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 一种搭载谐波减速机的轻型舵机

【申请公布号:  CN113404839A ;申请权利人:无锡巨蟹智能驱动科技有限公司;发明设计人: 朱小娟; 杨景源; 卜强强;】  
 
 
摘要:
 
本发明涉及超扁平非金属谐波减速器及其球机传动机构,采用超扁平非金属谐波减速器,空心球机旋转轴(20)穿过球机基座(16)后连接所述柔轮固定轴(7);柔轮固定轴(7)和球机旋转轴(20)的中空空间连通;球机旋转轴(20)和球机基座(16)之间设置上下分隔的主支撑轴承,上下分隔的主支撑轴承之间通过轴套间隔;在球机基座(16)旁设置驱动电机(25),主动带轮(27)通过同步带(26)与凸轮外齿面(311)结合形成同步传动机构。在不改变传统监控云台结构的基础上,电机驱动小同步带轮,带动同步带,驱动谐波减速器上的具有大同步带轮的波发生器,实现监控云台的谐波减速传动方案,提高云台的传动精度和减速比。 
 
主权项:
 
1.一种超扁平非金属谐波减速器,包括由内至外设置的柔轮(1)、钢轮(2)和凸轮(3);其特征在于:至少柔轮(1)为工程塑料注塑成型;柔轮(1)为具有底盖(111)和底盖上周向壁体的盖式包围结构,底盖上周向壁体的外壁设置外齿面(115);钢轮(2)为具有内齿面(211)的环形齿圈结构,柔轮(1)底盖朝上倒扣在环形齿圈内,使得柔轮(1)的外齿面(115)与钢轮(2)的内齿面(211)相互配合;凸轮(3)为具有底部(314)和底部上周向包围壁体的盖式围合结构,周向包围壁体的外壁设置凸轮外齿面(311)形成外部大同步带轮;位于盖式围合结构中心的椭圆形凸轮结构(312)凸起设置于底部(314)上并伸入柔轮(1)的盖式包围结构中,在椭圆形凸轮结构(312)外壁和柔轮(1)的底盖上周向壁体之间设置柔性轴承(4);钢轮(2)的外壁和凸轮(3)周向包围壁体的内壁之间设置同步带轮稳定轴承(9);柔轮(1)的底盖(111)中心设置中心孔,椭圆形凸轮结构(312)的凸起部分设置中心通孔,该中心通孔与柔轮(1)的中心孔对齐。 
 
要求:
1.一种超扁平非金属谐波减速器,包括由内至外设置的柔轮(1)、钢轮(2)和凸轮(3);其特征在于:
 
至少柔轮(1)为工程塑料注塑成型;
 
柔轮(1)为具有底盖(111)和底盖上周向壁体的盖式包围结构,底盖上周向壁体的外壁设置外齿面(115);
 
钢轮(2)为具有内齿面(211)的环形齿圈结构,柔轮(1)底盖朝上倒扣在环形齿圈内,使得柔轮(1)的外齿面(115)与钢轮(2)的内齿面(211)相互配合;
 
凸轮(3)为具有底部(314)和底部上周向包围壁体的盖式围合结构,周向包围壁体的外壁设置凸轮外齿面(311)形成外部大同步带轮;
 
位于盖式围合结构中心的椭圆形凸轮结构(312)凸起设置于底部(314)上并伸入柔轮(1)的盖式包围结构中,在椭圆形凸轮结构(312)外壁和柔轮(1)的底盖上周向壁体之间设置柔性轴承(4);钢轮(2)的外壁和凸轮(3)周向包围壁体的内壁之间设置同步带轮稳定轴承(9);
 
柔轮(1)的底盖(111)中心设置中心孔,椭圆形凸轮结构(312)的凸起部分设置中心通孔,该中心通孔与柔轮(1)的中心孔对齐。
 
2.根据权利要求1所述的超扁平非金属谐波减速器,其特征在于:柔轮(1)底盖上周向壁体的内壁设置有柔性轴承限位挡边(114),柔性轴承(4)卡置于所述挡边(114)和椭圆形凸轮结构(312)外壁的台阶之间。
 
3.根据权利要求1所述的超扁平非金属谐波减速器,其特征在于:底盖(111)上靠近所述底盖上周向壁体的区域设置一圈周向围合分布的弹性螺旋筋(112),在弹性螺旋筋(112)的围合范围内,所述中心孔外围周向分布设置定位孔(113)。
 
