一种实现大减速比和管道回转接头功能的流体输送方法及装置

摘要

一种实现大减速比和管道回转接头功能的流体输送方法及装置，设计方法包括装置的减速原理；包括管道的回转原理：本发明减速回转机构将管道回转中内管道(3‑1)视为RV减速机中的低速管，旋转端管道(3‑7)插入RV减速机的外壳(2‑3)，两个管道之间采用双列滚珠实现之间的回转运动；包括整体机构的运动传递原理。本发明方法采用的具有大减速比以及管道回转接头功能的机构，采用电机驱动，极大的简化了整体机构的复杂性，提高了整体功能的鲁棒性。

权利要求

1.一种流体输送装置，可实现大减速比和管道回转接头功能的流体输送，应用于流体管路装置，其特征是，

该流体输送装置包括减速增扭部分和管道回转部分，以及外壳(2‑3)：所述减速增扭分为两级传动，为一级传动轮系、二级传动轮系：一级传动轮系包括驱动电机(2‑8)、输入齿轮(2‑6)、中心齿轮(2‑2)以及正齿轮(2‑5)；

二级传动轮系包括偏心轴(1‑14)、输出轴(1‑1)、支撑法兰(1‑15)、第一滚针轴承和保持架组(1‑11)、第二滚针轴承和保持架组(1‑12)、第一摆线轮(1‑5)、第二摆线轮(1‑6)、针齿、针齿壳(1‑4)；

所述管道回转部分包括内管道(3‑1)和外管道(3‑7)；

其中：

驱动电机(2‑8)与输入齿轮(2‑6)连接；

针齿壳(1‑4)和外壳(2‑3)固定连接；

针齿均布方式排列于针齿壳(1‑4)内侧；

第一摆线轮(1‑5)和第二摆线轮(1‑6)与针齿相啮合；

第一摆线轮(1‑5)和第二摆线轮(1‑6)与偏心轴(1‑14)之间采用第一滚针轴承和保持架组(1‑11)、第二滚针轴承和保持架组(1‑12)安装；

偏心轴(1‑14)采用第一圆锥滚子轴承(1‑10)和第二圆锥滚子轴承(1‑13)安装在输出轴(1‑1)和支撑法兰(1‑15)之间；

第一主轴承(1‑3)和第二主轴承(1‑7)以背对背安装方式安装；

正齿轮(2‑5)和偏心轴(1‑14)固定；

输出轴(1‑1)固定在中间的转台上，并与内管道(3‑1)、上管道相连接；

内管道(3‑1)和输出轴(1‑1)固定连接；

外管道(3‑7)和外壳(2‑3)固定连接；

内管道(3‑1)与上管道相连，外管道(3‑7)与下管道相连；

内管道(3‑1)与外管道(3‑7)之间采用双列滚珠的方式完成相对运动；

内管道(3‑1)与外管道(3‑7)之间采用密封手段处理以实现两个相对运动管道之间的密封；

所述流体输送装置采用两级减速，一级减速由驱动电机(2‑8)驱动输入齿轮(2‑6)的旋转，带动中心齿轮(2‑2)进行旋转，中心齿轮(2‑2)将运动传递给偏心轴(1‑14)上的正齿轮(2‑5)；二级减速为差动齿轮减速，正齿轮(2‑5)所在的偏心轴(1‑14)作为二级传动的输入，偏心轴(1‑14)的回转运动通过第一滚针轴承和保持架组(1‑11)、第二滚针轴承和保持架组(1‑12)转递到第一摆线轮(1‑5)和第二摆线轮(1‑6)，第一摆线轮(1‑5)和第二摆线轮(1‑6)的回转驱动针齿壳(1‑4)进行回转，进而整体实现具备减速功能的管道回转。

