CN103527720A - 一种谐波减速器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航天伺服机构技术领域，具体公开了一种谐波减速器，它包括壳体，刚轮与壳体固定连接，所述的刚轮与设置在壳体内的柔轮的一端啮合连接；所述柔轮啮合的一端内设有波发生器组件；所述壳体底部设有轴安装孔，孔内设有输出轴，该输出轴的一端与上述柔轮固定连接，输出轴上套装支撑轴承；所述支撑轴承外设有端盖，该端盖上设有安装孔，端盖固定安装在壳体上，并将壳体底部的轴安装孔封住，上述输出轴穿过端盖的孔伸出壳体外。柔轮和刚轮轮齿的设计，不仅能够改善柔轮齿根的应力分布与传动的啮合质量，提高传动承载能力与扭转刚度，使得柔轮的轴向尺寸允许设计得较小，从而减小产品的质量与体积，大幅度地拓宽了谐波减速器的应用范围。

Description

一种谐波减速器
技术领域
本发明属于航天伺服机构技术领域，具体涉及一种谐波传动减速器。
背景技术
谐波减速器具有传动比大、结构紧凑、体积小、质量轻、承载能力大与传动精度高等优点，被广泛应用于航天传动机构中。众所周知，应用于航天伺服传动机构中的谐波减速器与通用谐波减速器相比最大不同在于，前者要求体积更小、重量更轻、承载能力更大、可靠性更高、动态特性更好。
传统的谐波减速器往往采用三角形齿形或渐开线齿形，这两种齿形在工艺上易于实现，但基于三角形齿形与渐开线齿形的齿廓是非共轭齿廓或近似共轭齿廓，易于引起柔轮畸变、齿廓重叠干涉、齿根应力集中、瞬时过载能力低等明显缺陷。20世纪后期，日本基于余弦凸轮波发生器开发了近似共轭双圆弧齿形的谐波齿轮传动，该齿形未考虑柔轮与刚轮相对运动过程中柔轮中性线法线转动的情况，柔轮齿与刚轮之间的相对运动不是共轭运动，传动中存在齿廓干涉的现象。前苏联基于四滚子波发生器开发了圆弧齿形谐波齿轮传动，其刚轮齿形是由单圆弧与直线组合而成，从而导致在整个啮合过程中，刚轮与柔轮齿形不是严格共轭运动，轮齿啮合区接触比小。因此日本和前苏联的技术承载能力、可靠性和动态性能都不是很好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高承载、小间隙、轻型化的谐波减速器。
本发明的技术方案如下：
一种谐波减速器，它包括壳体，刚轮与壳体固定连接，所述的刚轮与设置在壳体内的柔轮的一端啮合连接；所述柔轮啮合的一端内设有波发生器组件；所述壳体底部设有轴安装孔，孔内设有输出轴，该输出轴的一端与上述柔轮固定连接，输出轴上套装支撑轴承；所述支撑轴承外设有端盖，该端盖上设有安装孔，端盖固定安装在壳体上，并将壳体底部的轴安装孔封住，上述输出轴穿过端盖的孔伸出壳体外。
在上述的一种谐波减速器中，所述波发生器组件包括凸轮和安装在凸轮外的轴承。
在上述的一种谐波减速器中，所述轴承为薄壁轴承，钢珠数目为26，保持架材料为高强度尼龙。
在上述的一种谐波减速器中，所述的柔轮为双圆弧齿廓，其柔轮齿廓为圆弧状，柔轮齿根为圆角，所述的刚轮的刚轮齿廓圆弧状，刚轮齿根为圆角。
在上述的一种谐波减速器中，所述的柔轮通过内六角螺钉和压片与输出轴连接。
在上述的一种谐波减速器中，所述壳体的轴安装孔的外沿上设有孔用挡圈。
在上述的一种谐波减速器中，所述输出轴上设有轴用挡圈，该轴用挡圈位于端盖的内侧。
在上述的一种谐波减速器中，所述的端盖和输出轴之间设有端盖密封圈。
本发明的显著效果在于：
柔轮和刚轮轮齿的设计，不仅能够改善柔轮齿根的应力分布与传动的啮合质量，提高传动承载能力与扭转刚度，使得柔轮的轴向尺寸允许设计得较小，从而减小产品的质量与体积，大幅度地拓宽了谐波减速器的应用范围。
由于柔轮的轴向尺寸变短，使得柔轮的圆筒扭转刚度增大，由于轮齿啮合区域增大，使得轮齿啮合刚度增加；高刚度薄壁轴承的研发使用，加大了波发生器的径向刚度，从而加大了整机扭转刚度。
壳体上设计的孔用挡圈和输出轴上安装轴用挡圈，有效放置了轴承和轴的位移，使得结构连接可靠，
附图说明
图1为本发明的谐波减速器示意图；
图2为柔轮齿廓示意图；
图3为刚轮齿廓示意图；
图中：1.凸轮；2.轴承；3.刚轮；4.螺栓；5.壳体；6.柔轮；7.支撑轴承；8.孔用挡圈；9.轴用挡圈；10.端盖；11.输出轴；12.端盖密封圈；13.压片；14.内六角螺钉；301.刚轮齿廓；302.刚轮齿根；601.柔轮齿廓；602.柔轮齿根。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，波发生器组件是由基波器即凸轮1和高刚度薄壁的轴承2组成的，两者采用螺钉固定安装。波发生器组件位于柔轮6的一端内，该柔轮6的外部啮合安装有刚轮3。
基波器采用标准凸轮，轴承2为薄壁轴承，此轴承钢珠数目设计为26个，保持架采用高强度尼龙材料，从而可以保证其高径向刚度。
所述的柔轮6的另一端通过内六角螺钉14和压片13与输出轴11紧固连接。将输出轴11安装在壳体5的轴安装孔内，在输出轴11外套装支撑轴承7。
为了限制输出轴11的轴向位移，在输出轴11上套上轴用挡圈9。
为了限制支撑轴承7的位移，在壳体5的轴孔的孔壁上安装孔用挡圈8，孔用挡圈8将轴承7挡在轴孔内，从而限制支撑轴承7的位移。
在壳体5底部通过螺钉固定安装端盖10，为了密封效果好，可以将端盖密封圈12放置在端盖10内，然后再将端盖10固定安装在壳体5底部，端盖10中心加工有孔，输出轴11穿过端盖10的孔伸出壳体5外。上述轴用挡圈9位于端盖10内部，从而限制了输出轴11的轴向位移。
上述壳体5安装在柔轮6和输出轴11的外部，并且通过螺栓4与刚轮3固定连接。
如图2和图3所示，柔轮6采用了双圆弧齿廓，柔轮6的柔轮齿廓601为圆弧状，柔轮齿根602为圆角，同样刚轮3的刚轮齿廓301圆弧状，刚轮齿根302为圆角。
与传统的渐开线或三角齿形谐波减速器相比，齿根部采用圆角过渡，提高了齿根弯曲强度，齿廓轮齿共轭区域约为常用齿形（如渐开线齿形）的1.2～1.5倍，从而使得双圆弧齿廓谐波减速器承载能力有较大幅度提高。
组装时：
1、将凸轮-基波器1装入高刚度薄壁轴承2内，组成波发生器组件；
2、将支撑轴承7装入壳体5底部的轴承安装孔内，其后安装孔的边沿用孔用挡圈8限制随后安装的支撑轴承7的轴向位移；
3、采用内六角螺钉14连接将压片13、柔轮6以及输出轴11紧固，其后将其组合体装入轴承内孔，采用轴用挡圈9限制输出轴11的轴向位移；
4、安装刚轮3，并采用螺栓4连接将其与壳体5紧固，其后将波发生器组件装入柔轮6内部；
5、将端盖密封圈12剪断后装入端盖10内，然后采用螺钉连接将端盖10与壳体5紧固。