4.根据权利要求1所述的超扁平非金属谐波减速器,其特征在于:空心的柔轮固定轴(7)穿过柔轮(1)中心孔和椭圆形凸轮结构(312)的中心通孔,并通过置于柔轮(1)的盖式包围结构中的柔轮固定螺栓(6)固定。
 
5.根据权利要求1所述的超扁平非金属谐波减速器,其特征在于:钢轮(2)环形齿圈的两个端面设置有固定螺栓孔(212),同步带轮稳定轴承固定螺栓(8)穿过所述固定螺栓孔(212)将同步带轮稳定轴承(9)固定在刚轮(2)上。
 
6.根据权利要求1所述的超扁平非金属谐波减速器,其特征在于:所述工程塑料基材是尼龙、POM、PAI、PEEK中的至少一种,在基材上添加碳纤维、玻璃纤维、石墨、PTFE、二硫化钼中的其中一种。
 
7.一种球机传动机构,其特征在于采用上述的超扁平非金属谐波减速器,空心球机旋转轴(20)穿过球机基座(16)后连接所述柔轮固定轴(7);柔轮固定轴(7)和球机旋转轴(20)的中空空间连通;球机旋转轴(20)和球机基座(16)之间设置上下分隔的主支撑轴承,上下分隔的主支撑轴承之间通过轴套间隔;在球机基座(16)旁设置驱动电机(25),驱动电机(25)输出轴上安装有主动带轮(27),主动带轮(27)通过同步带(26)与凸轮外齿面(311)结合形成同步传动机构。
 
8.根据权利要求7所述的球机传动机构,其特征在于:上下分隔的主支撑轴承之间设置内外同轴套设的两个轴套。
 
9.根据权利要求7所述的球机传动机构,其特征在于:球机旋转轴(20)的轴颈和球机基座(16)之间设置上下分隔的主支撑轴承,轴颈上部为倒置锥台状空心结构,轴颈上部连接柔轮固定轴(7)。
 
超扁平非金属谐波减速器及其球机传动机构
技术领域
 
本发明属于谐波传动技术领域,具体涉及一种用于监控云台精密传动的谐波传动减速器及球机传动机构。
 
背景技术
 
谐波减速器具有结构紧凑、体积小、质量轻、承载能力大、背隙小与传动精度高等优点,被广泛应用于工业机器人、航空航天、精密机床领域中。谐波减速器由钢轮、柔轮和波发生器构成,椭圆变形的波发生器安装在具有弹性的柔轮内部,波发生器转动迫使柔轮齿形与钢轮齿形周期性啮合和分离,进而实现错齿差减速效果。但是传统的谐波加速器属于金属精密仪器,工艺复杂造价昂贵无法广泛适用。
 
传统的监控云台采用同步带或者传统齿轮减速器传动实现传递动力和减速目的,具有结构简单和成本低的优势。但随着监控云台技术的发展,特别是球机联动技术的要求,传统齿轮减速器和同步带传动的传动精度低和速比小的缺点就突显出来,无法适用于需要精密捕捉及需要快速响应的监控场合。同时由于现有的减速器的体积和重量限制,占据空间大使得安装场合也受限。
 
发明内容
 
本发明要解决的技术问题在于提出一种造价低、超扁平、轻量化、小背隙和高传递精度的超扁平非金属谐波减速器及球机传动机构,在不改变传统监控云台结构的基础上,实现监控云台的谐波减速传动方案,提高云台的传动精度和减速比,同时扩大安装适用场合。
 
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
 
一种超扁平非金属谐波减速器,包括由内至外设置的柔轮(1)、钢轮(2)和凸轮(3);其特征在于:
 
至少柔轮(1)为工程塑料注塑成型;
 
柔轮(1)为具有底盖(111)和底盖上周向壁体的盖式包围结构,底盖上周向壁体的外壁设置外齿面(115);
 
钢轮(2)为具有内齿面(211)的环形齿圈结构,柔轮(1)底盖朝上倒扣在环形齿圈内,使得柔轮(1)的外齿面(115)与钢轮(2)的内齿面(211)相互配合;
 
凸轮(3)为具有底部(314)和底部上周向包围壁体的盖式围合结构,周向包围壁体的外壁设置凸轮外齿面(311)形成外部大同步带轮;
 
位于盖式围合结构中心的椭圆形凸轮结构(312)凸起设置于底部(314)上并伸入柔轮(1)的盖式包围结构中,在椭圆形凸轮结构(312)外壁和柔轮(1)的底盖上周向壁体之间设置柔性轴承(4);钢轮(2)的外壁和凸轮(3)周向包围壁体的内壁之间设置同步带轮稳定轴承(9);
 
