CN104033565A - 一种波纹型柔轮结构 - Google Patents

Abstract

一种波纹型柔轮结构，它呈杯形状，包括：齿圈，杯身和杯底；齿圈设置在杯身的外端缘，杯底设置在杯身的底部并二者圆弧过渡连接。本发明提供的柔轮杯身呈波纹状，可以在缩短柔轮轴向尺寸的同时，减小柔轮齿圈因装入波发生器而产生的张角，降低了其轮齿的倾斜量，从而提高了柔轮轮齿与钢轮轮齿间的重合度，增大了谐波传动刚度，承载能力变得更强。它在机械传动技术领域里具有较好的实用价值和广阔地应用前景。

Description

一种波纹型柔轮结构

技术领域：

本发明涉及一种波纹型柔轮结构，尤其涉及一种用于波纹型短杯谐波减速器的波纹型柔轮结构；属于机械传动技术领域。

背景技术

谐波传动技术及谐波减速器是一种靠中间挠性构件弹性变形,来实现运动或动力传递的新型减速器,该类型减速器具有结构简单、体积小、重量轻，并且传动比大、运动平稳、传动精度高等诸多独特优点，使得谐波减速器的发展非常迅速，率先被广泛应用于：航空航天、机器人、电子等高精密行业，并拓展到普通的机械行业:机床、起重机械、冶金、化工等。尤其是短杯谐波减速器的发展，日益受到人们的关注。

常用的谐波减速器，如图1所示，包含钢轮1、柔轮2、波发生器3；所述钢轮1的内圆周上设有齿圈，钢轮呈圆环形，属刚性件；所述柔轮2呈杯形，属薄壁零件，如图2所示，设有齿圈4、杯身5、杯底6；所述波发生器3，周向呈椭圆形，如减速器装配图的正视图3所示，由凸轮7和柔性轴承8组成，安装在柔轮2齿圈端的内圆周上。当谐波减速器中的波发生器3转动时，迫使柔轮2产生弹性变形，则柔轮齿圈4的轮齿与钢轮1的齿圈会产生啮合运动，从而实现转矩的传动。

该波发生器3为椭圆形，是为了使波发生器3与柔轮2装配后，柔轮产生相应变形，柔轮齿圈4的周向形状亦变成相应椭圆形，从而使钢轮1的轮齿与呈椭圆形的柔轮齿圈4实现一部分(长轴处)啮合，另一部分(短轴处)分离，如图3所示，进而实现大传动比啮合传动。

在谐波传动、谐波减速器的主要应用领域，航空航天和机器人技术中，对谐波减速器的体积要求越来越苛刻，在满足扭矩传递的情况下尺寸越小越好，能够减小谐波减速器所占用的体积，对工程的成本的节约和机械系统性能提升都有重要意义。为研制出所需短杯谐波减速器，目前主要通过减小柔轮的长径比(轴向长度与直径的比值)来实现。近年来，新结构、新材料和新工艺在柔轮改进上的应用越来越多，根据常见柔轮的结构特点，柔轮的长径比对柔轮的应力分布和受力变形有较大的影响，主要体现在：(1)当相同直径的柔轮受相同转矩作用时，轴向尺寸越短的柔轮在危险截面上的最大应力也越大。(2)轴向尺寸越短的柔轮，在装入波发生器3后，柔轮齿圈端的张角也变得更大，使柔轮齿圈上的轮齿会发生更大倾斜，形式如图4所示，10为装入波发生器后轮齿变形后的状态，11为轮齿变形前状态，该变形致使谐波减速器加载时，柔轮沿齿宽方向载荷分布不均、啮合面积减小，主要体现在重合度、传动刚度的下降，甚至会产生跳齿现象。

发明内容

1.目的：

本发明旨在提供一种波纹型柔轮结构，它是一种轴向尺寸更小的短杯柔轮，其径向尺寸小于或等于普通柔轮，在柔轮的材料与普通柔轮的材料相同的前提下，避免为了减小柔轮轴向尺寸却增大了径向尺寸的情况，且轴向尺寸减小后，造成的柔轮危险截面的应力变化较小，主要保证装配后柔轮齿圈的张角变小，即柔轮轮齿的倾斜量减小。

2、技术方案：

为达以上目的，本发明提供了一种波纹型柔轮结构，它呈杯形状，主要包括：齿圈，杯身和杯底。它们之间的位置连接关系是：齿圈设置在杯身的外端缘，杯底设置在杯身的底部并二者圆弧过渡连接。

所述齿圈是一圈用于啮合传动的轮齿，它在杯口外端缘处。

所述杯身呈波纹形，属薄壁结构，在轴向上由两个或三个薄壁半圆结构首尾相接组成，与杯底连接的半圆结构半圆向外，与之相接的下一个半圆结构半圆向内，至此形成两波纹的波纹型柔轮杯身。三波纹型柔轮杯身，在两波纹型柔轮杯身结构基础上，靠近齿圈端再连接下一个半圆结构(第三个半圆)半圆再次向外，从而形成波纹方向上下交替的杯身结构。

所述杯底呈圆盘形，由较厚的凸缘和薄壁组成，凸缘直径小，薄壁直径大，杯底的薄壁将杯底与杯身连接起来，薄壁的外缘连接杯身，薄壁的内缘连接凸缘。在轴向方向上凸缘布置可如普通柔轮底，即凸缘内侧与薄壁的内侧齐平，即凸缘向外突出。杯底亦可呈比例厚度结构，即在轴向上，杯底凸缘在薄壁两侧的厚度成比例关系。

