專利名稱：一種數(shù)控差動減速電動伺服單元的制作方法
一種數(shù)控差動減速電動伺服單元，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(shè)備中，做各種執(zhí)行機構(gòu)，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(gòu)等以及數(shù)控機床的進給伺服機構(gòu)。
在各種自動化或半自動化設(shè)備中，為完成各種動作，需要各種執(zhí)行機構(gòu)，而這些機構(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)可以簡化控制系統(tǒng)的設(shè)計，達到直接數(shù)控的目的。現(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(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械，而不適應(yīng)于做大型系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，如大型管道閥門的開閉機構(gòu)，大型機床的進給機構(gòu)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(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(shù)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(jié)構(gòu)龐大。對大輸出力或力矩要求的控制執(zhí)行機構(gòu)，現(xiàn)在的方法多是采用液壓擴力執(zhí)行機構(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。液壓裝置的滲漏問題等也給維修、制造等工作造成很大的困難。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(jié)構(gòu)緊湊。
本發(fā)明的結(jié)構(gòu)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，其特征在于行星齒輪4由上下兩齒輪面構(gòu)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(nèi)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(shù)控執(zhí)行電機，在電動機1尾部轉(zhuǎn)子上固定有轉(zhuǎn)速光柵盤9′，并在電動機殼體相應(yīng)部位裝有光電記數(shù)裝置10。
本發(fā)明的工作原理如下電動機1輸出的較高速的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動時，由于太陽輪5固定不動，因而便得行星齒輪4既自身旋轉(zhuǎn)，也繞太陽齒輪5公轉(zhuǎn)。由于太陽齒輪5的齒數(shù)為Z1，輸出齒輪8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，輸出齒輪8太陽齒輪5相對差動一齒。由于太陽齒輪5與減速器殼體固接，因而輸出齒輪8帶動輸出軸套2轉(zhuǎn)動了一齒。
本發(fā)明的速比關(guān)系計算如下。
假定行星齒輪4的齒數(shù)為Z3，齒圈3內(nèi)齒的齒數(shù)為Z4，齒數(shù)3外齒的齒數(shù)為Z5，電動機1輸出軸上的齒輪齒數(shù)為Z6，電動機1輸出軸的轉(zhuǎn)速為n6，齒圈3的轉(zhuǎn)速為n4，行星齒輪4的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為n3，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為n2，輸出軸套2的轉(zhuǎn)速為n1，那么n4＝n6＊Z6/Z5對于行星齒輪4，公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速n2為n2＝n4＊Z4/(Z4+Z2)由Z1和Z2的差動關(guān)系得n1＝n2/Z2所以有n1＝n6＊(Z6＊Z4)/(Z5＊(Z4+Z2)＊Z2)在一般情況下，可以設(shè)計得使Z2＝100(因為Z5＞Z6，Z4+Z4＞Z4，所以減速比＞Z2)。
本發(fā)明中，電動機1使用數(shù)控執(zhí)行電機，結(jié)構(gòu)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1尾部轉(zhuǎn)子上接有一轉(zhuǎn)速光柵盤9，并在電動機殼體相應(yīng)部位裝有光電記數(shù)裝置10，轉(zhuǎn)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(shù)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(shù)電動機已轉(zhuǎn)動的角度，并可反饋給控制機構(gòu)，以達到閉環(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(yīng)執(zhí)行機構(gòu)，頻繁控制，可以控制調(diào)速，以得到各種執(zhí)行運動曲線。
本發(fā)明使用了差動原理，在行星齒輪4公轉(zhuǎn)時，因太陽齒輪5與輸出齒輪8相差一齒，故每公轉(zhuǎn)一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，因此也無行星輪效率問題。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)緊湊，機構(gòu)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(fā)明中，輸出齒輪8齒數(shù)Z2可以比太陽齒輪5齒數(shù)多一齒或少一齒。在多一齒時，輸入旋轉(zhuǎn)方向與輸出旋轉(zhuǎn)方向相同，少一齒時，輸入旋轉(zhuǎn)方向與輸出旋轉(zhuǎn)方向相反。由于輸出齒輪8和太陽齒輪5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輪8、太陽齒輪5、行星齒輪4上下齒面和齒圈3內(nèi)齒面都變位，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采用斜齒輪螺旋角大小不同的方法加以調(diào)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(diào)整還可以用非標準模數(shù)的方法進行調(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轉(zhuǎn)動現(xiàn)象。本發(fā)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，用于承受行星齒輪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(jié)構(gòu)，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(fā)明為增加齒圈3和行星齒輪4的剛度，也可以采用附圖2的結(jié)構(gòu)形式。齒圈3支承在減速器殼體的兩個端蓋上。行星齒輪保持架6在行星齒輪4的兩側(cè)。取消了齒圈3的懸臂結(jié)構(gòu)和行星齒輪4的懸臂結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)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，其特征在于行星齒輪4由上下兩齒輪面構(gòu)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(nèi)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(shù)控執(zhí)行電機，在電動機1尾部轉(zhuǎn)子上固定有轉(zhuǎn)速光柵盤9，并在電動機殼體相應(yīng)部位裝有光電記數(shù)裝置10。
全文摘要
一種數(shù)控差動減速電動伺服單元，它適于做各種數(shù)控執(zhí)行裝置。它由數(shù)控執(zhí)行電機、輸入齒圈、行星齒輪、太陽齒輪、輸出齒輪等組成。其特征在于太陽齒輪與輸出齒輪同軸并齒數(shù)相差一齒，太陽齒輪與減速器殼體固定，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H02K7/116GK1067992SQ9110379
公開日1993年1月13日 申請日期1991年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1991年6月17日
發(fā)明者石行 申請人:北京市西城區(qū)新開通用試驗廠