[技术领域 3

本发明涉及一种适用于各类电机、 发动机的动力传送及调速、 减速、 机电 一体化的精密传动装置， 能广泛应用于工业、 农业、 军用、 民用、 矿山、 港口 等各行各业， 尤其适用于各种智能装备及工业机器人核心应 用技术领域的磁流 变伺服调速减速器及其组装控制方法。

[背景技术] 传统电子调速器和机械减速器功能只能单独使 用， 无法实现机电联动控制， 传统电子调速器仅对动力源进行调速， 动力在传动过程中存在着阻尼差异， 电 子调速器无法直接解决负载实时运行的稳定性 问题； 传统机械减速器功能单一， 使用时无法随机控制和调节速比， 产品的使用功能受到很大限制； 现有用于智 能装备， 与伺服电机配套使用的精密减速器， 对产品设计、 材料、 工艺都有较 高的要求， 市场应用成本很高， 不利于普及推广， 而且， 目前发达国家的生产 技术已趋于成熟， 除了创新设计思想， 否则要突破原有产品的技术高度难度极 大。 目前全球动力传动和控制技术市场， 由于受到传统传动技术的局限， 尚未 发现能实现机电一体化功能的， 智能型精密调速减速器的产品。

磁流变液体是一种新型相变材料， 它是一种由高磁导率、 低磁滞性的微小 (微米甚至纳米级） 软磁性颗粒和非导磁体液体混合而成的磁性粒 悬浮液， 当 无磁场时， 悬浮的微粒铁颗粒自由地随液体运动， 当施加磁场时， 这些悬浮的 微粒铁颗粒被互相吸引， 形成一串串链式结构从磁场一极到另一极， 此时磁流 变液体就在毫秒级的瞬间由牛顿流体变成塑性 体或有一定屈服剪应力的粘弹性 体； 当改变磁场线圈中的电流从而获得不同强度的 磁场， 磁流变液的屈服剪应 力也发生变化， 即在强磁场作用下， 抗剪切力很大， 呈现出高粘度、 低流动性 的液体特性； 在零磁场条件下呈现出低粘度的特性， 其剪切屈服强度与磁场强 度 （或电流大小） 具有稳定的对应关系； 正是磁流变液的这种流变可控性使其 能够实现阻尼力的连续可变， 从而达到对动力传动离合制动的主动控制。

[发明内容] 本发明的目的是针对传统电子调速器和机械减 速器无法实现机电联动控制 的技术问题， 通过采用柔性传动新材料、 伺服调速新技术、 机电一体化产品新 工艺， 对动力传动控制技术进行集成创新设计， 兼顾了推动技术升级、 简化生 产工艺、 降低产品成本、 提高企业效率、 扩大市场应用等技术难题， 提供一种 磁流变伺服调速减速器及其组装控制方法。

为了实现上述目的， 设计一种磁流变伺服调速减速器， 包括动力输出轴、 行星齿轮、 偏心轴、 左减速主轴、 针齿壳、 摆线针、 主轴承、 右减速主轴、 信 号控制线、 基座壳、 离合器端板、 线圈铁芯、 励磁线圈、 输入轴架、 输入轴承、 动力输入轴、 输入轴油封、 磁流变液、 传动离合片、 离合器腔体、 传动油封、 离合器油封、 编码器、 传动轴承、 摆线轮轴承、 摆线轮、 减速主轴油封、 偏心 轴承和传动主轴， 其特征在于所述的主轴承左右两侧分别连接左 减速主轴和右 减速主轴， 传动主轴插入右减速主轴孔内， 主轴承上安装传动轴承， 形成传动 轴组件， 传动主轴左侧一端连接行星齿轮， 行星齿轮连接偏心轴， 与传动轴组 件形成行星减速器部件， 偏心轴上设有偏心轴承和摆线轮轴承， 摆线轮轴承上 设有摆线轮， 摆线轮外侧设有摆线针， 摆线针、 主轴承、 左减速主轴、 右减速 主轴、 偏心轴、 摆线轮轴承、 摆线轮和偏心轴承组成摆线针轮减速器部件， 动 力输出轴安装在左减速主轴上， 与摆线针轮减速器部件、 行星减速器部件组成 两级减速机构， 编码器套装在右减速主轴上， 与接入信号控制线组成信号源组 件， 传动主轴通过磁流变离合传动机构连接动力输 入轴， 传动离合片左侧设有 传动主轴， 传动离合片右侧设有动力输入轴， 传动离合片设置于离合器腔体内， 离合器腔体外侧设有线圈铁芯， 线圈铁芯上缠绕有励磁线圈， 离合器腔体内设 有磁流变液。

