專(zhuān)利名稱(chēng)：一種差動(dòng)減速外輸出數(shù)控伺服單元的制作方法
一種差動(dòng)減速外輸出數(shù)控伺服單元，它是一種全電數(shù)控執(zhí)行裝置，可用于各種機(jī)電一體化設(shè)備中，做各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如自動(dòng)化管道輸送或化工系統(tǒng)中的閥門(mén)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)等以及各種航空、航海舵機(jī)、卷?yè)P(yáng)升降機(jī)械等。
在各種自動(dòng)化或半自動(dòng)化設(shè)備中，為完成各種動(dòng)作，需要各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而這些機(jī)構(gòu)要求是可以數(shù)控的，并要求有較大的執(zhí)行力或力矩。在現(xiàn)有設(shè)備中，使用全電控系統(tǒng)可以簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，達(dá)到直接數(shù)控的目的?，F(xiàn)在的全電控的數(shù)控系統(tǒng)中，是采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)做原動(dòng)機(jī)，使用減速器減速，實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。但由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的限制，輸出功率不能很大。這使得全電控系統(tǒng)的執(zhí)行力不大，只能用于一些小型機(jī)械，而不適應(yīng)于做大型系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如大型管道閥門(mén)的開(kāi)閉機(jī)構(gòu)，大型舵機(jī)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)等。同時(shí)，現(xiàn)在全電控的數(shù)控系統(tǒng)中所用的減速器也不適應(yīng)于大扭矩輸出。為了得到大的減速比(如大于1∶100)，而又不增大減速器的結(jié)構(gòu)尺寸，最先進(jìn)的方法是使用諧波齒輪減速器。它使用差動(dòng)的方式進(jìn)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(jí)減速的速比超過(guò)100。但由于要靠柔性齒圈的變形來(lái)工作，因而對(duì)柔性齒圈的技術(shù)要求高，而且受柔性齒圈強(qiáng)度的限制，輸出扭矩不能過(guò)高。而且一般的減速器則需要使用多級(jí)才能達(dá)到大的減速速比，因此結(jié)構(gòu)龐大。對(duì)大輸出力或力矩要求的控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在的方法多是采用液壓擴(kuò)力執(zhí)行機(jī)構(gòu)，使用數(shù)控液壓伺服閥的控制方式，用液壓油缸或液壓馬達(dá)直接出力執(zhí)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(shè)備，因而液壓方式的體積龐大。液壓裝置的滲漏問(wèn)題等也給維修、制造等工作帶來(lái)很大的困難。而且該方式也不利于象管道輸送系統(tǒng)等的分散控制。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種全電的數(shù)控差動(dòng)減速伺服單元。它使用數(shù)控執(zhí)行電機(jī)做動(dòng)力源，利用差動(dòng)減速方式減速，并且不使用柔性齒圈，有很大的減速比和很大的輸出扭矩，結(jié)構(gòu)緊湊。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如

圖1所示。它有輸入軸1，輸出齒圈2，固定齒圈3，行星齒輪4，輸入齒輪5，行星齒輪保持架6，保持架固定塊7，輸出輪盤(pán)8，電動(dòng)機(jī)9其特征在于行星齒輪4由上下兩齒輪面構(gòu)成，輸出齒圈2固接在輸出輪盤(pán)8上，行星齒輪4的兩個(gè)齒輪面分別與輸出齒圈2和固定齒圈3嚙合，行星齒輪4的其中一個(gè)齒輪面與輸入齒輪5嚙合，固定齒圈3與減速器殼體固接，固定齒圈3有Z1個(gè)齒，輸出齒圈2有Z2個(gè)齒，Z1和Z2差1齒，行星齒輪4有兩個(gè)或兩個(gè)以上，電動(dòng)機(jī)9是數(shù)控執(zhí)行電機(jī)，在電動(dòng)機(jī)9尾部轉(zhuǎn)子上固定有轉(zhuǎn)角測(cè)量盤(pán)10，并在電動(dòng)殼體相應(yīng)位置裝有光電記數(shù)裝置11。
