高可靠精密滤波驱动装置
阅读：521发布：2023-01-17
专利汇可以提供高可靠精密滤波驱动装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种高可靠精密滤波驱动装置，包括驱动 电机 和与减速器，减速器包括动 力 输入偏 心轴 、双联 齿轮 、固定内齿轮和动力输出内齿轮；双联齿轮包括 外齿 轮I和外齿轮II并旋转配合套装在动力输入偏心轴的偏心段上，固定内齿轮与外齿轮I组成少齿差 啮合 副I，动力输出内齿轮与外齿轮II组成少齿差啮合副II；少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中均设有开槽弹性滤波结构；开槽弹性滤波结构包括 轮齿 槽，轮 齿槽 包括两条分别与轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽和设置在轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽交汇点的直线轮齿槽；和/或，开槽弹性滤波结构包括齿轮槽，齿轮槽包括直线齿轮槽，轮齿槽和齿轮槽内填充设有弹性体；动力输入偏心轴与 驱动电机 的 输出轴 同步转动。，下面是高可靠精密滤波驱动装置专利的具体信息内容。
1.一种高可靠精密滤波驱动装置，包括驱动电机和与驱动电机相连的减速器，其特征在于：所述减速器包括动力输入偏心轴、双联齿轮、以及均旋转配合套装在所述动力输入偏心轴上的固定内齿轮和动力输出内齿轮；
所述动力输入偏心轴上设有相对于其轴线呈偏心设置的偏心段，所述双联齿轮包括外齿轮I和外齿轮II，且双联齿轮旋转配合套装在所述偏心段上，所述固定内齿轮与所述外齿轮I组成少齿差啮合副I，所述动力输出内齿轮与所述外齿轮II组成少齿差啮合副II；
所述少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中均至少有一个齿轮上设有开槽弹性滤波结构；
所述开槽弹性滤波结构包括设置在所在齿轮轮齿上的轮齿槽，所述轮齿槽包括两条分别与所述轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽和设置在所述轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽交汇点之间并位于齿轮径向方向的直线轮齿槽，所述轮齿槽内填充设有弹性体；和/或，所述开槽弹性滤波结构包括设置在所在齿轮齿槽内的齿轮槽，所述齿轮槽包括对称设置在所述齿槽内并位于齿轮径向方向的直线齿轮槽，所述齿轮槽内填充设有弹性体；
所述动力输入偏心轴与所述驱动电机的输出轴同步转动。
2.根据权利要求1所述的高可靠精密滤波驱动装置，其特征在于：所述驱动电机的输出轴与所述动力输入偏心轴设置为一体，且所述驱动电机的转子固定设置在所述动力输入偏心轴上。
3.根据权利要求2所述的高可靠精密滤波驱动装置，其特征在于：所述固定内齿轮上设有朝向所述驱动电机所在方向延伸的保护套，所述驱动电机固定安装在所述保护套内，且保护套的端部设有用于防止驱动电机沿着所述动力输入偏心轴轴向移动的端盖；所述固定内齿轮上设有朝向所述动力输出内齿轮所在方向延伸并与所述动力输入偏心轴同轴设置的轴承套，所述动力输出内齿轮旋转配合套装在该轴承套内。
4.根据权利要求3所述的高可靠精密滤波驱动装置，其特征在于：还包括用于测量所述减速器运行温度的温度传感器、用于测量所述减速器振动数据的加速度传感器和用于测量所述驱动电机输出转速的速度传感器；所述加速度传感器为两个并安装在所述固定内齿轮的同一个径向截面上，且两加速度传感器与其所在径向截面的中心之间的连线相互垂直；所述温度传感器安装在所述固定内齿轮上，并与所述加速度传感器位于固定内齿轮的同一个径向截面上；所述速度传感器与所述驱动电机的转子对应设置。
5.根据权利要求4所述的高可靠精密滤波驱动装置，其特征在于：还包括用于外接计算机的放大电路，所述固定内齿轮上设有用于布置信号线的通孔，所述放大电路包括与所述加速度传感器相连的加速度信号放大电路、与所述温度传感器相连的温度信号放大电路和与所述速度传感器相连的速度信号放大电路。
6.根据权利要求1所述的高可靠精密滤波驱动装置，其特征在于：所述外齿轮I和外齿轮II为螺旋方向相反的螺旋齿轮，且所述外齿轮I在背离所述外齿轮II的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反，所述外齿轮II在背离所述外齿轮I的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反；和/或，
所述外齿轮I和外齿轮II均为变齿厚齿轮，所述外齿轮I在背离所述外齿轮II的方向上，其齿厚逐渐减小，所述外齿轮II在背离所述外齿轮I的方向上，其齿厚逐渐减小；和/或，
所述外齿轮I和外齿轮II均为锥齿轮，且所述外齿轮I在背离所述外齿轮II的方向上，其公称直径逐渐减小，所述外齿轮II在背离所述外齿轮I的方向上，其公称直径逐渐减小。
7.根据权利要求1所述的高可靠精密滤波驱动装置，其特征在于：还包括与所述动力输出内齿轮固定连接的中心轴承座，所述中心轴承座旋转配合套装在所述动力输入偏心轴上。
