实用新型的摆线齿轮结构示意图；

图7为本实用新型的输入支撑端结构示意图；

图8为本实用新型的输出法兰结构示意图；

图9为本实用新型的组合结构示意图；

图10为本实用新型的分解结构示意图；

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

附图1-10中的附图标记：1－输入支撑端；2－输入曲轴；3－圆柱滚子轴承；4－摆线齿轮；5 －壳体；6－针齿；7－圆柱滚子；8－圆盘传动件；9－输出法兰；10－圆柱交叉滚子；11－轴承压盖； 12－曲轴支撑滚子轴承；14－旋转骨架油封；15－锁紧螺栓；16－螺母；17－螺钉；18－输入支撑端滚子轴承；19－骨架油封；20－挡圈弹簧；401－第一矩形凸台；901－第二矩形凸台；101－第三矩形凸台；2001－针齿弹簧。

本实用新型公开了一种锥形针齿精密摆线针轮减速器，包括有输入支撑端1、输入曲轴2、圆柱滚子轴承3、摆线齿轮4、壳体5、齿针6、圆盘传动件8、输出法兰9、圆柱交叉滚子10、轴承压盖 11、曲轴支撑滚子轴承12、挡圈弹簧20；

其中，输入曲轴2两端由曲轴支撑滚子轴承12分别支撑在输入支撑端1和输出法兰9上，两个圆柱滚子轴承3安装在输入曲轴2中间的偏心外圆上；两个摆线齿轮4分别套接于两个圆柱滚子轴承3 的外侧，其外齿面与壳体5内的针齿6啮合，两个挡圈弹簧20分别位于两个针齿6的两端，挡圈弹簧上均布的弹簧数与针齿数相等，挡圈弹簧上的每个弹簧与相对应的针齿相配合；两个摆线齿轮4的一端各有两个第一矩形凸台401，两个第一矩形凸台401与分别位于两个摆线齿轮4两侧的两个圆盘传动件8上的两个矩形孔相连，两个圆盘传动件8上的另外两个矩形孔分别与输出法兰的两个第二矩形凸台901以及输入支撑端1的两个第三矩形凸台101连接，输入支撑端1的外侧套接有输入支撑端滚子轴承18，壳体5套接于输入支撑端滚子轴承18外侧，圆柱交叉滚子10套接于输出法兰9上，与壳体5及轴承压盖11相连，使输出法兰能够承受更大的倾覆力矩；轴承压盖11上安装有旋转骨架油封14，输出法兰9和轴承压盖11通过锁紧螺栓15、螺母16以及螺钉17与外壳5连接在一起。

优选的：所述圆盘传动件8上的四个矩形孔内侧均设置有圆柱滚子7，所述圆柱滚子7设置在矩形孔上一组对称边上，而在另一组对称边上没有设置圆柱滚子7；优选的：每个边内侧设置有奇数个圆柱滚子，例如：3个；

优选的：两个摆线齿轮4相对设置；

优选的：摆线齿轮4上的两个第一矩形凸台401对称设置；圆盘传动件8上的矩形孔对称设置；输出法兰的第二矩形凸台901对称设置；输入支撑端1的第三矩形凸台101对称设置；对称的凸台形成力偶，并通过与圆盘传动件8的结合，将摆线齿轮4的行星运动转化为圆周运动。

优选的：两个圆盘传动件8分别设置在两个摆线齿轮4的外侧；

优选的：圆盘传动件8对称设置有四个矩形孔，其中，和第一矩形凸台相连的两个矩形孔对称设置，和第二矩形凸台、第三矩形凸台相连的另外两个矩形孔对称设置；其中：和第一矩形凸台相连的两个矩形孔距离轴心的第一距离与和第二矩形凸台、第三矩形凸台相连的另外两个矩形孔距离轴心的第二距离不同；优选的：所述第一距离小于第二距离，其中：((第二距离-第一距离)/第一距离)<锁紧阈值；所述锁紧阈值为预设值，例如：锁紧阈值等于5％～15％；通过距离不等的设置方式，提高了减速器的载荷，提高作为重要组件的圆盘转动件的载荷能力而不增加制造难度；

优选的：两个挡圈弹簧(20)相对设置，两个挡圈弹簧(20)分别位于两个针齿(6)的大端，挡圈弹簧均布的针齿弹簧(2001)分别与针齿的大端配合；

优选的：所述针齿(6)为去除锥顶的圆台形；

圆盘传动件8的每个矩形孔都安装有若干个圆柱滚子7，其矩形孔与摆线齿轮4的第一矩形凸台401、输出法兰9的第二矩形凸台901以及输入支撑端1的第三矩形凸台101之间为滚动配合，可减少摩擦阻力，有效提高减速器的传动效率；所述若干个圆柱滚子(7)组成了矩形凸台的滑动轴承801；

