偏心摆动型齿轮装置的工业机械人结构设计

图中：G1-齿轮装置，10-外壳，20-轮架，20S-轴部件，30-外齿轮(摆动齿轮)，40-曲 轴，40P2-(大径)中空部，72-外侧轴承，74-内侧轴承。

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图1是表示一例所涉及的偏心摆动型齿轮装置G1的剖视图。 该偏心摆动型齿轮装置G1具备外壳10、相对于该外壳10旋转的轮架20、轴心摆动 的外齿轮(摆动齿轮)30及使该外齿轮30旋转摆动的曲轴40。 齿轮装置G1的曲轴40形成为筒状且配置成自身的轴心C40与后述的内齿轮50的轴 心C50一致。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3659.html

在曲轴40的轴向上的端部40E形成有螺孔40T。在曲轴40连结有用于向该曲轴40 输入来自驱动源(例如马达)的动力的动力输入部件52(本例子中为正齿轮)。动力输入部件 52是通过将螺栓53拧入所述螺孔40T中而连结于曲轴40。即，曲轴40构成该齿轮装置G1的输 入轴。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3659.html

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曲轴40具备用于使外齿轮30摆动的两个偏心体54。偏心体54的轴心C54相对于曲 轴40的轴心C40偏心。为了使外齿轮30的摆动得到平衡，两个偏心体54彼此以180°的相位差 偏心。对与曲轴40的支承相关的结构以后详述。在偏心体54与外齿轮30之间配置有偏心体轴承56。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3659.html

在该齿轮装置G1中，偏心体轴 承56由不具有内圈及外圈的滚子56C构成。滚子56C通过保持架56R而被保持。外齿轮30经由 该滚子56C组装于偏心体54的外周。因此，外齿轮30的轴心C30进行摆动。摆动齿轮(即外齿轮30)与非摆动齿轮(即内齿轮50)内啮合。内齿轮50的轴心C50 是固定的 (不摆动)。内齿轮50具有与外壳10(后述的第1外壳体11)一体化的内齿轮主体 50A、沿轴向形成在该内齿轮主体50A的内周的销槽50B及旋转自如地组装在该销槽50B内且 构成该内齿轮50的内齿的圆柱形内齿销50C。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3659.html

内齿轮50的内齿的数量(内齿销50C的根数)比 外齿轮30的外齿的数量稍多(本例子中仅多出1个)。在外齿轮30的轴向上的与动力输入侧相反的一侧配置有轮架20。轮架20为相对于 外壳10旋转的部件。对外壳10及轮架20的结构以后详述。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3659.html

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在外壳10与轮架20之间配置有主轴承60。主轴承60为将外壳10及轮架20支承为能 够相对旋转的轴承，在该齿轮装置G1中，主轴承60由交叉滚子轴承构成。主轴承60由相当于 内圈的轮架20侧的滚动面60A、相当于外圈的外壳10侧的滚动面60B及在该滚动面60A、60B 内滚动的滚子60C构成。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3659.html

由于主轴承60由交叉滚子轴承构成，因此能够仅用一个轴承即可在 轴向上及径向上支承轮架20。另一方面，在外齿轮30的从其轴心C30偏移的位置贯穿有多个内销62。在外齿轮30 形成有供内销62贯穿的多个内销孔30A。由于内销62贯穿外齿轮30，因此内销62与该外齿轮 30的自转同步动作。内销62以悬臂状态从轮架20突出并且与轮架20形成为一体。文章源自 solidworks教程网 http://gocae.comsolidworks教程网-http://gocae.com/3659.html

在该齿轮装置G1中，在内销62上外嵌有内辊64作为滑动促进部件。内辊64的一部 分与外齿轮30的内销孔30A抵接。内辊64的外径小于内销孔30A的内径，在内辊64与内销孔30A之间确保有间隙δ30A。外齿轮30的摆动成分通过确保在该内辊64与内销孔30A之间的间 隙δ30A而被吸收。 在此，对与曲轴40的支承相关的结构进行说明。简略而言，齿轮装置G1的曲轴40具有大径中空部40P2。外壳10或轮架20(本例子中 为轮架20)一体地具有插入于该大径中空部40P2的轴部件20S。齿轮装置G1具备配置在曲轴 40的外周40A与外壳10或轮架20(本例子中为轮架20)的内周20R2之间的外侧轴承72。而且， 齿轮装置G1还具备配置在曲轴40的内周(大径中空部40P2)与轴部件20S的外周20S1之间的 内侧轴承74。

以下，进行更加详细的说明。本齿轮装置G1的曲轴40的整体形成为筒状。但是，曲轴40的外径及内径 并不恒定。 曲轴40具有：中空直径D40P1较小的小径中空部40P1；中空直径D40P2比该小径中 空部40P1的中空直径D40P1大的大径中空部40P2。小径中空部40P1形成在曲轴40的轴向上的与动力输入侧相反的一侧。大径中空部 40P2形成在曲轴40的轴向上的动力输入侧。

