一種數控差動減速電動伺服單元的製作方法

2023-06-10 09:11:26 1

專利名稱：一種數控差動減速電動伺服單元的製作方法
一種數控差動減速電動伺服單元，它是一種全電數控執行裝置，可用於各種機電一體化設備中，做各種執行機構，如自動化管道輸送或化工系統中的閥門控制執行機構等以及數控工具機的進給伺服機構。
在各種自動化或半自動化設備中，為完成各種動作，需要各種執行機構，而這些機構要求是可以數控的，並要求有較大的執行力或力矩。在現有設備中，使用全電控系統可以簡化控制系統的設計，達到直接數控的目的。現在的全電控的數控系統中，是採用步進電動機做原動機，使用減速器減速，實現數字控制輸出的轉動角度。但由於步進電動機結構的限制，輸出功率不能很大。這使得全電控系統的執行力不大，只能用於一些小型機械，而不適應於做大型系統的執行機構，如大型管道閥門的開閉機構，大型工具機的進給機構等。同時，現在全電控的數控系統中所用的減速器也不適應於大扭矩輸出。為了得到大的減速比(如大於1∶100)，而又不增大減速器的結構尺寸，最先進的方法是使用諧波齒輪減速器。它使用差動的方式進行減速，利用剛性齒圈和柔性齒圈間的齒差減速，可以做到單級減速的速比超過100。但由於要靠柔性齒圈的變形來工作，因而對柔性齒圈的技術要求高，而且受柔性齒圈強度的限制，輸出扭矩不能過高。一般的減速器則需要使用多級才能達到大的減速速比，因此結構龐大。對大輸出力或力矩要求的控制執行機構，現在的方法多是採用液壓擴力執行機構，使用數控液壓伺服閥的控制方式，用液壓油缸或液壓馬達直接出力執行。雖然液壓方式可以輸出很大的力或力矩，且不再使用減速裝置，但必須增加一套液壓源設備，因而液壓方式的體積龐大。液壓裝置的滲漏問題等也給維修、製造等工作造成很大的困難。而且該方式也不利於象管道輸送系統等的分散控制。
本發明的目的是發明一種全電的數控差動減速伺服單元。它使用數控執行電機做動力源，利用差動減速方式減速，並且不使用柔性齒圈，有很大的減速比和很大的輸出扭矩，結構緊湊。
本發明的結構如