说明书

一种实现大减速比和管道回转接头功能的流体输送方法及

装置

技术领域

[0001] 本发明涉及流体管路装置中所用到的大减速比和管道回转接头功能的流体输送装置。
技术背景

[0002] 申请专利2020111625562《一种三关节回转式混凝土布料机器人》设计的混凝土布料机是智能化制造平台的一部分，在智能制造平台施工时，会随着建筑物楼层的增加该混
凝土布料机沿电梯井向上方进行爬升，施工平台为建筑物该楼层的空间平面，该专利申请
实现了空间平面内臂架的回转运动采用如附图1所示的方案，整体采用桁架结构方式，基座
将臂架支撑起一定高度，由电机驱动关节处的减速支撑装置实现整体的365°的回转。传统
的泵车臂架式的混凝土布料机采用的是液压缸驱动连杆带动臂架运动的形式，或者采用液
压马达驱动回转支撑带动臂架运动，在以上两种方式中，均采用液压系统，所需要的设备为
复杂的液压油箱、泵、油路以及各种电磁阀等。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的问题是：提供一种流体管路之间实现回转并保证密封性良好的具有大减速比的方法和回转机构。本发明方法采用的具有大减速比以及管道回转接头功能
的机构，采用电机驱动，极大的简化了整体机构的复杂性，提高了整体功能的鲁棒性，装置
的安装外形简图附图2所示。

[0004] 为了解决上述技术的问题，本发明提出了一种基于摆线针轮传动具有减速能力的管道回转装置。

[0005] 技术方案

[0006] 一种实现大减速比和管道回转接头功能的流体输送方法，应用于流体管路装置，其特征是，设计方法包括：

[0007] 装置的减速原理：本发明减速回转机构采用两级减速装置，一级减速由驱动电机(2‑8)驱动输入齿轮(2‑6)的旋转，带动中心齿轮(2‑2)进行旋转，中心齿轮(2‑2)将运动传
递给偏心轴(1‑14)上的正齿轮(2‑5)。第二级减速为差动齿轮减速，正齿轮(2‑5)所在的偏
心轴(1‑14)作为二级传动的输入，在曲柄的偏心部分通过向心滚针和保持架组(1‑11＆1‑
12)安装第一摆线轮(1‑5)和第二摆线轮(1‑6)，在针齿壳(1‑4)内侧的针齿均布方式排列。
该发明实例应用时采用输出轴(1‑1)固定的方式，针齿壳(1‑4)作为真正的输出侧。

[0008] 管道的回转原理：本发明减速回转机构将管道回转中内管道(3‑1)视为RV减速机中的低速管，旋转端管道(3‑7)插入RV减速机的外壳(2‑3)，两个管道之间采用双列滚珠实
现之间的回转运动，内管道(3‑1)和外管道(3‑7)之间依次采用耐磨垫(3‑11)、主密封圈(3‑
6)、副密封圈(3‑5)、和防尘垫实现密封，通过滚道预留的孔添加滚珠以及润滑脂，减小滚道
之间的摩擦。

[0009] 本发明将RV减速器和管道回转装置进行结合，实现了具有减速回转功能，即整体机构的运动传递原理：

[0010] 由驱动电机(2‑8)驱动输入齿轮(2‑5)旋转，运动传递到与输入齿轮(2‑5)啮合的中心齿轮(2‑2)，中心齿轮(2‑2)带动偏心轴(1‑14)上的正齿轮(2‑5)回转，偏心轴(1‑14)的
回转运动通过向心滚针和保持架组(1‑11＆1‑12)转递到摆线轮(1‑5＆1‑6)，该装置输出轴
(1‑1)固定在中间

[0011] 的转台上，并与内管道(3‑1)、上管道通过螺钉相连接。因为输出轴(1‑1)固定，因此摆线轮(1‑5＆1‑6)的回转驱动针齿壳(1‑4)进行回转，针齿壳(1‑4)与外壳(2‑3)用螺栓
连接。整体可以实现具备减速功能的管路回转。整体结构紧凑，减速比大，增扭效果明显，管
道可以用于多种流体介质。

