CN107202152A - 一种双传动比少齿差‑谐波齿轮减速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双传动比少齿差‑谐波齿轮减速器，包括少齿差行星传动机构、谐波齿轮传动机构和内齿轮。当输入轴转动时，使得行星外齿轮与内齿轮啮合，但行星外齿轮还受输入轴限制，做平面运动，通过销轴式输出机构与波发生器轴固连，将运动传递到波发生器轴，实现第一级减速，获得一组传动比；同时波发生器使柔轮产生可控的弹性变形而与刚轮啮合，实现第二级减速，可获得另一组传动比。本发明可以多传动比输出，传动比范围大，且双传动比可同轴线相反方向输出，结构紧凑且相对简单，整机体积小，拆装方便，效率高，应用范围更加广泛。

Description

一种双传动比少齿差-谐波齿轮减速器
技术领域
本发明属于机械传动领域，具体涉及一种双传动比少齿差-谐波齿轮减速器。
背景技术
谐波齿轮传动技术是美国科学家C.W.Musser于1955年发明的，该传动是一种依靠弹性变形运动来达到传动目的的新型传动。由于它改变了传统的传动原理，因而具有结构简单、重量轻、传动比范围大、传动精度高、承载能力大、齿隙小、甚至可达到无侧隙传动、同时啮合齿数多和可实现向密闭空间传递运动及动力等许多优点。谐波齿轮传动被广泛的应用于自动控制、机电一体化、数控设备、航空航天和机器人等领域。
少齿差行星齿轮传动是当内齿轮和外齿轮齿数差较小时，按N型或NN型组成的行星齿轮机构。这种传动的特点是传动比大，体积较小，重量轻，运转平稳，齿形易加工，拆装方便。合理设计、制造和润滑可获得较高传动效率。相较普通的行星齿轮传动，少齿差行星传动结构更为简洁，装配也相对简单。
但是，谐波齿轮传动的传动比下限值比较大，传动比一般不能小于35。谐波多级传动时，柔轮变形加大，受力更加复杂，刚度下降，整体加工和装配都比较困难。少齿差行星齿轮传动的单级传动比比谐波传动小。为增大传动比，单独采用行星齿轮传动时，需增大减速器体积，增加重量，且结构复杂，应用范围减小。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双传动比少齿差-谐波齿轮减速器，解决谐波齿轮传动的传动比下限值较大和谐波多级传动柔轮变形加大、受力复杂、刚度下降、加工装配困难的问题，以及为获得大传动比时多级行星齿轮传动体积和重量大、结构复杂、装配困难的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种双传动比少齿差-谐波齿轮减速器，包括少齿差行星传动机构、谐波齿轮传动机构和内齿轮，少齿差行星传动机构作为第一级减速机构，谐波齿轮传动机构作为第二级减速机构，少齿差行星传动机构和谐波齿轮传动机构通过内齿轮连接。
所述内齿轮为环形，两个端面上分别设有齿圈，其中一个端面的齿圈为谐波齿轮传动的刚轮齿圈与谐波齿轮传动机构啮合，另一个齿圈为少齿差行星传动的内齿轮齿圈与少齿差行星传动机构啮合。
所述少齿差行星传动机构采用渐开线少齿差行星轮系，传动形式为N型，输入轴为偏心轴。
所述少齿差行星传动机构的内齿轮和外齿轮采用二齿差，且模数为1。
所述少齿差行星传动机构采用销轴式输出机构，每根销轴上均套有均载减磨轴套。
