專(zhuān)利名稱(chēng)：智能驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體的為一種采用少齒差嚙合原理并可對(duì)齒輪實(shí)施智能測(cè)控的智能驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)器人、先進(jìn)制造、車(chē)輛、船舶、航空、航天和武器裝備等工程領(lǐng)域事業(yè)的迅速發(fā)展，其對(duì)傳動(dòng)件及傳動(dòng)系統(tǒng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度、可靠性、小體積、輕量化和免維護(hù)等性能提出了新的要求。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減速器都是分開(kāi)設(shè)計(jì)的，這樣不可避免的需要考慮他們之間的聯(lián)接設(shè)計(jì)，使用鍵、聯(lián)軸器等聯(lián)接裝置，從而使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，零件數(shù)量種類(lèi)增多，系統(tǒng)可靠性降低，體積重量增大，并造成軸系對(duì)中誤差，導(dǎo)致傳動(dòng)機(jī)構(gòu)出現(xiàn)磨損，機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)容易存在卡潘。長(zhǎng)期以來(lái)，在機(jī)械裝備動(dòng)力傳遞與運(yùn)動(dòng)變換時(shí)，在輸入端高轉(zhuǎn)速、小轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為輸出端低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩的過(guò)程中，不可避免地會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。該波動(dòng)會(huì)降低機(jī)械裝備傳動(dòng)精度和可靠性，并引起機(jī)械振動(dòng)，影響零件的強(qiáng)度和壽命，降低運(yùn)動(dòng)精度和工作性能等。對(duì)周期性波動(dòng)，一般通過(guò)增加轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大的飛輪來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)；對(duì)非周期性波動(dòng)，一般采用調(diào)速器調(diào)節(jié)。盡管如此，實(shí)踐表明，該類(lèi)調(diào)節(jié)措施實(shí)際上很難解決在高鐵機(jī)車(chē)、工業(yè)機(jī)器人、空間機(jī)械臂、船舶和衛(wèi)星等高端裝備動(dòng)力傳遞與運(yùn)動(dòng)變換過(guò)程中的波動(dòng)問(wèn)題。除此之外，機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)裝置中各零件的制造及裝配誤差，輪齒嚙合時(shí)的嚙入、嚙出沖擊，輪齒嚙合齒對(duì)數(shù)交替變化時(shí)的剛度激勵(lì)，負(fù)載工況對(duì)傳動(dòng)裝置的激勵(lì)，以及運(yùn)行過(guò)程中零部件的摩擦磨損、溫度變化和環(huán)境影響等因素，都將加大傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)行過(guò)程中的波動(dòng)，從而嚴(yán)重影響機(jī)械系統(tǒng)的精度、可靠性、壽命等?，F(xiàn)有傳動(dòng)技術(shù)中，高精度與高可靠的矛盾關(guān)系并沒(méi)有得到解決，雖然諧波減速器、RV減速器等精密傳動(dòng)件及系統(tǒng)在機(jī)器人、自動(dòng)化、航空航天等工程領(lǐng)域重要裝備機(jī)電傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用較廣，但由于諧波傳動(dòng)的單級(jí)傳動(dòng)比范圍有限(通常〈360)，通過(guò)柔輪傳遞轉(zhuǎn)矩，彈性元件扭轉(zhuǎn)剛度低、傳遞轉(zhuǎn)矩有限，而RV減速器傳動(dòng)系統(tǒng)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量體積大、動(dòng)態(tài)性能低劣和機(jī)械效率低、附加動(dòng)載荷大等缺點(diǎn)。特別是特殊環(huán)境與極端工況下(振動(dòng)、高低溫交變)齒輪的體積熱膨脹及外界惡劣的力學(xué)環(huán)境，該類(lèi)減速器容易與執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生非線(xiàn)性耦合振動(dòng)而出現(xiàn)“卡澀”或“卡死”等現(xiàn)象，使系統(tǒng)不能正常工作甚至完全失效，從而嚴(yán)重影響傳動(dòng)的可靠性。同時(shí)，在一些特殊工程領(lǐng)域，如航空、航天和國(guó)防武器裝備等領(lǐng)域，在滿(mǎn)足其功能要求的前提下還對(duì)其可靠性提出了嚴(yán)格要求，要求其零部件實(shí)現(xiàn)信息化、智能化，能實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)各零部件的運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)裝置的失效作出預(yù)估和預(yù)判以保證裝備的可靠性及人民財(cái)產(chǎn)安全。目前國(guó)內(nèi)外在進(jìn)行減速器中齒輪運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)的信號(hào)測(cè)量時(shí)，由于傳動(dòng)裝置內(nèi)部空間狹小，環(huán)境復(fù)雜，傳感器布置安裝困難，信號(hào)傳輸易受干擾，所以一直缺乏有效的測(cè)試方法，給傳動(dòng)裝置動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)帶來(lái)極大困難。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種智能驅(qū)動(dòng)裝置，該智能驅(qū)動(dòng)裝置不僅能夠智能監(jiān)控齒輪的運(yùn)行工況，而且可有效防止極端工況與特殊環(huán)境下的影響而產(chǎn)生的非線(xiàn)性耦合振動(dòng)，避免發(fā)生“卡澀”甚至“卡死”等問(wèn)題，有效降低輪齒赫茲接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，保證驅(qū)動(dòng)裝置在所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)精度和承載能力范圍內(nèi)，控制電機(jī)因高速小轉(zhuǎn)矩?fù)Q為低速大轉(zhuǎn)矩所產(chǎn)生的波動(dòng)，并達(dá)到降低振動(dòng)和噪聲、提高驅(qū)動(dòng)裝置壽命的目的。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
一種智能驅(qū)動(dòng)裝置，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連的減速器，所述減速器包括動(dòng)力輸入偏心軸、雙聯(lián)齒輪、以及均旋轉(zhuǎn)配合套裝在所述動(dòng)力輸入偏心軸上的固定內(nèi)齒輪和動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪；
所述動(dòng)力輸入偏心軸上設(shè)有相對(duì)于其軸線(xiàn)呈偏心設(shè)置的偏心段，所述雙聯(lián)齒輪包括外齒輪I和外齒輪II，且雙聯(lián)齒輪旋轉(zhuǎn)配合套裝在所述偏心段上，所述固定內(nèi)齒輪與所述外齒輪I組成少齒差嚙合副I，所述動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪與所述外齒輪II組成少齒差嚙合副II ；所述少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中均至少有一個(gè)齒輪上設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)
構(gòu)；