所述的磁流变液在线圈强磁场作用下， 抗剪切力很大， 其屈服强度与磁场 强度具有稳定的对应关系， 应用磁流变液的可控性， 配置伺服系统， 实现离合 力的调节和扭矩控制， 达到能在大范围动力使用场合通用的传动控制 目的， 其 中减速功能部分采用行星齿轮与摆线针轮两级 减速机构， 通过离合传动机构的 离合片与行星减速机构的主动轴相连接、 行星减速机构的行星齿轮与摆线针轮 减速机构的偏心轴相连接， 动力输出轴可提供较大的速比和输出扭矩。

所述的伺服系统中伺服功能部分采用编码器机 构和外置式控制器， 通过对 控制系统的设定及编码器信息的处理， 离合传动机构自动调整励磁线圈电流及 铁芯磁场强度， 从而实现伺服调速减速器的柔性动力离合、 精确随机调速、 闭、 开环控制。

励磁线圈接入信号控制线与线圈铁芯安装在针 齿壳内， 组成电磁控制组件， 信号控制线连接到伺服控制器。

传动途径是从磁流变离合器部件的动力输入轴 、 传动离合片传递至行星减 速器部件的传动主轴、 行星齿轮， 再传递至摆线针轮减速器部件的偏心轴、 摆 线轮、 左减速主轴、 右减速主轴、 最终到动力输出轴。

编码器套装在右减速主轴上， 采集和反馈的是动力输出轴及负载端信息， 外置式伺服控制器驱动励磁线圈、 线圈铁芯产生旋转磁场。

上述的磁流变伺服调速减速器的组装方法的具 体歩骤为：

a. 安装偏心轴、 摆线轮轴承、 摆线轮、 偏心轴承， 形成偏心轴组件； b. 安装针齿壳、 摆线针、 主轴承、 减速主轴油封、 左减速主轴、 右减速主 轴、 偏心轴组件， 组成摆线针轮减速器部件；

c 将传动主轴插入右减速主轴孔内， 定位安装传动轴承， 形成传动轴组件； d. 将行星齿轮安装在偏心轴上， 与传动轴组件形成行星减速器部件； e. 将动力输出轴安装在左减速主轴上， 与摆线针轮减速器部件、 行星减速 器部件组成两级减速机构；