摆线齿轮4的齿数是奇数，比设置于壳体5上的针齿6的齿数少一个，使得摆线齿轮4和壳体 5、针齿6做少一齿差的行星减速运动。

如附图1所示，针齿的锥度为2度，其中，针齿的大端直径为用φ1表示；

优选的：针齿的锥度角为2度，满足自锁条件：μ为针齿槽与针齿相接触表面的摩擦系数；

如附图2所示，所述的针齿大端直径为用φ1表示，针齿弹簧(2001)的直径为用φ2表示，其中，φ1>φ2，从而保证针齿弹簧(2001)仅与针齿(6)的大端底面接触，并可以进入壳体(5)的针齿槽中；

附图3的壳体的侧面局部剖视结构中，局部放大图呈现了壳体上针齿槽的结构；

所述的壳体锥形尺槽中心线与水平线夹角为2度，壳体锥形尺槽母线与水平线夹角为4度，保证针齿的母线与摆线轮的轮廓线的线性接触；所述两个摆线轮的中心孔分别套装在圆柱滚子轴承外侧，其外齿面分别与套在壳体内的一组环形排列的针齿啮合，针齿的锥度角为2度，可实现自锁，针齿槽圆柱面的倾斜角为4度，是针齿锥度角的2倍。

附图4和5中，所述的挡圈弹簧(20)内径为用φ3表示，圆盘传动件8的直径为用φ4表示，满足：φ4＞φ3+2e，e为输入曲轴偏心距；以保证了圆盘传动件8在传动中位于挡圈弹簧(20)的内孔内侧；

如附图6-7所示，在装配时，图中的4个棱形凸台穿过摆线齿轮(4)上对应设置的棱形孔，锁紧螺栓(15)穿过棱形凸台上的孔；

如附图8所示，在装配时，图中的4个棱形凸台穿过摆线齿轮(4)的棱形孔，锁紧螺栓(15)穿过棱形凸台上的孔；

附图9显示了输入曲轴(2)的中心孔和孔上的键槽，该中心孔通过键与电机轴完成动力输入；通过与输出法兰(9)上的法兰孔连接完成动力输出；

如附图10所示，两个骨架油封(19)分别套在输入曲轴2的两端，和两个曲轴支撑滚子轴承12 分别装配在输入支撑端(1)和输出法兰(9)上；

优选的：所述的针齿槽圆柱面的倾斜角度等于针齿的锥度，与针齿槽轴线垂直的平面截针齿槽任一位置所得圆弧的直径与对应针齿端直径相等；

所述的轴承压盖(11)上安装有旋转骨架油封(14)；

两个摆线齿轮4、两个圆盘传动件8、圆柱滚子7、输入支撑端1上的第三矩形凸台101、输出法兰9上的第二矩形凸台901构成两组完全对称的结构，将两个摆线齿轮4的行星运动平稳地转化为圆周运动。

输入支撑端1的外侧套接有支撑端滚子轴承18，壳体5套接于输入支撑端滚子轴承18外侧，输出法兰9的外侧套接圆柱交叉滚子10，圆柱交叉滚子10的外侧套接于轴承压盖11，并和壳体5相连接，构成一个内置的圆柱交叉滚子轴承。由于轴承直接作用在输出法兰9的外圆上，使得输出法兰9 获得最强的轴向和径向载荷，并且获得更大的抗倾覆力。

本实用新型的所有零件之间都有圆柱、圆台滚子相隔，使之成为一个径向、轴向输出轴承的结构，自身成为一个组合轴承，并且减速机构的高速元件由减速器内部的滚柱轴承直接支撑，此设计可以允许输入轴承上承受来自齿轮组的径向负载，在减速机和驱动元件之间不需要额外的轴承来进行支撑。

由于采用独特的轴承结构，使之可以制造成最小直径为30mm的减速器，远远小于现有摆线齿轮减速器的最小直径122mm。

下面简述一下本实用新型的工作原理：电机轴通过键槽带动输入曲轴2旋转，也可以通过齿轮或齿形带将电机的转动传递给输入曲轴2，输入曲轴2的两端由两个曲轴支撑滚子轴承12分别支撑在输入支撑端1和输出法兰9上。输入曲轴2转动后，安装于输入曲轴2的偏心圆上的圆柱滚子轴承3 推动摆线齿轮4，使之和安装于壳体5内的锥形针齿6啮合运动，做少齿差运动形成减速。其中一个摆线齿轮4上的两个第一矩形凸台401通过圆柱滚子7拨动圆盘传动件8，将转动传递到输出法兰9的第二矩形凸台901，使输出法兰9产生转动，输出法兰9和圆柱交叉滚子10、轴承压盖11以及壳体5 形成一个内置的圆柱交叉滚子轴承，起着对输出法兰9的轴向和径向支撑作用；另一个摆线齿轮4上的两个第一个矩形凸台401通过圆柱滚子7拨动另一个圆盘传动件8，将转动传递到输入支撑端1的第三矩形凸台101，使输入支撑端1产生转动，输入支撑端1和输出法兰9由锁紧螺栓15和螺母连接成整体，平衡且增大了输出力矩，输入支撑端1通过输入支撑端滚子轴承18支撑在壳体5上，旋转骨架油封14则安装在轴承压盖11上对输出法兰9起到密封作用。

