CN101545524A - 行星谐波复合齿轮减速器 - Google Patents

行星谐波复合齿轮减速器 Download PDF

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Abstract

行星谐波复合齿轮减速器,它涉及一种减速器。针对现有杯型谐波减速器存在减速比小、轴向尺寸大、体积大、质量大等问题。太阳轮与至少两根行星齿轮轴啮合并置于椭圆形凸轮的椭圆形内齿圈中,至少两根行星齿轮轴与椭圆形凸轮的椭圆形内齿圈啮合组成一级行星减速轮系,椭圆形凸轮装在柔性滚珠轴承内,由一级行星减速轮系和柔性滚珠轴承组成波发生器,柔性滚珠轴承装在柔性齿轮内,柔性齿轮装在刚性内齿圈内,柔性齿轮在波发生器的作用下与刚性内齿圈啮合,装在系杆轴孔内的行星齿轮轴上装有滚动轴承。本发明具有减速比大、轴向尺寸小、体积小、质量小等优点,特别适合在航空航天探测器、各种仪器仪表、精密机器人的驱动单元等领域中应用。

Description

行星谐波复合齿轮减速器
技术领域
本发明涉及一种减速器。
背景技术
目前,针对某一具体型号的杯型谐波减速器都存在减速比小、轴向尺寸大(杯型谐波减速器的轴向尺寸与柔性齿轮内径尺寸基本上相同)、体积大、质量大等问题。例如对于标准型号的32机型的杯型谐波减速器,其柔性齿轮基本尺寸约为:内径dr=32mm,筒长L=30mm,最大减速比为80。所述柔性齿轮的轴向尺寸严重限制了杯型谐波减速器在航空航天探测器、各种仪器仪表、精密机器人的驱动单元等领域的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种行星谐波复合齿轮减速器,以解决现有的杯型谐波减速器存在减速比小、轴向尺寸大、体积大、质量大等问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:本发明的减速器包括椭圆形凸轮和柔性滚珠轴承;本发明的减速器还包括行星齿轮轴螺母、系杆、至少两根行星齿轮轴、至少两个滚动轴承、刚性内齿圈、大环形挡片、小环形挡片、柔性齿轮和太阳轮;所述椭圆形凸轮的中心处设有椭圆形孔,所述椭圆形孔的内壁上加工有齿构成椭圆形内齿圈,所述太阳轮与至少两根沿太阳轮圆周均布设置的行星齿轮轴上的齿轮相啮合,太阳轮和至少两根行星齿轮轴置于椭圆形凸轮的椭圆形内齿圈中,两根行星齿轮轴上的齿轮分别与椭圆形凸轮的椭圆形内齿圈相啮合,由太阳轮、至少两根行星齿轮轴和椭圆形凸轮组成一级行星减速轮系,椭圆形凸轮装在柔性滚珠轴承内,由所述一级行星减速轮系和柔性滚珠轴承组成一个波发生器,行星齿轮轴上位于齿轮端一侧装有小环形挡片,行星齿轮轴的轴上装有大环形挡片,柔性滚珠轴承通过与椭圆形凸轮固接的大环形挡片和小环形挡片轴向定位,柔性滚珠轴承装在柔性齿轮的外齿套内,所述柔性齿轮的外齿套的一端装在刚性内齿圈内,柔性齿轮的外齿套在所述波发生器的作用下与刚性内齿圈相啮合,每根行星齿轮轴的轴端穿过系杆上的轴孔露在外面,装在系杆轴孔内的每根行星齿轮轴的轴上装有滚动轴承,所述滚动轴承通过与行星齿轮轴螺纹连接的行星齿轮轴螺母固定在系杆上,系杆与刚性内齿圈固接,行星齿轮轴和滚动轴承的数量相一致。