8.根据权利要求1-7任一项所述的高可靠精密滤波驱动装置，其特征在于：所述齿轮槽还包括设置在所述直线齿轮槽靠近所述齿轮中心一端的圆孔槽；所述直线齿轮槽的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.1-1.5倍，所述直线齿轮槽的槽宽等于0.001~2mm，所述圆孔槽的直径等于其所在齿轮分度圆直径的0.001~0.2倍；所述直线轮齿槽的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.1-0.5倍。
9.根据权利要求1-7任一项所述的高可靠精密滤波驱动装置，其特征在于：所述弹性体为高分子橡胶合金弹性体或金属橡胶弹性体。
10.根据权利要求9所述的高可靠精密滤波驱动装置，其特征在于：所述弹性体为高分子橡胶合金弹性体；
所述高分子橡胶合金弹性体采用硫化工艺制作而成，其各个组分的重量份为：
丁晴橡胶40~100；氧化锌3~8；硫磺1~3；脂肪酸1~3；防老剂1~3；半补强炭黑60~80；
填充剂20~60；
所述防老剂为二丁基二硫代氨基甲酸镍；脂肪酸为C16或C18饱和脂肪酸；填充剂为二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维和碳纤维中的一种或至少两种的混合物；且在所述高分子橡胶合金弹性体硫化过程中采用的硫化促进剂为硫酰胺类促进剂。
高可靠精密滤波驱动装置
技术领域
背景技术
[0003] 长期以来，机械设备中驱动电机和减速器都是分开设计的，这样不可避免的需要考虑他们之间的联接设计，使用键、联轴器等联接装置，从而使结构变得复杂，零件数量种类增多，系统可靠性降低，体积重量增大，并造成轴系对中误差，导致传动机构出现磨损，机构运转容易存在卡涩。
[0004] 另一方面，电机作为传动系统的动力源，产生的机械能的形态发生相应的改变，由输入端的高转速、小转矩变为输出端的大转矩、低转速，不可避免地导致传动系统的转矩产生波动；各零件自身的制造及装配误差；轮齿啮合时的啮入、啮出冲击；及运行过程中的零部件损耗这些因素都将加大传动架构运行过程中的振动、噪声影响。
[0005] 另外，运转过程中较高的赫兹接触应力和弯曲应力将严重降低齿轮寿命。特别是在高低温交变、振动冲击等极端工况与特殊环境下，由于齿轮材料的热变形及与外界环境产生耦合振动将导致齿廓干涉从而加剧齿面磨损及疲劳，甚至是齿与齿之间的“卡涩”甚至“卡死”现象，严重影响齿轮传动的可靠性。同时，在一些特殊工程领域如航空、航天、国防武器装备，在满足其功能要求的前提下还对其可靠性提出了严格要求，要求其零部件实现信息化、智能化，能实时在线监测各零部件的运行状态，并对装置的失效作出预估和预判以保证装备的可靠性及人民财产安全。
[0006] 有鉴于此，本发明旨在探索一种高可靠精密滤波驱动装置，该高可靠精密滤波驱动装置能够有效简化结构，提高传动精度和可靠性，可有效防止极端工况与特殊环境下的影响而产生的非线性耦合振动，避免发生“卡涩”甚至“卡死”等问题，有效降低轮齿赫兹接触应力和弯曲应力，保证驱动装置在所设计的传动精度和承载能力范围内，控制电机因高速小转矩换为低速大转矩所产生的波动，并达到降低振动和噪声、提高驱动装置寿命的目的。
发明内容
[0007] 本发明要解决的技术问题是提出一种高可靠精密滤波驱动装置，该高可靠精密滤波驱动装置能够提高传动精度和可靠性，可有效防止极端工况与特殊环境下的影响而产生的非线性耦合振动，避免发生“卡涩”甚至“卡死”等问题，有效降低轮齿赫兹接触应力和弯曲应力，保证驱动装置在所设计的传动精度和承载能力范围内，控制电机因高速小转矩换为低速大转矩所产生的波动，并达到降低振动和噪声、提高驱动装置寿命的目的。
[0008] 要实现上述技术目的，本发明的高可靠精密滤波驱动装置，包括驱动电机和与驱动电机相连的减速器，所述减速器包括动力输入偏心轴、双联齿轮、以及均旋转配合套装在所述动力输入偏心轴上的固定内齿轮和动力输出内齿轮；所述动力输入偏心轴上设有相对于其轴线呈偏心设置的偏心段，所述双联齿轮包括外齿轮I和外齿轮II，且双联齿轮旋转配合套装在所述偏心段上，所述固定内齿轮与所述外齿轮I组成少齿差啮合副I，所述动力输出内齿轮与所述外齿轮II组成少齿差啮合副II；
所述少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中均至少有一个齿轮上设有开槽弹性滤波结构；
所述开槽弹性滤波结构包括设置在所在齿轮轮齿上的轮齿槽，所述轮齿槽包括两条分别与所述轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽和设置在所述轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽交汇点之间并位于齿轮径向方向的直线轮齿槽，所述轮齿槽内填充设有弹性体；和/或，所述开槽弹性滤波结构包括设置在所在齿轮齿槽内的齿轮槽，所述齿轮槽包括对称设置在所述齿槽内并位于齿轮径向方向的直线齿轮槽，所述齿轮槽内填充设有弹性体；
所述动力输入偏心轴与所述驱动电机的输出轴同步转动。
所述少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中均至少有一个齿轮上设有开槽弹性滤波结构；
所述开槽弹性滤波结构包括设置在所在齿轮轮齿上的轮齿槽，所述轮齿槽包括两条分别与所述轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽和设置在所述轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽交汇点之间并位于齿轮径向方向的直线轮齿槽，所述轮齿槽内填充设有弹性体；和/或，所述开槽弹性滤波结构包括设置在所在齿轮齿槽内的齿轮槽，所述齿轮槽包括对称设置在所述齿槽内并位于齿轮径向方向的直线齿轮槽，所述齿轮槽内填充设有弹性体；
