CN106230186A - 一种集合有电机的中空型谐波减速器 - Google Patents

一种集合有电机的中空型谐波减速器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集合有电机的中空型谐波减速器，包括均同轴设置的柔轮、刚轮、转子波发生器、固定座、定子、第一轴承、交叉滚子轴承、支撑轴、第二轴承和轴承座；刚轮的外齿与所述柔轮的内齿相互啮合；转子波发生器包括具有椭圆形内孔的凸轮轴、柔性轴承和若干磁钢；所述柔性轴承安装在所述凸轮轴的椭圆形内孔中，其内圈套接在所述柔轮的内齿的外径圆周面上；所述若干个磁钢沿凸轮轴的圆周均匀地紧固在凸轮轴的外表面上，并与柔性轴承沿径向相对；定子紧固安装在固定座内，并与转子波发生器的磁钢沿径向对齐。本发明的整机的轴向长度更短，结构紧凑，整个减速机构的传动链更少，传动精度和效率更高。

Description

一种集合有电机的中空型谐波减速器
技术领域
本发明涉及一种谐波减速器，特别是涉及一种集合有电机的中空型谐波减速器。
背景技术
谐波减速器主要包括转子波发生器、柔性齿轮和刚性齿轮三个基本构件，是由行星齿轮传动原理发展而来的一种新型减速器，由于其传动比大、结构紧凑、体积小、质量轻、承载能力强且传动精度高，在精密传动领域有着广泛的应用。谐波减速器的工作原理是：转子波发生器的结构和运动原理类似于凸轮，来自机构中的高速旋转运动输入至谐波减速器内的高速轴，转子波发生器与高速轴联动，通过其自身的外轮廓线形状将运动传递至柔性轮上；柔性轮顾名思义，是可以发生可控弹性变形的柔性外齿轮，随着转子波发生器的转动，柔性轮随转子波发生器的外轮廓线做周期性弹性变形，柔性轮外啮合有刚性齿轮，通过柔性轮与刚性轮之间的齿数差值实现整个谐波减速器的减速效果。
按照柔轮的形状，谐波减速器可分为杯型与中空型两大类。实际应用中，一般地，谐波减速器的输入端通过齿轮传动或同步带轮传动与电机相连接，减速器的功能就是要将电机的高转速输入转化为低转速输出，同时将电机的小转矩输入转化为高转矩输出。在满足性能的前提下，谐波减速器与电机组成的动力系统不断向体积更小、质量更轻的方向发展，其中，将两者整合在一起，取消中间的齿轮传动或同步带轮传动是一种比较好方案，例如公告号为CN104061300A的发明专利公开了一种波动齿轮装置，能够通过简单的结构将挠性外齿齿轮的刚性轴套与轴承内圈加以固定，并将它们之间可靠地密封。波动齿轮装置具有：刚性内齿齿轮；挠性外齿齿轮；波动发生器；支承挠性外齿齿轮且使之能够相对于刚性内齿齿轮而自由旋转的轴承；以及将挠性外齿齿轮的刚性轴套与轴承的内圈相互固定的第一焊接部。第一焊接部是将轴套与内圈之间密封成液密封状态的全周焊接部。轴套和内圈在轴线方向上的尺寸可以较小，能用较少的加工工时和组装工时将它们相互固定。但是这种结构的波动齿轮传动装置还存在如下问题：整机的轴向长度过长，结构不够紧凑，整个减速机构的传动链过多，传动精度差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是为了提供一种集合有电机的中空型谐波减速器,其整机的轴向长度更短，结构紧凑，整个减速机构的传动链更少，传动精度和效率更高。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种集合有电机的中空型谐波减速器，其特征在于：包括均同轴设置的柔轮、刚轮、转子波发生器、固定座、定子、第一轴承、交叉滚子轴承、支撑轴、第二轴承和轴承座；
所述柔轮包括圆筒状的柔轮主体，从柔轮主体的左端沿径向依次向外延伸出的圆环状的隔膜及圆环状的轴肩，设置在柔轮主体的右端内壁上的一圈内齿；