其中，该杯身的半圆结构是组成波纹型杯身的基本单元，其侧面剖视为半圆形，且其半径大小可以相等，也可以不等，各半径值之间没有约束关系。

3、优点及功效：

本发明提供的波纹型柔轮结构，所述柔轮杯身呈波纹状，可以在缩短柔轮轴向尺寸的同时，减小柔轮齿圈因装入波发生器而产生的张角，降低了其轮齿的倾斜量，从而提高了柔轮轮齿与钢轮轮齿间的重合度，增大了谐波传动刚度，承载能力变得更强。

附图说明

图1.普通谐波减速器装配剖视图；

图2.普通柔轮侧面剖视图；

图3.普通谐波减速器正视图；

图4.柔轮变形后张角示意图；

图5.本发明实施例1柔轮侧视剖面图；其中，a表示柔轮杯底凸缘的向内厚度，b表示柔轮杯底凸缘的向外厚度，R1、R2和R3分别表示柔轮杯身波纹结构的半径值。

图6.本发明实施例2柔轮侧视剖面图；其中，c表示柔轮杯底凸缘的向内厚度，d表示柔轮杯底凸缘的向外厚度，R4和R5分别表示柔轮杯身波纹结构的半径值。

图中符号说明如下：

1 钢轮；2 柔轮；3 波发生器；4 齿圈；5 杯身；6 杯底；7 凸轮；8 柔性轴承；10 轮齿变形后的状态；11 轮齿变形前的状态。

具体实施方式

见图1—图6，下面结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细描述。

实施方式一：

本发明提供了波纹型柔轮结构如图5所示，它呈杯形状，主要包括：齿圈4、杯身5和杯底6。它们之间的位置连接关系是：齿圈4设置在杯身5的外端缘，杯底6设置在杯身5的底部并圆弧过渡连接。

所述齿圈4是一圈用于啮合传动的轮齿，它在杯口的外缘处。

所述杯身5呈波纹形，属薄壁结构，在轴向上由三个薄壁半圆结构首尾相接组成，半径R1≤R2＜R3，与杯底6连接的半圆结构R3半圆向外，与之相连的下一个半圆结构R2半圆向内，第三个半圆结构R1再次向外，从而形成波纹方向上下交替的杯身结构。

所述杯底6在轴向上采用比例厚度结构，取a等于b。

本发明提供的波纹型柔轮结构，所述柔轮的杯身5呈波纹状，可以在缩短柔轮轴向尺寸的同时，减小柔轮的齿圈4因装入波发生器3而产生的张角，降低了其轮齿的倾斜量，从而提高了柔轮轮齿与钢轮轮齿间的重合度，增大了谐波传动刚度，承载能力变得更强。

实施方式二：

本发明提供了波纹型柔轮结构如图6所示，它呈杯形状，主要包括：齿圈4、杯身5和杯底6。它们之间的位置连接关系是：齿圈4设置在杯身5的外端缘，杯底6设置在杯身5的底部并圆弧过渡连接。

所述齿圈4是一圈用于啮合传动的轮齿，它在杯口的外缘处。

所述杯身5呈波纹形，属薄壁结构，在轴向上由两个薄壁半圆结构首尾相接组成，半径R5＜R4，与杯底6连接的半圆结构R5半圆向外，与之相连的下一个半圆结构R4半圆向内，从而形成波纹方向上下交替的杯身结构。

所述杯底6在轴向上采用比例厚度结构，取c等于0.25d。

本发明提供的波纹型柔轮结构，所述柔轮的杯身5呈波纹状，可以在缩短柔轮轴向尺寸的同时，减小柔轮的齿圈4因装入波发生器3而产生的张角，降低了其轮齿的倾斜量，从而提高了柔轮轮齿与钢轮轮齿间的重合度，增大了谐波传动刚度，承载能力变得更强。

Claims (2)

1.一种波纹型柔轮结构，其特征在于：它呈杯形状，包括：齿圈，杯身和杯底；齿圈设置在杯身的外端缘，杯底设置在杯身的底部并二者圆弧过渡连接；

所述齿圈是一圈用于啮合传动的轮齿，它在杯口外端缘处；

所述杯身呈波纹形，属薄壁结构，在轴向上由两个或三个薄壁半圆结构首尾相接组成，与杯底连接的半圆结构半圆向外，与之相接的下一个半圆结构半圆向内，至此形成两波纹的波纹型柔轮杯身；三波纹型柔轮杯身，在两波纹型柔轮杯身结构基础上，靠近齿圈端再连接下一个半圆结构即第三个半圆，半圆再次向外，从而形成波纹方向上下交替的杯身结构；

所述杯底呈圆盘形，由较厚的凸缘和薄壁组成，凸缘直径小，薄壁直径大，杯底的薄壁将杯底与杯身连接起来，薄壁的外缘连接杯身，薄壁的内缘连接凸缘；在轴向方向上凸缘布置可如普通柔轮底，即凸缘内侧与薄壁的内侧齐平，即凸缘向外突出；杯底亦可呈比例厚度结构，即在轴向上，杯底凸缘在薄壁两侧的厚度成比例关系。

2.根据权利要求1所述的一种波纹型柔轮结构，其特征在于：该杯身的半圆结构是组成波纹型杯身的基本单元，其侧面剖视为半圆形，且其半径大小可以相等或不等，各半径值之间没有约束关系。