一种摆线钢球减速装置及其机器人关节
阅读：739发布：2023-01-24
专利汇可以提供一种摆线钢球减速装置及其机器人关节专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种摆线 钢 球减速装置及其 机器人 关节，属于减速传动装置领域。本实用新型的摆线钢球减速装置，包括 输入轴 、行星盘、中心盘和钢球组，所述行星盘、中心盘和钢球组相配合组成摆线钢球传动机构，所述输入轴具有偏 心轴 段，偏心轴段上装有 圆柱滚子 轴承 ，行星盘内孔与圆柱滚子轴承的 外圈 配合连接，所述中心盘的端面上具有齿形为修形内摆线的 齿槽 ，行星盘的端面上具有齿形为修形外摆线的齿槽。该装置在保有小速比性能的 基础 上，可以有效提升其实际承载能 力 与使用寿命；而且这种减速装置更为适应 工业机器人 关节，特别适用于高速搬运机器人电动旋转型关节的使用要求。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是一种摆线钢球减速装置及其机器人关节专利的具体信息内容。
1.一种摆线钢球减速装置，其特征在于：包括输入轴(15)、行星盘(9)、中心盘(7)和钢球组(8)，所述行星盘(9)、中心盘(7)和钢球组(8)相配合组成摆线钢球传动机构，所述输入轴(15)具有偏心轴段，偏心轴段上装有圆柱滚子轴承(17)，行星盘(9)内孔与圆柱滚子轴承(17)的外圈配合连接，所述中心盘(7)的端面上具有齿形为修形内摆线的齿槽，行星盘(9)的端面上具有齿形为修形外摆线的齿槽。
2.根据权利要求1所述的一种摆线钢球减速装置，其特征在于：所述行星盘(9)端面上的齿槽采用含参数组合Z0(h+Δ)/2π的修形外摆线齿形，所述修形外摆线齿形方程式为：
式中R0——钢球组分布圆半径；
Z0——钢球组的钢球数量；
h——钢球间的润滑脂厚度；
Δ——钢球规值；
K——摆线短幅系数；
r0——摆线发生圆半径；
θ1——外摆线生成角。
3.根据权利要求2所述的一种摆线钢球减速装置，其特征在于：所述中心盘(7)端面上的齿槽采用含参数组合Z0(h+Δ)/2π的修形内摆线齿形，所述修形内摆线齿形方程式为：
式中R0——钢球组分布圆半径；
Z0——钢球组的钢球数量；
h——钢球间的润滑脂厚度；
Δ——钢球规值；
K——摆线短幅系数；
r0——摆线发生圆半径；
θ2——内摆线生成角。
4.根据权利要求3所述的一种摆线钢球减速装置，其特征在于：所述修形外摆线齿形方程式和修形内摆线齿形方程式的参数受不根切条件约束，不根切条件为：
式中r——钢球半径；
R0——钢球组分布圆半径；
Z0——钢球组的钢球数量；
K——摆线短幅系数；
Z1——行星盘端面上齿槽的齿数；
β——齿槽的槽形角。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的一种摆线钢球减速装置，其特征在于：该装置还包括十字钢球等速传动机构，其包括行星盘(9)、钢球组(10)、十字盘(11)和端盖盘(12)；所述端盖盘(12)通过螺钉组与端盖(13)固连，端盖(13)通过螺钉组与机壳5固连；中心盘7通过螺钉组固定于法兰(3)的一侧端面，法兰(3)与机壳(5)通过交叉滚子轴承(6)连接，所述端盖(13)和法兰(3)通过轴承与输入轴(15)连接。
6.根据权利要求5所述的一种摆线钢球减速装置，其特征在于：所述行星盘(9)、十字盘(11)、端盖盘(12)相配合的端面上的直线槽在其分布圆上均匀等距分布。
7.根据权利要求6所述的一种摆线钢球减速装置，其特征在于：直线槽的数量n由参数式确定：