[0012] 通过以上设计方法得到的一种基于摆线针轮传动具有减速能力的管道回转装置。

附图说明

[0013] 图1本发明实施实例的应用背景图之混凝土布料机器人结构简图公开于在先申请专利2020111625562《一种三关节回转式混凝土布料机器人》；

[0014] 图2本发明实施实例的安装外形简图

[0015] 图3本发明实施实例的结构原理图

[0016] 图4本发明实施实例的局部细节原理图

[0017] 数字标记：

[0018] 输出轴(1‑1)、油封密封组件(1‑2)、第一主轴承(1‑3)、针齿壳(1‑4)、第一摆线轮(1‑5)、第二摆线轮(1‑6)、第二主轴承(1‑7)、柱销连接螺栓(1‑8)、涨圈密封装置(1‑9)、第
一圆锥滚子轴承(1‑10)、第一滚针轴承和保持架组(1‑11)、第二滚针轴承和保持架组(1‑
12)、第二圆锥滚子轴承(1‑13)、偏心轴(1‑14)、支撑法兰(1‑15)、第一深沟球轴承(2‑1)、中
心齿轮(2‑2)、外壳(2‑3)、第二深沟球轴承(2‑4)、正齿轮(2‑5)、输入齿轮(2‑6)、油封密封
组件(2‑7)、驱动电机(2‑8)、内管道(3‑1)、油封密封装置(3‑2)、第一滚道(3‑3)、第二滚道
(3‑4)、副密封圈(3‑5)、主密封圈(3‑6)、外管道(3‑7)、螺帽(3‑8)、含注油孔螺帽(3‑9)、螺
钉(3‑10)、耐磨垫(3‑11)。

具体实施方式

[0019] 下面结合说明图来进一步说明该发明的具体实施方案。

[0020] 构造技术方案：分为两部分减速增扭部分和管路回转连接两个部分

[0021] 第一部分：减速增扭部分又分为两级传动，包括：

[0022] 由驱动电机(2‑8)作为动力源，输入齿轮(2‑6)、中心齿轮(2‑2)以及正齿轮(2‑5)作为一级传动的轮系；该一级传动轮系采用行星轮系实现将动力源由输入齿轮(2‑6)经中
心齿轮(2‑2)传递到偏心轴(1‑14)上的正齿轮(2‑5)上。该轮系中的齿轮均为直齿轮，为了
保证二级传动的轮系中的两个摆线轮相位差始终在180°的位置关系，在偏心轴(1‑14)数量
为3的情况下，保证中心齿轮(2‑2)的齿数为3的倍数。

[0023] 由偏心轴(1‑14)、输出轴(1‑1)、支撑法兰(1‑15)，向心滚针和保持架组(1‑11＆1‑12)、第一摆线轮(1‑5)、第二摆线轮(1‑6)、针齿、针齿壳(1‑4)构成二级传动的轮系；第二双
摆线轮(1‑6)和针齿啮合传动，摆线轮的柱销孔数和输出轴(1‑1)，支撑法兰(1‑15)上柱销
的数目一致，且为3的倍数，针齿齿数Zp和摆线轮齿数Zc满足：Zp＝Zc+1。

[0024] 第二部分：以带有双列滚道的内管道(3‑1)和外管道(3‑7)、主密封圈(3‑6)、耐磨垫(3‑11)、副密封圈(3‑5)、含注油孔螺帽(3‑9)组成管道的回转部分，其中：

[0025] 内管道(3‑1)和输出轴(1‑1)用螺钉连接；

[0026] 外管道(3‑7)和外壳(2‑3)用螺钉连接；

[0027] 内外管道之间采用双列滚珠的方式完成相对运动；

[0028] 内外管道之间采用密封手段处理以实现两个相对运动管道之间的密封。

[0029] 所述密封手段为常规技术，如采用油封密封装置(3‑2)，主密封圈(3‑6)，副密封圈(3‑5)以及耐磨垫(3‑11)，具体的结构细节为常规构造和常规技术。

[0030] 进一步细节介绍。

[0031] 第一部分是RV减速器部分：一级传动采用行星轮传动，二级传动采用双片摆线轮(1‑5＆1‑6)，一齿差进行传动，3个偏心轴(1‑14)为圆周均布，9个柱销轴均布在三个偏心轴
(1‑14)之间。

[0032] 进一步地，输出轴(1‑1)的固定采用双头螺柱与外界固定端(图2中上管道的连接平台)连接，双头螺柱的数目和输出轴(1‑1)上的销轴数目一致。

[0033] 进一步地，输出轴(1‑1)上的柱销和支撑法兰(1‑15)上柱销凸台一一对应，柱销穿过双片摆线轮(1‑5＆1‑6)的柱销孔，凸台直径和柱销直径一致，并且两者之间采用螺钉连
接形成高刚性体。

[0034] 进一步地，输出轴(1‑1)上的柱销直径D1和摆线轮(1‑5＆1‑6)柱销孔直径D2之间满足：D2＝D1+2*a；其中a为偏心轴(1‑14)的偏心距。

