一种精密中空RV减速器的制作方法

一种精密中空rv减速器
技术领域
1.本发明涉及减速器技术领域，尤其涉及运用摆线轮修形技术解决精度保持性等动态性能缺陷的一种精密中空rv减速器。


背景技术：

2.精密减速器是机器人最核心的部件之一，被国家列为80种左右急需国产化的标志性核心基础零部件之一，曾多次列入国家863项目和列入《中国制造
‑
2025》十大重点攻关项目。
3.精密减速器传动技术是从通用摆线针轮传动技术基础上发展起来的一种新型传动，它具有体积小、重量轻、传动比范围广、传动效率高等优点，广泛应用于机器人、数控机床、半导体设备、精密包装设备、焊接变位机、等离子切割、烟草机械、印刷机械、纺织机械、医疗器械等民用领域和跟踪天线、导弹发射架、卫星、雷达等军工领域。
4.精密减速器最为核心的技术是摆线轮的修形技术。为实现精密传动，需补偿制造误差、便于装拆和保证润滑，故摆线轮不能采用标准齿形，摆线轮齿与针销之间必须要有啮合侧隙和径向间隙，因此必须修形。但摆线轮的修形又会影响精密减速器的传动转矩、传动精度和传动效率等。由于日本政府的技术封锁和日企的技术保密，国内理论和技术研究从零开始，进展缓慢，严重滞后。国内已研究和模仿日企技术30多年，但仍未解决摆线轮的修形技术难题，仍存在精度保持性等动态性能差的问题。
5.通用摆线针轮传动技术领域的摆线轮修形方式多达几十种，有等距修形、移距修形、转角修形，以及等距
‑
移距
‑
转角等多种组合修形；有非等距、非移距修形，如椭圆修形、抛物线修形、压力角修形、复合修形、分段修形、二阶对数修形、指数修形、齿厚修形、齿高修形等，以及偏心距
‑
等距
‑
移距、齿厚
‑
等距
‑
移距、齿高
‑
等距
‑
移距等多种组合修形。
6.上述通用摆线针轮传动技术领域的摆线轮修形技术已在精密减速器技术领域应用的有3种，如cn111765217a、cn110966357a、cn111765212a、3cn108036027a、cn104500660a、cn108869644a、cn108843748a等中国专利中，分别提出了摆线轮的“等距
‑
移距”的“正等距
‑
正移距”、“正等距
‑
负移距”2种组合修形，以及该2种组合修形情况下的径向间隙、啮合侧隙、相位差等技术方案；又如《现代机械设计手册》(2011.3出版)、《齿轮传动设计手册》(2005.1出版)、《齿轮手册》(2004.2出版)、《机械传动》(1999.1出版)等理论书籍的摆线轮修形技术，均教导人们采用“负等距
‑
负移距”组合修形理论的技术方案。但上述3种修形技术方案均未能完全解决精密减速器技术领域的精度、温升、磨损、振动、噪音等问题，精密减速器仍存在着精度保持性等动态性能差的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提出摆线轮正确的修形方式及工作和装配的间隙参数，用以解决现有技术中存在的易发热、易磨损、易振动、易噪音和精度保持性差等缺陷，提供一种动态特性好的一种精密中空rv减速器。
8.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
9.提供一种精密中空rv减速器，包括针齿壳及置于其中的两级减速部件：
10.第一级减速部件包括伺服电机上的主动轮、双联齿轮及行星轮，所述双联齿轮包括从动轮与太阳轮，从动轮与主动轮啮合，太阳轮与行星轮啮合，行星轮连接在第二级减速部件的偏心轴轴伸端，双联齿轮内孔设置通线管，双联齿轮两侧用第一轴承、第二轴承分别支承在右刚性盘与机器人本体相应位置上；
11.第二级减速部件包括均布的偏心轴、摆线轮、针销、左右刚性盘、轴承，所述偏心轴2或3只环左右刚性盘中心孔均布，偏心轴两偏心段上设有用以支承摆线轮的偏心轴轴承，偏心段两侧轴伸用圆锥滚子轴承分别支承在左刚性盘和右刚性盘周边孔中，左刚性盘和右刚性盘用主轴承分别支承在针齿壳两侧内孔，左刚性盘上均布的2或3个凸缘穿过摆线轮上相应贯穿孔与右刚性盘用螺钉与定位销连接成刚性体，所述摆线轮包括左摆线轮与右摆线轮，采用“等距
