CN103438156A - 一种回避齿轮干涉的谐波减速机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种回避齿轮干涉的谐波减速机，圆环形刚性轮的内表面设置刚性内齿，圆环形刚性轮内设置波发生器；所述波发生器由具有椭圆形轮廓的刚性凸轮和镶嵌在刚性凸轮外圈上的柔性轴承组成；在波发生器的轴承外圈上套装柔性轮，柔性轮外表面设置与圆环形刚性轮内齿配合的外齿；柔性轮与圆环形刚齿轮同轴配置；所述圆环形刚性轮的刚性内齿齿形与柔性轮的外齿齿形为：在齿的顶面，开口端部分呈锥形，其他部位呈直线形。本发明结构合理，谐波减速机噪音低，运转平稳，避免了齿轮干涉，延长了减速机的使用寿命；谐波减速机效率提高，额定转矩增大；谐波减速机可以采用一般齿轮加工方式进行加工。
Description
技术领域
本发明涉及一种常用于工业机器人关节处的谐波减速机，特别涉及啮合过程中能够回避干涉现象的谐波减速机。
背景技术
谐波减速机具有精度高，体积小，承载扭矩高的特点，广泛用于工业机器人领域。传统谐波减速机的圆环形刚性轮内齿和柔性轮外齿均采用直线形状的齿轮。当柔性轮被波发生器弯曲成椭圆形时，在椭圆形长轴方向的两端部位，直线形状的柔性轮外齿与直线形状的圆环形刚性轮内齿进行啮合，由于柔性轮并非完全中空形状，其底端存在输出法兰与柔性轮连成一个整体，其顶端为开口端，波发生器安装在顶端柔性轮外齿部位。柔性轮未被波发生器椭圆弯曲时，柔性轮外齿和圆环形刚性轮内齿在轴向上平行。当柔性轮被弯曲成椭圆形时，原本与圆环形刚性轮内齿平行的柔性轮外齿发生倾斜，即柔性轮外齿和圆环形刚性轮内齿形成一定角度，使得当该圆环形刚性轮和柔性轮进行啮合时发生干涉现象。发生干涉的柔性轮圆环形刚性轮在啮合时，柔性轮和圆环形刚性轮会发生磨损，噪音增大，齿轮传动不稳定，进而影响谐波减速机的效率和寿命。
与此同时，若按照柔性轮齿轮的弯曲量大小对其齿形进行修正后，在加工该齿轮，则不能采用一般直齿圆柱齿轮的直线加工方式。因而，在齿轮加工方式中受到一定限制。鉴于以上情况，需要寻找一种谐波减速机，不但能够回避齿形干涉，而且能够采用一般齿轮加工设备进行加工。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构合理，不仅能够回避齿形干涉现象，而且能够采用一般齿轮加工方式进行加工的回避齿轮干涉的谐波减速机。
本发明的技术解决方案是：
一种回避齿轮干涉的谐波减速机，其特征是：包括圆环形刚性轮，圆环形刚性轮的内表面设置刚性内齿，圆环形刚性轮内设置波发生器；所述波发生器由具有椭圆形轮廓的刚性凸轮和镶嵌在刚性凸轮外圈上的柔性轴承组成；在波发生器的 轴承外圈上套装柔性轮，柔性轮外表面设置与圆环形刚性轮内齿配合的外齿；柔性轮与圆环形刚齿轮同轴配置；波发生器有电机带动作为旋转驱动源；所述圆环形刚性轮的刚性内齿齿形与柔性轮的外齿齿形为：在齿的顶面，开口端部分呈锥形，其他部位呈直线形。
圆环形刚性轮的刚性内齿数与柔性轮的外齿数的差为2n个齿，n为正整数。
本发明结构合理，谐波减速机噪音低，运转平稳，避免了齿轮干涉，延长了减速机的使用寿命；谐波减速机效率提高，额定转矩增大；谐波减速机可以采用一般齿轮加工方式进行加工。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2是本发明齿轮啮合状态示意图。
图3是传统谐波减速机齿形图。
图4是本发明齿形图。
图5、图6、图7是本发明柔性轮在波发生器作用下变形示意图。
图8是传统谐波减速机齿轮啮合效果图。
图9是图8的局部放大图。
图10是本发明齿轮啮合效果图。
图11是图10的局部放大图。
具体实施方式
