[发明专利]一种高重合度内啮合齿轮及以其为传动核心的RV减速机

说明书

一种高重合度内啮合齿轮，包括内齿轮和设置在所述的内齿轮内并与内齿轮啮合设置的外齿轮；一种以高重合度内啮合齿轮传动为核心的RV减速机，包括：壳体（内齿圈）、外齿轮、行星齿轮、偏心轴、转臂轴承、齿轮、齿轮轴、联接盘、输出盘；所述外齿轮以啮合形式装配在壳体（内齿圈）的内侧，所述行星齿轮和所述偏心轴至少为两组且围绕齿轮轴呈对称分布；所述外壳通过转盘轴承套装于联接盘和输出盘的外部，采用两级行星齿轮传动，第一级采用普通外齿轮传动，第二级采用高重合度内啮合齿轮传动。其优点在于：结构更加简单，加工与装配简便，精度易于保证，多对齿同时参与啮合，承载能力大幅提高，不存在根切等问题。

技术领域

本发明涉及机器人用精密减速机构，具体涉及一种高重合度内啮合齿轮及以其为传动核心的RV减速机。

背景技术

作为工业机器人关节用的重要与核心部件，减速机占有重要比重，一台工业机器人大约有5～6台不同型号的减速机，总体成本约占机器人总成本的1/3，目前国际上比较成熟的技术产品有RV减速机、谐波减速机等。我国在这一领域与国际先进水平还存在相当差距，尽管很多厂家积极参与，也开发出不少产品，但从精度、刚度、效率、寿命等方面还不尽如人意，成为制约我国工业机器人领域发展的重要瓶颈。目前国内高端机器人基本上还选用国外减速机，主要有日本、德国等，国内虽然近几年发展也很快，但多数还是用于低端市场。

1、RV减速机:

传统RV减速机由两级传动组成，第一级是普通外齿轮行星传动，从动齿轮通过花键带动偏心轴转动作为第二级输入，第二级是摆线针轮传动，通过固定不同零件可以实现不同的输出方式和减速比。摆线针轮传动属于少齿差传动，由做平面运动的摆线轮与空套于针齿壳中的针齿（圆柱销）啮合，由偏心轴（曲轴）驱动，偏心轴转一转，摆线轮相对针齿壳转过1或2个齿（由齿差决定），其最大优点是多齿同时接触，承载能力强，刚度大。缺点是零件多，结构复杂，制造难度大。RV传动原理清晰，专利开放，我国与国外的差距主要集中在制造工艺上，包括材料与热处理、参数选取、齿形修型、公差设计、间隙调整、加工精度与装配工艺等方面与环节上。国外几个著名厂家生产历史久、规模大、经验丰富，摸索出许多技术诀窍，掌握大量独门秘笈，国内厂家近期内难以跨越这一差距。

摆线针轮传动虽然能实现多齿啮合，但由于接触点都处于针齿下部，摆线轮齿槽较浅，啮合压力角较大，偏心轴除承受较大转矩外，还要承受巨大弯矩，受力情况恶劣。

2、谐波减速机:

谐波齿轮传动也属于少齿差传动，主要由凸轮式波发生器、带有外齿的柔轮和带有内齿的刚轮组成，通过柔轮变形实现与刚轮的多齿啮合。谐波齿轮传动结构简单紧凑，原理清晰，传动比大，技术成熟，在航天航空、精密仪器等领域获得广泛应用。但在工业机器人上，一般只能用在机器臂、腕、指等末端轻载关节上。其根本原因是因为啮合传动是依靠柔轮变形实现的，在重载关节与场合，实现大型柔轮变形有困难。而且也由于通过柔轮变形实现传动，所以其传动系统刚度也受到局限。此外，反复变形等也会导致柔轮出现疲劳等负面效应。

3、摆线二次包络RV减速机:

针对传统RV中摆线针轮传动存在的问题，重庆大学机械传动国家重点实验室陈兵奎教授等人提出了摆线二次包络齿轮副，属于少齿差内齿轮传动，外齿轮仍采用原来的摆线轮。内齿轮齿形由两部分组成，其设计原理是将原来的针轮固定在壳体上，选取其下部部分圆弧作为齿形的一部分，另一部分由摆线轮按相对运动规律二次包络形成。这种方式在保持多齿啮合的基础上，增大了齿形接触长度，改善了啮合品质。传动精度及承载能力均有较大提升，由于省掉了针齿，加工及装配更加简单方便。但由于摆线轮齿形基本没有变化，齿槽仍然很浅，传动过程中啮合压力角改善不明显，偏心轴仍然承受较大弯矩。