Claims (8)

1.一种谐波减速器，它包括壳体（5），刚轮（3）与壳体（5）固定连接，其特征在于：所述的刚轮（3）与设置在壳体（5）内的柔轮（6）的一端啮合连接；所述柔轮（6）啮合的一端内设有波发生器组件；所述壳体（5）底部设有轴安装孔，孔内设有输出轴（11），该输出轴（11）的一端与上述柔轮（6）固定连接，输出轴（11）上套装支撑轴承（7）；所述支撑轴承（7）外设有端盖（10），该端盖（10）上设有安装孔，端盖（10）固定安装在壳体（5）上，并将壳体（5）底部的轴安装孔封住，上述输出轴（11）穿过端盖（10）的孔伸出壳体（5）外。
2.如权利要求1所述的一种谐波减速器，其特征在于：所述波发生器组件包括凸轮（1）和安装在凸轮（1）外的轴承（2）。
3.如权利要求2所述的一种谐波减速器，其特征在于：所述轴承（2）为薄壁轴承，钢珠数目为26，保持架材料为高强度尼龙。
4.如权利要求1所述的一种谐波减速器，其特征在于：所述的柔轮（6）为双圆弧齿廓，其柔轮齿廓（601）为圆弧状，柔轮齿根（602）为圆角，所述的刚轮（3）的刚轮齿廓（301）圆弧状，刚轮齿根（302）为圆角。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种谐波减速器，其特征在于：所述的柔轮（6）通过内六角螺钉（14）和压片（13）与输出轴（11）连接。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种谐波减速器，其特征在于：所述壳体（5）的轴安装孔的外沿上设有孔用挡圈（8）。
7.如权利要求1或2或3或4所述的一种谐波减速器，其特征在于：所述输出轴（11）上设有轴用挡圈（9），该轴用挡圈（9）位于端盖（10）的内侧。
8.如权利要求1或2或3或4所述的一种谐波减速器，其特征在于：所述的端盖（10）和输出轴（11）之间设有端盖密封圈（12）。
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