所述谐波齿轮传动机构包括输出端盖、交叉滚子轴承、柔轮、波发生器轴、柔性轴承和端盖，柔轮采用礼帽形柔轮，输出端盖中心设有通孔，输出端盖内壁设有轴承座，波发生器轴采用五阶轴段，第一轴段为凸轮段，其端面用于与少齿差行星传动机构的销盘连接，第二轴段、第三轴段、第四轴段和第五轴段为截面面积依次减小的阶梯轴，第五轴段一端自输出端盖中心的通孔与端盖中心孔伸出，第三轴段、第四轴段分别与轴承配合，所述轴承设置在输出端盖内的轴承座内，起到支撑限位作用，端盖与输出端盖配合，限制轴承的轴向移动；波发生器轴的凸轮段与柔性轴承的内圈配合，柔性轴承的外圈的端面与柔轮的底部端面配合，内齿轮与交叉滚子轴承的内圈固连，固定不动；交叉滚子轴承的外圈、端盖与柔轮三者固连，三者一起随着柔轮运动；少齿差行星传动机构减速后用销轴式输出机构将运动传递到波发生器轴，波发生器轴转动使得柔轮产生周期性的变形，进一步使得柔轮与内齿轮另一端的齿相啮合，实现第二级减速。
所述谐波齿轮传动机构的柔轮采用渐开线直齿圆柱齿轮。
所述内齿轮采用渐开线直齿圆柱齿轮。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：(1)具有高低两种传动比输出，且传动比范围较大，最低传动比为7，最大可达数万，两种传动比可同轴线相反方向输出；(2)整机结构紧凑、零部件数量少、整机体积较小，应用范围更加广泛。
附图说明
图1为本发明双传动比少齿差-谐波齿轮减速器的整体结构示意图。
图2为本发明双传动比少齿差-谐波齿轮减速器的输出机构与行星外齿轮的配合关系示意图。
图3为本发明双传动比少齿差-谐波齿轮减速器的波发生器轴与输出机构的装配示意图。
图4为本发明双传动比少齿差-谐波齿轮减速器的少齿差行星传动机构的运动简图。
图5为本发明双传动比少齿差-谐波齿轮减速器的谐波齿轮传动机构的运动简图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图5，本发明所述的一种双传动比少齿差-谐波齿轮减速器，包括少齿差行星传动机构、谐波齿轮传动机构和内齿轮4，少齿差行星传动机构作为第一级减速机构，谐波齿轮传动机构作为第二级减速机构，少齿差行星传动机构和谐波齿轮传动机构通过内齿轮4连接。谐波齿轮传动机构的波发生器轴5的输入端中心设有凹槽，少齿差行星传动机构的偏心轴7的一端通过轴承与波发生器轴5的输入端中心的凹槽配合，所述偏心轴7的一端为套有销盘12的一端，所述波发生器轴5的输入端端面通过螺栓与销盘12固连。
少齿差行星传动机构采用渐开线少齿差行星轮系，K-H-V(N型)传动形式，包括轴承座6、偏心轴7、端盖8、行星外齿轮9和输出机构。输出机构包括销轴10、轴套11和销盘12，为减小销轴10与行星外齿轮9之间的摩擦，并且使销轴10的受力更加均匀，在每个销轴10上都加装了轴套11。如图2所示，销盘12上均布的销轴10和轴套11拧入行星外齿轮9上相应的均布孔内。偏心轴7为输入轴，同时具有支撑输出机构的作用。内齿轮4固定不动，行星外齿轮9与偏心轴7的偏心轴段通过轴承相互配合，行星外齿轮9位于内齿轮4内。输入端的端盖8位于轴承座6端面，偏心轴7的阶梯轴段穿过支撑座6和端盖8，偏心轴7和轴承座6两者之间设有轴承，通过端盖8限位。
当偏心轴7接收动力转动时，带动行星外齿轮9运动，使得行星外齿轮9与内齿轮4一端的齿圈啮合，从而使得外齿轮9做平面运动，即外齿轮9既绕内齿轮4轴线作圆周平移运动，又绕自身轴线作回转运动。绕自身轴线转动的回转运动通过输出机构转换为绕固定轴线转动的回转运动，此时通过波发生器轴5输出的运动即为经过第一组传动比减速后的运动。其运动简图如图4所示。