所述開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所在齒輪輪齒上的輪齒槽，所述輪齒槽包括兩條分別與所述輪齒的齒廓線(xiàn)呈等距曲線(xiàn)的曲線(xiàn)輪齒槽和設(shè)置在所述輪齒齒頂與兩條曲線(xiàn)輪齒槽交匯點(diǎn)之間并位于齒輪徑向方向的直線(xiàn)輪齒槽，所述輪齒槽內(nèi)填充設(shè)有彈性體；和/或，所述開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所在齒輪齒槽內(nèi)的齒輪槽，所述齒輪槽包括對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述齒槽內(nèi)并位于齒輪徑向方向的直線(xiàn)齒輪槽，所述齒輪槽內(nèi)填充設(shè)有彈性體；所述動(dòng)力輸入偏心軸與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)；
還包括用于監(jiān)控所述少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II運(yùn)行工況的監(jiān)控裝置，所述監(jiān)控裝置包括數(shù)據(jù)接收裝置和設(shè)置在所述彈性體內(nèi)并用于分別監(jiān)控所述少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II運(yùn)行工況的傳感器，所述傳感器和數(shù)據(jù)接收裝置之間無(wú)線(xiàn)連接。進(jìn)一步，所述傳感器為無(wú)源傳感器，所述數(shù)據(jù)接收裝置內(nèi)設(shè)有電磁波發(fā)送裝置，所述傳感器內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)用于接收來(lái)自數(shù)據(jù)接收裝置的電磁波、并將電磁波轉(zhuǎn)換為電能的傳導(dǎo)元件；或，
所述傳感器為有源傳感器，且傳感器內(nèi)設(shè)有用于將所述彈性體彈性變形產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為電能的導(dǎo)電聚合物電路。進(jìn)一步，所述監(jiān)控裝置還包括與所述數(shù)據(jù)接收裝置相連并用于處理所述傳感器采集的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理裝置；所述傳感器為微米級(jí)或納米級(jí)傳感器。進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與所述動(dòng)力輸入偏心軸設(shè)置為一體，且所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定設(shè)置在所述動(dòng)力輸入偏心軸上。進(jìn)一步，所述固定內(nèi)齒輪上設(shè)有朝向所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)所在方向延伸的保護(hù)套，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝在所述保護(hù)套內(nèi)，且保護(hù)套的端部設(shè)有用于防止驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿著所述動(dòng)力輸入偏心軸軸向移動(dòng)的端蓋；
所述固定內(nèi)齒輪上設(shè)有朝向所述動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪所在方向延伸并與所述動(dòng)力輸入偏心軸同軸設(shè)置的軸承套，所述動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪旋轉(zhuǎn)配合套裝在該軸承套內(nèi)； 還包括與所述動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪固定連接的中心軸承座，所述中心軸承座旋轉(zhuǎn)配合套裝在所述動(dòng)力輸入偏心軸上。進(jìn)一步，還包括用于測(cè)量所述減速器運(yùn)行溫度的溫度傳感器、用于測(cè)量所述減速器振動(dòng)數(shù)據(jù)的加速度傳感器和用于測(cè)量所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的速度傳感器；所述加速度傳感器為兩個(gè)并安裝在所述固定內(nèi)齒輪的同一個(gè)徑向截面上，且兩加速度傳感器與其所在徑向截面的中心之間的連線(xiàn)相互垂直；所述溫度傳感器安裝在所述固定內(nèi)齒輪上，并與所述加速度傳感器位于固定內(nèi)齒輪的同一個(gè)徑向截面上；所述速度傳感器與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述固定內(nèi)齒輪上設(shè)有用于布置信號(hào)線(xiàn)的通孔。進(jìn)一步，所述外齒輪I和外齒輪II為螺旋方向相反的螺旋齒輪，且所述外齒輪I在背離所述外齒輪II的方向上，其螺旋方向與其自轉(zhuǎn)方向相反，所述外齒輪II在背離所述外齒輪I的方向上，其螺旋方向與其自轉(zhuǎn)方向相反；和/或，
所述外齒輪I和外齒輪II均為變齒厚齒輪，所述外齒輪I在背離所述外齒輪II的方向上，其齒厚逐漸減小，所述外齒輪II在背離所述外齒輪I的方向上，其齒厚逐漸減??；和/或，
所述外齒輪I和外齒輪II均為錐齒輪，且所述外齒輪I在背離所述外齒輪II的方向上，其公稱(chēng)直徑逐漸減小，所述外齒輪II在背離所述外齒輪I的方向上，其公稱(chēng)直徑逐漸減小。進(jìn)一步，所述齒輪槽還包括設(shè)置在所述直線(xiàn)齒輪槽靠近所述齒輪中心一端的圓孔槽；所述直線(xiàn)齒輪槽的長(zhǎng)度等于其所在齒輪的輪齒齒全高的0.1-1.5倍，所述直線(xiàn)齒輪槽的槽寬等于0.0Of 2mm，所述圓孔槽的直徑等于其所在齒輪分度圓直徑的0.0Of 0.2倍；所述直線(xiàn)輪齒槽的長(zhǎng)度等于其所在齒輪的輪齒齒全高的0.1-0.5倍。進(jìn)一步，所述彈性體為金屬橡膠彈性體，且所述金屬橡膠彈性體為采用下列工藝制備得到的金屬橡膠彈性體:
將直徑為0.05-0.3mm的金屬絲制成螺旋卷，并將該螺旋卷定螺距拉伸后鋪放形成毛坯，將毛坯循環(huán)冷卻成型處理后再熱處理，得到具有彈性多孔特性的金屬橡膠彈性體。進(jìn)一步，用于制作所述彈性體的金屬絲的材質(zhì)為適用于常溫?zé)o侵蝕環(huán)境的高強(qiáng)度鋼或適用于高溫/有侵蝕環(huán)境的奧氏體不銹鋼；所述金屬絲螺旋卷的中徑等于金屬絲直徑的2-7倍。本發(fā)明的有益效果在于:
1、本發(fā)明的智能驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)將動(dòng)力輸入偏心軸設(shè)置為與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠提高傳動(dòng)精度；通過(guò)在減速器的少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中的至少一個(gè)齒輪上設(shè)置開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)，能夠利用變形協(xié)調(diào)原理，通過(guò)可控的彈性變形量過(guò)濾掉由驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速小轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為低速大轉(zhuǎn)矩、加工和安裝誤差等所產(chǎn)生的波動(dòng)，通過(guò)在彈性體內(nèi)設(shè)置用于分別監(jiān)控少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II運(yùn)行工況的傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控齒輪的工作狀態(tài)，并具體取得了如下有益效果:
I)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置的智能測(cè)控功能
本發(fā)明的智能驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)在彈性體內(nèi)嵌入傳感器，利用彈性體材料的記憶特性與變形可控特性，以及傳感器的智能傳感檢測(cè)能力，能夠有效地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)齒輪的實(shí)際工作狀態(tài)，即傳感器能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、應(yīng)力、應(yīng)變、加速度和溫度等反應(yīng)齒輪工況的參數(shù)，并根據(jù)齒輪工況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)傳動(dòng)裝置相關(guān)參數(shù)，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有自適應(yīng)變形可控功能，能夠?qū)X輪傳動(dòng)的失效作出預(yù)估和預(yù)判，解決傳動(dòng)裝置動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)困難等難題，克服了現(xiàn)有傳動(dòng)裝置中無(wú)法監(jiān)控齒輪應(yīng)力應(yīng)變的技術(shù)缺陷，因此本發(fā)明的智能驅(qū)動(dòng)裝置特別適用于機(jī)器人、航空、航天和國(guó)防武器裝備等對(duì)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)性能要求嚴(yán)格的工程領(lǐng)域；