‑
移距”修形，使得摆线轮齿槽与针销之间形成啮合侧隙δc和径向间隙δj；
12.所述的摆线轮采用“负等距
‑
正移距”组合修形，修形后摆线轮齿槽与针销之间的啮合侧隙δc＝(0.2～2)λ(mm)，径向间隙δj＝(0.1～1)λ(mm)，λ为减速器在额定扭矩下做功时摆线轮的实际或理论热膨胀量，所述的偏心轴两偏心段的相位差θ为179
°
≤θ＜179.81
°
或180.19
°
＜θ≤181
°
。利用齿轮消隙原理将回差减至设计要求。
13.在本发明一个较佳实施例中，所述的摆线轮齿槽与针销之间的啮合侧隙δ
c
＝(0.5～1.6)λ(mm)，λ为减速器在额定扭矩下做功时摆线轮的实际或理论热膨胀量。
14.在本发明一个较佳实施例中，所述的摆线轮齿槽与针销之间的径向间隙δj＝(0.25～0.8)λ(mm)，λ为减速器在额定扭矩下做功时摆线轮的实际或理论热膨胀量。
15.在本发明一个较佳实施例中，λ为减速器在额定扭矩下做功时，摆线轮温升δ
t
＝5～45(℃)的实际热膨胀量。摆线轮温升δ
t
是指摆线轮与针齿壳的温度之差，实际热膨胀量可以通过对摆线轮的实际检测或相对检测所得到。当实际热膨胀量难以准确检测时，可以用理论热膨胀量代替实际热膨胀量。
16.在本发明一个较佳实施例中，λ为减速器在额定扭矩下做功时，摆线轮轴承钢热膨胀系数α＝1.379
·
10
‑
5(1/℃)，摆线轮温升δ
t
＝5～45(℃)，摆线轮齿顶圆与齿根圆平均直径为d0的理论热膨胀量，计算式为λ＝α
·
δ
t
·
d0(mm)，或0.00007d0≤λ≤0.00062d0(mm)。摆线轮温升δ
t
是指摆线轮与针齿壳的温度之差。
17.精密减速器传动运转过程中，除需考虑部件间必要的运转间隙外，更重要的是必须满足部件间因温差、材料差别等因素所造成的热膨胀量对其空间的要求，因为部件间的热膨胀量所需的空间大于部件间正常运转所需的空间要求。
18.本发明的有益效果是：
19.(1)本发明采用的“负等距
‑
正移距”组合修形逼近共轭齿形，具有足够的啮合齿数和啮合侧隙δc、径向间隙δj，承载力大，传动平稳，噪音低，振动小；
20.(2)本发明采用的“负等距
‑
正移距”组合修形产生的啮合侧隙δc、径向间隙δj，与摆线轮的实际或理论热膨胀量λ密切相关，因而具有良好的动态特性，在额定载荷下运转做功时温升低，磨损小，同时装配容易；
21.(3)本发明采用的“负等距
‑
正移距”组合修形，利用齿轮消隙原理消减回差，实现了减速器的高精度；
22.(4)本发明采用的“负等距
‑
正移距”组合修形，磨削工艺简单，制造成本低；
23.(5)本发明安装尺寸与常用rv减速器相同，可与之互换。
附图说明
24.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它的附图，其中：
25.图1是本发明一种精密中空rv减速器一较佳实施例的结构剖面示意图；
26.图中：1.针齿壳，2.主轴承，3.左摆线轮，4.右摆线轮，5.右刚性盘，6.从动轮，7.太阳轮，8.双联齿轮，9.第二轴承，10.第一轴承，11.偏心轴，12.行星轮，13.主动轮，14.圆锥滚子轴承，15.偏心轴轴承，16.左刚性盘，17.针销。
具体实施方式
27.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
28.请参阅图1，本发明实施例包括：
29.一种精密中空rv减速器，包括针齿壳1及置于其中的两级减速部件：
30.第一级减速部件包括伺服电机上的主动轮13、双联齿轮8及2或3个均布的行星轮12，所述双联齿轮8包括从动轮6与太阳轮7，从动轮6与主动轮13啮合，太阳轮7与行星轮12啮合，行星轮12连接在第二级减速部件的偏心轴11轴伸端，双联齿轮8内孔设置通线管，双联齿轮8两侧用第一轴承10、第二轴承9分别支承在右刚性盘5与机器人本体相应位置上；