所述动力输入偏心轴与所述驱动电机的输出轴同步转动。
[0010] 进一步，所述固定内齿轮上设有朝向所述驱动电机所在方向延伸的保护套，所述驱动电机固定安装在所述保护套内，且保护套的端部设有用于防止驱动电机沿着所述动力输入偏心轴轴向移动的端盖；所述固定内齿轮上设有朝向所述动力输出内齿轮所在方向延伸并与所述动力输入偏心轴同轴设置的轴承套，所述动力输出内齿轮旋转配合套装在该轴承套内。
[0011] 进一步，还包括用于测量所述减速器运行温度的温度传感器、用于测量所述减速器振动数据的加速度传感器和用于测量所述驱动电机输出转速的速度传感器；所述加速度传感器为两个并安装在所述固定内齿轮的同一个径向截面上，且两加速度传感器与其所在径向截面的中心之间的连线相互垂直；所述温度传感器安装在所述固定内齿轮上，并与所述加速度传感器位于固定内齿轮的同一个径向截面上；所述速度传感器与所述驱动电机的转子对应设置。
[0012] 进一步，还包括用于外接计算机的放大电路，所述固定内齿轮上设有用于布置信号线的通孔，所述放大电路包括与所述加速度传感器相连的加速度信号放大电路、与所述温度传感器相连的温度信号放大电路和与所述速度传感器相连的速度信号放大电路。
[0013] 进一步，所述外齿轮I和外齿轮II为螺旋方向相反的螺旋齿轮，且所述外齿轮I在背离所述外齿轮II的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反，所述外齿轮II在背离所述外齿轮I的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反；和/或，所述外齿轮I和外齿轮II均为变齿厚齿轮，所述外齿轮I在背离所述外齿轮II的方向上，其齿厚逐渐减小，所述外齿轮II在背离所述外齿轮I的方向上，其齿厚逐渐减小；和/或，
所述外齿轮I和外齿轮II均为锥齿轮，且所述外齿轮I在背离所述外齿轮II的方向上，其公称直径逐渐减小，所述外齿轮II在背离所述外齿轮I的方向上，其公称直径逐渐减小。
所述外齿轮I和外齿轮II均为锥齿轮，且所述外齿轮I在背离所述外齿轮II的方向上，其公称直径逐渐减小，所述外齿轮II在背离所述外齿轮I的方向上，其公称直径逐渐减小。
[0014] 进一步，还包括与所述动力输出内齿轮固定连接的中心轴承座，所述中心轴承座旋转配合套装在所述动力输入偏心轴上。
[0015] 进一步，所述齿轮槽还包括设置在所述直线齿轮槽靠近所述齿轮中心一端的圆孔槽；所述直线齿轮槽的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.1-1.5倍，所述直线齿轮槽的槽宽等于0.001~2mm，所述圆孔槽的直径等于其所在齿轮分度圆直径的0.001~0.2倍；所述直线轮齿槽的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.1-0.5倍。
[0017] 进一步，所述弹性体为高分子橡胶合金弹性体；所述高分子橡胶合金弹性体采用硫化工艺制作而成，其各个组分的重量份为：
丁晴橡胶40~100；氧化锌3~8；硫磺1~3；脂肪酸1~3；防老剂1~3；半补强炭黑60~80；
填充剂20~60；
所述防老剂为二丁基二硫代氨基甲酸镍；脂肪酸为C16或C18饱和脂肪酸；填充剂为二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维和碳纤维中的一种或至少两种的混合物；且在所述高分子橡胶合金弹性体硫化过程中采用的硫化促进剂为硫酰胺类促进剂。
丁晴橡胶40~100；氧化锌3~8；硫磺1~3；脂肪酸1~3；防老剂1~3；半补强炭黑60~80；
填充剂20~60；
所述防老剂为二丁基二硫代氨基甲酸镍；脂肪酸为C16或C18饱和脂肪酸；填充剂为二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维和碳纤维中的一种或至少两种的混合物；且在所述高分子橡胶合金弹性体硫化过程中采用的硫化促进剂为硫酰胺类促进剂。
[0018] 本发明的有益效果为：1、本发明的高可靠精密滤波驱动装置通过将动力输入偏心轴设置为与驱动电机的输出轴同步转动，能够提高传动精度；通过在减速器的少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，能够利用变形协调原理，通过可控的弹性变形量过滤掉由驱动电机高速小转矩转换为低速大转矩、加工和安装误差等所产生的波动，在确保所设计的传动精度和承载能力范围工作的同时，还取得了以下有益效果：
1）协调传动高精度与高可靠
本发明的高可靠精密滤波驱动装置的减速器采用少齿差行星传动，主要通过两对齿的内啮合进行传递运动和动力，和普通少齿差传动相比较，本发明的高可靠精密滤波驱动装置的不同之处在于分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，这使得轮齿更具弹性，当少齿差啮合副的外齿轮与内齿轮啮合传动时，可以使侧隙降低到某一最小值，甚至消除侧隙，从而在轮齿啮合表面间有可能得到零隙，使回差显著减小，提高传动精度；当齿轮处于恶劣的工况时，普通轮齿易发生齿廓干涉，甚至“卡死”“卡涩”，导致可靠性降低，本发明的高可靠精密滤波驱动装置通过分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，则可避免上述问题，轮齿的弹性使得其发生变形，将会最大限度减少干涉量（甚至为零），从而提高了齿轮可靠性；
