专利名称：一种数控差动减速电动伺服单元的制作方法
一种数控差动减速电动伺服单元，它是一种全电数控执行装置，可用于各种机电一体化设备中，做各种执行机构，如自动化管道输送或化工系统中的阀门控制执行机构等以及数控机床的进给伺服机构。
在各种自动化或半自动化设备中，为完成各种动作，需要各种执行机构，而这些机构要求是可以数控的，并要求有较大的执行力或力矩。在现有设备中，使用全电控系统可以简化控制系统的设计，达到直接数控的目的。现在的全电控的数控系统中，是采用步进电动机做原动机，使用减速器减速，实现数字控制输出的转动角度。但由于步进电动机结构的限制，输出功率不能很大。这使得全电控系统的执行力不大，只能用于一些小型机械，而不适应于做大型系统的执行机构，如大型管道阀门的开闭机构，大型机床的进给机构等。同时，现在全电控的数控系统中所用的减速器也不适应于大扭矩输出。为了得到大的减速比(如大于1∶100)，而又不增大减速器的结构尺寸，最先进的方法是使用谐波齿轮减速器。它使用差动的方式进行减速，利用刚性齿圈和柔性齿圈间的齿差减速，可以做到单级减速的速比超过100。但由于要靠柔性齿圈的变形来工作，因而对柔性齿圈的技术要求高，而且受柔性齿圈强度的限制，输出扭矩不能过高。一般的减速器则需要使用多级才能达到大的减速速比，因此结构庞大。对大输出力或力矩要求的控制执行机构，现在的方法多是采用液压扩力执行机构，使用数控液压伺服阀的控制方式，用液压油缸或液压马达直接出力执行。虽然液压方式可以输出很大的力或力矩，且不再使用减速装置，但必须增加一套液压源设备，因而液压方式的体积庞大。液压装置的渗漏问题等也给维修、制造等工作造成很大的困难。而且该方式也不利于象管道输送系统等的分散控制。
本发明的目的是发明一种全电的数控差动减速伺服单元。它使用数控执行电机做动力源，利用差动减速方式减速，并且不使用柔性齿圈，有很大的减速比和很大的输出扭矩，结构紧凑。
本发明的结构如
图1所示。它有电动机1，输出轴套2，齿圈3，行星齿轮4，太阳齿轮5，行星齿轮保持架6，保持架固定块7，其特征在于行星齿轮4由上下两齿轮面构成，输出轴套2上固接有输出齿轮8，行星齿轮4的两个齿轮面分别与输出齿轮8和太阳齿轮5啮合，行星齿轮4的其中一个齿轮面与齿圈3内齿啮合，太阳齿轮5与减速器壳体固接，齿圈3通过外齿与电动机1输出轴上的外齿啮合，太阳齿轮5有Z1个齿，输出齿轮8有Z2个齿，Z1和Z2差1齿，行星齿轮4有两个或两个以上，电动机1是数控执行电机，在电动机1尾部转子上固定有转速光栅盘9′，并在电动机壳体相应部位装有光电记数装置10。
本发明的工作原理如下电动机1输出的较高速的转动扭矩通过电动机1输出轴上的齿轮传递给齿圈3，齿圈3在转动时，由于太阳轮5固定不动，因而便得行星齿轮4既自身旋转，也绕太阳齿轮5公转。由于太阳齿轮5的齿数为Z1，输出齿轮8的齿数为Z2，两者相差1齿，因而在行星齿轮4公转一圈时，输出齿轮8太阳齿轮5相对差动一齿。由于太阳齿轮5与减速器壳体固接，因而输出齿轮8带动输出轴套2转动了一齿。
本发明的速比关系计算如下。
假定行星齿轮4的齿数为Z3，齿圈3内齿的齿数为Z4，齿数3外齿的齿数为Z5，电动机1输出轴上的齿轮齿数为Z6，电动机1输出轴的转速为n6，齿圈3的转速为n4，行星齿轮4的自转转速为n3，公转转速为n2，输出轴套2的转速为n1，那么n4＝n6＊Z6/Z5对于行星齿轮4，公转转速n2为n2＝n4＊Z4/(Z4+Z2)由Z1和Z2的差动关系得n1＝n2/Z2所以有n1＝n6＊(Z6＊Z4)/(Z5＊(Z4+Z2)＊Z2)在一般情况下，可以设计得使Z2＝100(因为Z5＞Z6，Z4+Z4＞Z4，所以减速比＞Z2)。
本发明中，电动机1使用数控执行电机，结构如专利号为CN89216856的专利。它由稀土永磁转子和绕线定子组成一台永磁电动机，使用数控固态组件做电源，可以通过数字控制的方式调节它的启停和转速。在电动机1尾部转子上接有一转速光栅盘9，并在电动机壳体相应部位装有光电记数装置10，转速光栅盘9可由明暗相间的条纹组成，也可以是由透光遮光的条纹组成。在工作时，通过光电记数装置10上的感光元件测得反射或透射光线的变化，从而记数电动机已转动的角度，并可反馈给控制机构，以达到闭环控制的目的，提高控制精度。