式中l——直线槽的长度；
r——钢球半径；
R1——直线槽的分布圆半径。
8.根据权利要求7所述的一种摆线钢球减速装置，其特征在于：直线槽的长度l由参数式确定：
l＞2r+e；
式中r——钢球半径；
e——输入轴偏心距。
9.一种带有摆线钢球减速装置的机器人关节，其特征在于：摆线钢球减速装置中的输入轴(15)与电机(18)的动力输出轴相连，机壳(5)与电机(18)固连在机器人关节的固定端，电机(18)的动力由输入轴(15)输入，通过其上的圆柱滚子轴承(17)传递给行星盘(9)，行星盘(9)通过钢球组(8)推动中心盘(7)自转，法兰(3)再与机器人关节的旋转端固连，从而带动机器人关节转动。
10.根据权利要求9所述的一种带有摆线钢球减速装置的机器人关节，其特征在于：摆线钢球减速装置中的输入轴(15)与电机(18)的动力输出轴相连，法兰(3)与电机(18)固连在机器人关节的固定端，行星盘9的低速自转通过增强型十字钢球等速传动机构，等速传递给端盖盘(12)，机壳(5)会随端盖盘(12)一起自转，机壳(5)再与机器人关节的旋转端固连，从而带动机器人关节转动。
一种摆线钢球减速装置及其机器人关节
技术领域
背景技术
[0002] 目前，工业机器人关节减速装置种类繁多，包括RV减速器、谐波减速器和摆线钢球减速器等。其中RV减速器、谐波减速器虽然承载能力较强，但其速比通常大于30，不适宜高速搬运机器人的运转速度要求。摆线钢球减速器为二齿差行星减速装置，虽然其具备高速搬运机器人所需的小速比、零背隙的优点，但也存在啮合副润滑不良、齿形易根切、等速机构承载不佳等问题，导致该种减速器功率密度较低、负载能力较差、使用寿命较短，因此在工业机器人中应用较少。目前，亟需一种兼具零背隙、小速比等优点，且承载能力、强度与寿命较强的工业机器人关节减速装置。
[0003] 中国专利号99202368.8，公开日2000年9月27日，公开了一份名称为“密珠摆线钢球减速器”的专利文件，其包括在输入轴上有偏心轴与平衡块，偏心轴外安装开有内摆线滚道的偏心盘，偏心盘一侧与端盖内侧面间用防自转机构连接，与输出轴连成一体并在侧面开有外摆线滚道的输出盘，偏心盘与输出盘的两滚道间密集装有钢球组成的钢球齿轮，形成啮合传动。该专利所述减速器中，摆线滚道间的钢球采用密集安装，理论上提升了功率密度，但专利中给出的摆线滚道中心方程未含钢球规值及钢球间润滑脂厚度参数，即未考虑钢球直径误差的影响，也未预留各个钢球之间的润滑脂间隙，导致密集安装的各个钢球未经润滑脂隔开，钢球之间直接挤压磨损。因此该专利所述减速器在实际使用状态下容易出现润滑不良、磨损加剧等问题，承载能力与使用寿命依旧较差。
[0004] 中国专利号201410101989.5，公开日2014年6月25日，公开了一份名称为“单级硬齿面摆线钢球行星减速机”的专利文件，其包括机壳、输入轴、偏心套、钢球组、端盖、端盖盘、十字盘、行星盘、中心盘、输出轴、预紧螺母、支承轴承、轴承端盖。该减速机采用K-H-V型单级少齿差行星传动的基本结构，以中心盘和行星盘端面上的内、外摆线槽作为齿廓，以钢球作为中介体啮合传动，通过钢球与摆线槽的四点接触消除齿隙，同时配以无齿隙十字钢球等速传动机构，具有结构简单、体积小、零齿隙、传动精度高、效率高的优点。该专利所述减速机中，组成十字钢球等速传动机构的各组水平槽、垂直槽由于其不均匀性，容易造成各槽之间载荷分布不均，降低减速机运转平稳性，引发振动缩短使用寿命。实用新型内容
[0005] 1.实用新型要解决的技术问题