2）降低振动和噪声以及实现高效节能
本发明的高可靠精密滤波驱动装置，采用偏心减速机构，首先滤去驱动电机高速转动的高频波；同时采用由双联齿轮、固定内齿轮与动力输出内齿轮组成的少齿差啮合副I和少齿差啮合副II，再次滤去双联齿轮的高频公转波，并输出低频转动；
由于分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，使得少齿差啮合副I和少齿差啮合副II的刚度激励显著减小；
通过在轮齿槽和齿轮槽内填充设置弹性体，弹性体可以有效增大齿轮系统阻尼，降低齿轮振动幅值，从而达到滤波的效果，同时，减小了能量损耗，达到了高效节能的目的；
3）提高减速器寿命
本发明的高可靠精密滤波驱动装置，通过分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，可以有效降低赫兹接触应力，通过在轮齿槽内设置与轮齿齿廓曲线呈等距曲线的曲线轮齿槽，可以增大接触面积，改善轮齿槽内部的接触应力，另外，齿根部的弯曲应力也会因轮齿槽和齿轮槽的影响而显著降低，从而提高了齿轮的寿命。
1）协调传动高精度与高可靠
本发明的高可靠精密滤波驱动装置的减速器采用少齿差行星传动，主要通过两对齿的内啮合进行传递运动和动力，和普通少齿差传动相比较，本发明的高可靠精密滤波驱动装置的不同之处在于分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，这使得轮齿更具弹性，当少齿差啮合副的外齿轮与内齿轮啮合传动时，可以使侧隙降低到某一最小值，甚至消除侧隙，从而在轮齿啮合表面间有可能得到零隙，使回差显著减小，提高传动精度；当齿轮处于恶劣的工况时，普通轮齿易发生齿廓干涉，甚至“卡死”“卡涩”，导致可靠性降低，本发明的高可靠精密滤波驱动装置通过分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，则可避免上述问题，轮齿的弹性使得其发生变形，将会最大限度减少干涉量（甚至为零），从而提高了齿轮可靠性；
2）降低振动和噪声以及实现高效节能
本发明的高可靠精密滤波驱动装置，采用偏心减速机构，首先滤去驱动电机高速转动的高频波；同时采用由双联齿轮、固定内齿轮与动力输出内齿轮组成的少齿差啮合副I和少齿差啮合副II，再次滤去双联齿轮的高频公转波，并输出低频转动；
由于分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，使得少齿差啮合副I和少齿差啮合副II的刚度激励显著减小；
通过在轮齿槽和齿轮槽内填充设置弹性体，弹性体可以有效增大齿轮系统阻尼，降低齿轮振动幅值，从而达到滤波的效果，同时，减小了能量损耗，达到了高效节能的目的；
3）提高减速器寿命
本发明的高可靠精密滤波驱动装置，通过分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，可以有效降低赫兹接触应力，通过在轮齿槽内设置与轮齿齿廓曲线呈等距曲线的曲线轮齿槽，可以增大接触面积，改善轮齿槽内部的接触应力，另外，齿根部的弯曲应力也会因轮齿槽和齿轮槽的影响而显著降低，从而提高了齿轮的寿命。
[0019] 2、本发明的高可靠精密滤波驱动装置通过设置加速度传感器、温度传感器和速度传感器，能够实时地检测减速器的振动、转速和温度，并能够实时检测装置的运行状态并提取故障信号，并对驱动装置的失效作出预估和预判，因此本发明的高可靠精密滤波驱动装置特别适用于机器人、航空、航天和国防武器装备等对驱动机构性能要求严格的工程领域。
[0020] 3、本发明的高可靠精密滤波驱动装置，通过将驱动电机输出轴与动力输入偏心轴设置为一体，并将驱动电机的转子直接设置在动力输入偏心轴上，即减速器与驱动电机集成设计，去除了中间键、联轴器等多余的联接构件，减少了安装定位工序，提高了传动精度，缩小了驱动装置的体积和重量；通过在固定内齿轮上设置保护套和轴承套，固定内齿轮起着壳体的作用，也即固定内齿轮与壳体集成为一体，能够有效缩小驱动装置的体积和重量。附图说明
[0021] 图1为本发明高可靠精密滤波驱动装置实施例的结构示意图；图2为图1的A-A剖视图；
图3为双联齿轮的结构示意图；
图4为图3的B详图；
图5为普通齿轮在第一个啮合点时的应力云图；
图6为设有开槽弹性滤波结构的齿轮在第一个啮合点时的应力云图；
图7为普通齿轮在第二个啮合点时的应力云图；
图8为设有开槽弹性滤波结构的齿轮在第二个啮合点时的应力云图；
图9为普通齿轮在第三个啮合点时的应力云图；
图10为设有开槽弹性滤波结构的齿轮在第三个啮合点时的应力云图；
图11为普通齿轮的综合啮合刚度图；
图12为设有开槽弹性滤波结构的齿轮的综合啮合刚度图。
图3为双联齿轮的结构示意图；
图4为图3的B详图；
图5为普通齿轮在第一个啮合点时的应力云图；
图6为设有开槽弹性滤波结构的齿轮在第一个啮合点时的应力云图；
图7为普通齿轮在第二个啮合点时的应力云图；
图8为设有开槽弹性滤波结构的齿轮在第二个啮合点时的应力云图；
图9为普通齿轮在第三个啮合点时的应力云图；
图10为设有开槽弹性滤波结构的齿轮在第三个啮合点时的应力云图；
图11为普通齿轮的综合啮合刚度图；
图12为设有开槽弹性滤波结构的齿轮的综合啮合刚度图。