本發(fā)明的工作原理如下輸入軸1與電動(dòng)機(jī)9的輸出軸相連，在工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)9輸出的較高速的轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩通過(guò)輸入軸1帶動(dòng)輸入齒輪5轉(zhuǎn)動(dòng)。由于固定齒圈3固定不動(dòng)，輸入齒輪5在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使得行星齒輪4既自身旋轉(zhuǎn)，也在固定齒圈3內(nèi)公轉(zhuǎn)。由于固定齒圈3的齒數(shù)為Z1，輸出齒圈2的齒數(shù)為Z2，兩者相差1齒，因而在行星齒輪4公轉(zhuǎn)一圈時(shí)，輸出齒圈2與固定齒圈3相對(duì)差動(dòng)一齒。又因固定齒圈3與減速器殼體固接，因故輸出齒圈2帶動(dòng)輸出輪盤(pán)8轉(zhuǎn)動(dòng)了一齒。
本發(fā)明的速比關(guān)系計(jì)算如下。
假定行星齒輪4的齒數(shù)為Z3，輸入齒輪5的齒數(shù)為Z4，輸入齒輪5的外齒的轉(zhuǎn)速為n4，行星齒輪4的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為n3，輸出齒圈2的轉(zhuǎn)速為n2，有下面的關(guān)系式n3＝n4＊Z4/(Z4+Z2)由Z1和Z2的差動(dòng)關(guān)系得n1＝n3/Z2所以有n2＝n4＊Z4/Z2＊(Z4+Z2)在一般情況下，可以設(shè)計(jì)使得Z2＝100，從而使減速比也大于100(因?yàn)閆4+Z2＞Z4，所以減速比＞Z2)。
本發(fā)明中，電動(dòng)機(jī)9使用數(shù)控執(zhí)行電機(jī)，結(jié)構(gòu)如專(zhuān)利號(hào)為CN89216856的專(zhuān)利。它由稀土永磁轉(zhuǎn)子和繞線(xiàn)定子組成一臺(tái)永磁電動(dòng)機(jī)，使用數(shù)控固態(tài)組件做電源，可以通過(guò)數(shù)字控制的方式調(diào)節(jié)它的啟停和轉(zhuǎn)速。在電動(dòng)機(jī)9尾部轉(zhuǎn)子上接有一轉(zhuǎn)角測(cè)量盤(pán)10，并在電動(dòng)機(jī)殼體相應(yīng)部位裝有光電記數(shù)裝置11。轉(zhuǎn)角測(cè)量盤(pán)10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(shí)，通過(guò)光電記數(shù)裝置11上的感光元件測(cè)得反射或透射光線(xiàn)的變化，從而記數(shù)電動(dòng)機(jī)已轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，并可反饋給控制機(jī)構(gòu)，以達(dá)到閉環(huán)控制的目的，提高控制精度。
本發(fā)明由于采用稀土永磁電動(dòng)機(jī)做原動(dòng)機(jī)，可以有很大的輸出功率，不需要液壓擴(kuò)力等，是全電控裝置。并且稀土永磁電動(dòng)機(jī)有較大的起動(dòng)力矩和制動(dòng)力矩，可以適應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的頻繁控制，可以控制調(diào)速，以得到各種執(zhí)行運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)。
本發(fā)明的輸出使用輸出輪盤(pán)8的端面輸出形式，可以在輸出輪盤(pán)8上固接連軸器法蘭盤(pán);也可以直接用拔桿、連桿或擺桿等變?yōu)槲灰戚敵?還可以在輸出輪盤(pán)8外緣固接齒面，通過(guò)齒面輸出扭矩;也可以使用輸出輪盤(pán)8直接帶動(dòng)卷?yè)P(yáng)鼓輪，完成對(duì)卷?yè)P(yáng)繩鏈的收放。
本發(fā)明使用了差動(dòng)原理，在行星齒輪4公轉(zhuǎn)時(shí)，因固定齒圈3與輸出齒圈2差一齒，所以每公轉(zhuǎn)一后，周這兩者之間將相對(duì)轉(zhuǎn)過(guò)一齒的角度。同時(shí)，在工作中沒(méi)有使用柔性齒，全部采用剛性齒輪，有很高的強(qiáng)度。在傳動(dòng)時(shí)，行星齒輪4的公轉(zhuǎn)只是作為中間過(guò)渡，因此也沒(méi)有行星輪效率問(wèn)題。輸入與輸出在同一軸線(xiàn)，因此本發(fā)明的結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單。為增大傳遞功率，可以使用三個(gè)、四個(gè)或四個(gè)以上的行星輪。