31.第二级减速部件包括均布的偏心轴11、摆线轮、针销17、左右刚性盘、轴承，所述偏心轴2或3只环左右刚性盘中心孔均布，偏心轴11两偏心段上设有用以支承摆线轮的偏心轴轴承15，偏心段两侧轴伸用圆锥滚子轴承14分别支承在左刚性盘16和右刚性盘5周边孔中，左刚性盘16和右刚性盘5用主轴承2分别支承在针齿壳1两侧内孔，左刚性盘16上均布的2或3个凸缘穿过摆线轮上相应贯穿孔与右刚性盘5用螺钉与定位销连接成刚性体，所述摆线轮包括左摆线轮3与右摆线轮4，采用“等距
‑
移距”修形，使得摆线轮齿槽与针销17之间形成啮合侧隙δc和径向间隙δj；
32.所述的摆线轮采用“负等距
‑
正移距”组合修形，修形后摆线轮齿槽与针销17之间的啮合侧隙δc＝(0.2～2)λ(mm)，径向间隙δj＝(0.1～1)λ(mm)，λ为减速器在额定扭矩下做功时摆线轮的实际或理论热膨胀量，所述的偏心轴11两偏心段的相位差θ为179
°
≤θ＜179.81
°
或180.19
°
＜θ≤181
°
，即利用齿轮消隙原理将回差减至设计要求。
33.啮合侧隙δc是反映摆线轮与针销17啮合工作状态的工作参数，是决定减速器精度的重要因素。但在现有技术中，为提高减速器精度必须采用低啮合侧隙δc，啮合侧隙δc＜0.2λ(mm)。
34.径向间隙δj是反映摆线轮与针销17啮合位置状态的装配参数，需确保在热膨胀
情况下的不接触性。但在现有技术中，为确保减速器精度被迫牺牲径向间隙δj，径向间隙δj＜0.1λ(mm)。
35.在本发明一个较佳实施例中，所述的摆线轮采用“负等距
‑
正移距”组合修形，所述的摆线轮齿槽与针销17之间的啮合侧隙δ
c
＝(0.7～1)λ(mm)，λ为减速器在额定扭矩下做功时摆线轮的实际或理论热膨胀量。
36.在本发明一个较佳实施例中，所述的摆线轮采用“负等距
‑
正移距”组合修形，所述的摆线轮齿槽与针销17之间的径向间隙δj＝(0.35～0.5)λ(mm)，λ为减速器在额定扭矩下做功时摆线轮的实际或理论热膨胀量。
37.在本发明一个较佳实施例中，所述的摆线轮采用“负等距
‑
正移距”组合修形，所述的偏心轴11两偏心段的相位差θ为θ＝179.81
°
或θ＝180.19
°
。以利用齿轮消隙原理将回差减至设计要求。
38.在本发明一个较佳实施例中，λ为减速器在额定扭矩下做功时，摆线轮温升δ
t
＝5～45(℃)的实际热膨胀量。摆线轮温升δ
t
是指摆线轮与针齿壳的温度之差，实际热膨胀量可以通过对摆线轮的实际检测或相对检测所得到。
39.在本发明一个较佳实施例中，λ为减速器在额定扭矩下做功时，摆线轮轴承钢热膨胀系数α＝1.379
·
10
‑5(1/℃)，摆线轮温升δ
t
＝5～45(℃)，摆线轮齿顶圆与齿根圆平均直径为d0的理论热膨胀量，计算式为λ＝α
·
δ
t
·
d0(mm)。摆线轮温升δ
t
是指摆线轮与针齿壳1的温度之差。
40.在本发明一个较佳实施例中，λ为减速器在额定扭矩下做功时，摆线轮的理论热膨胀量λ＝α
·
δ
t
·
d0≤0.00062d0(mm)，其中α＝1.38
·
10
‑5(1/℃)为摆线轮轴承钢的理论热膨胀系数，δ
t
＝45(℃)为摆线轮的温升，d0为摆线轮的齿顶圆与齿根圆平均直径。
41.根据《固体物理导论》(基泰尔c[美]，北京：科学出版社，1979)的准谐振近似理论，热膨胀的机理是，固体由微小晶体组成，晶体是由原子在空间按一定的位置排列而成，原子间既有位能，也有动能，原子平衡时，其动能与位能之和为最小，随着温度的升高，原子的动能增大，促使原子间位移变大，位能升高，宏观表现为热膨胀的发生，热膨胀可以看作是物体受到均匀的向外膨胀力。
[0042]
根据《机器人用摆线针轮行星齿轮传动装置通用技术条件》国家标准gb/t 36491
‑
2018规定，减速器壳体最高温度应不大于60℃，使用环境条件在
‑
10～40℃。摆线轮温升的具体数值可以通过减速器壳体与摆线轮温差测量得出，也可以按经验取值5～45℃。
[0043]
