CN106286764A - 变速装置的齿型加工法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变速装置的齿型加工法，其主要提供具有齿差传动原理的变速装置一种最佳轻量化的加工制法，该变速装置包括至少一内齿差环、一外齿差环及一谐波产生器，通过轻质金属材提供内齿差环的基底支撑，再使齿型以包覆射出成型方式将工程塑料结合于环体内环面上，该外齿差环则以工程塑料模制成型，使外齿差环与内齿差环在生产上具有齿比及齿型变动的优势，可大幅降低库存及制造成本，同时达到变速装置的轻量化、减少运作时的惯性负荷。

Description

变速装置的齿型加工法

技术领域

本发明有关一种变速装置的齿型加工法，尤指一种以工程塑料材质来模制成形出谐和式减速机的特殊齿型，使谐和式减速机各式齿比的齿型易于成形并兼具轻量化目的的加工法。

背景技术

众所周知，机械自动化领域中，机械手臂(robotic arm)是具有模仿人类手臂功能并可完成各种作业的自动控制设备，这种机器人系统有多关节连接，并允许在平面或三度空间进行运动或使用线性位移移动。目前机械手臂在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，除了主要用于工业制造上，商业农业、医疗救援、娱乐服务、军事保全甚至在太空探索等领域都可以发现其应用装置。

而此机械手臂的轴部关节，多以传统应用金属弹性力学的谐和式减速机(Harmonic Drive，以下简称HD)予以施作，该HD所应用的柔性齿条(Flex Spline)，为一杯型或帽型的金属薄壳弹性体，在其外周开口部分切割有齿型，而于齿型的底部为一膜片(Diaphrgam)。由于该柔性齿条由疲劳性强度极高的特殊钢所制成，且谐和式减速机传动方式与一般齿轮的啮合动力传达方式相异，其齿型背隙值极小，因此其金属齿型的加工，必须以特制刀具施作，除了刀具及特殊钢素材取得不易之外，造价亦不斐，如果遇到成型齿型所在的位置不适合以刀具来施作时，则增添了加工的难度及制作成本。此外，由于此一HD整体结构均由金属材质组合构成，因此，对于组装在机械手臂中段及末端部位时，乃会增加手臂前端关节处的负荷扭矩，致使机械手臂的有效负载值不佳。

发明内容

本发明针对谐和式减速机的齿型，进行了材质与加工法的创新设计，提供一种变速装置的齿型加工法，利用工程塑料以模具直接成型制造出内齿差环，使齿型于传统工法的复杂加工因素完全屏除。

本发明的目的在于提供一种变速装置的齿型加工法，其通过塑料射出成形工法，进而达到变速装置构件的降低重量及快速生产的目的。

为达上述目的，本发明变速装置的齿型加工法，用于谐和式减速机的齿型加工成型，该减速机主要构件包含：至少一外齿差环，由轻质金属材构成环体，于该环体内环面以包覆射出成型方式将工程塑料模制成型出的齿型予以结合，建构出该外齿差环的内齿；一内齿差环，其以工程塑料模制成型，其外环面具有外齿，该外齿齿数少于该外齿差环的内齿齿数而形成齿数差；一谐波产生器，其包含一凸轮及一轴承，该轴承套设于该凸轮外表面，该谐波产生器与外齿差环同轴设置。如此，使该内齿差环套结于谐波产生器的轴承外围，使内齿差环的外齿与外齿差环的内齿呈局部区段啮合状态，以此架构组成的变速装置，即能达到轻量化及齿型快速制成的设计目的。

其中，该外齿差环为铝合金金属环体。

其中，该外齿差环的环体内圈设有嵌槽，该内齿的工程塑料附着在该嵌槽。

其中，该内齿差环的环体轴向侧端成型有一弹性折边。

本发明具有的优点在于：

本发明针对谐和式减速机的齿型，进行了材质与加工法的创新设计，利用工程塑料以模具直接成型制造出内齿差环，使齿型于传统工法的复杂加工因素完全屏除，同时通过齿宽的增加来克服材质强度的差异性，致使齿啮合传动的抗扭矩强度获得提升。此外，原HD设计中与该内齿差环相互啮合的外齿差环部分，本发明以包覆射出成形的工法，将工程塑料披覆于外齿差环内圈的啮合面上，使其与内齿差环以相同的材质相互啮合，以获取最佳的磨合配置。