圖1所示。它有電動機1，輸出軸套2，齒圈3，行星齒輪4，太陽齒輪5，行星齒輪保持架6，保持架固定塊7，其特徵在於行星齒輪4由上下兩齒輪面構成，輸出軸套2上固接有輸出齒輪8，行星齒輪4的兩個齒輪面分別與輸出齒輪8和太陽齒輪5嚙合，行星齒輪4的其中一個齒輪面與齒圈3內齒嚙合，太陽齒輪5與減速器殼體固接，齒圈3通過外齒與電動機1輸出軸上的外齒嚙合，太陽齒輪5有Z1個齒，輸出齒輪8有Z2個齒，Z1和Z2差1齒，行星齒輪4有兩個或兩個以上，電動機1是數控執行電機，在電動機1尾部轉子上固定有轉速光柵盤9′，並在電動機殼體相應部位裝有光電記數裝置10。
本發明的工作原理如下電動機1輸出的較高速的轉動扭矩通過電動機1輸出軸上的齒輪傳遞給齒圈3，齒圈3在轉動時，由於太陽輪5固定不動，因而便得行星齒輪4既自身旋轉，也繞太陽齒輪5公轉。由於太陽齒輪5的齒數為Z1，輸出齒輪8的齒數為Z2，兩者相差1齒，因而在行星齒輪4公轉一圈時，輸出齒輪8太陽齒輪5相對差動一齒。由於太陽齒輪5與減速器殼體固接，因而輸出齒輪8帶動輸出軸套2轉動了一齒。
本發明的速比關係計算如下。
假定行星齒輪4的齒數為Z3，齒圈3內齒的齒數為Z4，齒數3外齒的齒數為Z5，電動機1輸出軸上的齒輪齒數為Z6，電動機1輸出軸的轉速為n6，齒圈3的轉速為n4，行星齒輪4的自轉轉速為n3，公轉轉速為n2，輸出軸套2的轉速為n1，那麼n4＝n6＊Z6/Z5對於行星齒輪4，公轉轉速n2為n2＝n4＊Z4/(Z4+Z2)由Z1和Z2的差動關係得n1＝n2/Z2所以有n1＝n6＊(Z6＊Z4)/(Z5＊(Z4+Z2)＊Z2)在一般情況下，可以設計得使Z2＝100(因為Z5＞Z6，Z4+Z4＞Z4，所以減速比＞Z2)。
本發明中，電動機1使用數控執行電機，結構如專利號為CN89216856的專利。它由稀土永磁轉子和繞線定子組成一臺永磁電動機，使用數控固態組件做電源，可以通過數字控制的方式調節它的啟停和轉速。在電動機1尾部轉子上接有一轉速光柵盤9，並在電動機殼體相應部位裝有光電記數裝置10，轉速光柵盤9可由明暗相間的條紋組成，也可以是由透光遮光的條紋組成。在工作時，通過光電記數裝置10上的感光元件測得反射或透射光線的變化，從而記數電動機已轉動的角度，並可反饋給控制機構，以達到閉環控制的目的，提高控制精度。
本發明由於採用稀土永磁電動機做原動機，可以有很大的輸出功率，不需要液壓擴力等，是全電控裝置。並且，稀土永磁電動機有較大的起動力矩和制動力矩，可以適應執行機構，頻繁控制，可以控制調速，以得到各種執行運動曲線。
本發明使用了差動原理，在行星齒輪4公轉時，因太陽齒輪5與輸出齒輪8相差一齒，故每公轉一周這兩者之間將相對轉過一齒的角度。同時，在工作中沒有使用柔性齒，全部採用剛性齒輪，有很高的強度。在傳動時，行星齒輪4的公轉只是作為中間過渡，因此也無行星輪效率問題。本發明的結構緊湊，機構簡單。為增大傳遞功率，可以使用三個、四個或四個以上的行星輪。
本發明中，輸出齒輪8齒數Z2可以比太陽齒輪5齒數多一齒或少一齒。在多一齒時，輸入旋轉方向與輸出旋轉方向相同，少一齒時，輸入旋轉方向與輸出旋轉方向相反。由於輸出齒輪8和太陽齒輪5的齒數不相等，為保持兩者與行星齒輪4都有相同的中心距，可使用變位齒輪技術。可以讓輸出齒輪8、太陽齒輪5、行星齒輪4上下齒面和齒圈3內齒面都變位，這樣，每一個齒輪的變位係數都不大，以保持運動的平穩性。也可以只對輸出齒輪8和行星齒輪4與之嚙合的齒面變位，進行中心距修正，使加工和裝配方便。保持輸出齒輪8與行星齒輪4之間的中心距及太陽齒輪5和行星齒輪4之間的中心距相等也可以採用斜齒輪螺旋角大小不同的方法加以調整，輸出齒輪8和行星齒輪4上的與之相嚙合的齒面使用斜齒輪。中心距的調整還可以用非標準模數的方法進行調整。
本發明中行星齒輪保持架6使用保持架固定塊7使上下兩片固定，可用緊固件如螺釘、螺栓等，也可以鉚接。要求固定牢固，上下兩保持架片不能有相對轉動現象。本發明中，所有的軸承，如電動機1輸出軸軸承、輸出軸套2軸承、齒圈3軸承和行星齒輪4軸承都可以使用滾動同承或滑動軸承。可以使用脂潤滑，也可以作用油潤滑。在保持架6與輸出軸套2之間可以加支持軸承，以保持行星齒輪4的一定軸向位置，特別是在斜齒輪傳動時，用於承受行星齒輪4的軸向力。在齒圈3受力較小，軸向尺寸也較小，可以使用附圖1中的懸臂支承結構，所用軸承可以是滑動軸承，有一定的支承寬度;也可以使用滾動軸承，使用有一定寬度的滾棒或滾針軸承;也可以使用雙列軸承。
本發明為增加齒圈3和行星齒輪4的剛度，也可以採用附圖2的結構形式。齒圈3支承在減速器殼體的兩個端蓋上。行星齒輪保持架6在行星齒輪4的兩側。取消了齒圈3的懸臂結構和行星齒輪4的懸臂結構。
權利要求
1.一種數控差動減速電動伺服單元，它有電動機1，輸出軸套2，齒圈3，行星齒輪4，太陽齒輪5，行星齒輪保持架6，保持架固定塊7，其特徵在於行星齒輪4由上下兩齒輪面構成，輸出軸套2上固接有輸出齒輪8，行星齒輪4的兩個齒輪面分別與輸出齒輪8和太陽齒輪5嚙合，行星齒輪4的其中一個齒輪面與齒圈3內齒嚙合，太陽齒輪5與減速器殼體固接，齒圈3通過外齒與電動機1輸出軸上的外齒嚙合，太陽齒輪5有Z1個齒，輸出齒輪8有Z2個齒，Z1和Z2差1齒，行星齒輪4有兩個或兩個以上，電動機1是數控執行電機，在電動機1尾部轉子上固定有轉速光柵盤9，並在電動機殼體相應部位裝有光電記數裝置10。
全文摘要
一種數控差動減速電動伺服單元，它適於做各種數控執行裝置。它由數控執行電機、輸入齒圈、行星齒輪、太陽齒輪、輸出齒輪等組成。其特徵在於太陽齒輪與輸出齒輪同軸並齒數相差一齒，太陽齒輪與減速器殼體固定，數控執行電動機後接轉角測量計數裝置。通過控制數控執行電機的啟停和轉速，滿足各種數控伺服要求。使用特殊的差動減速器可以得到很大的輸出扭矩和大的減速比。
文檔編號H02K7/116GK1067992SQ9110379
公開日1993年1月13日 申請日期1991年6月17日 優先權日1991年6月17日
發明者石行 申請人:北京市西城區新開通用試驗廠