摆线轮的实际结构是多孔圆盘形结构，与理论实测样本的实心圆棒形结构有所不同，故摆线轮的实际热膨胀量将低于理论轴承钢材料热膨胀量。为获取正确的啮合侧隙δc和径向间隙δj，可以通过现有技术手段测得摆线轮实际的热膨胀量或热膨胀系数、温升的数据，与理论的热膨胀数据比对，并通过热膨胀量乘以一定的系数予以调节，从而获得实际热膨胀量λ及所需的啮合侧隙δc和径向间隙δj的参数。本领域普通技术人员，尽管所取的热膨胀量、热膨胀系数、温度及所乘以的系数与本专利有所不同，但其最终的啮合侧隙δc和径向间隙δj取值落在本专利的权利要求的，仍包括在本权利保护范围内。
[0044]
为详细说明减速器在“负等距
‑
正移距”组合修形下的不同啮合侧隙δc、径向间隙δj、相位差θ时的运行情况，以rv
‑
80e型减速器为例，具体试验检测数据列表如下：
[0045][0046]
由上表可知，从实际检测的角度更加直观的显示出本技术达到了国家标准的技术效果。
[0047]
具体实施例一：
[0048]
一种精密中空rv减速器，其包括针齿壳1及置于其中的两级减速部件：
[0049]
第一级减速部件包括伺服电机上的主动轮13、双联齿轮8及2或3个均布的行星轮12，所述双联齿轮8包括从动轮6与太阳轮7，从动轮6与主动轮13啮合，太阳轮7与行星轮12啮合，行星轮12连接在第二级减速部件的偏心轴11轴伸端，双联齿轮8内孔设置通线管，双联齿轮8两侧用第一轴承10、第二轴承9分别支承在右刚性盘5与机器人本体相应位置上；
[0050]
第二级减速部件包括均布的偏心轴11、摆线轮、针销17、左右刚性盘、轴承，所述偏心轴2或3只环左右刚性盘中心孔均布，偏心轴11两偏心段上设有用以支承摆线轮的偏心轴轴承15，偏心段两侧轴伸用圆锥滚子轴承14分别支承在左刚性盘16和右刚性盘5周边孔中，左刚性盘16和右刚性盘5用主轴承2分别支承在针齿壳1两侧内孔，左刚性盘16上均布的2或3个凸缘穿过摆线轮上相应贯穿孔与右刚性盘5用螺钉与定位销连接成刚性体，所述摆线轮包括左摆线轮3与右摆线轮4，采用“等距
‑
移距”组合修形，使得摆线轮齿槽与针销17之间形成啮合侧隙δc和径向间隙δj；
[0051]
所述摆线轮采用负等距
‑
正移距修形；修形使摆线轮齿槽与针销17之间形成啮合侧隙δc和径向间隙δj，δc＝0.5λ，δj＝0.3λ，式中：λ为减速器在额定扭矩下做功时摆线轮3、5的实际热膨胀量；所述的偏心轴11两偏心段的相位差θ＝179
°
或θ＝181
°
。
[0052]
同时，啮合侧隙δc、径向间隙δj大小与针销17相邻距加工精度、针销17直径加工精度、针销17与半埋孔配合间隙、摆线轮齿距偏差及装配产生的偏差等因素相关，与rv减速机型号大小有关，啮合侧隙δc、径向间隙δj过小会产生过盈摩擦，过大会出现振动。
[0053]“负等距
‑
正移距”组合修形，更逼近共轭齿形，形成合理的多齿啮合，具有承载能力大，是“正等距
‑
负移距”的1.71倍，故传动平稳、噪声小、振动小、寿命长。砂轮圆弧半径加大为负等距，减小为正等距；砂轮向工作台中心移进为负移距，移出为正移距。
[0054]
本发明提供的精密控制用rv减速器，与现有技术相比具有如下优点：
[0055]
(1)本发明采用的“负等距
‑
正移距”组合修形逼近共轭齿形，具有足够的啮合齿数，承载力大，传动平稳，噪音低，振动小；
[0056]
(2)本发明采用的“负等距
‑
正移距”组合修形产生的啮合侧隙δc、径向间隙δj，与摆线轮的实际或理论热膨胀量λ密切相关，因而具有良好的动态特性，在额定载荷下运转做功时温升低，磨损小，同时装配容易；
[0057]
(3)本发明采用的“负等距
‑
正移距”组合修形产生的回差用消隙齿轮原理减至设计要求，实现了减速器的高精度标准；
[0058]
(4)本发明采用的“负等距
‑
正移距”组合修形，磨削工艺简单，制造成本低；
[0059]
(5)本发明安装尺寸与常用rv减速器相同，可与之互换。
[0060]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。