[0006] 本实用新型的目的在于克服现有技术中摆线钢球减速器速比较小但实际承载能力较差的不足，提供了一种摆线钢球减速装置，该机构在保有小速比性能的基础上，可以有效提升其实际承载能力与使用寿命；而且这种减速装置更为适应工业机器人关节，特别适用于高速搬运机器人电动旋转型关节的使用要求。
[0007] 2.技术方案
[0008] 为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：
[0009] 本实用新型的一种摆线钢球减速装置，包括输入轴、行星盘、中心盘和钢球组，所述行星盘、中心盘和钢球组相配合组成摆线钢球传动机构，所述输入轴具有偏心轴段，偏心轴段上装有圆柱滚子轴承，行星盘内孔与圆柱滚子轴承的外圈配合连接，所述中心盘的端面上具有齿形为修形内摆线的齿槽，行星盘的端面上具有齿形为修形外摆线的齿槽。
[0010] 作为本实用新型更进一步的改进，所述行星盘端面上的齿槽采用含参数组合Z0(h+Δ)/2π的修形外摆线齿形，所述修形外摆线齿形方程式为：
[0011]
[0012] 式中R0——钢球组分布圆半径；
[0013] Z0——钢球组的钢球数量；
[0014] h——钢球间的润滑脂厚度；
[0015] Δ——钢球规值；
[0016] K——摆线短幅系数；
[0017] r0——摆线发生圆半径；
[0018] θ1——外摆线生成角。
[0019] 作为本实用新型更进一步的改进，所述中心盘端面上的齿槽采用含参数组合Z0(h+Δ)/2π的修形内摆线齿形，所述修形内摆线齿形方程式为：
[0020]
[0021] 式中R0——钢球组分布圆半径；
[0022] Z0——钢球组的钢球数量；
[0023] h——钢球间的润滑脂厚度；
[0024] Δ——钢球规值；
[0025] K——摆线短幅系数；
[0026] r0——摆线发生圆半径；
[0027] θ2——内摆线生成角。
[0028] 作为本实用新型更进一步的改进，所述修形外摆线齿形方程式和修形内摆线齿形方程式的参数受不根切条件约束，不根切条件为：
[0029]
[0030] 式中r——钢球半径；
[0031] R0——钢球组分布圆半径；
[0032] Z0——钢球组的钢球数量；
[0033] K——摆线短幅系数；
[0034] Z1——行星盘端面上齿槽的齿数；
[0035] β——齿槽的槽形角。
[0036] 作为本实用新型更进一步的改进，该装置还包括十字钢球等速传动机构，其包括行星盘、钢球组、十字盘和端盖盘；所述端盖盘通过螺钉组与端盖固连，端盖通过螺钉组与机壳5固连；中心盘7通过螺钉组固定于法兰的一侧端面，法兰与机壳通过交叉滚子轴承连接，所述端盖和法兰通过轴承与输入轴连接。
[0037] 作为本实用新型更进一步的改进，所述行星盘、十字盘、端盖盘相配合的端面上的直线槽在其分布圆上均匀等距分布。
[0038] 作为本实用新型更进一步的改进，直线槽的数量n由参数式确定：
[0039]
[0040] 式中l——直线槽的长度；
[0041] r——钢球半径；
[0042] R1——直线槽的分布圆半径。
[0043] 作为本实用新型更进一步的改进，直线槽的长度l由参数式确定：
[0044] l＞2r+e；
[0045] 式中r——钢球半径；
[0046] e——输入轴偏心距。
[0047] 本实用新型的一种带有摆线钢球减速装的机器人关节，摆线钢球减速装置中的输入轴与电机的动力输出轴相连，机壳与电机固连在机器人关节的固定端，电机的动力由输入轴输入，通过其上的圆柱滚子轴承传递给行星盘，行星盘通过钢球组推动中心盘自转，法兰再与机器人关节的旋转端固连，从而带动机器人关节转动。