所述刚轮包括圆筒状的刚轮主体，设置在刚轮主体的右端外壁上的一圈外齿；所述刚轮主体设置在所述柔轮主体内，所述刚轮的外齿与所述柔轮的内齿相互啮合；
所述转子波发生器包括具有椭圆形内孔的凸轮轴、柔性轴承和若干磁钢；所述柔性轴承安装在所述凸轮轴的椭圆形内孔中，其内圈套接在所述柔轮的内齿的外径圆周面上；所述若干个磁钢沿凸轮轴的圆周均匀地紧固在凸轮轴的外表面上，并与柔性轴承沿径向相对；
所述固定座通过所述第一轴承套接在所述凸轮轴的外壁上；
所述定子紧固安装在固定座内，并与转子波发生器的磁钢沿径向对齐；
所述交叉滚子轴承安装在所述刚轮主体的左端，所述交叉滚子轴承的外圈紧靠所述柔轮的轴肩，并与轴肩一起紧固在固定座上，所述交叉滚子轴承的内圈与所述刚轮主体固定连接；
所述支撑轴可转动地安装在所述刚轮主体的右端，所述支撑轴与所述转子波发生器的凸轮轴固定连接；
所述轴承座通过所述第二轴承套接在所述支撑轴的外壁上，所述轴承座与所述固定座固定连接。
作为优选，还包括编码器、读数头和读数头安装座，所述编码器固定安装于所述支撑轴上，所述读数头与所述读数头安装座紧固连接后再一起固定安装于所述轴承座上。
作为优选，还包括后盖，所述后盖可转动地安装在所述刚轮主体的右端，所述后盖与所述轴承座固定连接。
作为优选，所述刚轮的内孔直径与所述柔轮的内孔直径之比为2/3以上。
作为优选，所述外齿的齿数比所述内齿的齿数少2个。
作为优选，所述固定座采用铝合金制作而成。
作为优选，所述轴承座采用铝合金制作而成。
作为优选，所述后盖采用铝合金制作而成。
作为优选，所述交叉滚子轴承的外圈、柔轮的轴肩和固定座之间通过螺钉固定连接。
作为优选，所述交叉滚子轴承的内圈与所述刚轮主体之间通过螺钉固定连接。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的转子波发生器包括具有椭圆形内孔的凸轮轴、柔性轴承和若干磁钢；所述柔性轴承安装在所述凸轮轴的椭圆形内孔中，其内圈套接在所述柔轮的内齿的外径圆周面上；所述若干个磁钢沿凸轮轴的圆周均匀地紧固在凸轮轴的外表面上，并与柔性轴承沿径向相对；所述定子紧固安装在固定座内，并与转子波发生器的磁钢沿径向对齐；通过这样设计，将电机的转子集合到减速器的波发生器上，而定子与波发生器在轴向上并行排列，使得整机的轴向长度更短，结构紧凑，使得整个减速机构的传动链更少，传动精度和效率更高。
2、本发明采用内齿柔轮与外齿刚轮配合，结合转子波发生器、固定座、第一轴承和交叉滚子轴承的设计，使得其中心过孔尺寸与柔轮内孔尺寸的比值能够达到2/3以上，较之现有技术的一般不超过1/2，有较大幅度的提高，能够满足大中心过孔的设计要求。
3、本发明的固定座、轴承座、后盖均采用铝合金等轻质材料进行制造，加工难度与成本不会增加，但可以让整机的重量减小。
附图说明
图1是本发明实施例1的集合有电机的中空型谐波减速器的正视图；
图2是图1中A-A向剖示图；
图3是本发明实施例1的柔轮的剖示图；
图4是本发明实施例1的柔轮、刚轮及转子波发生器的装配结构示意图。
图中，1、柔轮；11、柔轮主体；12、隔膜；13、轴肩；14、内齿；2、刚轮；21、刚轮主体；22、外齿；3、转子波发生器；31、凸轮轴；311、椭圆形内孔；32、柔性轴承；33、磁钢；4、固定座；5、第一轴承；6、定子；7、交叉滚子轴承；71、交叉滚子轴承的外圈；72、交叉滚子轴承的内圈；8、支撑轴；9、第二轴承；10、轴承座；20、编码器；30、读数头；40、读数头安装座；50、后盖。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：
实施例1：
参照图1-图4，本实施例提供一种集合有电机的中空型谐波减速器，包括均同轴设置的柔轮1、刚轮2、转子波发生器3、固定座4、第一轴承5、定子6、交叉滚子轴承7、支撑轴8、第二轴承9和轴承座10；