[0035] 进一步地，针齿壳(1‑4)和外壳(2‑3)之间采用螺钉连接，输入齿轮(2‑6)处的针齿壳(1‑4)和外壳(2‑3)之间采用螺栓连接。

[0036] 进一步地，第一主轴承(1‑3)和第二主轴承(1‑7)采用相同型号的角接触轴承，以背对背安装方式安装。

[0037] 进一步地，第一摆线轮(1‑5)和第二摆线轮(1‑6)与嵌入针齿壳(1‑4)中针齿相啮合，针齿齿数Zp和摆线轮齿数Zc满足：Zp＝Zc+1。

[0038] 进一步地，针齿长度L和第一摆线轮(1‑5)宽度L1和第二摆线轮(1‑6)的宽度L2满足：L＝L1+L2+Δ；其中Δ为摆线轮之间的间隔，一般约等于偏心轴(1‑14)上两向心滚针保持
架组(1‑11＆1‑12)之间间隔环的厚度。

[0039] 进一步地，针齿半埋在针齿壳(1‑4)，针齿直径Dp和外壳上针齿孔直径dp满足：Dp＝dp+Δ1，其中Δ1为油膜间隙。

[0040] 进一步地，所述针齿壳(1‑4)的半埋孔设有储油槽，油槽居中，油槽长度为半埋周长的1/3，油槽深度为0.02mm。

[0041] 进一步地，第一摆线轮(1‑5)和第二摆线轮(1‑6)与偏心轴(1‑14)之间采用向心滚针和保持架组(1‑11＆1‑12)安装。

[0042] 进一步地，偏心轴(1‑14)采用圆锥滚子轴承(1‑10＆1‑13)安装在输出轴(1‑1)和支撑法兰(1‑15)之间。

[0043] 进一步地，正齿轮(2‑5)和偏心轴(1‑14)之间采用花键进行周向固定，弹簧卡槽和套筒进行轴向固定。

[0044] 进一步地，中心齿轮(2‑2)和支撑法兰(1‑15)与外壳(2‑3)之间采用深沟球轴承安装。

[0045] 进一步地，中心齿轮(2‑2)、内管道(3‑1)和外壳(2‑3)之间采用油封密封(2‑7)。保证中心齿轮(2‑2)的空腔内地润滑油不会泄露到外侧。

[0046] 第二部分为管道回转装置：内管道(3‑1)用于保护第一部分的RV减速器，外壳(2‑3)连接外管道(3‑7)，内外管道之间的相对运动在图2的示例中，内管道(3‑1)与上管道相
连，外管道(3‑7)与下管道相连。

[0047] 进一步地，内管道(3‑1)通过螺钉连接固定在输出轴(1‑1)上，内管道(3‑1)与输出轴(11)之间添加涨圈密封装置(1‑9)来密封。

[0048] 进一步地，外管道(3‑7)与外壳(2‑3)通过螺钉固定，并在之间添加法兰连接垫片密封，和涨圈密封装置(13‑2)共同保护减速器内部空间。

[0049] 进一步地，外管道(3‑7)与内管道(3‑1)之间采用双列滚珠方式进行安装，内管道(3‑1)的外径D3和外管道(3‑7)的内径D4满足：D4＝D3+Δ2，其中Δ2为油膜间隙，间隙用润滑
脂填充。

[0050] 进一步地，采用油封密封装置(3‑2)、耐磨垫(3‑11)、主密封圈(3‑6)、副密封圈(3‑5)等方式实现内管道(3‑1)和外管道(3‑7)之间的密封。

[0051] 进一步地，在外管道(3‑7)双列滚珠的滚道上开大于滚珠直径0.5mm的螺纹孔两列，用于放置滚珠。

[0052] 进一步地，第一滚道(3‑3)用螺钉(3‑8)密封，第二滚道(3‑4)用含注油孔的螺帽(3‑9)密封，其中含注油孔的螺帽(3‑9)上的孔用于注入润滑脂，以实现双列滚珠与内管道
和外管道之间的润滑。

[0053] 进一步地，在完成向内外管道之间注入润滑脂工作后，采用螺钉(3‑10)密封注油口。

[0054] 进一步地，在整体装配方式大体按照原理图从左至右地方式安装，在RV减速部分安装完成后，依次安装内管道(3‑1)，油封密封装置(3‑2)、副密封圈(3‑5)、主密封圈(3‑6)、
耐磨垫(3‑11)、外管道(3‑7)、通过第一滚道(3‑3)上的孔放置第一滚道中的滚珠，第二滚道
(3‑4)上的孔放置第二滚道中的滚珠，注入润滑油，后用螺钉(3‑8)、含注油孔的螺帽(3‑9)
和螺钉(3‑10)依次进行密封。