專利名稱：高性能機電驅動機構的制作方法
技術領域：
本發明屬機械工程中的機電傳動領域，特別是涉及一種高性能機電驅動機構。
背景技術：
長期以來，機械設備中驅動電機和減速機構是分開設計，這樣不可避免的需要考慮它們之間的聯接設計，和軸系對中誤差，傳動機構出現磨損時，無法實現自動的補償，出現較大的側隙傳動，且傳動扭矩小、重量大、結構復雜。例如行星減少器、擺線針輪減少器和RV減速器結構復雜、工藝性差、結構尺寸增大、制造加工要求高、生產成本高、安裝調試難道大，附加動載荷大，特別是傳遞較大功率時，振動和噪聲大。諧波傳動中的柔輪在長期的交變載荷下，容易疲勞磨損失效，無法實現自動磨損補償，且諧波減速器定位中心孔的尺寸很難與關節設計一致，制約了這種傳動方式在一體化智能關節上的運用。從而導致機械設備存在比較大的摩擦、磨損、振動、噪聲、無功能耗等問題以及有關武器裝備所存在的減振降噪的重大難題；另一方面也造成了機械傳動系統的綜合性能與可靠性差，裝備的使用壽命縮短等問題。
發明內容
本發明的目的就是設計一種將減速器組件、輸出傳動裝置與伺服電機集成為一體、無側隙傳動的高性能機電驅動機構。
本發明所涉及的一種高性能機電驅動機構，包括減速器組件、伺服電動機和輸出傳動裝置。伺服電動機包括空心的轉軸1。減速器組件包括偏心凸輪7、隔離套8、滾柱9、輸入齒輪10、固定齒輪11和輸出齒輪12。輸出裝置包括空心的輸出軸22。伺服電動機的轉軸1直接與減速器組件偏心凸輪7相連，減速器組件的輸出齒輪12直接通過周向均勻分布的一組螺釘14與輸出軸22相連。輸入齒輪10和固定齒輪11的齒數存在少齒差，輸入齒輪10和輸出齒輪12的齒數相等。
輸出齒輪12和固定齒輪11的分度圓錐面軸心線、偏心凸輪7的內孔軸心線、轉軸1軸心線和輸出軸22軸心線在同一個軸心線O上，固定齒輪11圓柱外表面的軸心線與軸心線O重合，偏心凸輪7的圓錐外表面的軸心線、輸入齒輪10的分度圓錐面的軸心線在同一個軸心線O1上，該軸心線O與軸心線O1存在偏心量為e的偏心；固定齒輪11圓柱外表面分別作為外殼5和外殼16安裝的定位面，外殼5和外殼16安裝軸承17、軸承6和軸承2處的內孔面軸心線與軸心線O重合。
減速器組件的滾柱9為圓錐形的滾柱，偏心凸輪7的外表面和輸入齒輪10的內表面為圓錐表面分別作為滾柱9的內外滾道，輸入齒輪10的內孔面是圓錐面，減速器組件的輸入齒輪10、固定齒輪11和輸出齒輪12的齒形為螺旋角β為5°～45°的圓弧螺旋錐齒。固定齒輪11通過周向均勻分別的一組螺釘13固定在外殼16和外殼5上，輸出齒輪12可以相對固定齒輪11作周向轉動。轉軸1左邊通過軸承6支持在外殼5的內壁上，右邊通過軸承2支持在右端蓋4的內壁上。輸出軸22通過兩個圓錐滾子軸承17支持在外殼16內，通過端蓋20和螺母18來定位調節。在端蓋20內有密封21；在外殼16上開有油孔15。
本發明所涉及的一種高性能機電驅動機構，將減速器組件、輸出傳動裝置與伺服電機集成設計，從結構上確保其同心精度，通過偏心凸輪7帶動輸入齒輪10產生適度的偏心轉動，實現少齒差減速精密傳動，提高了運動精度穩定性、傳動平穩、回差小、傳動比范圍大和效率高等優點；將圓錐型偏心凸輪與圓弧螺旋錐齒輪有機組合為精密傳動副，實現無側隙傳動并能自適應齒面磨損補償，從而實現高精度、高可靠、長壽命、大轉矩、低能耗、小體積、輕量化的高性能機電驅動機構。可廣泛應用于機器人、自動化、航空、航天、武器裝備等工程領域。
圖1是高性能機電驅動機構的結構示意圖。
圖2是高性能機電驅動機構A-A截面圖。
圖3是高性能機電驅動機構B-B截面圖。
圖4是高性能機電驅動機構C-C截面圖。
圖5是固定齒輪11結構圖。
圖6是輸出齒輪12結構圖。
圖7是輸入齒輪10結構圖。
圖8是偏心凸輪7結構圖。