[0022] 附图标记说明：1-动力输入偏心轴；1a-偏心段；2-双联齿轮；2a-外齿轮I；2b-外齿轮II；3-固定内齿轮；3a-轴承套；3b-保护套；4-动力输出内齿轮；5-轴承；5a-轴承；6-轮齿槽；6a-曲线轮齿槽；6b-直线轮齿槽；7-齿轮槽；7a-直线齿轮槽；7b-圆孔槽；8-弹性体；9-滚针轴承；
10-中心轴承座；11-轴承；12-驱动电机；12a-转子；12b-定子；13-端盖；14-轴承；15-温度传感器；16-加速度传感器；17-速度传感器；18-螺钉。
10-中心轴承座；11-轴承；12-驱动电机；12a-转子；12b-定子；13-端盖；14-轴承；15-温度传感器；16-加速度传感器；17-速度传感器；18-螺钉。
具体实施方式
[0023] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
[0024] 如图1所示，为本发明高可靠精密滤波驱动装置实施例的结构示意图。本发明的高可靠精密滤波驱动装置，包括驱动电机12和与驱动电机12相连的减速器，减速器包括动力输入偏心轴1、双联齿轮2、以及均旋转配合套装在动力输入偏心轴1上的固定内齿轮3和动力输出内齿轮4，本实施例的固定内齿轮3和动力输出内齿轮4分别通过轴承5旋转配合套装在动力输入偏心轴1上。
[0025] 动力输入偏心轴1上设有相对于其轴线呈偏心设置的偏心段1a，双联齿轮2包括外齿轮I 2a和外齿轮II 2b，且双联齿轮2旋转配合套装在动力输入偏心轴1的偏心段1a上，本实施例的双联齿轮2通过轴承5a旋转配合套装在偏心段1a上。固定内齿轮3与双联齿轮2的外齿轮I 2a组成少齿差啮合副I，动力输出内齿轮4与双联齿轮2的外齿轮II2b组成少齿差啮合副II。
[0026] 少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中均至少有一个齿轮上设有开槽弹性滤波结构。如图2所示，本实施例的开槽弹性滤波结构分别设置在双联齿轮2的外齿轮I 2a和外齿轮II 2b上。开槽弹性滤波结构包括设置在轮齿上的轮齿槽6，轮齿槽6包括两条分别与轮齿的齿廓线呈等距曲线的曲线轮齿槽6a和设置在轮齿齿顶与两条曲线轮齿槽6a交汇点之间并位于齿轮径向方向的直线轮齿槽6b，轮齿槽6内填充设有弹性体8；和/或，开槽弹性滤波结构还包括设置在齿槽的齿轮槽7，齿轮槽7包括对称设置在齿槽内并位于齿轮径向方向的直线齿轮槽7a，齿轮槽7内也填充设有弹性体8。本实施例的开槽弹性滤波结构包括同时设置在轮齿上的轮齿槽6和设置在齿槽内的齿轮槽7。
[0027] 动力输入偏心轴1与驱动电机12的输出轴同步转动，能够提高传动精度，本实施例的驱动电机12采用伺服电机。
[0028] 本实施例的高可靠精密滤波驱动装置通过将动力输入偏心轴1设置为与驱动电机12的输出轴同步转动，能够提高传动精度；通过在减速器的少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，能够利用变形协调原理，通过可控的弹性变形量过滤掉由驱动电机12高速小转矩转换为低速大转矩、加工和安装误差等所产生的波动，在确保所设计的传动精度和承载能力范围工作的同时，还取得了以下有益效果：1）协调传动高精度与高可靠
本实施例的高可靠精密滤波驱动装置的减速器采用少齿差行星传动，主要通过两对齿的内啮合进行传递运动和动力，和普通少齿差传动相比较，本实施例的高可靠精密滤波驱动装置的不同之处在于分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，这使得轮齿更具弹性，当少齿差啮合副的外齿轮与内齿轮啮合传动时，可以使侧隙降低到某一最小值，甚至消除侧隙，从而在轮齿啮合表面间有可能得到零隙，使回差显著减小，提高传动精度；当齿轮处于恶劣的工况时，普通轮齿易发生齿廓干涉，甚至“卡死”“卡涩”，导致可靠性降低，本实施例的高可靠精密滤波驱动装置通过分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，则可避免上述问题，轮齿的弹性使得其发生变形，将会最大限度减少干涉量（甚至为零），从而提高了齿轮可靠性；
2）降低振动和噪声以及实现高效节能
本实施例的高可靠精密滤波驱动装置，采用偏心减速机构，首先滤去驱动电机12高速转动的高频波；同时采用由双联齿轮2、固定内齿轮3与动力输出内齿轮4组成的少齿差啮合副I和少齿差啮合副II，再次滤去双联齿轮2的高频公转波，并输出低频转动；
由于分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，使得少齿差啮合副I和少齿差啮合副II的刚度激励显著减小；
通过在轮齿槽6和齿轮槽7内填充设置弹性体8，弹性体8可以有效增大齿轮系统阻尼，降低齿轮振动幅值，从而达到滤波的效果，同时，减小了能量损耗，达到了高效节能的目的；
3）提高减速器寿命
本实施例的高可靠精密滤波驱动装置，通过分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，可以有效降低赫兹接触应力，通过在轮齿槽6内设置与轮齿齿廓曲线呈等距曲线的曲线轮齿槽6a，可以增大接触面积，改善轮齿槽内部的接触应力，另外，齿根部的弯曲应力也会因轮齿槽6和齿轮槽7的影响而显著降低，从而提高了齿轮的寿命。