本发明与现有技术相比较具有以下有益效果:一、本发明根据理论分析和有限元接触应力分析结果,对柔性齿轮的关键结构参数进行了多目标优化设计,在保证传动效率和输出力矩不降低的前提下,所设计的柔性齿轮轴向尺寸可达到目前柔性齿轮轴向尺寸的45%左右。随着谐波减速器机型的增大,柔性齿轮的长径比更小。二、由于在波发生器中增加了一级行星减速轮系,所以能够将原来谐波减速器的减速比提高1~6倍,在波发生器外形尺寸不变的情况下,大大提高了原有谐波减速器的减速比。三、由于采用了自主设计的柔性齿轮,在保证传动效率和承载能力与现有产品(杯型谐波减速器)相同的情况下,大大减小了谐波减速器的轴向尺寸。四、本发明具有减速比大、轴向尺寸小、体积小、质量小等优点,特别适合在航空航天探测器、各种仪器仪表、精密机器人的驱动单元等领域中应用。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视图,图2是图1的A部放大图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式的减速器包括椭圆形凸轮13和柔性滚珠轴承4;本实施方式的减速器还包括行星齿轮轴螺母1、两个系杆固定螺栓2、系杆3、至少两根行星齿轮轴5、至少两个滚动轴承6、刚性内齿圈7、两个系杆固定螺母8、大环形挡片9、小环形挡片14、柔性齿轮10和太阳轮12;所述椭圆形凸轮13的中心处设有椭圆形孔,所述椭圆形孔的内壁上加工有齿,构成椭圆形内齿圈15,所述太阳轮12与至少两根沿太阳轮12圆周均布设置的行星齿轮轴5上的齿轮相啮合,太阳轮12和至少两根行星齿轮轴5置于椭圆形凸轮13的椭圆形内齿圈15中,两根行星齿轮轴5上的齿轮分别与椭圆形凸轮13的椭圆形内齿圈15相啮合,由太阳轮12、至少两根行星齿轮轴5和椭圆形凸轮13组成一级行星减速轮系,椭圆形凸轮13装在柔性滚珠轴承4内,由所述一级行星减速轮系和柔性滚珠轴承4组成一个波发生器,行星齿轮轴5上位于齿轮端一侧装有小环形挡片14,行星齿轮轴5的轴上装有大环形挡片9,柔性滚珠轴承4通过与椭圆形凸轮13固接的大环形挡片9和小环形挡片14轴向定位(本实施方式中的大环形挡片9、小环形挡片14和椭圆形凸轮13通过铆钉11固接在一起),柔性滚珠轴承4装在柔性齿轮10的外齿套16内,所述柔性齿轮10的外齿套16的一端装在刚性内齿圈7内,柔性齿轮10的外齿套16在所述波发生器的作用下与刚性内齿圈7相啮合,每根行星齿轮轴5的轴端穿过系杆3上的轴孔露在外面,装在系杆3轴孔内的每根行星齿轮轴5的轴上装有滚动轴承6,所述滚动轴承6通过与行星齿轮轴5螺纹连接的行星齿轮轴螺母1固定在系杆3上,系杆3通过两个系杆固定螺栓2和两个系杆固定螺母8固定在刚性内齿圈7上,行星齿轮轴5和滚动轴承6的数量相一致。
具体实施方式二:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式的柔性齿轮10由制成一体的外齿套16、大环形板17、小环形板18、中间薄壁套筒19、内薄壁套筒20和端盖21组成;所述大环形板17装在外齿套16内,大环形板17的外圆周端面与外齿套16的一端内壁固接,所述中间薄壁套筒19装在外齿套16内,中间薄壁套筒19的一端装在大环形板17的中心孔内,中间薄壁套筒19的外壁与大环形板17的中心孔内壁固接,所述小环形板18装在中间薄壁套筒19内,小环形板18的外圆周端面与