[0048] 本实用新型的一种摆线钢球减速装置的机器人关节，摆线钢球减速装置中的输入轴与电机的动力输出轴相连，法兰与电机固连在机器人关节的固定端，行星盘9的低速自转通过增强型十字钢球等速传动机构，等速传递给端盖盘，机壳会随端盖盘一起自转，机壳再与机器人关节的旋转端固连，从而带动机器人关节转动。
[0049] 3.有益效果
[0050] 采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0051] (1)本实用新型的一种摆线钢球减速装置，在其所述的增强型摆线钢球传动机构中，钢球组的各个钢球之间并非紧密排列，而是在各个钢球之间留有参数组合Z0(h+Δ)/2π所确定的微小间隙d，并根据该参数组合得到摆线齿槽对应的修形内摆线齿形方程式与修形外摆线齿形方程；通过参数组合Z0(h+Δ)/2π确定的微小间隙既能提供钢球实际直径大于公称直径时误差量的所需空间，避免了钢球间的过度挤压；又能提供润滑脂的所需空间，确保了钢球间的润滑环境，从而有效提升减速装置的实际使用寿命。
[0052] (2)本实用新型的一种摆线钢球减速装置，摆线钢球传动机构中，修形外摆线齿形方程式和修形内摆线齿形方程式的参数受不根切条件约束，以确保齿槽齿根处的曲率半径始终大于钢球半径，避免行星盘和中心盘端面上的齿槽发生根切，从而减小钢球与齿槽间的接触应力，降低钢球与齿槽的磨损。经计算，未经不根切条件设计出的齿槽，钢球与齿槽之间的最大接触应力约为6×104MPa；经过不根切条件设计出的齿槽，钢球与齿槽之间的最大接触应力小于3000MPa，二者相比接触应力降低了20倍。因此，具备上述技术方案的所述增强型机器人关节减速装置，可以有效降低了钢球与齿槽啮合时的接触应力，增强减速装置的承载能力与使用寿命。
[0053] (3)本实用新型的一种摆线钢球减速装置，增强型十字钢球等速传动机构中，行星盘、十字盘和端盖盘的端面上的各直线槽在其分布圆上均匀等距分布，且对直线槽的个数与长度有结构尺寸限制，以防止直线槽干涉和钢球卡死。通过各直线槽的均匀等距分布，提升了各直线槽之间载荷分布的均匀性和减速装置的运转平稳性，降低了振动；通过各直线槽的均匀等距分布，充分利用了直线槽的分布圆空间，大大增加了直线槽的数量，降低了单个直线槽上的载荷，因此，具备上述技术方案的所述增强型机器人关节减速装置，强化了十字钢球等速传动机构这一薄弱环节，增强了减速装置的承载能力。
[0054] (4)本实用新型全部技术方案均围绕提升承载能力与使用寿命而实施，并未改变现有的摆线钢球减速器二齿差的齿数配比，因此，该机器人关节减速装置应用到机器人之后在提升承载能力与使用寿命的同时，保留了小速比的特性，适用于高速搬运机器人电动旋转型关节的运转速度要求。附图说明
[0055] 图1为本实用新型的结构示意图；
[0056] 图2为图1中的A-A向剖视图；
[0057] 图3为图1中的B-B向剖面图；
[0058] 图4为图1中的C-C向剖面图；
[0059] 图5为图1中的D-D向剖面图；
[0060] 图6为摆线齿槽中钢球零间距密集安装的结构图；
[0061] 图7为摆线齿槽中钢球之间预留微小间隙安装的结构图；
[0062] 图8为摆线齿槽根切时的结构图；
[0063] 图9为摆线齿槽无根切时的结构图；
[0064] 图10为摆线齿槽根切时的接触应力变化图；
[0065] 图11为摆线齿槽无根切时的接触应力变化图；
[0066] 图12为十字钢球等速传动机构中直线槽非均匀布置的结构图；
[0067] 图13为十字钢球等速传动机构中直线槽均匀等距布置的结构图；