柔轮(1)的底盖(111)中心设置中心孔,椭圆形凸轮结构(312)的凸起部分设置中心通孔,该中心通孔与柔轮(1)的中心孔对齐。
 
上述技术方案中,柔轮(1)底盖上周向壁体的内壁设置有柔性轴承限位挡边(114),柔性轴承(4)卡置于所述挡边(114)和椭圆形凸轮结构(312)外壁的台阶之间。
 
上述技术方案中,底盖(111)上靠近所述底盖上周向壁体的区域设置一圈周向围合分布的弹性螺旋筋(112),在弹性螺旋筋(112)的围合范围内,所述中心孔外围周向分布设置定位孔(113)。
 
上述技术方案中,空心的柔轮固定轴(7)穿过柔轮(1)中心孔和椭圆形凸轮结构(312)的中心通孔,并通过置于柔轮(1)的盖式包围结构中的柔轮固定螺栓(6)固定。
 
上述技术方案中,钢轮(2)环形齿圈的两个端面设置有固定螺栓孔(212),同步带轮稳定轴承固定螺栓(8)穿过所述固定螺栓孔(212)将同步带轮稳定轴承(9)固定在刚轮(2)上。
 
上述技术方案中,所述工程塑料基材是尼龙、POM、PAI、PEEK中的至少一种,在基材上添加碳纤维、玻璃纤维、石墨、PTFE、二硫化钼中的其中一种。
 
一种球机传动机构,其特征在于采用上述的超扁平非金属谐波减速器,空心球机旋转轴(20)穿过球机基座(16)后连接所述柔轮固定轴(7);柔轮固定轴(7)和球机旋转轴(20)的中空空间连通;球机旋转轴(20)和球机基座(16)之间设置上下分隔的主支撑轴承,上下分隔的主支撑轴承之间通过轴套间隔;在球机基座(16)旁设置驱动电机(25),驱动电机(25)输出轴上安装有主动带轮(27),主动带轮(27)通过同步带(26)与凸轮外齿面(311)结合形成同步传动机构。
 
上述技术方案中,上下分隔的主支撑轴承之间设置内外同轴套设的两个轴套。
 
上述技术方案中,球机旋转轴(20)的轴颈和球机基座(16)之间设置上下分隔的主支撑轴承,轴颈上部为倒置锥台状空心结构,轴颈上部连接柔轮固定轴(7)。
 
驱动电机上安装有小同步带轮,小同步带轮带动同步带,驱动谐波减速上的大同步带轮转动。大同步带轮与谐波波发生器的凸轮是一体化结构,谐波柔轮和球机的旋转部分刚性连接一体,钢轮与球机固定机架刚性连接,凸轮转动带动柔轮和钢轮的错齿差减速,从而带动球机基座和球机旋转轴之间的相对转动。这样可实现电机带动球机高精度减速转动。
 
相对于现有技术,本发明有如下有益效果:
 
凸轮的结构由内部的椭圆形凸轮和外部大同步带轮构成。由于同步带轮和椭圆凸轮的并列结构,从而实现了谐波减速器的超扁平化。
 
柔轮采用特种工程塑料注塑成型,内圈设置有柔性轴承限位挡边,底部有弹性螺旋筋。从而实现谐波减速器的超短款结构。钢轮和凸轮选择注塑成型能够实现轻量化。
 
柔轮固定轴采用中空结构,可以实现减速器的中空走线。
 
本发明的超扁平谐波减速器是以特种材料注塑成型的柔轮和波发生器为基础,扁平化结构的谐波减速器。具有扁平结构,中空走线,传动精度高,背隙小,成本低等优点。
 
由此,本发明可以在不改变传统监控云台结构的基础上,电机驱动小同步带轮,带动同步带,驱动谐波减速器上的具有大同步带轮的波发生器,实现监控云台的谐波减速传动方案,提高云台的传动精度和减速比。
 
 
附图说明
 
一种搭载谐波减速机的轻型舵机
图1为本发明超扁平非金属谐波减速器柔轮的结构示意图。
 
一种搭载谐波减速机的轻型舵机
图2为本发明超扁平非金属谐波减速器钢轮的结构示意图。
 
一种搭载谐波减速机的轻型舵机
图3为本发明超扁平非金属谐波减速器凸轮的结构示意图。
 
一种搭载谐波减速机的轻型舵机
图4为本发明超扁平非金属谐波减速器局部视图。
 
一种搭载谐波减速机的轻型舵机
图5为本发明的球机传动机构结构剖视图。
 
一种搭载谐波减速机的轻型舵机
图6为本发明的球机传动机构结构立体示意图。
 
附图1-6中的附图标对应如下:
 