图1是谐波减速机的截面图。一种回避齿轮干涉的谐波减速机，包括圆环形刚性轮1，圆环形刚性轮的内表面设置刚性内齿7，圆环形刚性轮内设置波发生器3；所述波发生器由具有椭圆形轮廓的刚性凸轮4和镶嵌在刚性凸轮外圈上的柔性轴承5组成；在波发生器的 轴承外圈上套装柔性轮2，柔性轮外表面设置与圆环形刚性轮内齿配合的外齿6；柔性轮与圆环形刚齿轮同轴配置；波发生器有电机带动作为旋转驱动源；所述圆环形刚性轮的刚性内齿齿形与柔性轮的外齿齿形为：在齿的顶面，开口端9部分呈锥形10，其他部位呈直线形8。
图2是谐波减速机齿轮啮合状态的示意图。波发生器3将柔性轮2弯曲成椭圆形，使柔性轮2中处于椭圆形长轴方向两端位置上的部分外齿6与圆环形刚性轮1的部分内齿7啮合。一般情况下，圆环形刚性轮1被固定在一个固定本体上，波发生器3由电机带动作为旋转驱动源。波发生器3转动，使得两个齿轮、的啮合位置在圆周方向上移动。两个齿轮的齿数差为2n个齿（n为正整数），由于齿数差使得两个齿轮之间相对波发生器3的旋转产生大幅度减速的相对旋转运动。因为圆环形刚性轮1是被固定的，所以柔性轮2的旋转带动与它连接的部件也产生旋转，以此方式传递旋转减速运动。
图3为传统谐波减速机的齿形图，其齿形均为直线形状。图4为本发明谐波减速机的圆环形刚性轮1、柔性轮2齿形图，在开口端9部分齿形为锥形齿形10，齿轮其他部位为直线形状8齿形。
图5、图6、图7是谐波减速机柔性轮在波发生器作用下变形示意图。图5为柔性轮2未变形时与圆环形刚性轮1的侧面图，由于柔性轮未发生变形，圆环形刚性轮内齿7的直线形状部位8和柔性轮外齿6的直线形状部位8均与轴向12平行。图6为减速机柔性轮2在波发生器3作用下变形后的长轴方向的两端部位侧面图，由于柔性轮2的变形，柔性轮外齿6的直线形状部位8发生倾斜，并与圆环形刚性轮内齿7的直线形状部位8形成一定角度。因此，圆环形刚性轮内齿7和柔性轮外齿6在啮合时发生干涉现象。圆环形刚性轮内齿7齿顶与柔性轮外齿6齿底形成了圆环形刚性轮内齿干涉部位13，且柔性轮外齿6齿底在圆环形刚性轮内齿7上的截断线为圆环形刚性轮内齿发生干涉的临界线16；柔性轮外齿6齿顶与圆环形刚性轮内齿7齿底形成了柔性轮外齿干涉部位14，且圆环形刚性轮内齿7齿底在柔性轮外齿6上的截断线为柔性轮外齿发生干涉的临界线15。图7为减速机柔性轮2在波发生器3作用下变形后的短轴方向的两端部位侧面图，图中的柔性轮外齿6和圆环形刚性轮内齿7未发生啮合，且柔性轮2的顶端9部位，其口径向内变小。
图8为传统谐波减速机在波发生器3作用下，圆环形刚性轮内齿7和柔性轮外齿6啮合效果图，其中阴影部位分别为圆环形刚性轮内齿干涉部位13和柔性轮外齿干涉部位14。图10为本发明谐波减速机在波发生器3作用下，圆环形刚性轮内齿7和柔性轮外齿6啮合效果图，齿轮之间啮合良好，不发生干涉。
图9为图8局部放大图，反映了传统谐波减速机齿轮啮合时的干涉现象，其中阴影部位分别为圆环形刚性轮内齿干涉部位和柔性轮外齿干涉部位。图11为图10局部放大图，反映了本发明齿形的齿轮啮合良好，不发生干涉。
从本发明的齿形来看，该柔性轮和圆环形刚性轮在啮合时不产生干涉，并且可以采用一般的直线形圆柱直齿加工方式进行加工。
Claims (2)
1.一种回避齿轮干涉的谐波减速机，其特征是：包括圆环形刚性轮，圆环形刚性轮的内表面设置刚性内齿，圆环形刚性轮内设置波发生器；所述波发生器由具有椭圆形轮廓的刚性凸轮和镶嵌在刚性凸轮外圈上的柔性轴承组成；在波发生器的 轴承外圈上套装柔性轮，柔性轮外表面设置与圆环形刚性轮内齿配合的外齿；柔性轮与圆环形刚齿轮同轴配置；波发生器有电机带动作为旋转驱动源；所述圆环形刚性轮的刚性内齿齿形与柔性轮的外齿齿形为：在齿的顶面，开口端部分呈锥形，其他部位呈直线形。
2.根据权利要求1所述的一种回避齿轮干涉的谐波减速机，其特征是：圆环形刚性轮的刚性内齿数与柔性轮的外齿数的差为2n个齿，n为正整数。
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