2)具有自適應(yīng)變形協(xié)調(diào)能力
本發(fā)明的智能驅(qū)動(dòng)裝置屬于少齒差行星傳動(dòng)，主要通過(guò)兩對(duì)齒的內(nèi)嚙合進(jìn)行傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，和普通少齒差傳動(dòng)相比較，本發(fā)明的智能驅(qū)動(dòng)裝置的不同之處在于分別在少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中的至少一個(gè)齒輪上設(shè)置開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)，這使得輪齒更具彈性，當(dāng)少齒差嚙合副的外齒輪與內(nèi)齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，可以使側(cè)隙降低到某一最小值，甚至消除側(cè)隙，從而在輪齒嚙合表面間有可能得到零隙，使回差顯著減小，提高傳動(dòng)精度；當(dāng)齒輪處于惡劣的工況時(shí)，普通輪齒易發(fā)生齒廓干涉，甚至“卡死” “卡澀”，加劇齒面的磨損、疲勞，甚至使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)失效，導(dǎo)致可靠性降低；本發(fā)明的智能驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)分別在少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中的至少一個(gè)齒輪上設(shè)置開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)，利用開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)中彈性體材料的記憶特性與變形可控，會(huì)最大限度減少干涉量(甚至為零)，通過(guò)監(jiān)控裝置的智能傳感檢測(cè)，對(duì)齒輪傳動(dòng)中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線(xiàn)智能測(cè)控，特別是在所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)精度范圍內(nèi)使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有自適應(yīng)變形協(xié)調(diào)能力，解決聞精度與聞可罪間的矛盾，有效降低摩擦、磨損、振動(dòng)、噪聲、能耗和疲勞等，從而具有高精度、高可靠、長(zhǎng)壽命、大轉(zhuǎn)矩、低能耗、智能化等優(yōu)點(diǎn)；
3)降低振動(dòng)和噪聲以及實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能
本發(fā)明的智能驅(qū)動(dòng)裝置，采用偏心減速機(jī)構(gòu)，首先濾去驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的高頻波；同時(shí)采用由雙聯(lián)齒輪、固定內(nèi)齒輪與動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪組成的少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II，再次濾去雙聯(lián)齒輪的高頻公轉(zhuǎn)波，并輸出低頻轉(zhuǎn)動(dòng)；
由于分別在少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中的至少一個(gè)齒輪上設(shè)置開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)，使得少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II的剛度激勵(lì)顯著減??；
通過(guò)在輪齒槽和齒輪槽內(nèi)填充設(shè)置彈性體，彈性體可以有效增大齒輪系統(tǒng)阻尼，吸收波動(dòng)產(chǎn)生的能量，減小因傳動(dòng)裝置因制造裝配誤差、輪齒嚙合沖擊、負(fù)載工況激勵(lì)等引起的振動(dòng)、噪聲，過(guò)濾掉動(dòng)力傳遞與運(yùn)動(dòng)變換過(guò)程中所產(chǎn)生的波動(dòng)，降低齒輪振動(dòng)幅值，減小了能量損耗，達(dá)到了高效節(jié)能的目的；
4)提聞減速器壽命
本發(fā)明的智能驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)分別在少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中的至少一個(gè)齒輪上設(shè)置開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)，可以有效降低赫茲接觸應(yīng)力，通過(guò)在輪齒槽內(nèi)設(shè)置與輪齒齒廓曲線(xiàn)呈等距曲線(xiàn)的曲線(xiàn)輪齒槽，可以增大接觸面積，改善輪齒槽內(nèi)部的接觸應(yīng)力，另夕卜，齒根部的彎曲應(yīng)力也會(huì)因輪齒槽和齒輪槽的影響而顯著降低，從而提高了齒輪的壽命。2、本發(fā)明的智能驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸與動(dòng)力輸入偏心軸設(shè)置為一體，并將驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子直接設(shè)置在動(dòng)力輸入偏心軸上，即減速器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)集成設(shè)計(jì)，去除了中間鍵、聯(lián)軸器等多余的聯(lián)接構(gòu)件，減少了安裝定位工序，提高了傳動(dòng)精度，縮小了驅(qū)動(dòng)裝置的體積和重量；通過(guò)在固定內(nèi)齒輪上設(shè)置保護(hù)套和軸承套，固定內(nèi)齒輪起著殼體的作用，也即固定內(nèi)齒輪與殼體集成為一體，能夠有效縮小驅(qū)動(dòng)裝置的體積和重量。
3、本發(fā)明的智能驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)設(shè)置加速度傳感器、溫度傳感器和速度傳感器，能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)減速器的振動(dòng)、轉(zhuǎn)速和溫度，并能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)裝置的運(yùn)行狀態(tài)并提取故障信號(hào)，結(jié)合設(shè)置在彈性體內(nèi)的傳感器，能夠更好的對(duì)對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的失效作出預(yù)估和預(yù)判，因此本發(fā)明的智能驅(qū)動(dòng)裝置特別適用于機(jī)器人、航空、航天和國(guó)防武器裝備等對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)性能要求嚴(yán)格的工程領(lǐng)域。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明:
圖1為本發(fā)明智能驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意 圖2為圖1的A-A剖視 圖3為雙聯(lián)齒輪的結(jié)構(gòu)示意 圖4為圖3的B詳 圖5為普通齒輪在第一個(gè)嚙合點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力云 圖6為設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪在第一個(gè)嚙合點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力云 圖7為普通齒輪在第二個(gè)嚙合點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力云 圖8為設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪在第二個(gè)嚙合點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力云 圖9為普通齒輪在第三個(gè)嚙合點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力云 圖10為設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪在第三個(gè)嚙合點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力云 圖11為普通齒輪的綜合嚙合剛度 圖12為設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪的綜合嚙合剛度圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明:
1_動(dòng)力輸入偏心軸；Ia-偏心段；2-雙聯(lián)齒輪；2a_外齒輪I ;2b_外齒輪II ;3_固定內(nèi)齒輪；3a_軸承套；3b_保護(hù)套；4_動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪；5-軸承；5a_軸承；6_輪齒槽；6a_曲線(xiàn)輪齒槽；6b-直線(xiàn)輪齒槽；7_齒輪槽；7a-直線(xiàn)齒輪槽；7b-圓孔槽；8_彈性體；9_滾針軸承；10-中心軸承座；11_軸承；12_驅(qū)動(dòng)電機(jī)；12a-轉(zhuǎn)子；12b_定子；13_端蓋；14_軸承；15_溫度傳感器；16_加速度傳感器；17_速度傳感器；18_螺釘；19_數(shù)據(jù)接收裝置；20_傳感器。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，為本發(fā)明智能驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的的智能驅(qū)動(dòng)裝置，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)12和與驅(qū)動(dòng)電機(jī)12相連的減速器，減速器包括動(dòng)力輸入偏心軸1、雙聯(lián)齒輪2、以及均旋轉(zhuǎn)配合套裝在動(dòng)力輸入偏心軸I上的固定內(nèi)齒輪3和動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4，本實(shí)施例的固定內(nèi)齒輪3和動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4分別通過(guò)軸承5旋轉(zhuǎn)配合套裝在動(dòng)力輸入偏心軸I上。動(dòng)力輸入偏心軸I上設(shè)有相對(duì)于其軸線(xiàn)呈偏心設(shè)置的偏心段Ia,雙聯(lián)齒輪2包括外齒輪I 2a和外齒輪II 2b，且雙聯(lián)齒輪2旋轉(zhuǎn)配合套裝在動(dòng)力輸入偏心軸I的偏心段Ia上，本實(shí)施例的雙聯(lián)齒輪2通過(guò)軸承5a旋轉(zhuǎn)配合套裝在偏心段Ia上。固定內(nèi)齒輪3與雙聯(lián)齒輪2的外齒輪I 2a組成少齒差嚙合副I，動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4與雙聯(lián)齒輪2的外齒輪II2b組成少齒差嚙合副II。少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中均至少有一個(gè)齒輪上設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)。如圖2所示，本實(shí)施例的開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)分別設(shè)置在雙聯(lián)齒輪2的外齒輪I 2a和外齒輪II 2b上。開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在輪齒上的輪齒槽6,輪齒槽6包括兩條分別與輪齒的齒廓線(xiàn)呈等距曲線(xiàn)的曲線(xiàn)輪齒槽6a和設(shè)置在輪齒齒頂與兩條曲線(xiàn)輪齒槽6a交匯點(diǎn)之間并位于齒輪徑向方向的直線(xiàn)輪齒槽6b，輪齒槽6內(nèi)填充設(shè)有彈性體8 ;和/或，開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在齒槽的齒輪槽7，齒輪槽7包括對(duì)稱(chēng)設(shè)置在齒槽內(nèi)并位于齒輪徑向方向的直線(xiàn)齒輪槽7a，齒輪槽7內(nèi)也填充設(shè)有彈性體8。本實(shí)施例的開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)包括同時(shí)設(shè)置在輪齒上的輪齒槽6和設(shè)置在齒槽內(nèi)的齒輪槽7。動(dòng)力輸入偏心軸I與驅(qū)動(dòng)電機(jī)12的輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠提高傳動(dòng)精度，本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電機(jī)12采用伺服電機(jī)；
本實(shí)施例的智能驅(qū)動(dòng)裝置還包括用于監(jiān)控少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II運(yùn)行工況的監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置包括數(shù)據(jù)接收裝置19和設(shè)置在彈性體8內(nèi)并用于分別監(jiān)控少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II運(yùn)行工況的傳感器20，傳感器20和數(shù)據(jù)接收裝置19之間無(wú)線(xiàn)連接。傳感器20可以為分別設(shè)置在少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II上的至少一個(gè)，本實(shí)施例的少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中均設(shè)有6個(gè)傳感器20，用于分別監(jiān)控少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II在傳動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、應(yīng)力、應(yīng)變、加速度和溫度等反應(yīng)齒輪工況的參數(shù)。傳感器20可以為無(wú)源傳感器，數(shù)據(jù)接收裝置19內(nèi)設(shè)有電磁波發(fā)送裝置，傳感器20內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)用于接收來(lái)自數(shù)據(jù)接收裝置19的電磁波、并將電磁波轉(zhuǎn)換為電能的傳導(dǎo)元件；當(dāng)然，傳感器20還可以為有源傳感器，且傳感器20內(nèi)設(shè)有用于將彈性體8彈性變形產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為電能的導(dǎo)電聚合物電路，采用該結(jié)構(gòu)的傳感器20，能夠利用彈性體8在傳動(dòng)過(guò)程中彈性變形產(chǎn)生的能量，使傳感器20能夠長(zhǎng)時(shí)間工作，保證監(jiān)控裝置的可靠性。本實(shí)施例的傳感器20采用無(wú)源傳感器，傳感器20內(nèi)設(shè)有一個(gè)傳導(dǎo)元件。采用該結(jié)構(gòu)的監(jiān)控裝置，能夠?qū)鞲衅?0進(jìn)行供電并保證傳感器20能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。本實(shí)施例的監(jiān)控裝置還包括與數(shù)據(jù)接收裝置19相連并用于處理傳感器20采集的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理裝置，傳感器20為微米級(jí)或納米級(jí)傳感器，能夠?qū)鞲衅?0安裝在彈性體8內(nèi)，本實(shí)施例的傳感器20采用納米級(jí)傳感器。本實(shí)施例的智能驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)將動(dòng)力輸入偏心軸I設(shè)置為與驅(qū)動(dòng)電機(jī)12的輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠提高傳動(dòng)精度；通過(guò)在減速器的少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中的至少一個(gè)齒輪上設(shè)置開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)，能夠利用變形協(xié)調(diào)原理，通過(guò)可控的彈性變形量過(guò)濾掉由驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速小轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為低速大轉(zhuǎn)矩、加工和安裝誤差等所產(chǎn)生的波動(dòng)，通過(guò)在彈性體內(nèi)設(shè)置用于分別監(jiān)控少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II運(yùn)行工況的傳感器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控齒輪的工作狀態(tài)，并具體取得了如下有益效果:
I)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置的智能測(cè)控功能
本實(shí)施例的智能驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)在彈性體8內(nèi)嵌入傳感器20，利用彈性體材料的記憶特性與變形可控特性，以及傳感器20的智能傳感檢測(cè)能力，能夠有效地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)齒輪的實(shí)際工作狀態(tài)，即傳感器20能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、應(yīng)力、應(yīng)變、加速度和溫度等反應(yīng)齒輪工況的參數(shù)，并根據(jù)齒輪工況動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)傳動(dòng)裝置相關(guān)參數(shù)，使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有自適應(yīng)變形可控功能，能夠?qū)X輪傳動(dòng)的失效作出預(yù)估和預(yù)判，解決傳動(dòng)裝置動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)困難等難題，克服了現(xiàn)有傳動(dòng)裝置中無(wú)法監(jiān)控齒輪應(yīng)力應(yīng)變的技術(shù)缺陷，因此本實(shí)施例的智能驅(qū)動(dòng)裝置特別適用于機(jī)器人、航空、航天和國(guó)防武器裝備等對(duì)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)性能要求嚴(yán)格的工程領(lǐng)域。2)具有自適應(yīng)變形協(xié)調(diào)能力
本實(shí)施例的智能驅(qū)動(dòng)裝置屬于少齒差行星傳動(dòng)，主要通過(guò)兩對(duì)齒的內(nèi)嚙合進(jìn)行傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，和普通少齒差傳動(dòng)相比較，本發(fā)明的智能驅(qū)動(dòng)裝置的不同之處在于分別在少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中的至少一個(gè)齒輪上設(shè)置開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)，這使得輪齒更具彈性，當(dāng)少齒差嚙合副的外齒輪與內(nèi)齒輪嚙合傳動(dòng)時(shí)，可以使側(cè)隙降低到某一最小值，甚至消除側(cè)隙，從而在輪齒嚙合表面間有可能得到零隙，使回差顯著減小，提高傳動(dòng)精度；當(dāng)齒輪處于惡劣的工況時(shí)，普通輪齒易發(fā)生齒廓干涉，甚至“卡死” “卡澀”，加劇齒面的磨損、疲勞，甚至使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)失效，導(dǎo)致可靠性降低；本發(fā)明的智能驅(qū)動(dòng)裝置通過(guò)分別在少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中的至少一個(gè)齒輪上設(shè)置開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)，利用開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)中彈性體材料的記憶特性與變形可控，會(huì)最大限度減少干涉量(甚至為零)，通過(guò)監(jiān)控裝置的智能傳感檢測(cè)，對(duì)齒輪傳動(dòng)中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線(xiàn)智能測(cè)控，特別是在所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)精度范圍內(nèi)使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有自適應(yīng)變形協(xié)調(diào)能力，解決聞精度與聞可罪間的矛盾，有效降低摩擦、磨損、振動(dòng)、噪聲、能耗和疲勞等，從而具有高精度、高可靠、長(zhǎng)壽命、大轉(zhuǎn)矩、低能耗、智能化等優(yōu)點(diǎn)。3)降低振動(dòng)和噪聲以及實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能
本實(shí)施例的智能驅(qū)動(dòng)裝置，采用偏心減速機(jī)構(gòu)，首先濾去驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的高頻波；同時(shí)采用由雙聯(lián)齒輪2、固定內(nèi)齒輪3與動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4組成的少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II，再次濾去雙聯(lián)齒輪2的高頻公轉(zhuǎn)波，并輸出低頻轉(zhuǎn)動(dòng)；
由于分別在少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中的至少一個(gè)齒輪上設(shè)置開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)，使得少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II的剛度激勵(lì)顯著減??；
通過(guò)在輪齒槽6和齒輪槽7內(nèi)填充設(shè)置彈性體8，彈性體8可以有效增大齒輪系統(tǒng)阻尼，吸收波動(dòng)產(chǎn)生的能量，減小因傳動(dòng)裝置因制造裝配誤差、輪齒嚙合沖擊、負(fù)載工況激勵(lì)等引起的振動(dòng)、噪聲，過(guò)濾掉動(dòng)力傳遞與運(yùn)動(dòng)變換過(guò)程中所產(chǎn)生的波動(dòng)，降低齒輪振動(dòng)幅值，減小了能量損耗，達(dá)到了高效節(jié)能的目的。4)提聞減速器壽命
本實(shí)施例的智能驅(qū)動(dòng)裝置，通過(guò)分別在少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中的至少一個(gè)齒輪上設(shè)置開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)，可以有效降低赫茲接觸應(yīng)力，通過(guò)在輪齒槽6內(nèi)設(shè)置與輪齒齒廓曲線(xiàn)呈等距曲線(xiàn)的曲線(xiàn)輪齒槽6a，可以增大接觸面積，改善輪齒槽6內(nèi)部的接觸應(yīng)力，另外，齒根部的彎曲應(yīng)力也會(huì)因輪齒槽6和齒輪槽7的影響而顯著降低，從而提高了齒輪的壽命。如圖5-10所示，分別為普通齒輪和設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪的動(dòng)態(tài)仿真受力云圖，普通齒輪和設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪的參數(shù)均為:模數(shù)M=l，齒數(shù)Z=20，齒輪材料彈性模量為200Gpa，開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的彈性體8的彈性模量為lOGpa。在對(duì)普通齒輪和設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪施加相同載荷的情況下:
I)如圖5和圖6所示，為普通齒輪和設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪的第一個(gè)相同嚙合點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力云圖，可知普通齒輪的最大應(yīng)力737Mpa，設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪的最大應(yīng)力 620Mpa ；