本發(fā)明中，輸出齒圈2齒數(shù)Z2可以比固定齒圈3齒數(shù)Z1多一齒或少一齒。在少一齒時(shí)，輸入旋轉(zhuǎn)方向與輸出旋轉(zhuǎn)方向相同，多一齒時(shí)，輸入旋轉(zhuǎn)方向與輸出旋轉(zhuǎn)方向相反。由于輸出齒圈2和固定齒圈3的齒數(shù)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(shù)?？梢宰屳敵鳊X圈2、固定齒圈3、行星齒輪4上下齒面和輸入齒輪5都變位，這樣，每一個(gè)齒輪的變位系數(shù)都不大，以保持運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。也可以只對(duì)輸出齒圈2和行星齒輪4，與之嚙合的齒面變位，進(jìn)行中心距修正，使加工和裝配方便。保持輸出齒圈2與行星齒輪4之間的中心距及固定齒圈3與行星齒輪4之間的中心距相等也可以采用斜齒輪螺旋角大小不同的方法加以調(diào)整。輸出齒圈2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(diào)整還可以用非標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)的方法進(jìn)行調(diào)整。
本發(fā)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(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象。本發(fā)明中，所有的軸承，如輸入軸1軸承、輸出輪盤(pán)8軸承、輸出齒圈2與固定齒圈3間的軸承和行星齒輪4軸承，都可以使用滾動(dòng)軸承或滑動(dòng)軸承?？梢允褂弥瑵?rùn)滑，也可以使用油潤(rùn)滑。在保持架6與輸入軸1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(dòng)時(shí)，用于承受行星齒輪4的軸向力。在固定齒圈3和輸出齒圈2之間采用附圖1所示的懸臂支承結(jié)構(gòu)，輸出齒圈2的懸臂量不大。輸出輪盤(pán)8與中心輸入軸1間可以采用雙支承軸承，增加支承面的軸向長(zhǎng)度，從而增大輸出齒圈2的剛度。也可以使用滾針、雙列滾棒軸承。本發(fā)明中，固定齒圈3與輸出齒圈2之間的軸承可以用滑動(dòng)軸承，也可以是滾動(dòng)軸承或其它軸承，以減小徑向尺寸為好。
本發(fā)明為增加行星齒輪4的剛度，解決行星齒輪4的懸臂結(jié)構(gòu)，可以采用附圖2的結(jié)構(gòu)形式。齒圈3支承在減速器殼體的兩個(gè)端蓋上。行星齒輪保持架6在行星齒輪4的兩側(cè)。
權(quán)利要求
1.一種差動(dòng)外輸出減速數(shù)控伺服單元，它有輸入軸1，輸出齒圈2，固定齒圈3，行星齒輪4，輸入齒輪5，行星齒輪保持架6，保持架固定塊7，輸出輪盤(pán)8，電動(dòng)機(jī)9其特征在于行星齒輪4由上下兩齒輪面構(gòu)成，輸出齒圈2固接在輸出輪盤(pán)8上，行星齒輪4的兩個(gè)齒輪面分別與輸出齒圈2和固定齒圈3嚙合，行星齒輪4的其中一個(gè)齒輪面與輸入齒輪5嚙合，固定齒圈3與減速器殼體固接，固定齒圈3有Z1個(gè)齒，輸出齒圈2有Z2個(gè)齒，Z1和Z2差1齒，行星齒輪4有兩個(gè)或兩個(gè)以上，電動(dòng)機(jī)9是數(shù)控執(zhí)行電機(jī)，在電動(dòng)機(jī)9尾部轉(zhuǎn)子上固定有轉(zhuǎn)角測(cè)量盤(pán)10，并在電動(dòng)殼體相應(yīng)位置裝有光電記數(shù)裝置11。
全文摘要
一種差動(dòng)外輸出減速數(shù)控伺服單元，它適用于做各種機(jī)電一體化設(shè)備中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它有數(shù)控執(zhí)行電動(dòng)機(jī)、輸入齒輪、行星齒輪、固定齒圈、輸出齒圈等，其特征在于；固定齒圈與輸出齒圈同軸并齒數(shù)相差一點(diǎn)，固定齒圈與減速器殼體固定，數(shù)控執(zhí)行電動(dòng)機(jī)后接轉(zhuǎn)角測(cè)量計(jì)數(shù)裝置。通過(guò)控制數(shù)控執(zhí)行電動(dòng)機(jī)的啟停和轉(zhuǎn)速,滿(mǎn)足各種數(shù)控伺服要求。使用特殊的差動(dòng)減速器可以得到很大的輸出扭矩和大的減速比。
文檔編號(hào)H02K11/00GK1067769SQ91103850
公開(kāi)日1993年1月6日 申請(qǐng)日期1991年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月17日
發(fā)明者石行 申請(qǐng)人:北京市西城區(qū)新開(kāi)通用試驗(yàn)廠