需要强调的是：以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不因此而限定本实用新型的保护范围，凡是依本实用新型所作的均等变化与修饰皆属于本实用新型涵盖的专利范围内以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种锥形针齿精密摆线针轮减速器，其特征在于：包括有输入支撑端(1)、输入曲轴(2)、圆柱滚子轴承(3)、摆线齿轮(4)、壳体(5)、针齿(6)、圆盘传动件(8)、输出法兰(9)、圆柱交叉滚子(10)、轴承压盖(11)、曲轴支撑滚子轴承(12)、挡圈弹簧(20)；

其中，输入曲轴(2)两端由曲轴支撑滚子轴承(12)分别支撑在输入支撑端(1)和输出法兰(9)上，两个圆柱滚子轴承(3)安装在输入曲轴(2)中间的偏心外圆上；两个摆线齿轮(4)分别套接于两个圆柱滚子轴承3的外侧，其外齿面与壳体(5)内的针齿(6)啮合，两个挡圈弹簧(20)分别位于两个针齿(6)的两端，挡圈弹簧上均布的弹簧数与针齿数相等，挡圈弹簧上的每个弹簧与相对应的针齿相啮合；两个摆线齿轮(4)的一端各有两个第一矩形凸台(401)，两个第一矩形凸台(401)与分别位于两个摆线齿轮(4)两侧的两个圆盘传动件(8)上的两个矩形孔相连，两个圆盘传动件(8)上的另外两个矩形孔分别与输出法兰的两个第二矩形凸台(901)以及输入支撑端(1)的两个第三矩形凸台(101)连接，输入支撑端(1)的外侧套接有输入支撑端滚子轴承(18)，壳体(5)套接于输入支撑端滚子轴承(18)外侧，圆柱交叉滚子(10)套接于输出法兰(9)上，与壳体(5)及轴承压盖(11)相连；

圆盘传动件(8)的每个矩形孔都安装有若干个圆柱滚子(7)，其矩形孔与摆线齿轮(4)的第一矩形凸台(401)、输出法兰(9)的第二矩形凸台(901)以及输入支撑端(1)的第三矩形凸台(101)之间为滚动配合；

摆线齿轮(4)的齿数是奇数，比设置于壳体(5)上的针齿(6)的齿数少一个，使得摆线齿轮(4)和壳体(5)、针齿(6)做少一齿差的行星减速运动；

两个摆线齿轮(4)、两个圆盘传动件(8)、圆柱滚子(7)、输入支撑端(1)上的第三矩形凸台(101)、输出法兰(9)上的第二矩形凸台(901)构成两组完全对称的结构，将两个摆线齿轮(4)的行星运动平稳地转化为圆周运动。

2.根据权利要求1所述精密摆线针轮减速器，其特征在于：圆盘传动件(8)对称设置有四个矩形孔，其中，和第一矩形凸台相连的两个矩形孔对称设置，和第二矩形凸台、第三矩形凸台相连的另外两个矩形孔对称设置；和第一矩形凸台相连的两个矩形孔距离轴心的第一距离与和第二矩形凸台、第三矩形凸台相连的另外两个矩形孔距离轴心的第二距离不同。

3.根据权利要求2所述精密摆线针轮减速器，其特征在于：所述第一距离小于第二距离，其中：((第二距离-第一距离)/第一距离)<锁紧阈值。

4.根据权利要求3所述的精密摆线针轮减速器，其特征在于：两个挡圈弹簧(20)相对设置，两个挡圈弹簧(20)分别位于两个针齿(6)的大端，挡圈弹簧均布的针齿弹簧(2001)分别与针齿的大端配合。

5.根据权利要求4所述的精密摆线针轮减速器，其特征在于：针齿的大端直径为用φ1表示，针齿的锥度角为2度，满足自锁条件：μ为针齿槽与针齿相接触表面的摩擦系数。

6.根据权利要求5所述的精密摆线针轮减速器，其特征在于：所述圆盘传动件(8)上的四个矩形孔内侧均设置有圆柱滚子(7)，所述圆柱滚子(7)设置在矩形孔上一组对称边上，而在另一组对称边上没有设置圆柱滚子(7)。

7.根据权利要求6所述的精密摆线针轮减速器，其特征在于：每个边内侧设置有奇数个圆柱滚子。