2)如圖7和圖8所示，為普通齒輪和設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪的第二個(gè)相同嚙合點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力云圖，可知普通齒輪的最大應(yīng)力562Mpa，設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪的最大應(yīng)力 439Mpa ；
3)如圖9和圖10所示，為普通齒輪和設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪的第三個(gè)相同嚙合點(diǎn)時(shí)的應(yīng)力云圖，可知普通齒輪的最大應(yīng)力607Mpa，設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪的最大應(yīng)力 525Mpa ；
由上述仿真分析結(jié)果可以得出，設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪的應(yīng)力分布較為均勻，最大應(yīng)力值也隨之減小，彈性體起到了變形協(xié)調(diào)的作用，并且緩解了應(yīng)力集中的狀況。圖11和圖12分別為普通齒輪和設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪的綜合嚙合剛度圖，通過(guò)對(duì)輪齒槽6和齒輪槽7選取適當(dāng)?shù)膫?cè)隙，設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)的齒輪的突變量d2可減小為普通齒輪dl的0.5^0.2倍，即減小了振動(dòng)。進(jìn)一步，驅(qū)動(dòng)電機(jī)12的輸出軸與動(dòng)力輸入偏心軸I設(shè)置為一體，且驅(qū)動(dòng)電機(jī)12的轉(zhuǎn)子12a固定設(shè)置在動(dòng)力輸入偏心軸I上，本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電機(jī)12的定子12b固定安裝在固定內(nèi)齒輪3上,通過(guò)將驅(qū)動(dòng)電機(jī)12輸出軸與動(dòng)力輸入偏心軸I設(shè)置為一體，并將驅(qū)動(dòng)電機(jī)12的轉(zhuǎn)子12a直接設(shè)置在動(dòng)力輸入偏心軸I上，即減速器與驅(qū)動(dòng)電機(jī)12集成設(shè)計(jì)，去除了中間鍵、聯(lián)軸器等多余的聯(lián)接構(gòu)件，減少了安裝定位工序，提高了傳動(dòng)精度，縮小了驅(qū)動(dòng)裝置的體積和重量。進(jìn)一步，固定內(nèi)齒輪3上設(shè)有朝向驅(qū)動(dòng)電機(jī)12所在方向延伸的保護(hù)套3b，驅(qū)動(dòng)電機(jī)12固定安裝在保護(hù)套3b內(nèi)，且保護(hù)套3b的端部設(shè)有用于防止驅(qū)動(dòng)電機(jī)12沿著動(dòng)力輸入偏心軸I軸向移動(dòng)的端蓋13，端蓋13通過(guò)軸承14與動(dòng)力輸入偏心軸I配合，且端蓋13通過(guò)螺釘18固定安裝在 固定內(nèi)齒輪3上。固定內(nèi)齒輪3上設(shè)有朝向動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4所在方向延伸并與動(dòng)力輸入偏心軸I同軸設(shè)置的軸承套3a，動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4旋轉(zhuǎn)配合套裝在該軸承套3a內(nèi)，本實(shí)施例的動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4的外周壁與軸承套3a內(nèi)周壁之間設(shè)有滾針軸承9，利于消除來(lái)自軸向力對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的干擾，提高機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度。通過(guò)在固定內(nèi)齒輪3上設(shè)置保護(hù)套3b和軸承套3a，固定內(nèi)齒輪3起著殼體的作用，也即固定內(nèi)齒輪3與殼體集成為一體，能夠有效縮小驅(qū)動(dòng)裝置的體積和重量。優(yōu)選的，本實(shí)施例的智能驅(qū)動(dòng)裝置還包括與動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4固定連接的中心軸承座10，中心軸承座10旋轉(zhuǎn)配合套裝在動(dòng)力輸入偏心軸I上，本實(shí)施例的中心軸承座10通過(guò)螺釘固定連接在動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4上，且中心軸承座10與動(dòng)力輸入偏心軸I之間通過(guò)軸承11旋轉(zhuǎn)配合，采用該結(jié)構(gòu)的動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4結(jié)構(gòu)緊湊，并使動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4具有穩(wěn)定支撐，利于保持傳動(dòng)的平穩(wěn)性，本實(shí)施例的動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4上還設(shè)有用于連接其它設(shè)備輸出動(dòng)力的連接結(jié)構(gòu)。采用該結(jié)構(gòu)的減速器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)12的輸出軸，即動(dòng)力輸入偏心軸I被軸承14和軸承11穩(wěn)定支撐，能夠保證驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)穩(wěn)定性。進(jìn)一步，本實(shí)施例的智能驅(qū)動(dòng)裝置還包括用于測(cè)量減速器運(yùn)行溫度的溫度傳感器15、用于測(cè)量減速器振動(dòng)數(shù)據(jù)的加速度傳感器16和用于測(cè)量驅(qū)動(dòng)電機(jī)12輸出轉(zhuǎn)速的速度傳感器17。加速度傳感器16為兩個(gè)并安裝在固定內(nèi)齒輪3的同一個(gè)徑向截面上，且兩加速度傳感器16與其所在徑向截面的中心之間的連線(xiàn)相互垂直，加速度傳感器16設(shè)置在靠近固定內(nèi)齒輪3齒根的部位上。溫度傳感器15安裝在固定內(nèi)齒輪3上，并與加速度傳感器16位于固定內(nèi)齒輪3的同一個(gè)徑向截面上。速度傳感器17與驅(qū)動(dòng)電機(jī)12的轉(zhuǎn)子12a對(duì)應(yīng)設(shè)置，本實(shí)施例的速度傳感器17設(shè)置在靠近轉(zhuǎn)子12a端面的位置處。本實(shí)施例的加速度傳感器16和溫度傳感器15的軸線(xiàn)位于所述固定內(nèi)齒輪3的徑向方向上。通過(guò)正交的設(shè)置兩個(gè)加速度傳感器16，能夠測(cè)量?jī)蓚€(gè)正交方向上的振動(dòng)數(shù)據(jù)，測(cè)量得到的振動(dòng)數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。優(yōu)選的，本實(shí)施例的智能驅(qū)動(dòng)裝置還包括用于外接計(jì)算機(jī)的放大電路，固定內(nèi)齒輪3上設(shè)有用于布置信號(hào)線(xiàn)的通孔，放大電路包括與加速度傳感器16相連的加速度信號(hào)放大電路、與溫度傳感器15相連的溫度信號(hào)放大電路和與速度傳感器17相連的速度信號(hào)放大電路。放大電路將測(cè)量得到的數(shù)據(jù)信號(hào)放大后傳送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理。驅(qū)動(dòng)裝置的失效一般是從摩擦副的潤(rùn)滑失效開(kāi)始的，其表現(xiàn)形式主要有振動(dòng)和噪聲加大、溫度和摩擦力矩上升，在齒根部位安裝加速度傳感器16、速度傳感器17、溫度傳感器15，能近距離較真實(shí)地檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)12和減速器的運(yùn)行、振動(dòng)、溫度情況，恒載運(yùn)行時(shí)檢測(cè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)12的電流、電壓波動(dòng)則能反應(yīng)驅(qū)動(dòng)裝置的摩擦力矩情況，因此整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行狀態(tài)都能得到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并能通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)信息化的處理提取故障信號(hào)，結(jié)合設(shè)置在彈性體，8內(nèi)的傳感器20，以對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置的失效作出預(yù)估和預(yù)判，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)裝置的信息化、智能化，因此本實(shí)施例的智能驅(qū)動(dòng)裝置特別適用于機(jī)器人、航空、航天和國(guó)防武器裝備等對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)性能要求嚴(yán)格的工程領(lǐng)域。