小径中空部40P1及大径中空部40P2形成为均与 曲轴40的轴心C40平行。本齿轮装置G1的外壳10由与所述内齿轮主体50A一体化的第1外壳体11、配置在该 第1外壳体11的轴向上的与动力输入侧相反的一侧的第2外壳体12及配置在第1外壳体11的 轴向上的动力输入侧的第3外壳体13构成。第1外壳体11位于外齿轮30的径向外侧，并且如前述兼作内齿轮50的内齿轮主体 50A。第2外壳体12形成为环状且在内周形成有所述主轴承60的滚动面60B。

第3外壳体13由 在径向中央具有开口部13A的大致圆盘状的部件构成且覆盖齿轮装置G1的轴向上的动力输 入侧。在第1外壳体11贯穿形成有连结用螺孔11T。第1外壳体11与第2外壳体12通过从第 2外壳体12侧插入螺栓15并将其拧入第1外壳体11的连结用螺孔11T而连结在一起。第1外壳 体11与第3外壳体13通过从第3外壳体13侧插入螺栓(省略图示)并将其拧入第1外壳体11的 连结用螺孔11T而连结在一起。在第1外壳体11与第2外壳体12之间配置有O型环70。在第1外 壳体11与第3外壳体13之间配置有O型环71。

在第2外壳体12与轮架20之间配置有油封17。通过这种结构，外壳10在曲轴40的径向外侧密封齿轮装置G1的内部。在齿轮装置 G1的内部封入有润滑剂。本齿轮装置G1的轮架20具有圆盘状的法兰部20F、在该法兰部20F的外周部向轴向 上的外齿轮30侧突出且与该法兰部20F形成为一体的环状部20R、在法兰部20F的轴心C20F (＝环状部20R的轴心C20R＝曲轴40的轴心C40＝内齿轮50的轴心C50)上向轴向上的外齿轮 30侧突出且与该法兰部20F形成为一体的轴部件20S及在从法兰部20F的轴心C20F偏移的位 置向轴向上的外齿轮30侧突出且与该法兰部20F形成为一体的所述多个内销62。

轮架20的环状部20R的外周面20R1与第2外壳体12的内周在径向上对置。在环状部 20R的外周面20R1形成有所述主轴承60的轮架20侧的滚动面60A。轮架20的轴部件20S插入于曲轴40的大径中空部40P2。轴部件20S的外周20S1与大 径中空部40P2对置。另外，符号20T表示用于连结未图示的对象部件(被驱动部件)的螺孔。

在具有上述结构的曲轴40、外壳10及轮架20的齿轮装置G1中，本齿轮装置G1的外 侧轴承72配置在曲轴40的轴向上的与动力输入侧相反的一侧的端部的外周40A与轮架20 (的环状部20R)的内周20R2之间。外侧轴承72由具有内圈72A、外圈72B及滚动体72C的球轴承构成。外侧轴承72的外 圈72B与轮架20的法兰部20F(后述)抵接，由此，外侧轴承72的轴向上的与动力输入侧相反 的一侧得到定位。外侧轴承72的轴向上的动力输入侧的定位则由以与偏心体54相邻的方式 形成的肩部40W1经由偏心体轴承56的保持架56R的压板57来进行。另一方面，本齿轮装置G1的内侧轴承74配置在曲轴40的大径中空部40P2中，即，配 置在曲轴40的轴向上的动力输入侧的端部的内周与和轮架20一体化的轴部件20S的外周 20S1之间。内侧轴承74由具有内圈74A、外圈74B及两组滚子列74C的自动调心滚子轴承构成。 在曲轴40的小径中空部40P1与大径中空部40P2的交界处形成有壁面40W2，该壁面40W2由与 轴垂直的面构成且形成为环状。壁面40W2构成内侧轴承74的轴向上的与动力输入侧相反的 一侧的定位面。内侧轴承74的轴向上的动力输入侧的定位则通过嵌入于轴部件20S的挡圈 75来进行。另外，在本齿轮装置G1中，从径向观察时，配置于外齿轮(摆动齿轮)30与曲轴40之 间的偏心体轴承56未与内侧轴承74重叠。内侧轴承74位于比偏心体轴承56更靠轴向上的动 力输入侧(与轮架相反的一侧)的位置。具体而言，在本齿轮装置G1中，轴部件20S从外齿轮30的轴向上的一侧(与动力输 入侧相反的一侧)延伸至另一侧(动力输入侧)。内侧轴承74配置在该轴部件20S的沿轴向超 越外齿轮30而继续延伸的部分。