圖中1.轉軸，2.軸承，3.螺釘，4.端蓋，5.外殼，6.軸承，7.偏心凸輪，8.隔離套，9.滾柱，10.輸入齒輪，11.固定齒輪，12.輸出齒輪，13.螺釘，14.螺釘，15.密封蓋，16.端蓋，17.角接觸軸承，18.調整螺母，19.螺釘，20.端蓋，21.密封，22.輸出軸，23.軸承。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明做進一步說明本發明所涉及的一種高性能機電驅動機構，包括減速器組件、伺服電動機和輸出傳動裝置。如圖1所示，伺服電動機包括空心的轉軸1。減速器組件包括偏心凸輪7、隔離套8、滾柱9、輸入齒輪10、固定齒輪11和輸出齒輪12。輸出裝置包括空心的輸出軸22。
如圖1所示，伺服電動機的轉軸1直接與減速器組件偏心凸輪7相連，減速器組件的輸出齒輪12直接通過周向均勻分布的一組螺釘14與輸出軸22相連。將電機與減速器直接聯接組合成一個高性能機電驅動機構，減少了很多傳動聯接的中間環節，優化了軸系結構，減少了軸系傳動的復雜對中問題，提高了傳動精度和效率，同時，大大減降低了機構體積和重量，延長了設備的使用壽命。因為轉軸1和輸出軸22都是空心軸，控制電線等可以從它們的空心軸穿過，減少了在機械設備中需要考慮控制電線通路所存在的結構空間設計問題。
如圖1所示，高性能機電驅動機構所采用的減速器傳動原理，是基于少齒差行星齒輪傳動原理。通過偏心凸輪7所存在的偏心帶動輸入齒輪10產生偏心轉動，而輸入齒輪10齒數又比固定齒輪11齒數少1～4個齒，當輸入齒輪10與固定齒輪11嚙合傳動時，產生少齒差行星齒輪傳動效果，最后再通過輸出齒輪12齒數和輸入齒輪10齒數相等，從而將速度輸出。固定齒輪11通過周向均勻分別的一組螺釘13固定在外殼16和外殼5上，輸出齒輪12可以相對固定齒輪11作周向轉動。轉軸1左邊通過軸承6支持在外殼5的內壁上，右邊通過軸承2支持在右端蓋4的內壁上。輸出軸22通過兩個圓錐滾子軸承17支持在外殼16內，通過端蓋20和螺母18來定位調節。在端蓋20內有密封21；在外殼16上開有油孔15。
一方面，在電機和減速器集成的高性能機電驅動機構中，要實現少齒差傳動輸出傳動，必須考慮到電機、減速器和外殼組成的一個整體的輸入和輸出同心度及其偏心度的設計。如圖3和圖4所示，輸出齒輪12和固定齒輪11的分度圓錐面軸心線、偏心凸輪7的內孔軸心線、轉軸1軸心線和輸出軸22軸心線在同一個軸心線O上，同時，固定齒輪11圓柱外表面的軸心線與軸心線O重合。偏心凸輪7的圓錐外表面的軸心線、的分度圓錐面的軸心線在同一個軸心線O1上，該軸心線O與軸心線O1存在偏心量為e的偏心；固定齒輪11圓柱外表面分別作為外殼5和外殼16安裝的定位面，外殼5和外殼16安裝軸承17、軸承6和軸承2處的內孔面軸心線與軸心線O重合。
另一方面，高性能機電驅動機構在實現高精度和零回差傳動無側隙傳動以及長壽命方面進行了設計。如圖5、圖6和圖7所示，減速器組件的滾柱9為圓錐形的滾柱，偏心凸輪7的外表面和輸入齒輪10的內表面為圓錐表面分別作為滾柱9的內外滾道，減速器組件的輸入齒輪10、固定齒輪11和輸出齒輪12的齒形為5°～45°的圓錐齒。如圖5所示輸入齒輪10的內孔圓錐面受到的法向力F1可以沿軸向和徑向分解為軸向力Fa1和徑向力Ft1，受軸向力Fa1的作用將輸入齒輪10從大端向小端移動。輸入齒輪10、固定齒輪11和輸出齒輪12采用螺旋角為β的圓弧螺旋錐齒來進行嚙合傳動時，因為螺旋角的結構，齒面將受到的法向力F2可以沿軸向和徑向分解為軸向力Fa2和徑向力Ft2，同樣受軸向力Fa2的作用將輸入齒輪10從大端向小端移動。從而，當輸入齒輪10、固定齒輪11和輸出齒輪12的齒存在磨損時，在軸向力Fa1和Fa的作用下將自適應的把輸入齒輪10從大端向小端移動，補償齒面存在的磨損誤差，實現無側隙傳動，保證了傳動的高精度和零回差。
實施例高性能機電驅動機構的工作過程如圖1所示，固定齒輪11外圓面作為安裝的定位面，首先通過周向均勻分別的一組螺釘13將外殼16和外殼5實現固位安裝，外殼16和外殼5的軸承孔的同心度和兩個外殼固位安裝孔的同心度一致，轉軸1左邊通過軸承6支持在外殼5的內壁上，右邊通過軸承2支持在右端蓋4的內壁上。輸出軸22通過兩個圓錐滾子軸承17支持在外殼16內，通過端蓋20和螺母18來定位調節。從而保證偏心度e和同心度設計。電線可以穿過空心的輸出軸22和轉軸1。