f. 将编码器套装在右减速主轴上， 接入信号控制线组成信号源组件； g. 安装离合器端板、 输入轴承、 动力输入轴、 输入轴油封、 传动；

h. 离合片、 离合器腔体、 传动油封、 离合器油封， 组成离合器组件；

1. 将磁流变液注入离合器组件腔体， 组成磁流变离合器部件；

J . 将励磁线圈接入信号控制线与线圈铁芯安装在 针齿壳内， 组成电磁控制 组件；

k. 将输入轴架定位套装在输入轴承、 基座壳上， 与磁流变离合器部件组成 离合调速机构；

1. 安装上述机构、 部件、 组件， 完成调速减速器的装配；

m. 将信号控制线连接到伺服控制器， 完成磁流变伺服调速减速器最终装配。 上述的磁流变伺服调速减速器的控制方法为： 接通电源， 电动机和伺服控 制器进入待机状态， 在控制器面板上设置运行模式、 时间、 脉冲数、 循环数各 类参数， 伺服控制器启动动力电机运转， 此时减速器离合线圈还处于失电状态， 启动伺服控制系统程序， 驱动控制器输出电流到离合线圈， 磁流变液发生相变， 离合片动力啮合， 驱动减速器输出轴运转， 在控制器面板上设定或调整离合线 圈电流值， 进行减速器调速， 输出轴运转使编码器产生反馈脉冲信号， 系统程 序从 o位开始脉冲计数， 当比较电路得到位置脉冲数与传感器反馈脉冲 数相等 值， 系统程序控制离合线圈失电， 减速器输出轴停止运行， 驱动控制器电路的 开关触点复原， 电动机失电并停止运转， 控制程序根据设定的时间， 命令伺服 控制器及电机恢复到初始待机状态， 断路器开闸， 切断动力和控制电源；

具体控制方法为：

( 1 ) . 时间控制模式

电气主回路合闸， 直流电源供电， 系统启动， 继电器常开触点闭合， 启 动动力电源， 电动机运转； 控制系统根据单片机设定计的运行时间值、 输出 轴速度电流值， 驱动离合器线圈电流， 离合器闭合， 输出轴动力输出； 当运 行到达设定的时间值时， 离合器线圈失电， 离合器执行分离， 此时继电器常 开触点复位， 切断电机驱动电源， 结束动力输出；

( 2 ) . 位置控制模式

电气主回路合闸， 直流电源供电， 系统启动， 继电器常开触点闭合， 启 动动力电源， 电动机运转； 控制系统根据单片机设定计的脉冲数值、 输出轴 速度电流值， 驱动离合器线圈电流， 离合器闭合， 输出轴动力输出； 控制系 统比较设定和反馈的脉冲数， 当反馈的脉冲计数等于设定的脉冲数值时， 离 合器线圈失电， 离合器执行分离， 此时继电器常开触点复位， 切断电机驱动 电源结束动力输出；

( 3 ) . 循环控制模式

在设定间隔时间和周期次数的前提下， 控制器连续重复循环一个动力输 出工作周期的过程， 即启动运行——复位停止——时间间隔——启 动运行。

本发明同现有技术相比， 其优点在于: 1、磁流变伺服调速减速器、普通电机组合的� �力传动模式与机械减速器、 伺服电机组合的动力传动模式相比较， 不但具有精密减速、 闭环控制功能， 还具有柔性传动和动力保护功能；