更具体而言，轴部件20S从齿轮装置G1的外壳10的轴向上的一侧(与动力输入侧相 反的一侧)延伸至另一侧(动力输入侧)。即，轴部件20S超越齿轮装置G1的外壳10的轴向上 的端面13E而继续延伸至该齿轮装置G1的外部。内侧轴承74配置在该轴部件20S的延伸至齿 轮装置G1的外部的部分。 并且，如前述，在本齿轮装置G1中，在曲轴40的动力输入侧的端部40E连结有所述 动力输入部件52(输入来自驱动源的动力的部件)。从径向观察时，内侧轴承74与该动力输 入部件52重叠。另外，在本实施方式中，整个内侧轴承74配置在大径中空部40P2的内侧。但 是，也可以使内侧轴承74的一部分配置在动力输入部件52的内周。即，内侧轴承74可以同时 配置在大径中空部40P2的内周与动力输入部件52的内周。并且，在本齿轮装置G1中，将外壳10及轮架20支承为能够相对旋转的主轴承60配 置在该外壳10与轮架20之间。从径向观察时，主轴承60与外侧轴承72重叠。即，在该齿轮装 置G1中，主轴承60与外侧轴承72配置在大致相同的平面Pc上。如上所述，在本齿轮装置G1中，轴部件20S与轮架20(不是外壳10)形成为一体。而 且，外侧轴承72配置在曲轴40的外周40A与轮架20的内周20R2(不是外壳10的内周)之间。 并且，在本齿轮装置G1中，外侧轴承72配置在比内侧轴承74更靠轴向上的与动力 输入侧相反的一侧。接着，说明本实施方式所涉及的偏心摆动型齿轮装置G1的作用。首先，从该偏心摆动型齿轮装置G1的动力传递系统的作用开始说明。在曲轴40(输入轴)的轴向上的端部40E经由螺孔40T及螺栓53连结有动力输入部件52。曲轴40经由该动 力输入部件52接受来自驱动源侧的动力而进行旋转。若曲轴40旋转，则与该曲轴40形成为 一体的偏心体54旋转。

若偏心体54旋转，则经由偏心体轴承56组装在该偏心体54的外周的外齿轮30的轴 心C30进行摆动。外齿轮30与内齿轮50内啮合。外齿轮30的外齿的齿数比内齿轮50的内齿的齿数(内齿销50C的根数)仅少一个。 由此，曲轴40每旋转一周，外齿轮30的轴心C30摆动一次，外齿轮30的相位相对于所啮合的 内齿轮50偏移相当于齿数差的量(1齿量)，从而进行自转。该自转成分传递至贯穿外齿轮30 的内辊64及内销62，从而使内销62围绕内齿轮50的轴心C50公转。 通过该内销62的公转，与内销62形成为一体的轮架20绕内齿轮50的轴心C50旋转 (自转)。通过轮架20的旋转，利用螺孔20T与该轮架20连结在一起的对象部件(被驱动部件) 被驱动。在此，在本实施方式所涉及的齿轮装置G1中，曲轴40具有中空部 (大径中空部 40P2)，外壳10或轮架20(在本例子中为轮架20)一体地具有插入于该大径中空部40P2的轴 部件20S。而且，在曲轴40的外周40A与轮架20的内周20R2之间配置有外侧轴承72，在曲轴40 的内周(大径中空部40P2)与轴部件20S的外周20S1之间配置有内侧轴承74。由于能够将外侧轴承72配置在曲轴40的“外周”，因此能够将外侧轴承72的外径设 为较大。例如，在本齿轮装置G1中，外侧轴承72的内圈72A的内径D72A大于内侧轴承74的外 圈74B的外径d74B。即，外侧轴承72的直径大到其整体位于比内侧轴承74更靠径向外侧的程 度。其结果，能够确保较大的传递容量，能够将曲轴40的支承刚性维持为较高。另外，在本实施方式中，基于该优点，由球轴承构成外侧轴承72。由此，(与作为曲 轴40的轴承采用例如具有滚子类滚动体的轴承的情况相比)能够构成成本更低且动力损失 更小的齿轮装置G1。针对动力损失而言，具有轴承直径越大损失就越大的倾向，因此能够由 球轴承来构成曲轴40的轴承是非常有利的。但是，在外侧轴承72的外径或内径、内侧轴承74的外径或内径的大小并 未特别限定(外侧轴承72的直径无需一定大于内侧轴承74的直径)。例如，通过扩大形成曲 轴的配置内侧轴承的中空部(上述例子中为大径中空部40P2)的内径以使其远远大于配置 外侧轴承的一侧的外周(上述例子中为与动力输入侧相反的一侧的外周40A)的外径，例如 可以将外侧轴承的外径设定成小于内侧轴承的外径。

在将这种偏心摆动型齿轮装置组装在例如工业用机械手的关节部时，如上述实施方式所例示，受到前后关节部件或配置有马达等的影响，需要从各个方向对齿轮装置输入 或输出动力。因此，要求维持较大的传递容量或较高的支承刚性并且实现高紧凑性。因此，需要响应这些要求而设计出具有各种外壳结构及轮架结构的齿轮装置。另 一方面，对于这种偏心摆动型齿轮装置而言，如上述实施方式所例示，例如只在曲轴的轴向 上的一侧设置有轮架或只在一侧设置有动力输入部件的情况较多，因此径向上的余量在曲 轴的轴向上的动力输入侧和与动力输入侧相反的一侧存在“差异”的情况较多。

在本技术中，外侧轴承设置在曲轴的外周，并且内侧轴承设置在曲轴的内周，因此对该径向上的余量 的“差异”具有极高的灵活性，能够设计各种形式的偏心摆动型齿轮装置，并且能够广泛适 用于各种工业用机械手。