進(jìn)一步,本實(shí)施例的外齒輪I 2a和外齒輪II 2b為螺旋方向相反的螺旋齒輪,且本實(shí)施例的外齒輪I 2a在背離所述外齒輪II 2b的方向上,其螺旋方向與其自轉(zhuǎn)方向相反；外齒輪II 2b在背離所述外齒輪I 2a的方向上,其螺旋方向與其自轉(zhuǎn)方向相反；和/或，外齒輪I 2a和外齒輪II 2b均為變齒厚齒輪，外齒輪I 2a在背離外齒輪II 2b的方向上，其齒厚逐漸減小，外齒輪II 2b在背離外齒輪I 2a的方向上,其齒厚逐漸減??；和/或，外齒輪I 2a和外齒輪II 2b均為錐齒輪，且外齒輪I 2a在背離外齒輪II 2b的方向上，其公稱(chēng)直徑逐漸減小，外齒輪II 2b在背離外齒輪I 2a的方向上，其公稱(chēng)直徑逐漸減小。本實(shí)施例的外齒輪I 2a和外齒輪II 2b為螺旋方向相反的螺旋齒輪；且外齒輪I2a在背離所述外齒輪II 2b的方向上，其螺旋方向與其自轉(zhuǎn)方向相反；外齒輪II 2b在背離所述外齒輪I 2a的方向上，其螺旋方向與其自轉(zhuǎn)方向相反。當(dāng)然，固定內(nèi)齒輪3為與外齒輪I 2a嚙合的螺旋齒輪，動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4為與外齒輪II 2b嚙合的螺旋齒輪。通過(guò)將少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II設(shè)置為螺旋齒輪嚙合副，利于消除嚙合間隙，保證少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II不會(huì)出現(xiàn)“卡澀”甚至“卡死”等問(wèn)題，保證傳動(dòng)的平穩(wěn)性和高精度。另外，本實(shí)施例的外齒輪I 2a和外齒輪II 2b均為變齒厚齒輪，且外齒輪I 2a和外齒輪II 2b為錐齒輪，采用該結(jié)構(gòu)的雙聯(lián)齒輪2，少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II嚙合后，軸向分力會(huì)使外齒輪I 2a和外齒輪II 2b向相對(duì)的方向移動(dòng)，S卩外齒輪I 2a和外齒輪II 2b的軸向分力相抵，利于消除嚙合間隙，保持高精度傳動(dòng)。進(jìn)一步，齒輪槽7還包括設(shè)置在直線(xiàn)齒輪槽7a靠近齒輪中心一端的圓孔槽7b ;直線(xiàn)齒輪槽7a的長(zhǎng)度等于其所在齒輪的輪齒齒全高的0.1-1.5倍，直線(xiàn)齒輪槽7a的槽寬等于0.0Of 2mm，圓孔槽7b的直徑等于其所在齒輪分度圓直徑的0.0Of 0.2倍；直線(xiàn)輪齒槽7a的長(zhǎng)度等于其所在齒輪的輪齒齒全高的0.1-0.5倍。本實(shí)施例的直線(xiàn)齒輪槽7a的長(zhǎng)度等于其所在齒輪的輪齒齒全高的0.8倍，直線(xiàn)齒輪槽7a的槽寬等于0.05mm,圓孔槽7b的直徑等于其所在齒輪分度圓直徑的0.1倍；直線(xiàn)輪齒槽7a的長(zhǎng)度等于其所在齒輪的輪齒齒全高的0.2倍。進(jìn)一步，彈性體8為高分子橡膠合金彈性體或金屬橡膠彈性體。本實(shí)施例的彈性體8為金屬橡膠彈性體，且金屬橡膠彈性體為采用下列工藝制備得到的金屬橡膠彈性體:
將直徑為0.05-0.3mm的金屬絲制成螺旋卷，并將該螺旋卷定螺距拉伸后，按照一定形狀將螺旋卷鋪放形成毛坯，將毛坯循環(huán)放在相應(yīng)的模具中冷卻成型處理后，再熱處理，并最終得到具有彈性多孔特性的金屬橡膠彈性體。本實(shí)施例的金屬橡膠彈性體，在特殊與極端環(huán)境下(高溫、低溫、高壓、高真空及劇烈振動(dòng))具有所選金屬的固有特性，又具有類(lèi)似于橡膠一樣的彈性，在空間環(huán)境下不蒸發(fā)，不懼高溫和低溫，不怕空間輻射和粒子撞擊，選擇不同的金屬還可以耐腐蝕環(huán)境，且無(wú)老化的可能，并具有阻尼減振等特性。即采用該工藝方法制備得到的金屬橡膠彈性體具有與所選金屬相當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ亢途哂腥缦鹉z一樣的柔性，且相對(duì)于高分子橡膠合金彈性體阻尼更大，具有更好的阻尼減振能力。優(yōu)選的，用于制作彈性體8的金屬絲的材質(zhì)為適用于常溫?zé)o侵蝕環(huán)境的高強(qiáng)度鋼，如牌號(hào)為50CrVA和30VMnSi的高強(qiáng)度鋼，或適用于高溫/有侵蝕環(huán)境的奧氏體不銹鋼，如牌號(hào)為GH35、GH20、0Crl8Ni9T1、lCrl8Ni9Ti的奧氏體不銹鋼，即彈性體8的材質(zhì)根據(jù)減速器的工作環(huán)境選定，本實(shí)施例的智能驅(qū)動(dòng)裝置應(yīng)用于高溫有侵蝕的環(huán)境中，彈性體8選用牌號(hào)為OCrlSNiOTi的奧氏體不銹鋼制作，能夠滿(mǎn)足使用環(huán)境的要求，提高彈性體8的使用壽命。優(yōu)選的，金屬絲螺旋卷的中徑等于金屬絲直徑的2-7倍，采用該結(jié)構(gòu)的彈性體8，能夠保證彈性體8具有足夠的阻尼特性。本實(shí)施例采用在少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中的外齒輪I 2a和外齒輪II2b上設(shè)置開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)，當(dāng)然，設(shè)置在少齒差嚙合副I中的開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)還可設(shè)置固定內(nèi)齒輪3上或同時(shí)設(shè)置在外齒輪I 2a和固定齒輪3上；設(shè)置在少齒差嚙合副II中的開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)還可設(shè)置動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4上或同時(shí)設(shè)置在外齒輪II 2b和動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪4上，其實(shí)施原理相同，不再累述。另外，本實(shí)施例的開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)包括同時(shí)設(shè)置在輪齒上的輪齒槽6和設(shè)置在齒槽內(nèi)的齒輪槽7，根據(jù)需要，開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)可以為僅在輪齒上設(shè)置的輪齒槽6或僅在齒槽內(nèi)設(shè)置的齒輪槽7，均能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)目的，不再累述。最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種智能驅(qū)動(dòng)裝置，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和與驅(qū)動(dòng)電機(jī)相連的減速器，其特征在于:所述減速器包括動(dòng)力輸入偏心軸、雙聯(lián)齒輪、以及均旋轉(zhuǎn)配合套裝在所述動(dòng)力輸入偏心軸上的固定內(nèi)齒輪和動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪； 所述動(dòng)力輸入偏心軸上設(shè)有相對(duì)于其軸線(xiàn)呈偏心設(shè)置的偏心段，所述雙聯(lián)齒輪包括外齒輪I和外齒輪II，且雙聯(lián)齒輪旋轉(zhuǎn)配合套裝在所述偏心段上，所述固定內(nèi)齒輪與所述外齒輪I組成少齒差嚙合副I，所述動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪與所述外齒輪II組成少齒差嚙合副II ； 所述少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中均至少有一個(gè)齒輪上設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)； 所述開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所在齒輪輪齒上的輪齒槽，所述輪齒槽包括兩條分別與所述輪齒的齒廓線(xiàn)呈等距曲線(xiàn)的曲線(xiàn)輪齒槽和設(shè)置在所述輪齒齒頂與兩條曲線(xiàn)輪齒槽交匯點(diǎn)之間并位于齒輪徑向方向的直線(xiàn)輪齒槽，所述輪齒槽內(nèi)填充設(shè)有彈性體；和/或， 