伺服電動機的基本參數是額定轉矩239Nm，最大扭矩7.17Nm，功率750w，額定轉速3000rpm，最高轉速4500r/min。伺服電動機的轉軸1帶動減速器組件偏心凸輪7，偏心凸輪7再通過圓錐滾柱9帶動輸出齒輪12做偏心轉動，輸出齒輪12在與固定齒輪11作嚙合運動中產生繞自己的軸心線轉動，同時，通過與齒數相等的輸出齒輪12嚙合運動將旋轉運動輸出，輸出齒輪12直接通過周向均勻分布的一組螺釘14與輸出軸22相連，將速度傳遞到輸出軸22上。當齒面出現磨損時，圓錐滾柱9的軸向和徑向的推力與輸入齒輪10、輸出齒輪12和固定齒輪11的圓弧螺旋錐齒的設計，將實現軸向和徑向和圓周角度方向的自動補償，從而保證無側隙傳動，實現高精度、高可靠、長壽命、大轉矩、低能耗、小體積、輕量化的高性能機電驅動機構。
權利要求
1.一種高性能機電驅動機構，包括減速器組件、伺服電動機、輸出傳動裝置和外殼；其特征為伺服電動機包括空心的轉軸(1)；減速器組件包括偏心凸輪(7)、隔離套(8)、滾柱(9)、輸入齒輪(10)、固定齒輪(11)、輸出齒輪(12)；輸出裝置包括空心的輸出軸(22)；伺服電動機的轉軸(1)直接與減速器組件偏心凸輪(7)相連，減速器組件的輸出齒輪(12)直接通過周向均勻分布的一組螺釘(14)與輸出軸(22)相連；輸入齒輪(10)和固定齒輪(11)的齒數存在少齒差，輸入齒輪(10)和輸出齒輪(12)的齒數相等。
2.根據權利要求1所述的高性能機電驅動機構，其特征是輸出齒輪(12)和固定齒輪(11)的分度圓錐面軸心線、偏心凸輪(7)的內孔軸心線、轉軸(1)軸心線和輸出軸(22)軸心線在同一個軸心線O上，固定齒輪(11)圓柱外表面的軸心線與軸心線O重合；偏心凸輪(7)的圓錐外表面的軸心線、輸入齒輪(10)的分度圓錐面的軸心線在同一個軸心線O1上；該軸心線O與軸心線O1存在偏心量為e的偏心；固定齒輪(11)圓柱外表面分別作為外殼(5)和外殼(16)安裝的定位面，外殼(5)和外殼(16)安裝軸承(17)、軸承(6)和軸承(2)處的內孔面軸心線與軸心線O重合。
3.根據權利要求1所述的高性能機電驅動機構，其特征是減速器組件的滾柱(9)為圓錐形的滾柱，偏心凸輪(7)的外表面和輸入齒輪(10)的內表面為圓錐表面分別作為滾柱(9)的內外滾道，輸入齒輪(10)的內孔面是圓錐面，減速器組件的輸入齒輪(10)、固定齒輪(11)和輸出齒輪(12)的齒形為螺旋角β為5°～45°的圓弧螺旋錐齒。
4.根據權利要求1所述的高性能機電驅動機構，其特征是固定齒輪(11)通過周向均勻分別的一組螺釘(13)固定在外殼(16)和外殼(5)上，輸出齒輪(12)可以相對固定齒輪(11)作周向轉動；轉軸(1)左邊通過軸承(6)支持在外殼(5)的內壁上，右邊通過軸承(2)支持在右端蓋(4)的內壁上；輸出軸(22)通過兩個圓錐滾子軸承(17)支持在外殼(16)內，通過端蓋(20)和螺母(18)來定位調節；在端蓋(20)內有密封(21)；在外殼(16)上開有油孔(15)。
全文摘要
一種高性能機電驅動機構，包括減速器組件、輸出傳動裝置、伺服電動機和外殼，伺服電動機包括空心的轉軸(1)，減速器組件包括偏心凸輪(7)、輸入齒輪(10)、固定齒輪(11)、輸出齒輪(12)，輸出裝置包括空心的輸出軸(22)。本驅動機構將減速器組件、輸出傳動裝置與伺服電機集成設計，從結構上確保其同心精度，通過偏心凸輪(7)帶動輸入齒輪(10)產生適度的偏心轉動，實現少齒差減速精密傳動；將圓錐型偏心凸輪與圓弧螺旋錐齒輪有機組合為精密傳動副，實現無側隙傳動并能自適應齒面磨損補償，具有高精度、高可靠、長壽命、大轉矩、低能耗、小體積、輕量化等優點，可廣泛應用于機器人、自動化、航空、航天、武器裝備等工程領域。
文檔編號F16H37/00GK101039053SQ20071007904
公開日2007年9月19日 申請日期2007年2月9日 優先權日2006年10月20日
發明者王家序, 田凡, 肖科 申請人:重慶大學