1.柔轮;2.刚轮;3.凸轮;4.柔性轴承;5.同步带外挡边;6.柔轮固定螺栓;7.柔轮固定轴;8.同步带轮稳定轴承固定螺栓;9.同步带轮稳定轴承;10.同步带轮外挡边固定螺栓;11.钢轮过渡件固定螺栓;12.同步带轮内挡边固定螺栓;13.同步带轮内挡边;14.钢轮固定螺栓;15.钢轮过渡件;16.球机基座;17.主支撑下轴承;18.主支撑轴承挡边;19.主支撑轴承挡边固定螺栓;20.球机旋转轴;21.主支撑上轴承;22.主支撑轴承外轴套;23.主支撑轴承内轴套;24.柔轮固定轴锁定螺栓;25.驱动电机;26.同步带;27.主动带轮。
 
 
具体实施方式
 
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
 
如附图1-4所示,本发明的超扁平非金属谐波减速器,主要由柔轮1、刚轮2和凸轮3组成;凸轮3的结构由内部的椭圆形凸轮结构312和外部大同步带轮311构成,柔性轴承4安装在凸轮3的椭圆形凸轮结构312上,凸轮3分别与同步带外挡边5和同步带轮内挡边13通过同步带轮外挡边固定螺栓10、同步带轮内挡边固定螺栓12刚性连接在一起。
 
凸轮3和刚轮2中间安装有同步带轮稳定轴承9,同步带轮稳定轴承9通过同步带轮稳定轴承固定螺栓8安装在刚轮2上,同步带轮稳定轴承9可以平衡凸轮3上外部大同步带轮311的径向力;刚轮2、钢轮过渡件15和球机基座16分别通过钢轮固定螺栓14和钢轮过渡件固定螺栓11刚性连接一起;柔轮1、柔轮固定轴7和球机旋转轴20通过柔轮固定螺栓6和柔轮固定轴锁定螺栓24刚性固定在一起,柔轮固定轴7采用中空结构,可以实现超扁平非金属谐波减速器的中空走线。
 
球机基座16与球机旋转轴20之间安装有主支撑下轴承17和主支撑上轴承21,并通过主支撑轴承挡边18和主支撑轴承挡边固定螺栓19固定,主支撑下轴承17和主支撑上轴承21之间安装有主支撑轴承外轴套22和主支撑轴承内轴套23。
 
如附图1所示,柔轮1为具有底盖111和底盖上周向壁体的盖式包围结构,周向壁体的外壁设置外齿面115,周向壁体的内壁设置有柔性轴承限位挡边114,底盖111上靠近周向壁体的区域设置一圈周向围合分布的弹性螺旋筋112,在弹性螺旋筋112的围合范围内,底盖111上设置中心孔和中心孔外围的定位孔113。
 
如附图2所示,钢轮2是具有内齿面211的环形齿圈结构,环形齿圈的两个端面设置有固定螺栓孔212。内齿面211与柔轮1的外齿面115相互配合。优选内齿面211为直齿。
 
如附图3所示,凸轮3主体为具有底部314和底部上周向包围壁体的盖式围合结构,椭圆形凸轮结构312位于周向包围壁体的内部中心,周向包围壁体的外壁设置凸轮外齿面311形成外部大同步带轮。椭圆形凸轮结构312与周向包围壁体内壁之间分布定位孔。椭圆形凸轮结构312的凸起部分设置中心通孔,该中心通孔与柔轮1的中心孔对齐。
 
柔轮1采用特种工程塑料注塑成型,所述工程塑料可以尼龙、POM、PAI、PEEK中的至少一种,并添加碳纤维、玻璃纤维、石墨、PTFE、二硫化钼中的其中一种。钢轮2可以采用工程塑料成型也可以为金属件;凸轮3也可以采用工程塑料成型也可以为金属件特别是铝合金压铸件。
 
本发明的球机传动机构如图5和6所示,驱动电机25上安装有主动带轮27,主动带轮27带动同步带26,驱动本发明超扁平非金属谐波减速器上的凸轮3。凸轮3转动带动柔轮1和钢轮2的错齿差减速,从而带动球机基座16和球机旋转轴20之间的相对转动。实现电机带动球机高精度减速转动。
 
需要指出,根据实施的需要,可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件,也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件,以实现本发明的目的。
 
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
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