所述開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所在齒輪齒槽內(nèi)的齒輪槽，所述齒輪槽包括對(duì)稱(chēng)設(shè)置在所述齒槽內(nèi)并位于齒輪徑向方向的直線(xiàn)齒輪槽，所述齒輪槽內(nèi)填充設(shè)有彈性體； 所述動(dòng)力輸入偏心軸與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)； 還包括用于監(jiān)控所述少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II運(yùn)行工況的監(jiān)控裝置，所述監(jiān)控裝置包括數(shù)據(jù)接收裝置和設(shè)置在所述彈性體內(nèi)并用于分別監(jiān)控所述少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II運(yùn)行工況的傳感器，所述傳感器和數(shù)據(jù)接收裝置之間無(wú)線(xiàn)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述傳感器為無(wú)源傳感器，所述數(shù)據(jù)接收裝置內(nèi)設(shè)有電磁波發(fā)送裝置，所述傳感器內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)用于接收來(lái)自數(shù)據(jù)接收裝置的電磁波、并將 電磁波轉(zhuǎn)換為電能的傳導(dǎo)元件；或， 所述傳感器為有源傳感器，且傳感器內(nèi)設(shè)有用于將所述彈性體彈性變形產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為電能的導(dǎo)電聚合物電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述監(jiān)控裝置還包括與所述數(shù)據(jù)接收裝置相連并用于處理所述傳感器采集的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理裝置；所述傳感器為微米級(jí)或納米級(jí)傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與所述動(dòng)力輸入偏心軸設(shè)置為一體，且所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子固定設(shè)置在所述動(dòng)力輸入偏心軸上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述固定內(nèi)齒輪上設(shè)有朝向所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)所在方向延伸的保護(hù)套，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定安裝在所述保護(hù)套內(nèi)，且保護(hù)套的端部設(shè)有用于防止驅(qū)動(dòng)電機(jī)沿著所述動(dòng)力輸入偏心軸軸向移動(dòng)的端蓋； 所述固定內(nèi)齒輪上設(shè)有朝向所述動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪所在方向延伸并與所述動(dòng)力輸入偏心軸同軸設(shè)置的軸承套，所述動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪旋轉(zhuǎn)配合套裝在該軸承套內(nèi)； 還包括與所述動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪固定連接的中心軸承座，所述中心軸承座旋轉(zhuǎn)配合套裝在所述動(dòng)力輸入偏心軸上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:還包括用于測(cè)量所述減速器運(yùn)行溫度的溫度傳感器、用于測(cè)量所述減速器振動(dòng)數(shù)據(jù)的加速度傳感器和用于測(cè)量所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的速度傳感器；所述加速度傳感器為兩個(gè)并安裝在所述固定內(nèi)齒輪的同一個(gè)徑向截面上，且兩加速度傳感器與其所在徑向截面的中心之間的連線(xiàn)相互垂直；所述溫度傳感器安裝在所述固定內(nèi)齒輪上，并與所述加速度傳感器位于固定內(nèi)齒輪的同一個(gè)徑向截面上；所述速度傳感器與所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述固定內(nèi)齒輪上設(shè)有用于布置信號(hào)線(xiàn)的通孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述外齒輪I和外齒輪II為螺旋方向相反的螺旋齒輪，且所述外齒輪I在背離所述外齒輪II的方向上，其螺旋方向與其自轉(zhuǎn)方向相反，所述外齒輪II在背離所述外齒輪I的方向上，其螺旋方向與其自轉(zhuǎn)方向相反；和/或， 所述外齒輪I和外齒輪II均為變齒厚齒輪，所述外齒輪I在背離所述外齒輪II的方向上，其齒厚逐漸減小，所述外齒輪II在背離所述外齒輪I的方向上，其齒厚逐漸減?。缓?或， 所述外齒輪I和外齒輪II均為錐齒輪，且所述外齒輪I在背離所述外齒輪II的方向上，其公稱(chēng)直徑逐漸減小，所述外齒輪II在背離所述外齒輪I的方向上，其公稱(chēng)直徑逐漸減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的智能驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述齒輪槽還包括設(shè)置在所述直線(xiàn)齒輪槽靠近所述齒輪中心一端的圓孔槽；所述直線(xiàn)齒輪槽的長(zhǎng)度等于其所在齒輪的輪齒齒全高的0.1-1.5倍，所述直線(xiàn)齒輪槽的槽寬等于0.0Of 2mm，所述圓孔槽的直徑等于其所在齒輪分度圓直徑的0.00Γ0.2倍；所述直線(xiàn)輪齒槽的長(zhǎng)度等于其所在齒輪的輪齒齒全高的0.1-0.5倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的智能驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:所述彈性體為金屬橡膠彈性體，且所述金屬橡 膠彈性體為采用下列工藝制備得到的金屬橡膠彈性體: 將直徑為0.05-0.3mm的金屬絲制成螺旋卷，并將該螺旋卷定螺距拉伸后鋪放形成毛坯，將毛坯循環(huán)冷卻成型處理后再熱處理，得到具有彈性多孔特性的金屬橡膠彈性體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于:用于制作所述彈性體的金屬絲的材質(zhì)為適用于常溫?zé)o侵蝕環(huán)境的高強(qiáng)度鋼或適用于高溫/有侵蝕環(huán)境的奧氏體不銹鋼；所述金屬絲螺旋卷的中徑等于金屬絲直徑的2-7倍。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種智能驅(qū)動(dòng)裝置，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)和與減速器，減速器包括動(dòng)力輸入偏心軸、雙聯(lián)齒輪、固定內(nèi)齒輪和動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪；雙聯(lián)齒輪包括外齒輪I和外齒輪II并旋轉(zhuǎn)配合套裝在動(dòng)力輸入偏心軸的偏心段上，固定內(nèi)齒輪與外齒輪I組成少齒差嚙合副I，動(dòng)力輸出內(nèi)齒輪與外齒輪II組成少齒差嚙合副II；少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II中均設(shè)有開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)，開(kāi)槽彈性濾波結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所在齒輪輪齒上的輪齒槽和/或設(shè)置在所在齒輪齒槽內(nèi)的齒輪槽，輪齒槽和齒輪槽內(nèi)設(shè)有彈性體；還包括監(jiān)控裝置，監(jiān)控裝置包括數(shù)據(jù)接收裝置和設(shè)置在彈性體內(nèi)并用于分別監(jiān)控少齒差嚙合副I和少齒差嚙合副II運(yùn)行工況的傳感器，傳感器和數(shù)據(jù)接收裝置之間無(wú)線(xiàn)連接。
文檔編號(hào)F16H1/32GK103185109SQ20131013581
公開(kāi)日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者王家序, 蒲偉, 周廣武, 周青華, 韓彥峰, 李俊陽(yáng) 申請(qǐng)人:四川大學(xué)