CN103470694B - 一种具有高齿形的谐波减速机 - Google Patents

一种具有高齿形的谐波减速机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高齿形的谐波减速机，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；波发生器有电机带动作为旋转驱动源；至少圆环形刚性轮与柔性轮中之一，其齿根部位的压力角小于标准齿条齿形的标准压力角。本发明结构合理，在既不降低加工圆环形刚性轮内齿插齿刀具寿命和强度，也不降低柔性轮外齿疲劳强度的情况下，能够提高在高减速比时谐波减速机的转动扭矩。

Description

一种具有高齿形的谐波减速机
技术领域
本发明涉及一种具有高齿形的谐波减速机。
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。谐波减速机的齿形有多种。较为常用的有渐开线齿形、多圆弧齿形和标准齿条齿形。其中，标准齿条齿形具有易于加工和转动扭矩较大的特点，因而被广泛应用。采用齿条齿形时，在齿轮的啮合区间内，向着齿顶和齿根的方向上压力角不断增加。
这时，在高减速比的谐波减速机中，由于齿轮的模数变小，随之齿高减小，造成转动扭矩下降。为能在不降低转动扭矩的情况下实现谐波减速机的高减速比，考虑采用提高齿高的齿形。但是，要提高齿高，加工圆环形刚性轮内齿用的刀具必须采用齿顶尖锐的插齿刀，这就出现了插齿刀寿命和强度下降的新弊端。采取的对策考虑改变两个齿轮齿形的齿槽宽比，即增大齿宽。但是，齿宽增大后，弯曲应力便集中在齿根部位，特别是引起了柔性外齿疲劳强度的下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构合理，在既不降低加工圆环形刚性轮内齿插齿刀具寿命和强度，也不降低柔性轮外齿疲劳强度的情况下，能够提高在高减速比时谐波减速机的转动扭矩的具有高齿形的谐波减速机。
本发明的技术解决方案是：
一种具有高齿形的谐波减速机，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；至少圆环形刚性轮与柔性轮中之一，其齿根部位的压力角小于标准齿条齿形的标准压力角。
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，在针对的谐波减速机的圆环形刚性轮内齿和柔性轮外齿中，它们的齿形都采用基本的标准齿条齿形，对它们的齿根部分的齿形实施改进，使它们齿根部位上的压力角比标准压力角小。采用这种方法设定齿形状态后，在因为提高转动扭矩而增高齿高，和因为抑制插齿刀具寿命和强度下降而增大齿宽时，就能够减小齿根宽度增加的幅度。结果就能够缓和齿根部位上的应力集中，防止柔性轮外齿疲劳强度的下降。因而，如果采用本发明，在高减速比的谐波减速机中采用提高齿高的齿形后，圆环形刚性轮的插齿刀具寿命和强度不会下降，而且柔性轮外齿的疲劳强度也不会降低，进而能高在高减速比下提高谐波减速机的转动扭矩。
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是齿轮啮合状态示意图。
图3是本发明齿形改进的示意图。
图3中S1-圆环形刚性轮齿形形状；S2-柔性轮齿形形状；S1＇-修形后的圆环形刚性轮齿形形状；S2＇-修形后的柔性轮齿形形状；α1-圆环形刚性轮和柔性轮在基准节圆上的基准压力角；α2-修形后在圆环形刚性轮齿根部位产生的压力角；α3-修形后在柔性轮齿根部位产生的压力角。
具体实施方式
一种具有高齿形的谐波减速机，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；至少圆环形刚性轮与柔性轮中之一，其齿根部位的压力角小于标准齿条齿形的标准压力角。
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1、2的啮合位置在圆周方向上移动。两个齿轮1、2的齿数差为2n个齿（n为正整数），由于齿数差使得两个齿轮1、2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是齿形改进的示意图。虚线表示标准齿条齿形的圆环形刚性轮1和柔性轮2的齿形形状S1和S2，它们在基准节圆线上的基准压力角为α1。实线表示修形后的圆环形刚性轮1和柔性轮2的齿形形状S1′和S2′，它们在基准节圆线上的基准压力角也为α1。修形后的圆环形刚性轮1的齿根齿形是由曲线S1′确定的，它在齿根部位产生的压力角α2比标准齿条曲线S1在基准节圆线上的基准压力角α1小。修形后的柔性轮2的齿根齿形是由曲线S2′确定的，它在齿根部位产生的压力角α3比标准齿条曲线S2在基准节圆线上的基准压力角α1小。
由此可得，两个齿轮1、2的齿形形状在它们的齿根部位产生的压力角都比基准压力角α1小。所以，即使提高齿高，同时增大齿宽的情况下也能抑制齿根宽度的增加。
并且，上述的实施形态不仅能应用于具有杯形柔性轮的谐波减速机，而且柔性轮采用礼帽形或者圆形仍然可以应用本发明的方法。

Claims (2)

1.一种具有高齿形的谐波减速机，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；至少圆环形刚性轮与柔性轮中之一，其齿根部位的压力角小于标准齿条齿形的标准压力角。
2.根据权利要求1所述的一种具有高齿形的谐波减速机，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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