[0068] 图14为本实用新型实施于机器人关节中，机壳固定、法兰输出时的结构图；
[0069] 图15为本实用新型实施于机器人关节中，法兰固定、机壳输出时的结构图。
[0070] 示意图中的标号说明：
[0071] 1—密封装置； 2—挡板； 3—法兰； 4—预紧螺旋；
[0072] 5—机壳； 6—交叉滚子轴承； 7—中心盘； 8—钢球组；
[0073] 9—行星盘； 10—钢球组； 11—十字盘； 12—端盖盘；
[0074] 13—端盖； 14—输入轴端盖； 15—输入轴； 16—平衡配重块；
[0075] 17—圆柱滚子轴承； 18—电机。
具体实施方式
[0077] 结合图1，本实施例的一种摆线钢球减速装置，包括十字钢球等速传动机构和摆线钢球行星传动机构，十字钢球等速传动机构主要由行星盘9、钢球组10、十字盘11、端盖盘12组成，摆线钢球行星传动机构主要由中心盘7、钢球组8、行星盘9组成。
[0078] 作为具体实施例，本实施例的减速装置包括密封装置1、挡板2、法兰3、预紧螺旋4、机壳5、交叉滚子轴承6、中心盘7、钢球组8、行星盘9、钢球组10、十字盘11、端盖盘12、端盖13、输入轴端盖14、输入轴15、平衡配重块16、圆柱滚子轴承17。其中输入轴15具有偏心轴段，偏心轴段上装有圆柱滚子轴承17。圆柱滚子轴承17内圈固定，外圈可轴向游动，内圈左侧通过轴肩定位，内圈右侧靠平衡配重块16定位，平衡配重块16通过螺钉固定于输入轴15。
行星盘9内孔通过配合与圆柱滚子轴承17的外圈连接，行星盘9可随圆柱滚子轴承17的外圈一起轴向游动。行星盘9、十字盘11、端盖盘12端面上的直线槽通过夹紧钢球组10构成增强型十字钢球等速传动机构。其中十字盘11浮动，端盖盘12通过螺钉组与端盖13固连，端盖13又通过螺钉组与机壳5固连。行星盘9、中心盘7端面上的齿槽通过夹紧钢球组8构成了增强型摆线钢球齿轮副。其中中心盘7通过螺钉组固定于法兰3的一侧端面，法兰3与机壳5通过交叉滚子轴承6连接，法兰3能相对机壳5转动。挡板2通过螺钉组固定于法兰3的另一侧端面，挡板2用于压紧交叉滚子轴承6。预紧螺旋4上的外螺纹与机壳5左端的内螺纹连接，通过旋紧预紧螺旋4可以消除增强型十字钢球等速传动机构中钢球组10与直线槽之间的间隙，以及增强型摆线钢球齿轮副中钢球组8与齿槽之间的间隙。输入轴15为空心轴，其内孔中有键槽贯穿整根轴，输入轴15通过轴承与端盖13和法兰3连接。
行星盘9内孔通过配合与圆柱滚子轴承17的外圈连接，行星盘9可随圆柱滚子轴承17的外圈一起轴向游动。行星盘9、十字盘11、端盖盘12端面上的直线槽通过夹紧钢球组10构成增强型十字钢球等速传动机构。其中十字盘11浮动，端盖盘12通过螺钉组与端盖13固连，端盖13又通过螺钉组与机壳5固连。行星盘9、中心盘7端面上的齿槽通过夹紧钢球组8构成了增强型摆线钢球齿轮副。其中中心盘7通过螺钉组固定于法兰3的一侧端面，法兰3与机壳5通过交叉滚子轴承6连接，法兰3能相对机壳5转动。挡板2通过螺钉组固定于法兰3的另一侧端面，挡板2用于压紧交叉滚子轴承6。预紧螺旋4上的外螺纹与机壳5左端的内螺纹连接，通过旋紧预紧螺旋4可以消除增强型十字钢球等速传动机构中钢球组10与直线槽之间的间隙，以及增强型摆线钢球齿轮副中钢球组8与齿槽之间的间隙。输入轴15为空心轴，其内孔中有键槽贯穿整根轴，输入轴15通过轴承与端盖13和法兰3连接。