本发明由于采用稀土永磁电动机做原动机，可以有很大的输出功率，不需要液压扩力等，是全电控装置。并且，稀土永磁电动机有较大的起动力矩和制动力矩，可以适应执行机构，频繁控制，可以控制调速，以得到各种执行运动曲线。
本发明使用了差动原理，在行星齿轮4公转时，因太阳齿轮5与输出齿轮8相差一齿，故每公转一周这两者之间将相对转过一齿的角度。同时，在工作中没有使用柔性齿，全部采用刚性齿轮，有很高的强度。在传动时，行星齿轮4的公转只是作为中间过渡，因此也无行星轮效率问题。本发明的结构紧凑，机构简单。为增大传递功率，可以使用三个、四个或四个以上的行星轮。
本发明中，输出齿轮8齿数Z2可以比太阳齿轮5齿数多一齿或少一齿。在多一齿时，输入旋转方向与输出旋转方向相同，少一齿时，输入旋转方向与输出旋转方向相反。由于输出齿轮8和太阳齿轮5的齿数不相等，为保持两者与行星齿轮4都有相同的中心距，可使用变位齿轮技术。可以让输出齿轮8、太阳齿轮5、行星齿轮4上下齿面和齿圈3内齿面都变位，这样，每一个齿轮的变位系数都不大，以保持运动的平稳性。也可以只对输出齿轮8和行星齿轮4与之啮合的齿面变位，进行中心距修正，使加工和装配方便。保持输出齿轮8与行星齿轮4之间的中心距及太阳齿轮5和行星齿轮4之间的中心距相等也可以采用斜齿轮螺旋角大小不同的方法加以调整，输出齿轮8和行星齿轮4上的与之相啮合的齿面使用斜齿轮。中心距的调整还可以用非标准模数的方法进行调整。
本发明中行星齿轮保持架6使用保持架固定块7使上下两片固定，可用紧固件如螺钉、螺栓等，也可以铆接。要求固定牢固，上下两保持架片不能有相对转动现象。本发明中，所有的轴承，如电动机1输出轴轴承、输出轴套2轴承、齿圈3轴承和行星齿轮4轴承都可以使用滚动同承或滑动轴承。可以使用脂润滑，也可以作用油润滑。在保持架6与输出轴套2之间可以加支持轴承，以保持行星齿轮4的一定轴向位置，特别是在斜齿轮传动时，用于承受行星齿轮4的轴向力。在齿圈3受力较小，轴向尺寸也较小，可以使用附图1中的悬臂支承结构，所用轴承可以是滑动轴承，有一定的支承宽度;也可以使用滚动轴承，使用有一定宽度的滚棒或滚针轴承;也可以使用双列轴承。
本发明为增加齿圈3和行星齿轮4的刚度，也可以采用附图2的结构形式。齿圈3支承在减速器壳体的两个端盖上。行星齿轮保持架6在行星齿轮4的两侧。取消了齿圈3的悬臂结构和行星齿轮4的悬臂结构。
权利要求
1.一种数控差动减速电动伺服单元，它有电动机1，输出轴套2，齿圈3，行星齿轮4，太阳齿轮5，行星齿轮保持架6，保持架固定块7，其特征在于行星齿轮4由上下两齿轮面构成，输出轴套2上固接有输出齿轮8，行星齿轮4的两个齿轮面分别与输出齿轮8和太阳齿轮5啮合，行星齿轮4的其中一个齿轮面与齿圈3内齿啮合，太阳齿轮5与减速器壳体固接，齿圈3通过外齿与电动机1输出轴上的外齿啮合，太阳齿轮5有Z1个齿，输出齿轮8有Z2个齿，Z1和Z2差1齿，行星齿轮4有两个或两个以上，电动机1是数控执行电机，在电动机1尾部转子上固定有转速光栅盘9，并在电动机壳体相应部位装有光电记数装置10。
全文摘要
一种数控差动减速电动伺服单元，它适于做各种数控执行装置。它由数控执行电机、输入齿圈、行星齿轮、太阳齿轮、输出齿轮等组成。其特征在于太阳齿轮与输出齿轮同轴并齿数相差一齿，太阳齿轮与减速器壳体固定，数控执行电动机后接转角测量计数装置。通过控制数控执行电机的启停和转速，满足各种数控伺服要求。使用特殊的差动减速器可以得到很大的输出扭矩和大的减速比。
文档编号H02K7/116GK1067992SQ9110379
公开日1993年1月13日 申请日期1991年6月17日 优先权日1991年6月17日
发明者石行 申请人:北京市西城区新开通用试验厂