本实施例的高可靠精密滤波驱动装置的减速器采用少齿差行星传动，主要通过两对齿的内啮合进行传递运动和动力，和普通少齿差传动相比较，本实施例的高可靠精密滤波驱动装置的不同之处在于分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，这使得轮齿更具弹性，当少齿差啮合副的外齿轮与内齿轮啮合传动时，可以使侧隙降低到某一最小值，甚至消除侧隙，从而在轮齿啮合表面间有可能得到零隙，使回差显著减小，提高传动精度；当齿轮处于恶劣的工况时，普通轮齿易发生齿廓干涉，甚至“卡死”“卡涩”，导致可靠性降低，本实施例的高可靠精密滤波驱动装置通过分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，则可避免上述问题，轮齿的弹性使得其发生变形，将会最大限度减少干涉量（甚至为零），从而提高了齿轮可靠性；
2）降低振动和噪声以及实现高效节能
本实施例的高可靠精密滤波驱动装置，采用偏心减速机构，首先滤去驱动电机12高速转动的高频波；同时采用由双联齿轮2、固定内齿轮3与动力输出内齿轮4组成的少齿差啮合副I和少齿差啮合副II，再次滤去双联齿轮2的高频公转波，并输出低频转动；
由于分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，使得少齿差啮合副I和少齿差啮合副II的刚度激励显著减小；
通过在轮齿槽6和齿轮槽7内填充设置弹性体8，弹性体8可以有效增大齿轮系统阻尼，降低齿轮振动幅值，从而达到滤波的效果，同时，减小了能量损耗，达到了高效节能的目的；
3）提高减速器寿命
本实施例的高可靠精密滤波驱动装置，通过分别在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的至少一个齿轮上设置开槽弹性滤波结构，可以有效降低赫兹接触应力，通过在轮齿槽6内设置与轮齿齿廓曲线呈等距曲线的曲线轮齿槽6a，可以增大接触面积，改善轮齿槽内部的接触应力，另外，齿根部的弯曲应力也会因轮齿槽6和齿轮槽7的影响而显著降低，从而提高了齿轮的寿命。
[0029] 如图5-10所示，分别为普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的动态仿真受力云图，普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的参数均为：模数M=1，齿数Z=20 ，齿轮材料弹性模量为200Gpa，开槽弹性滤波结构的弹性体5的弹性模量为10Gpa。在对普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮施加相同载荷的情况下：1）如图5和图6所示，为普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的第一个相同啮合点时的应力云图，可知普通齿轮的最大应力737Mpa，设有开槽弹性滤波结构的齿轮的最大应力620Mpa；
2）如图7和图8所示，为普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的第二个相同啮合点时的应力云图，可知普通齿轮的最大应力562Mpa，设有开槽弹性滤波结构的齿轮的最大应力439Mpa；
3）如图9和图10所示，为普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的第三个相同啮合点时的应力云图，可知普通齿轮的最大应力607Mpa，设有开槽弹性滤波结构的齿轮的最大应力525Mpa；
由上述仿真分析结果可以得出，设有开槽弹性滤波结构的齿轮的应力分布较为均匀，最大应力值也随之减小，弹性体起到了变形协调的作用，并且缓解了应力集中的状况。
2）如图7和图8所示，为普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的第二个相同啮合点时的应力云图，可知普通齿轮的最大应力562Mpa，设有开槽弹性滤波结构的齿轮的最大应力439Mpa；
3）如图9和图10所示，为普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的第三个相同啮合点时的应力云图，可知普通齿轮的最大应力607Mpa，设有开槽弹性滤波结构的齿轮的最大应力525Mpa；
由上述仿真分析结果可以得出，设有开槽弹性滤波结构的齿轮的应力分布较为均匀，最大应力值也随之减小，弹性体起到了变形协调的作用，并且缓解了应力集中的状况。
[0030] 图11和图12分别为普通齿轮和设有开槽弹性滤波结构的齿轮的综合啮合刚度图，通过对轮齿槽6和齿轮槽7选取适当的侧隙，设有开槽弹性滤波结构的齿轮的突变量d2可减小为普通齿轮d1的0.5~0.2倍，即减小了振动。
[0031] 进一步，驱动电机12的输出轴与动力输入偏心轴1设置为一体，且驱动电机12的转子12a固定设置在动力输入偏心轴1上，本实施例的驱动电机12的定子12b固定安装在固定内齿轮3上，通过将驱动电机12输出轴与动力输入偏心轴1设置为一体，并将驱动电机12的转子12a直接设置在动力输入偏心轴1上，即减速器与驱动电机12集成设计，去除了中间键、联轴器等多余的联接构件，减少了安装定位工序，提高了传动精度，缩小了驱动装置的体积和重量。
[0032] 进一步，固定内齿轮3上设有朝向驱动电机12所在方向延伸的保护套3b，驱动电机12固定安装在保护套3b内，且保护套3b的端部设有用于防止驱动电机12沿着动力输入偏心轴1轴向移动的端盖13，端盖13通过轴承14与动力输入偏心轴1配合，且端盖13通过螺钉18固定安装在固定内齿轮3上。固定内齿轮3上设有朝向动力输出内齿轮4所在方向延伸并与动力输入偏心轴1同轴设置的轴承套3a，动力输出内齿轮4旋转配合套装在该轴承套3a内，本实施例的动力输出内齿轮4的外周壁与轴承套3a内周壁之间设有滚针轴承9，利于消除来自轴向力对传动机构的干扰，提高机构的运动精度。通过在固定内齿轮3上设置保护套3b和轴承套3a，固定内齿轮3起着壳体的作用，也即固定内齿轮3与壳体集成为一体，能够有效缩小驱动装置的体积和重量。