[0079] 参看图1，该减速装置有两种工作方式，第一种方式为机壳5固定、法兰3输出，第二种方式为法兰3固定、机壳5输出。第一种方式的工作原理为：动力由输入轴15输入，通过其上的圆柱滚子轴承17传递给行星盘9。此种方式下机壳5固定，则固定在机壳5上的端盖13和端盖盘12亦不可转动。因此，行星盘9与十字盘11、钢球组10、端盖盘12构成的增强型十字钢球等速传动机构会限制行星盘9的自转运动，使得行星盘9仅随输入轴15的自转作平动。
[0080] 行星盘9、钢球8及中心盘7构成增强型摆线钢球传动机构，行星盘9通过钢球组8推动中心盘7以较低的速度自转。法兰3通过螺钉组固连于中心盘7上，会随中心盘7一起低速自转，完成动力输出。
[0081] 第二种方式的工作原理为：动力由输入轴15输入，通过其上的圆柱滚子轴承17传递给行星盘9。此种方式下法兰3固定，则固定在法兰3上的中心盘7亦不可转动。因此，行星盘9在增强型摆线钢球齿轮副的作用下，被中心盘7约束作低速自转。行星盘9的低速自转通过增强型十字钢球等速传动机构，等速传递给端盖盘12。机壳5通过螺钉组和端盖13、端盖盘12固连在一起，会随端盖盘12一起低速自转，完成动力输出。
[0082] 参看图2、图3，本实施例的摆线钢球传动机构的端面结构，钢球组8均匀等距布置于行星盘9和中心盘7的齿槽中。
[0083] 图6为现有技术中所述钢球零间距密集安装的结构图。图7为本实施例中钢球之间预留微小间隙安装的结构图。对比图6和图7，图6中钢球之间为零间距的紧密排列，虽然其理论上减小了减速器体积，提升了功率密度，但由于钢球之间没有缝隙包容钢球直径误差和润滑脂，导致密集安装的各个钢球未经润滑脂隔开，钢球之间直接挤压磨损；甚至当钢球因制造误差原因导致实际直径大于公称直径时，还会引起钢球间的过度挤压。因此，现有技术中所述的钢球零间距密集安装方式，在实际使用状态下极易出现钢球之间润滑不良、磨损加剧等问题，减速器承载能力与使用寿命依旧较差。
[0084] 与之对照的，图7中各个钢球之间并非紧密排列，而是在各个钢球之间留有参数组合Z0(h+Δ)/2π所确定的微小间隙d＝Z0(h+Δ)/2π，其中Z0为钢球组的钢球数量；h为钢球间的润滑脂厚度；Δ为钢球规值。所述的参数组合Z0(h+Δ)/2π中包括了钢球规值Δ，用于预留微小间隙以适应钢球规值对应的钢球直径误差；还包括了钢球间的润滑脂厚度h，用于预留微小间隙以容纳润滑脂。通过参数组合Z0(h+Δ)/2π确定的微小间隙既能提供钢球实际直径大于公称直径时误差量的所需空间，避免了钢球间的过度挤压；又能提供润滑脂的所需空间，确保了钢球间的润滑环境，使得减速装置具备良好的运行环境，从而有效提升减速装置的实际使用寿命。
[0085] 此外，所述参数组合Z0(h+Δ)/2π确定的微小间隙数量级较小，为10-2mm级，该间隙容纳润滑脂和钢球直径误差后再无多余空间供钢球窜动，因此经润滑脂间隔的各个钢球在装配和运转过程中不会偏离预定位置，可以避免减速装置的啮合不良或运转卡死。
[0086] 进一步的，图7中钢球之间引入参数组合Z0(h+Δ)/2π确定的微小间隙后，必须对齿槽进行齿形修形。具体的，现有技术中所述钢球零间距密集安装，其摆线齿槽对应的外摆线齿形方程式为：
[0087]
[0088] 本实施例中钢球之间预留参数组合Z0(h+Δ)/2π确定的微小间隙安装，相对现有技术，其行星盘9上摆线齿槽对应的修形外摆线齿形方程式为：
[0089]
[0090] 式中R0——钢球组分布圆半径；
[0091] Z0——钢球组的钢球数量；
[0092] h——钢球间的润滑脂厚度；
[0093] Δ——钢球规值；
[0094] K——摆线短幅系数；
[0095] r0——摆线发生圆半径；
[0096] θ1——外摆线生成角。