中间薄壁套筒19的另一端内壁固接,所述内薄壁套筒20的一端装在小环形板18的中心孔内,内薄壁套筒20的外壁与小环形板18的中心孔内壁固接,内薄壁套筒20的另一端与端盖21固接,外齿套16的外壁与大环形板17的外端面之间的夹角为α1,中间薄壁套筒19的外壁与大环形板17的内端面之间的夹角为α2,中间薄壁套筒19的内壁与小环形板18的外端面之间的夹角为α3,内薄壁套筒20的内壁与小环形板18的内端面之间的夹角为α4,外齿套16的外壁与大环形板17的外端面交角处的圆弧半径为R2,中间薄壁套筒19的内壁与大环形板17的外端面交角处的圆弧半径为R3,中间薄壁套筒19的外壁与小环形板18的内端面交角处的圆弧半径为R4,内薄壁套筒19的内壁与小环形板18的内端面交角处的圆弧半径为R5,大环形板17的外圆周端面至大环形板17的中心孔内壁之间的距离为L2,小环形板18的外圆周端面至小环形板18的中心孔内壁之间的距离为L3,大环形板17的内端面至小环形板18的外端面之间的距离为L4。上述这些参数分别为不同值时,柔性齿轮10的形状也随之变化,且柔性齿轮10的轴向长度为现有柔性齿轮的45%左右,柔性齿轮10的壁厚由经验公式根据设计机型确定。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:结合图1说明本实施方式,本实施方式的柔性齿轮10的齿数比刚性内齿圈7的齿数少两个。如此设置,波发生器转动一周时,柔性齿轮10带动刚性内齿圈7向相反方向转过两个齿的角度,从而实现了大的传动比。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:结合图1说明本实施方式,本实施方式的行星齿轮轴5的数量为两根。如此设置,与太阳轮12组合构成一级行星减速轮系。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五:结合图1说明本实施方式,本实施方式的行星齿轮轴5的数量为三根。如此设置,与太阳轮12组合构成一级行星减速轮系,传动平稳可靠。其它与具体实施方式一相同。
工作原理:当刚性内齿圈7固定时,由与太阳轮12相啮合的两根或三根行星齿轮轴5内嵌在椭圆形凸轮13的椭圆形内齿圈15中,并构成一级行星减速轮系,一级行星减速轮系与柔性滚珠轴承4共同组成的波发生器为主动件,柔性齿轮10为输出件,太阳轮12在驱动转矩下连续转动,行星齿轮轴5的转动轴线通过滚动轴承6和系杆3被固定在刚性内齿圈7上,只能自转,不能公转。太阳轮12通过行星齿轮轴5使得椭圆形凸轮13转动,通过柔性轴承4的传递,柔性齿轮10在波发生器的作用下产生变形,在波发生器的长轴两端处柔性齿轮10的外齿套16与刚性内齿圈7完全啮合;在波发生器的短轴两端处的柔性齿轮10的外齿套16与刚性内齿圈7完全脱开;在波发生器的长轴与短轴的区间内,柔性齿轮10的外齿套16与刚性内齿圈7的处于半脱开状态。由于波发生器的连续转动,使得柔性齿轮10的外齿套16与刚性内齿圈7处于啮入、完全啮合、啮出、完全脱开这四种情况依次变化。由于柔性齿轮10比刚性内齿圈7的齿数少两个,所以波发生器转动一周时,柔性齿轮10带动刚性内齿圈7向相反方向转过两个齿的角度。同时,采用行星轮系的波发生器还可以增加一级减速机构,从而实现了大的传动比。