附图说明

图１为本发明变速装置的齿型加工法的应用实施例分解状态参考图。

图２为本发明中外齿差环的结构局部剖视示意图。

图３为本发明外齿差环的另一结构局部剖视示意图。

图４为本发明变速装置的齿型加工法的应用实施例组合状态示意图。

图５为本发明中内齿差环的另一结构实施例局部剖面示意图。

图６为本发明的应用实施例组合状态示意图。

图中：

外齿差环1； 环体11；

嵌槽111； 内齿12；

内齿差环2； 外齿21；

谐波产生器3； 凸轮31；

轴承32； 固定外环4；

滚柱41。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图１至图４所示，本发明的变速装置的齿型加工法，应用于谐和式减速机的齿型加工成型，而该谐和式减速机10其较佳的实施例包含至少一外齿差环1、一内齿差环2及谐波产生器3所组成，其中:

外齿差环1，以质轻的铝金属材质为环体11基材，通过塑料包覆成型工法，将工程塑料模制成型出的齿型建构于环体的内环面，形成外齿差环1的内齿12，而该环体11的内圈面设有嵌槽111，以供内齿12模制成型时可依附固定。

内齿差环2，以工程塑料一体射出模制成型，其于外环面上具有有外齿21，该外齿21齿数少于对应该外齿差环1的内齿12齿数而形成齿数差。

谐波产生器3，主要连接动力输入端，包含一凸轮31及一轴承32，该轴承32套设于该凸轮31外表面，谐波产生器3与外齿差环1同轴设置。

利用上述构件，使内齿差环2套结于谐波产生器3的轴承32外围，使内齿差环2的外齿21与外齿差环1的内齿12呈局部区段啮合状态，以此架构组成的变速装置，即能达到轻量化及齿型快速制成的设计目的。

再者，该外齿差环1与内齿差环2与减速装置的固定端或出力端相结合传动，因此，此两环体可通过一固定外环4予以支撑伺服(请参考如图６所示)，该固定外环4以质轻的铝金属材质制成，其与外齿差环1之间设有交叉排列的滚柱41予以支撑，使外齿差环1可获得轴、径两向的稳定伺服，从而使减速装置运用到机械手臂时，达到高刚性支撑及定位确实的优点，以能提升机械手臂定位精度。

请参考如图５所示，该内齿差环2可于环体轴向侧端一体成型有弹性折边22，利用该弹性折边22使内齿差环2在与外齿差环1呈多区段啮合时，可更具有径向的弹性作用，且得与固定外环4相结合，如图５及图６所示的应用实施例，该内齿差环2由谐波产生器3的撑顶，而以180度的对向两侧区段同时与该外齿差环1啮合，由于内齿差环2以工程塑料一体成型，其除了在材质上具有可弹性的特性，更可通过结构性的弹性折边22来辅助多区段啮合时的齿差蠕动回转，且该外齿21与内齿12的啮合传动的抗扭矩强度，亦可通过啮合齿宽的加宽而获得提升。因此，本发明中该内齿差环2于谐和式减速机上所欲达成的功能，可完整呈现应用无虞，同时，亦因轻量材质的选用，致使此变速装置能轻易达到轻量化的目的，且不因取材的选择而丧失强度的要求，在轻量化及强度要求两者之间获取一最佳的平衡。

此外，由于该外齿差环1的内齿12及内齿差环2的外齿21齿型，均事先成型于模具中，如需变动内齿12及外齿21的齿型，则仅需更替模具的线割模仁即可轻易达成，此一方式，乃使制造时的制程获得简化、成本降低。勿须如传统以金属制造的齿型，要备齐各型的齿加工成型刀具，才能应付各型齿比的所需，致使制造成本无法降低。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种变速装置的齿型加工法，其特征在于，用于谐和式减速机的齿型加工成型，该减速机的构件包含：

至少一外齿差环，以金属材质为环体基材，通过塑料包覆成型工法，将工程塑料模制成型出的齿型建构于环体的内环面，形成该外齿差环的内齿；

一内齿差环，以工程塑料模制成型，其外环面具有外齿，该外齿齿数少于该外齿差环的内齿齿数而形成齿数差；及

一谐波产生器，其包含一凸轮及一轴承，该轴承套设于该凸轮外表面，该谐波产生器与该外齿差环同轴设置。

2.根据权利要求１所述的变速装置的齿型加工法，其特征在于，其中，该外齿差环为铝合金金属环体。

3.根据权利要求１所述的变速装置的齿型加工法，其特征在于，其中，该外齿差环的环体的内圈面设有嵌槽，该内齿的工程塑料附着在该嵌槽。

4.根据权利要求１所述的变速装置的齿型加工法，其特征在于，其中，该内齿差环的环体轴向侧端成型有一弹性折边。