所述柔轮1包括圆筒状的柔轮主体11，从柔轮主体11的左端沿径向依次向外延伸出的圆环状的隔膜12及圆环状的轴肩13，设置在柔轮主体11的右端内壁上的一圈内齿14；
所述刚轮2包括圆筒状的刚轮主体21，设置在刚轮主体21的右端外壁上的一圈外齿22；所述刚轮主体21设置在所述柔轮主体11内，所述刚轮2的外齿22与所述柔轮1的内齿14相互啮合；所述刚轮2的内孔直径与所述柔轮1的内孔直径之比为2/3以上；
所述转子波发生器3包括具有椭圆形内孔311的凸轮轴31、柔性轴承32和若干磁钢33；所述柔性轴承32安装在所述凸轮轴31的椭圆形内孔311中，其内圈套接在所述柔轮1的内齿14的外径圆周面上；所述若干个磁钢33沿凸轮轴31的圆周均匀地紧固在凸轮轴31的外表面上，并与柔性轴承32沿径向相对；
所述固定座4通过所述第一轴承5套接在所述凸轮轴31的外壁上；
所述定子6紧固安装在固定座4内，并与转子波发生器3的磁钢33沿径向对齐；定子6与转子波发生器3在轴向上为并行排列，有利于缩短减速器整机的轴向长度，使结构更为紧凑；
所述交叉滚子轴承7安装在所述刚轮主体21的左端，所述交叉滚子轴承的外圈71紧靠所述柔轮1的轴肩13，并与轴肩13一起紧固在固定座4上，所述交叉滚子轴承7的内圈72与所述刚轮主体21固定连接；
所述支撑轴8可转动地安装在所述刚轮主体21的右端，所述支撑轴8与所述转子波发生器3的凸轮轴31固定连接；
所述轴承座10通过所述第二轴承9套接在所述支撑轴8的外壁上，所述轴承座10与所述固定座4固定连接。
作为优选，还包括编码器20、读数头30和读数头安装座40，所述编码器20固定安装于所述支撑轴8上，所述读数头30与所述读数头安装座40紧固连接后再一起固定安装于所述轴承座10上。编码器20与读数头30组成电机的状态反馈模块，工作中能够及时反馈电机(即转子波发生器)的速度和位置等运动状态。
作为优选，还包括后盖50，所述后盖50可转动地安装在所述刚轮主体21的右端，所述后盖50与所述轴承座10固定连接。后盖50对整机起密封和保护的作用。
作为优选，所述外齿22的齿数比所述内齿14的齿数少2个。所述交叉滚子轴承的外圈71、柔轮1的轴肩13和固定座4之间通过螺钉固定连接。所述交叉滚子轴承的内圈72与所述刚轮主体21之间通过螺钉固定连接。
本实施例通过第一轴承5实现转子波发生器3的安装，确保转子波发生器3处于自由旋转的状态，确保减速功能的实现；集合有电机的中空型谐波减速器的最大中心过孔的尺寸由刚轮2的内孔的尺寸决定，因此，在保证刚性足够和连接紧固可靠的前提下，尽可能设计为最大，一般地，可以保证刚轮2的内孔的尺寸与柔轮1的内孔尺寸之比在2/3之上。
另外，所述固定座4、轴承座10、后盖50均采用铝合金制作而成，加工难度与成本不会增加，但可以让整机的重量减小。
接着，对本发明谐波减速器的工作原理做详细说明。
如图1和图4所示，转子波发生器3与支撑轴8紧固连接在一起，并通过第一轴承5和第二轴承9分别枢接在固定座4和轴承座10，确保转子波发生器3处于自由旋转的状态；转子波发生器3上还设置有磁钢33，因此，转子波发生器3具有电机转子的功能。当电机驱动器向定子6中通入受控电流，电能通过电磁场传输最终转换为机械能，驱动转子波发生器3旋转起来。同时，编码器20与读数头30组成的电机状态反馈模块，会及时检测到电机(即转子波发生器3)的速度和位置等运动状态，并向电机驱动器反馈。电机驱动器则根据这些反馈数据，及时控制通入定子6中的电流，进而控制转子波发生器3的启动、转速、定位与停止，实现转子波发生器3的可控旋转运动。
