專利名稱：一種差動減速外輸出數(shù)控伺服單元的制作方法
技術領域：
一種差動減速外輸出數(shù)控伺服單元，它是一種全電數(shù)控執(zhí)行裝置，可用于各種機電一體化設備中，做各種執(zhí)行機構，如自動化管道輸送或化工系統(tǒng)中的閥門控制執(zhí)行機構等以及各種航空、航海舵機、卷揚升降機械等。
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(zhí)行機構，而這些機構要求是可以數(shù)控的，并要求有較大的執(zhí)行力或力矩。在現(xiàn)有設備中，使用全電控系統(tǒng)可以簡化控制系統(tǒng)的設計，達到直接數(shù)控的目的?，F(xiàn)在的全電控的數(shù)控系統(tǒng)中，是采用步進電動機做原動機，使用減速器減速，實現(xiàn)數(shù)字控制輸出的轉(zhuǎn)動角度。但由于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(tǒng)的執(zhí)行力不大，只能用于一些小型機械，而不適應于做大型系統(tǒng)的執(zhí)行機構，如大型管道閥門的開閉機構，大型舵機的進給機構等。同時，現(xiàn)在全電控的數(shù)控系統(tǒng)中所用的減速器也不適應于大扭矩輸出。為了得到大的減速比(如大于1100)，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。但由于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。而且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(zhí)行機構，現(xiàn)在的方法多是采用液壓擴力執(zhí)行機構，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、制造等工作帶來很大的困難。而且該方式也不利于象管道輸送系統(tǒng)等的分散控制。
本實用新型的目的是發(fā)明一種全電的數(shù)控差動減速伺服單元。它使用數(shù)控執(zhí)行電機做動力源，利用差動減速方式減速，并且不使用柔性齒圈，有很大的減速比和很大的輸出扭矩，結構緊湊。
本實用新型的結構如

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8，電動機9其特征在于行星齒輪4由上下兩齒輪面構成，輸出齒圈2固接在輸出輪盤8上，行星齒輪4的兩個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個齒，輸出齒圈2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9是數(shù)控執(zhí)行電機，在電動機9尾部轉(zhuǎn)子上固定有轉(zhuǎn)角測量盤10，并在電動殼體相應位置裝有光電記數(shù)裝置11。
本實用新型的工作原理如下輸入軸1與電動機9的輸出軸相連，在工作時，電動機9輸出的較高速的轉(zhuǎn)動扭矩通過輸入軸1帶動輸入齒輪5轉(zhuǎn)動。由于固定齒圈3固定不動，輸入齒輪5在轉(zhuǎn)動時，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，輸出齒圈2與固定齒圈3相對差動一齒。又因固定齒圈3與減速器殼體固接，因故輸出齒圈2帶動輸出輪盤8轉(zhuǎn)動了一齒。
本實用新型的速比關系計算如下。
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，有下面的關系式n3＝n4＊Z4／(Z4＋Z2)由Z1和Z2的差動關系得n1＝n3／Z2所以有n2＝n4＊Z4／Z2＊(Z4＋Z2)在一般情況下，可以設計使得Z2＝100，從而使減速比也大于100(因為Z4＋Z2＞Z4，所以減速比＞Z2)。
本實用新型中，電動機9使用數(shù)控執(zhí)行電機，結構如專利號為CN89216856的專利。它由稀土永磁轉(zhuǎn)子和繞線定子組成一臺永磁電動機，使用數(shù)控固態(tài)組件做電源，可以通過數(shù)字控制的方式調(diào)節(jié)它的啟停和轉(zhuǎn)速。在電動機9尾部轉(zhuǎn)子上接有一轉(zhuǎn)角測量盤10，并在電動機殼體相應部位裝有光電記數(shù)裝置11。轉(zhuǎn)角測量盤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，通過光電記數(shù)裝置11上的感光元件測得反射或透射光線的變化，從而記數(shù)電動機已轉(zhuǎn)動的角度，并可反饋給控制機構，以達到閉環(huán)控制的目的，提高控制精度。
本實用新型由于采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。并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(zhí)行機構的頻繁控制，可以控制調(diào)速，以得到各種執(zhí)行運動曲線。
本實用新型的輸出使用輸出輪盤8的端面輸出形式，可以在輸出輪盤8上固接連軸器法蘭盤；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8外緣固接齒面，通過齒面輸出扭矩；也可以使用輸出輪盤8直接帶動卷揚鼓輪，完成對卷揚繩鏈的收放。
本實用新型使用了差動原理，在行星齒輪4公轉(zhuǎn)時，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轉(zhuǎn)過一齒的角度。同時，在工作中沒有使用柔性齒，全部采用剛性齒輪，有很高的強度。在傳動時，行星齒輪4的公轉(zhuǎn)只是作為中間過渡，因此也沒有行星輪效率問題。輸入與輸出在同一軸線，因此本實用新型的結構緊湊，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。
本實用新型中，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，輸入旋轉(zhuǎn)方向與輸出旋轉(zhuǎn)方向相同，多一齒時，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?？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，每一個齒輪的變位系數(shù)都不大，以保持運動的平穩(wěn)性。也可以只對輸出齒圈2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)整還可以用非標準模數(shù)的方法進行調(diào)整。
本實用新型中行星齒輪保持架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(zhuǎn)動現(xiàn)象。本實用新型中，所有的軸承，如輸入軸1軸承、輸出輪盤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，都可以使用滾動軸承或滑動軸承?？梢允褂弥瑵櫥部梢允褂糜蜐櫥?。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時，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所示的懸臂支承結構，輸出齒圈2的懸臂量不大。輸出輪盤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。本實用新型中，固定齒圈3與輸出齒圈2之間的軸承可以用滑動軸承，也可以是滾動軸承或其它軸承，以減小徑向尺寸為好。
本實用新型為增加行星齒輪4的剛度，解決行星齒輪4的懸臂結構，可以采用附圖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(cè)。
權利要求1.一種差動外輸出減速數(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8，電動機9其特征在于行星齒輪4由上下兩齒輪面構成，輸出齒圈2固接在輸出輪盤8上，行星齒輪4的兩個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個齒，輸出齒圈2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9是數(shù)控執(zhí)行電機，在電動機9尾部轉(zhuǎn)子上固定有轉(zhuǎn)角測量盤10，并在電動殼體相應位置裝有光電記數(shù)裝置11。
專利摘要一種差動外輸出減速數(shù)控伺服單元，它適用于做各種機電一體化設備中的執(zhí)行機構。它有數(shù)控執(zhí)行電動機、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，固定齒圈與減速器殼體固定，數(shù)控執(zhí)行電動機后接轉(zhuǎn)角測量計數(shù)裝置。通過控制數(shù)控執(zhí)行電動機的啟停和轉(zhuǎn)速，滿足各種數(shù)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H02K7/116GK2094823SQ9121602
公開日1992年1月29日 申請日期1991年6月17日 優(yōu)先權日1991年6月17日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