[0097] 具体的，现有技术中所述钢球零间距密集安装，其摆线齿槽对应的内摆线齿形方程式为：
[0098]
[0099] 本发明中所述钢球之间预留参数组合Z0(h+Δ)/2π确定的微小间隙安装，相对现有技术，其中心盘7上摆线齿槽对应的修形内摆线齿形方程式为：
[0100]
[0101] 式中R0——钢球组分布圆半径；
[0102] Z0——钢球组的钢球数量；
[0103] h——钢球间的润滑脂厚度；
[0104] Δ——钢球规值；
[0105] K——摆线短幅系数；
[0106] r0——摆线发生圆半径；
[0107] θ2——内摆线生成角。
[0108] 在上述修形外摆线齿形方程式和修形内摆线齿形方程式的参数受不根切条件约束，以确保行星盘和中心盘端面上的齿槽不发生根切，以减小钢球与齿槽间的接触应力，降低钢球与齿槽的磨损，增强摆线钢球齿轮副的承载能力与使用寿命。
[0109] 已公开专利方案(申请号：99202368.8)减速器还采用短幅摆线作为摆线滚道中心方程，并给出了方程所需的短幅系数关系式，但该短幅系数关系式仅由钢球密集排列条件所确定，并未考虑摆线滚道曲率半径因素。依据该关系式设计出的摆线滚道，齿根处的曲率半径通常小于钢球半径。因此，在摆线滚道加工过程中，齿根会被刀具切掉而产生根切现象。根切现象使摆线滚道齿根处出现尖角，当钢球与齿根尖角啮合时，接触应力极大，磨损严重。因此该专利所述减速器容易出现应力过大、磨损加剧等问题，承载能力、强度与寿命较差。
[0110] 参看图8，其为现有技术中未考虑不根切条件，导致摆线齿槽发生根切的结构图。参看图10为现有技术中未考虑不根切条件，导致摆线齿槽发生根切的接触应力变化图。参看图9为本发明所述考虑不根切条件，摆线齿槽不发生根切的结构图。参看图11为本发明所述考虑不根切条件，摆线齿槽不发生根切的接触应力变化图。
[0111] 对比图8、图10和图9、图11，图8中未考虑不根切条件，导致摆线齿槽齿根处的曲率半径小于钢球半径。在摆线齿槽加工过程中，齿槽的齿根部分会被刀具切掉而产生根切现象，图8中的阴影区域即齿根被刀具切掉的部分。根切现象使摆线齿槽齿根处出现尖角，当钢球运行到齿根尖角附近时，钢球与摆线齿槽之间的接触应力极大，磨损严重。图10中未考虑不根切条件，导致摆线齿槽发生根切时，钢球与摆线齿槽之间的最大接触应力约为6×104MPa。因此现有技术中摆线钢球减速器容易出现应力过大、磨损加剧等问题，承载能力、强度与寿命较差。
[0112] 与之对照的，图9中考虑不根切条件，摆线齿形方程式的参数受不根切条件约束，确保了摆线齿槽齿根处的曲率半径始终大于钢球半径，避免了摆线齿槽发生根切，减小了钢球与摆线齿槽间的接触应力，降低了钢球与摆线齿槽的磨损。图11中考虑不根切条件，摆线齿槽不发生根切时，钢球与摆线齿槽之间的最大接触应力小于3000MPa，与图10的数据相比接触应力降低了约20倍。因此本发明的机器人关节减速装置，通过不根切条件可以有效降低钢球与齿槽啮合时的接触应力，增强减速装置的承载能力与使用寿命。具体的，本实施例中所述摆线齿形不根切条件为：
[0113]
[0114] 式中r——钢球半径；
[0115] R0——钢球组分布圆半径；
[0116] Z0——钢球组的钢球数量；
[0117] K——摆线短幅系数；
[0118] Z1——行星盘端面上齿槽的齿数；
[0119] β——齿槽的槽形角。