转子波发生器3同时具有波发生器的功能，以实现谐波齿轮的减速运动。柔性轴承32安装在凸轮轴31的椭圆形内孔311中，内外圈均产生椭圆变形，而柔轮1套接在内圈里，也产生椭圆变形，形成长轴a与短轴b，这样，柔轮1的内齿14与刚轮2的外齿22便在短轴b一定范围处于啮合状态，而在长轴a一定范围处于脱开状态。当定子6中通入受控电流，电能通过电磁场传输最终转换为机械能，并驱动转子波发生器3旋转起来，这时柔轮1的内齿14与刚轮2的外齿22的啮合位置便沿周向移动。一般地，刚轮2的齿数比柔轮1的齿数少2个。因此，当啮合位置沿周向移动时，柔轮1与刚轮2之间因齿数差而产生相对旋转运动，这种旋转运动最终由刚轮2通过交叉滚子轴承的内圈而输出至外部的被驱动侧部件，实现整个机构的减速功能。
总之，本发明将谐波减速器与电机整合在了一起，使得整个减速机构的结构非常紧凑，体积更小，质量更轻。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集合有电机的中空型谐波减速器，其特征在于：包括均同轴设置的柔轮、刚轮、转子波发生器、固定座、定子、第一轴承、交叉滚子轴承、支撑轴、第二轴承和轴承座；
所述柔轮包括圆筒状的柔轮主体，从柔轮主体的左端沿径向依次向外延伸出的圆环状的隔膜及圆环状的轴肩，设置在柔轮主体的右端内壁上的一圈内齿；
所述刚轮包括圆筒状的刚轮主体，设置在刚轮主体的右端外壁上的一圈外齿；所述刚轮主体设置在所述柔轮主体内，所述刚轮的外齿与所述柔轮的内齿相互啮合；
所述转子波发生器包括具有椭圆形内孔的凸轮轴、柔性轴承和若干磁钢；所述柔性轴承安装在所述凸轮轴的椭圆形内孔中，其内圈套接在所述柔轮的内齿的外径圆周面上；所述若干个磁钢沿凸轮轴的圆周均匀地紧固在凸轮轴的外表面上，并与柔性轴承沿径向相对；
所述固定座通过所述第一轴承套接在所述凸轮轴的外壁上；
所述定子紧固安装在固定座内，并与转子波发生器的磁钢沿径向对齐；
所述交叉滚子轴承安装在所述刚轮主体的左端，所述交叉滚子轴承的外圈紧靠所述柔轮的轴肩，并与轴肩一起紧固在固定座上，所述交叉滚子轴承的内圈与所述刚轮主体固定连接；
所述支撑轴可转动地安装在所述刚轮主体的右端，所述支撑轴与所述转子波发生器的凸轮轴固定连接；
所述轴承座通过所述第二轴承套接在所述支撑轴的外壁上，所述轴承座与所述固定座固定连接。
2.根据权利要求1所述的集合有电机的中空型谐波减速器，其特征在于：还包括编码器、读数头和读数头安装座，所述编码器固定安装于所述支撑轴上，所述读数头与所述读数头安装座紧固连接后再一起固定安装于所述轴承座上。
3.根据权利要求1或2所述的集合有电机的中空型谐波减速器，其特征在于：还包括后盖，所述后盖可转动地安装在所述刚轮主体的右端，所述后盖与所述轴承座固定连接。
4.根据权利要求1所述的集合有电机的中空型谐波减速器，其特征在于：所述刚轮的内孔直径与所述柔轮的内孔直径之比为2/3以上。
5.根据权利要求1所述的集合有电机的中空型谐波减速器，其特征在于：所述外齿的齿数比所述内齿的齿数少2个。
6.根据权利要求1所述的集合有电机的中空型谐波减速器，其特征在于：所述固定座采用铝合金制作而成。
7.根据权利要求1所述的集合有电机的中空型谐波减速器，其特征在于：所述轴承座采用铝合金制作而成。
8.根据权利要求1所述的集合有电机的中空型谐波减速器，其特征在于：所述后盖采用铝合金制作而成。
9.根据权利要求1所述的集合有电机的中空型谐波减速器，其特征在于：所述交叉滚子轴承的外圈、柔轮的轴肩和固定座之间通过螺钉固定连接。
10.根据权利要求1所述的集合有电机的中空型谐波减速器，其特征在于：所述交叉滚子轴承的内圈与所述刚轮主体之间通过螺钉固定连接。
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