[发明专利]一种可用于机器人关节减速器的余弦渐开线少齿差传动装置

说明书

一种可用于机器人关节减速器的余弦渐开线少齿差传动装置，它是由高速级太阳轮、高速级行星轮、行星轮轴承、偏心轴、行星轮垫片、高速级内齿轮、左端盖、左端盖螺钉、左端盖密封、密封座螺钉、密封座、密封座垫片、输出轴左滚动体、低速级内齿轮、输出轴右滚动体、右端盖螺钉、右端盖、输出轴右盖、低速级右行星轮、输出轴穿杆组件、输出轴端盖盖板、低速级左行星轮、右密封、偏心轴右轴承滚动体、左偏心轴承滚动体、右偏心轴承滚动体和偏心轴左轴承滚动体组成；本发明是一种以行星齿轮传动和少齿差传动为基础的通过改变少齿差传动的齿形而构成的新型精密减速器，在机械传动技术领域里，它可作为机器人关节减速器和风力发电增速器的一部分或全部。

技术领域

本发明涉及一种可用于机器人关节减速器的余弦渐开线少齿差传动装置，它是一种以行星齿轮传动和少齿差传动为基础的通过改变少齿差传动的齿形而构成的新型精密减速器，属于机械传动技术领域，它可用于作为机器人关节减速器和风力发电增速器的一部分或全部。

背景技术

机器人减速器的精度、刚度、效率、体积对于其工作性能具有重要影响，该类减速器要求传动比大，一般在100以上，如果直接采用行星减速器，则通常需要三级减速器串联。渐开线行星减速器的优点是传动效率很高，但缺点是零件数量多，影响体积和成本的减少，因此目前主要采用的是谐波减速器和少齿差行星减速器，前者适用于小扭矩工况，后者适用于大扭矩工况。在用做机器人减速器时，单级少齿差减速器的传动比通常不够大，因此实际机器人底座端减速器通常是由一级行星减速器和一级摆线减速器串联而成，可称为行星少齿差减速器，其中的行星传动适合高速传动和具有高效率特征，其中的少齿差减速器具有大速比和小体积特征。少齿差减速器的齿形通常有两种，一种是摆线齿形，一种是渐开线齿形。渐开线齿形虽然具有很高的传动效率，但是其齿形是由多段曲线构成，在数学上是超越方程，只具有0阶连续性，不具备高阶连续性，而少齿差传动要求数十对齿之间所有位置协调，这种超越方程在形成包络面时容易出现干涉，因此，在使用渐开线齿形在实现一齿差传动时(大传动比)时必须对齿形进行大范围齿形变位、齿高缩短等变形，这种计算缺乏必要的理论基础，因此调整计算主要依靠经验，为了避免渐开线多段齿形的干涉，缩短和变位的齿轮的重叠系数很小，很多轮齿会在很长时间退出工作状态，不能同时啮合，减少了同时啮合的齿数，这样就限制了其承载能力的提高。同时，这类齿形的两侧的运动协调也非常复杂，需要在一个齿槽中通过减小侧隙来减小减速器回差，这给制造过程带来了很大的难度，因此这种齿形很难直接用于设计制造精密的机器人减速器。但是渐开线齿形的很小的压力角和很高的传动效率对于设计高性能的机器人减速器具有强大优势，需要加以利用。摆线齿形具有高阶光滑特性，从原理上摆线和圆可以形成严格的共轭运动，所以具有很多圆形针齿的内齿轮和具有摆线结构的外齿轮具有多齿协调和同时啮合的特性，也就是说其有50％的齿同时承载传动力，另外的50％的齿防止齿轮向相反方向运动，可有效消除齿轮回差，提高传动精度，其优点是不要求在一个齿槽间将针齿和摆线齿的间隙做得很小，这种方法可以利用齿轮宏观的变形来避免局部的严重干涉，和降低减速器对结合面的杂质的敏感性。但是摆线传动也有缺点，其重要缺点有两个：一是采用圆弧齿形作为内齿轮的基本齿形时，齿形的切线一直绕中心旋转，变动范围360度，而渐开线内齿轮齿形的有效部分的切线变化很小，其法向一直与接触点的圆弧切线保持20度的压力角，有时可以设计成更小的压力角。而摆线齿轮和针轮的接触点的法线与该点的圆周切线方向的夹角接近90度，平均压力角为70度左右，二者在传递同样切向力所需要的法向力几乎差两倍，这是个巨大的差距，这也是导致转臂轴承需要提供很大的力量和容易损坏的原因之一。此外摆线减速器的针轮轮齿曲率半径太小，接触应力很大。摆线齿轮的另一个重大问题在于其输出机构，这种行星运动的输出从原理上容易想到利用十字滑块和偏心轴结构，但是采用十字滑块消除间隙复杂，且需要增加的零件数量多，增加了成本和体积。偏心轴输出的简化形式是采用悬臂的外圆和行星轮的孔啮合,这种方式实际上可以看成是行星齿轮上的一组圆形齿形(轴)和输出轴的一组具有同样数量的圆形齿形(孔)的点接触啮合过程。但是该输出机构一样存在压力角问题，一半的销轴负责输出载荷，但是其压力角分布在180度范围，通常输出轴数量为3-6个，因此其工作在教好压力角状态的销轴只有一个或不到1个，这意味着强大的输出扭矩只由极少的有限的几个输出销轴承担，因此导致这些销轴容易弯曲和破坏。采用零齿差渐开线齿轮实现输出是第三种可用方式，但是为了避免干涉需要做复杂的变位，且变位后的齿轮变得瘦小、很多齿不能同时啮合。RV传动采用曲柄结构和增加了滚动轴承以提高承载能力，但是很多载荷转移到了前一级行星齿轮传动上，导致对该齿轮的角度定位要求和承载能力的提升。如果把渐开线零齿差输出结构和圆柱销轴输出结构都看成某种零齿差传动，则可望得到新的解决方案。此外，传统的销轴结构采用分体制造和组装的方式，这样降低了机器的总体精度，提高了各零件的制造要求。