[0120] 参看图1、图4、图5，本实施例中行星盘9、钢球组10、十字盘11、端盖盘12组成了增强型十字钢球等速传动机构，其中行星盘9右端面与十字盘11左端面都加工有一组水平方向、沿分布圆均布的直线槽，且两端面上的直线槽一一对应；十字盘11右端面与端盖盘12左端面都加工有一组竖直方向、沿分布圆均布的直线槽，且两端面上的直线槽一一对应；同时，十字盘11左、右端面的直线槽相互垂直。
[0121] 图12为现有技术所述十字钢球等速传动机构中直线槽非均匀布置的结构图。图13为本实施例十字钢球等速传动机构中直线槽均匀等距布置的结构图。
[0122] 对比图12和图13，图12中各直线槽在其分布圆上非均匀布置，容易造成各直线槽之间载荷分布不均，降低减速器运转平稳性，引发振动缩短使用寿命。此外，十字钢球等速传动机构沿半径方向上因空间有限，仅能布置1-2组直线槽，承载的直线槽数量过少，单个直线槽上载荷较大。因此现有技术中摆线钢球减速器的十字钢球等速传动机构为其薄弱环节，该薄弱环节严重影响了减速器的承载能力。
[0123] 与之对照的，图13中各直线槽在其分布圆上均匀等距分布，且对直线槽的个数与长度有结构尺寸限制，以防止直线槽干涉和钢球卡死。具体的，直线槽的数量n由如下参数式确定：
[0124]
[0125] 式中l——直线槽的长度；
[0126] r——钢球半径；
[0127] R1——直线槽的分布圆半径。
[0128] 直线槽的长度l由如下参数式确定：
[0129] l＞2r+e；
[0130] 式中r——钢球半径；
[0131] e——输入轴偏心距。
[0132] 图13中通过各直线槽的均匀等距分布，提升了各直线槽之间载荷分布的均匀性和减速装置的运转平稳性，降低了振动；通过各直线槽的均匀等距分布，充分利用了直线槽的分布圆空间，大大增加了直线槽的数量，降低了单个直线槽上的载荷。因此本发明所述的增强型机器人关节减速装置，强化了十字钢球等速传动机构这一薄弱环节，增强了减速装置的承载能力。
[0133] 参看图14、图15，作为本发明机摆线钢球减速装置在机器人关节中使用时的两种应用方式。
[0134] 参看图14，在此实施应用方式中，公开了一种带有摆线钢球减速装置的机器人关节，其机壳5与电机18都固连在机器人关节的固定端。电机18的动力由输入轴15输入，通过其上的圆柱滚子轴承17传递给行星盘9。在此实施方式中机壳5固定，则固定在机壳5上的端盖13和端盖盘12亦不可转动。因此，行星盘9与十字盘11、钢球组10、端盖盘12构成的增强型十字钢球等速传动机构会限制行星盘9的自转运动，使得行星盘9仅随输入轴15的自转作平动。行星盘9、钢球8及中心盘7构成增强型摆线钢球齿轮副，行星盘9通过钢球组8推动中心盘7以较低的速度自转。法兰3通过螺钉组固连于中心盘7上，会随中心盘7一起低速自转。法兰3再与机器人关节的旋转端固连，从而带动机器人关节转动。
[0135] 参看图15，在此实施应用方式中，公开了一种带有摆线钢球减速装置的机器人关节，其法兰3与电机18都固连在机器人关节的固定端。电机18的动力由输入轴15输入，通过其上的圆柱滚子轴承17传递给行星盘9。在此实施方式中法兰3固定，则固定在法兰3上的中心盘7亦不可转动。因此，行星盘9在增强型摆线钢球齿轮副的作用下，被中心盘7约束作低速自转。行星盘9的低速自转通过增强型十字钢球等速传动机构，等速传递给端盖盘12。机壳5通过螺钉组和端盖13、端盖盘12固连在一起，会随端盖盘12一起低速自转。机壳5再与机器人关节的旋转端固连，从而带动机器人关节转动。
[0136] 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
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