Claims (5)

1、一种行星谐波复合齿轮减速器,所述减速器包括椭圆形凸轮(13)和柔性滚珠轴承(4);其特征在于:所述减速器还包括行星齿轮轴螺母(1)、系杆(3)、至少两根行星齿轮轴(5)、至少两个滚动轴承(6)、刚性内齿圈(7)、大环形挡片(9)、小环形挡片(14)、柔性齿轮(10)和太阳轮(12);所述椭圆形凸轮(13)的中心处设有椭圆形孔,所述椭圆形孔的内壁上加工有齿,构成椭圆形内齿圈(15),所述太阳轮(12)与至少两根沿太阳轮(12)圆周均布设置的行星齿轮轴(5)上的齿轮相啮合,太阳轮(12)和至少两根行星齿轮轴(5)置于椭圆形凸轮(13)的椭圆形内齿圈(15)中,两根行星齿轮轴(5)上的齿轮分别与椭圆形凸轮(13)的椭圆形内齿圈(15)相啮合,由太阳轮(12)、至少两根行星齿轮轴(5)和椭圆形凸轮(13)组成一级行星减速轮系,椭圆形凸轮(13)装在柔性滚珠轴承(4)内,由所述一级行星减速轮系和柔性滚珠轴承(4)组成一个波发生器,行星齿轮轴(5)上位于齿轮端一侧装有小环形挡片(14),行星齿轮轴(5)的轴上装有大环形挡片(9),柔性滚珠轴承(4)通过与椭圆形凸轮(13)固接的大环形挡片(9)和小环形挡片(14)轴向定位,柔性滚珠轴承(4)装在柔性齿轮(10)的外齿套(16)内,所述柔性齿轮(10)的外齿套(16)的一端装在刚性内齿圈(7)内,柔性齿轮(10)的外齿套(16)在所述波发生器的作用下与刚性内齿圈(7)相啮合,每根行星齿轮轴(5)的轴端穿过系杆(3)上的轴孔露在外面,装在系杆(3)轴孔内的每根行星齿轮轴(5)的轴上装有滚动轴承(6),所述滚动轴承(6)通过与行星齿轮轴(5)螺纹连接的行星齿轮轴螺母(1)固定在系杆(3)上,系杆(3)与刚性内齿圈(7)固接,行星齿轮轴(5)和滚动轴承(6)的数量相一致。
2、根据权利要求1所述行星谐波复合齿轮减速器,其特征在于:所述柔性齿轮(10)由制成一体的外齿套(16)、大环形板(17)、小环形板(18)、中间薄壁套筒(19)、内薄壁套筒(20)和端盖(21)组成;所述大环形板(17)装在外齿套(16)内,大环形板(17)的外圆周端面与外齿套(16)的一端内壁固接,所述中间薄壁套筒(19)装在外齿套(16)内,中间薄壁套筒(19)的一端装在大环形板(17)的中心孔内,中间薄壁套筒(19)的外壁与大环形板(17)的中心孔内壁固接,所述小环形板(18)装在中间薄壁套筒(19)内,小环形板(18)的外圆周端面与中间薄壁套筒(19)的另一端内壁固接,所述内薄壁套筒(20)的一端装在小环形板(18)的中心孔内,内薄壁套筒(20)的外壁与小环形板(18)的中心孔内壁固接,内薄壁套筒(20)的另一端与端盖(21)固接,外齿套(16)的外壁与大环形板(17)的外端面之间的夹角为(α1),中间薄壁套筒(19)的外壁与大环形板(17)的内端面之间的夹角为(α2),中间薄壁套筒(19)的内壁与小环形板(18)的外端面之间的夹角为(α3),内薄壁套筒(20)的内壁与小环形板(18)的内端面之间的夹角为(α4),外齿套(16)的外壁与大环形板(17)的外端面交角处的圆弧半径为(R2),中间薄壁套筒(19)的内壁与大环形板(17)的外端面交角处的圆弧半径为(R3),中间薄壁套筒(19)的外壁与小环形板(18)的内端面交角处的圆弧半径为(R4),内薄壁套筒(19)的内壁与小环形板(18)的内端面交角处的圆弧半径为(R5),大环形板(17)的外圆周端面至大环形板(17)的中心孔内壁之间的距离为(L2),小环形板(18)的外圆周端面至小环形板(18)的中心孔内壁之间的距离为(L3),大环形板(17)的内端面至小环形板(18)的外端面之间的距离为(L4)。
3、根据权利要求1或2所述行星谐波复合齿轮减速器,其特征在于:所述柔性齿轮(10)的齿数比刚性内齿圈(7)的齿数少两个。
4、根据权利要求1所述行星谐波复合齿轮减速器,其特征在于:所述行星齿轮轴(5)的数量为两根。
5、根据权利要求1所述行星谐波复合齿轮减速器,其特征在于:所述行星齿轮轴(5)的数量为三根。
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