[0033] 进一步，本实施例的高可靠精密滤波驱动装置还包括用于测量减速器运行温度的温度传感器15、用于测量减速器振动数据的加速度传感器16和用于测量驱动电机12输出转速的速度传感器17。加速度传感器16为两个并安装在固定内齿轮3的同一个径向截面上，且两加速度传感器16与其所在径向截面的中心之间的连线相互垂直，加速度传感器16设置在靠近固定内齿轮3齿根的部位上。温度传感器15安装在固定内齿轮3上，并与加速度传感器16位于固定内齿轮3的同一个径向截面上。速度传感器17与驱动电机12的转子12a对应设置，本实施例的速度传感器17设置在靠近转子12a端面的位置处。本实施例的加速度传感器16和温度传感器15的轴线位于所述固定内齿轮3的径向方向上。通过正交的设置两个加速度传感器16，能够测量两个正交方向上的振动数据，测量得到的振动数据更加准确。优选的，本实施例的高可靠精密滤波驱动装置还包括用于外接计算机的放大电路，固定内齿轮3上设有用于布置信号线的通孔，放大电路包括与加速度传感器16相连的加速度信号放大电路、与温度传感器15相连的温度信号放大电路和与速度传感器17相连的速度信号放大电路。放大电路将测量得到的数据信号放大后传送至计算机进行后续处理。
[0034] 驱动装置的失效一般是从摩擦副的润滑失效开始的，其表现形式主要有振动和噪声加大、温度和摩擦力矩上升，在齿根部位安装加速度传感器16、速度传感器17、温度传感器15，能近距离较真实地检测驱动电机12和减速器的运行、振动、温度情况，恒载运行时检测驱动电机12的电流、电压波动则能反应驱动装置的摩擦力矩情况，因此整个驱动装置的运行状态都能得到实时监测，并能通过对数据信息化的处理提取故障信号 以对驱动装置的失效作出预估和预判，实现驱动装置的信息化、智能化，因此本实施例的高可靠精密滤波驱动装置特别适用于机器人、航空、航天和国防武器装备等对驱动机构性能要求严格的工程领域。
[0035] 进一步，本实施例的外齿轮I 2a和外齿轮II 2b为螺旋方向相反的螺旋齿轮，且本实施例的外齿轮I 2a在背离所述外齿轮II 2b的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反；外齿轮II 2b在背离所述外齿轮I 2a的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反；和/或，外齿轮I 2a和外齿轮II 2b均为变齿厚齿轮，外齿轮I 2a在背离外齿轮II 2b的方向上，其齿厚逐渐减小，外齿轮II 2b在背离外齿轮I 2a的方向上，其齿厚逐渐减小；和/或，外齿轮I 2a和外齿轮II 2b均为锥齿轮，且外齿轮I 2a在背离外齿轮II 2b的方向上，其公称直径逐渐减小，外齿轮II 2b在背离外齿轮I 2a的方向上，其公称直径逐渐减小。
[0036] 本实施例的外齿轮I 2a和外齿轮II 2b为螺旋方向相反的螺旋齿轮；且外齿轮I2a在背离所述外齿轮II 2b的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反；外齿轮II 2b在背离所述外齿轮I 2a的方向上，其螺旋方向与其自转方向相反。当然，固定内齿轮3为与外齿轮I 2a啮合的螺旋齿轮，动力输出内齿轮4为与外齿轮II 2b啮合的螺旋齿轮。通过将少齿差啮合副I和少齿差啮合副II设置为螺旋齿轮啮合副，利于消除啮合间隙，保证少齿差啮合副I和少齿差啮合副II不会出现“卡涩”甚至“卡死”等问题，保证传动的平稳性和高精度。另外，本实施例的外齿轮I 2a和外齿轮II 2b均为变齿厚齿轮，且外齿轮I 2a和外齿轮II 2b为锥齿轮，采用该结构的双联齿轮2，少齿差啮合副I和少齿差啮合副II啮合后，轴向分力会使外齿轮I 2a和外齿轮II 2b向相对的方向移动，即外齿轮I 2a和外齿轮II 2b的轴向分力相抵，利于消除啮合间隙，保持高精度传动。
[0037] 进一步，本实施例的高可靠精密滤波驱动装置还包括与动力输出内齿轮4固定连接的中心轴承座10，中心轴承座10旋转配合套装在动力输入偏心轴1上，本实施例的中心轴承座10通过螺钉固定连接在动力输出内齿轮4上，且中心轴承座10与动力输入偏心轴1之间通过轴承11旋转配合，采用该结构的动力输出内齿轮4结构紧凑，并使动力输出内齿轮4具有稳定支撑，利于保持传动的平稳性，本实施例的动力输出内齿轮4上还设有用于连接其它设备输出动力的连接结构。采用该结构的减速器，驱动电机12的输出轴，即动力输入偏心轴1被轴承14和轴承11稳定支撑，能够保证驱动装置的传动稳定性。
[0038] 进一步，齿轮槽7还包括设置在直线齿轮槽7a靠近齿轮中心一端的圆孔槽7b。直线齿轮槽7a的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.1-1.5倍，直线齿轮槽7a的槽宽等于0.001~2mm，圆孔槽7b的直径等于其所在齿轮分度圆直径的0.001~0.2倍。本实施例设置在外齿轮I 2a上的齿轮槽7，其直线齿轮槽7a的长度等于外齿轮I 2a轮齿齿全高的