2、 同传统机械减速器相比较， 工艺要求低、 输出精度高、 产品成本低、 适用范围广、 有较高的性价比， 利于市场推广；

3、与传统机械减速器相比较，具有机电一体� �产品优点，既可随机调速， 提高产品的通用性， 扩大应用范围， 又可延长产品的使用周期；

4、 采用非接触式的离合传动器， 具有启动、 制动和过载保护的特性， 简 化了动力源的控制电路， 有效降低电气控制综合成本；

5、 能对动力传动过程进行精细化集成管理， 可简化或替代传统传动控制 配件， 降低企业生产成本， 提高社会生产效率；

6、 创新动力传动控制技术的设计思想， 将对提升动力传动和控制技术产 业起到积极的推进作用。

[附图说明] 图 1是磁流变伺服调速减速器的正视图； 图 2是磁流变伺服调速减速器的左视图； 图 3是磁流变伺服调速减速器的正视剖图； 图 3中： 1.动力输出轴 2.行星齿轮 3.偏心轴 4.左减速主轴 5.针齿 6.摆线针 7.主轴承 8.右减速主轴 9.信号控制线 10.基座壳 离合器端板 12.线圈铁芯 13.励磁线圈 14.输入轴架 15.输入轴承.动力输入轴 17.输入轴油封 18.磁流变液 19.传动离合片 20.离合器 腔体 21.传动油封 22.离合器油封 23.编码器 24.传动轴承 25.摆线 轮轴承 26.摆线轮 27.减速主轴油封 28.偏心轴承 29.传动主轴 图 4是磁流变伺服调速减速器的伺服控制器面板� �； 图 4中： 上排 8位数码管显示功能菜单的参数， 下排 7位数码管显示设置 的功能菜单， 两极管指示灯显示操作功能， 其含义见指示灯下部文字， 通过 4 个方形按键可实现所有操作功能； 图 5是磁流变伺服调速减速器的系统接线图； 图 5中各接线端口分别为： 1.离合器调压输出 2.离合器输出负极 3.地 4.制动线圈输出 0C 5. 24V-VB输入电源 6.离合线圈输出 0C 7. 24V-VB输 入电源 8. 24V-VB输入电源 9.地 10.地 11.控制电压 24V输出 12. 地 13. RS485+ 14. RS485- 15.地 16.反馈脉冲输入复位 17.控制 电压 24V输出 18.反馈脉冲主输入 A 19.控制电压 24V输出 20. PLC预 置脉冲输入 31.常开 1A 32.常开 1B 33.常开 2A 34.常开 2B 35.常 闭 1A 36.常闭 1B 37.方向 1A 38.方向 1B 39.位置脉冲输出； 图 6是系统接线图的接线端局部放大图； 指定图 3作为本发明的摘要附图。 [具体实鮮式]

下面结合附图对本发明作进一歩说明， 这种装置的结构和原理对本专业的 人来说是非常清楚的。 应当理解， 此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发 明， 并不用于限定本发明。 如图 1-3所示， 磁流变伺服调速减速器包括动力输出轴、 行星齿轮、 偏心 轴、 左减速主轴、 针齿壳、 摆线针、 主轴承、 右减速主轴、 信号控制线、 基座 壳、 离合器端板、 线圈铁芯、 励磁线圈、 输入轴架、 输入轴承、 动力输入轴、 输入轴油封、 磁流变液、 传动离合片、 离合器腔体、 传动油封、 离合器油封、 编码器、 传动轴承、 摆线轮轴承、 摆线轮、 减速主轴油封、 偏心轴承和传动主 轴， 所述的主轴承左右两侧分别连接左减速主轴和 右减速主轴， 传动主轴插入 右减速主轴孔内， 主轴承上安装传动轴承， 形成传动轴组件， 传动主轴左侧一 端连接行星齿轮， 行星齿轮连接偏心轴， 与传动轴组件形成行星减速器部件， 偏心轴上设有偏心轴承和摆线轮轴承， 摆线轮轴承上设有摆线轮， 摆线轮外侧 设有摆线针， 摆线针、 主轴承、 左减速主轴、 右减速主轴、 偏心轴、 摆线轮轴 承、 摆线轮和偏心轴承组成摆线针轮减速器部件， 动力输出轴安装在左减速主 轴上， 与摆线针轮减速器部件、 行星减速器部件组成两级减速机构， 编码器套 装在右减速主轴上， 与接入信号控制线组成信号源组件， 传动主轴通过磁流变 离合传动机构连接动力输入轴， 传动离合片左侧设有传动主轴， 传动离合片右 侧设有动力输入轴， 传动离合片设置于离合器腔体内， 离合器腔体外侧设有线 圈铁芯， 线圈铁芯上缠绕有励磁线圈， 离合器腔体内设有磁流变液。 实施例 1 如图 3所示， 磁流变伺服调速减速器的组装方法的具体歩骤 为： a. 按图 3备齐制作的零件及磁流变液材料；

b. 安装偏心轴、 摆线轮轴承、 摆线轮、 偏心轴承， 形成偏心轴组件； c 安装针齿壳、 摆线针、 主轴承、 减速主轴油封、 左减速主轴、 右减速主 轴、 偏心轴组件， 组成摆线针轮减速器部件； d. 将传动主轴插入右减速主轴孔内， 定位安装传动轴承， 形成传动轴组件； e. 将行星齿轮安装在偏心轴上， 与传动轴组件形成行星减速器部件； f. 将动力输出轴安装在左减速主轴上， 与摆线针轮减速器部件、 行星减速 器部件组成两级减速机构；