0.8倍，直线齿轮槽7a的槽宽等于0.05mm，圆孔槽7b的直径等于外齿轮I 2a分度圆直径的0.1倍。本实施例设置在外齿轮II 2b上的齿轮槽7，其直线齿轮槽7a的长度等于外齿轮II 2b轮齿齿全高的1倍，直线齿轮槽7a的槽宽等于0.1mm，圆孔槽7b的直径等于外齿轮II 2b分度圆直径的0.15倍。
0.8倍，直线齿轮槽7a的槽宽等于0.05mm，圆孔槽7b的直径等于外齿轮I 2a分度圆直径的0.1倍。本实施例设置在外齿轮II 2b上的齿轮槽7，其直线齿轮槽7a的长度等于外齿轮II 2b轮齿齿全高的1倍，直线齿轮槽7a的槽宽等于0.1mm，圆孔槽7b的直径等于外齿轮II 2b分度圆直径的0.15倍。
[0039] 进一步，直线轮齿槽6a的长度等于其所在齿轮的轮齿齿全高的0.1-0.5倍，直线轮齿槽7a和曲线轮齿槽7b的槽宽等于0.00025~0.001mm。本实施例设置在外齿轮I 2a上的轮齿槽6，其直线轮齿槽6a的长度等于外齿轮I 2a的轮齿齿全高的0.3倍，直线轮齿槽7a和曲线轮齿槽7b的槽宽等于0.0008mm。本实施例设置在外齿轮II 2b上的轮齿槽6，其直线轮齿槽6a的长度等于外齿轮II 2b的轮齿齿全高的0.4倍，直线轮齿槽7a和曲线轮齿槽7b的槽宽等于0.0004mm。
[0040] 进一步，弹性体8为高分子橡胶合金弹性体或金属橡胶弹性体，采用金属橡胶弹性体，在特殊与极端环境下（高温、低温、高压、高真空及剧烈振动）具有所选金属的固有特性，又具有类似于橡胶一样的弹性，在空间环境下不蒸发，不惧高温和低温，不怕空间辐射和粒子撞击，选择不同的金属还可以耐腐蚀环境，且无老化的可能，并具有阻尼减振等特性。
[0041] 本实施例的弹性体为高分子橡胶合金弹性体；本实施例的高分子橡胶合金弹性体采用硫化工艺制作而成，其各个组分的重量份为：丁晴橡胶40~100；氧化锌3~8；硫磺1~3；脂肪酸1~3；防老剂1~3；半补强炭黑60~80；
填充剂20~60；
防老剂为二丁基二硫代氨基甲酸镍；脂肪酸为C16或C18饱和脂肪酸；填充剂为二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维和碳纤维中的一种或至少两种的混合物；且在高分子橡胶合金弹性体硫化过程中采用的硫化促进剂为硫酰胺类促进剂。
填充剂20~60；
防老剂为二丁基二硫代氨基甲酸镍；脂肪酸为C16或C18饱和脂肪酸；填充剂为二硫化钼、聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维和碳纤维中的一种或至少两种的混合物；且在高分子橡胶合金弹性体硫化过程中采用的硫化促进剂为硫酰胺类促进剂。
[0042] 具体的高分子橡胶合金弹性体的组分可以按比例采用多种重量份组合制备：1）丁晴橡胶40，氧化锌8，硫磺1，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺1，二丁基二硫代氨基甲酸镍1，C16饱和脂肪酸1，半补强炭黑60，二硫化钼20；
2）丁晴橡胶100，氧化锌3，硫磺3，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺3，二丁基二硫代氨基甲酸镍3，C16饱和脂肪酸3，半补强炭黑80，二硫化钼60；
3）丁晴橡胶60，氧化锌5，硫磺2，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺2，二丁基二硫代氨基甲酸镍2，C16饱和脂肪酸2，半补强炭黑70，二硫化钼40。
2）丁晴橡胶100，氧化锌3，硫磺3，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺3，二丁基二硫代氨基甲酸镍3，C16饱和脂肪酸3，半补强炭黑80，二硫化钼60；
3）丁晴橡胶60，氧化锌5，硫磺2，N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺2，二丁基二硫代氨基甲酸镍2，C16饱和脂肪酸2，半补强炭黑70，二硫化钼40。
[0043] 当然，高分子橡胶合金弹性体还可在上述重量份范围内进行任意组合均能实现，且二硫化钼还可采用聚四氟乙烯、石墨、玻璃纤维和碳纤维中的一种或至少两种的混合物进行替代，C16饱和脂肪酸可采用C18饱和脂肪酸替代，均可制备得到符合要求的高分子橡胶合金弹性体。
[0044] 通过将弹性体5设置为上述高分子橡胶合金弹性体，在满足弹性变形能力的同时，能够获得较大的阻尼，可以有效增大齿轮系统阻尼，降低齿轮振动幅值，从而达到滤波的效果，同时，减小了能量损耗，达到了高效节能的目的。弹性体1还可采用现有的多种金属弹性体和非金属弹性体材料进行替换，不在一一累述。
[0045] 本实施例采用在少齿差啮合副I和少齿差啮合副II中的外齿轮I 2a和外齿轮II2b上设置开槽弹性滤波结构，当然，设置在少齿差啮合副I中的开槽弹性滤波结构还可设置固定内齿轮3上或同时设置在外齿轮I 2a和固定齿轮3上；设置在少齿差啮合副II中的开槽弹性滤波结构还可设置动力输出内齿轮4上或同时设置在外齿轮II 2b和动力输出内齿轮4上，其实施原理相同，不再累述。
[0046] 另外，本实施例的开槽弹性滤波结构包括同时设置在轮齿上的轮齿槽6和设置在齿槽内的齿轮槽7，根据需要，开槽弹性滤波结构可以为仅在轮齿上设置的轮齿槽6或仅在齿槽内设置的齿轮槽7，均能够实现本发明的技术目的，不再累述。
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