g. 将编码器套装在右减速主轴上， 接入信号控制线组成信号源组件； h. 安装离合器端板、 输入轴承、 动力输入轴、 输入轴油封、 传动；

1. 离合片、 离合器腔体、 传动油封、 离合器油封， 组成离合器组件；

J . 将磁流变液注入离合器组件腔体， 组成磁流变离合器部件；

k. 将励磁线圈接入信号控制线与线圈铁芯安装在 针齿壳内， 组成电磁控制 组件；

1. 将输入轴架定位套装在输入轴承、 基座壳上， 与磁流变离合器部件组成 离合调速机构；

m. 安装上述机构、 部件、 组件， 完成调速减速器的装配；

n. 将信号控制线连接到伺服控制器， 完成磁流变伺服调速减速器最终装配。 实施例 2 图 4是本发明伺服控制器面板图， 伺服控制器面板的操作方法为： a. 接通电源； b. 按 "开关"键开机， 数码管亮灯；

c 长按 "上"键， 进入了功能设置状态；

d. 设定菜单代码数， 按 "确认"键；

e. 设定运行参数， 按 "确认"键； f. 按 "确认"键启动或退出程序任务；

g. 自动执行和完成设计程序的运行指令;

h. 按 "开关"键， 处于停止或待机状态;

i. 长按 "开关"键关机；

j. 断开电源。

根据面板操作方法控制磁流变伺服调速减速器 ： 接通电源， 电动机和伺服控 制器进入待机状态， 在控制器面板上设置运行模式、 时间、 脉冲数、 循环数各 类参数， 伺服控制器启动动力电机运转， 此时减速器离合线圈还处于失电状态， 启动伺服控制系统程序， 驱动控制器输出电流到离合线圈， 磁流变液发生相变， 离合片动力啮合， 驱动减速器输出轴运转， 在控制器面板上设定或调整离合线 圈电流值， 进行减速器调速， 输出轴运转使编码器产生反馈脉冲信号， 系统程 序从 0位开始脉冲计数， 当比较电路得到位置脉冲数与传感器反馈脉冲 数相等 值， 系统程序控制离合线圈失电， 减速器输出轴停止运行， 驱动控制器电路的 开关触点复原， 电动机失电并停止运转， 控制程序根据设定的时间， 命令伺服 控制器及电机恢复到初始待机状态， 断路器开闸， 切断动力和控制电源；

具体控制方法为：

( 1 ) . 时间控制模式

电气主回路合闸， 直流电源供电， 系统启动， 继电器常开触点闭合， 启 动动力电源， 电动机运转； 控制系统根据单片机设定计的运行时间值、 输出 轴速度电流值， 驱动离合器线圈电流， 离合器闭合， 输出轴动力输出； 当运 行到达设定的时间值时， 离合器线圈失电， 离合器执行分离， 此时继电器常 开触点复位， 切断电机驱动电源， 结束动力输出； ( 2 ) . 位置控制模式

电气主回路合闸， 直流电源供电， 系统启动， 继电器常开触点闭合， 启 动动力电源， 电动机运转； 控制系统根据单片机设定计的脉冲数值、 输出轴 速度电流值， 驱动离合器线圈电流， 离合器闭合， 输出轴动力输出； 控制系 统比较设定和反馈的脉冲数， 当反馈的脉冲计数等于设定的脉冲数值时， 离 合器线圈失电， 离合器执行分离， 此时继电器常开触点复位， 切断电机驱动 电源结束动力输出；

( 3 ) . 循环控制模式

在设定间隔时间和周期次数的前提下， 控制器连续重复循环一个动力输 出工作周期的过程， 即启动运行——复位停止——时间间隔——启 动运行。