第一级减速获得的传动比i1计算公式为
式中z9为行星外齿轮9齿数，z41为内齿轮4与行星外齿轮9啮合处齿圈的齿数。
销盘12上的销轴10所在中心圆直径和行星外齿轮9上相应的均布孔中心圆直径均为Dw，行星外齿轮9上均布孔的直径d与轴套11的外圆直径dw应满足下式：
式中e为偏心轴7的偏心距。
销盘12与波发生器轴5通过螺钉固连在一起，其连接形式如图3所示。
所述谐波齿轮传动机构包括输出端盖1、交叉滚子轴承2、柔轮3、波发生器轴5、柔性轴承13和端盖14，柔轮3采用礼帽形柔轮，输出端盖1中心设有通孔，输出端盖1内壁设有轴承座，波发生器轴5采用五阶轴段，第一轴段为凸轮段，其端面用于与少齿差行星传动机构的销盘12连接，第二轴段、第三轴段、第四轴段和第五轴段为截面面积依次减小的阶梯轴，第五轴段一端自输出端盖1中心的通孔与端盖14中心孔伸出，第三轴段、第四轴段分别与轴承配合，所述轴承设置在输出端盖1内的轴承座内，起到支撑限位作用。端盖14与输出端盖1配合，限制轴承的轴向移动。
波发生器采用凸轮轴式波发生器，波发生器轴5的凸轮段与柔性轴承13的内圈配合，柔性轴承13的外圈的端面与柔轮3的底部端面配合。内齿轮4与交叉滚子轴承2的内圈固连，固定不动。交叉滚子轴承2的外圈、端盖1与柔轮3三者固连，三者一起随着柔轮3运动。少齿差行星传动机构减速后用销轴式输出机构将运动传递到波发生器轴5，波发生器轴5转动使得柔轮3产生周期性的变形，进一步使得柔轮3与内齿轮4另一端的齿相啮合，实现第二级减速。其运动简图如图5所示。
第二级减速获得的传动比i2计算公式为：
式中z3为柔轮3的齿数，z42为内齿轮4与柔轮啮合处齿圈的齿数。
所述内齿轮4、少齿差行星轮系的行星外齿轮9和谐波齿轮机构的柔轮3均采用渐开线直齿圆柱齿轮。
所述内齿轮4为环形，两个端面上分别设有齿圈，其中一个端面的齿圈为谐波齿轮传动的刚轮齿圈与柔轮3啮合，另一端齿圈为少齿差行星传动的内齿轮齿圈与行星外齿轮9啮合。所述内齿轮4相当于把谐波齿轮传动机构的刚轮与少齿差行星传动机构的内齿轮整合为一体，且其与行星外齿轮9啮合的齿圈端面设有法兰盘和凹槽，法兰盘用于与机架固连，凹槽与轴承座6配合。所述内齿轮4的另一端面还设有凸缘与交叉滚子轴承2的内圈配合。以上所述内齿轮4与轴承座6和交叉滚子轴承2的内圈的配合都是通过螺钉连接固定。
本发明所述的双传动比少齿差-谐波齿轮减速器所得的第一组传动比可通过联轴器将波发生器轴5与工作机连接输出运动；第二组传动比可通过输出法兰将端盖1与工作机连接输出运动。
少齿差行星传动机构的单级传动比约为7-100，谐波齿轮传动机构的单级传动比可达300，所以本发明所述的双传动比少齿差-谐波齿轮减速器的第一组传动比范围约为7-100，第二组传动比可达数千，甚至数万。
本发明充分利用谐波齿轮传动机构和少齿差行星传动机构的优点，其传动比可变范围大，且两种传动比可以同轴线输出，结构紧凑，设计较大传动比时也不会使体积过分增大，齿轮容易加工，结构简单，拆装方便。本发明有效避免了谐波齿轮传动传动比下限值较大及多级传动加工装配困难的缺点和少齿差行星传动多级传动体积较大及结构复杂的缺点。

Claims (7)

1.一种双传动比少齿差-谐波齿轮减速器，其特征在于：包括少齿差行星传动机构、谐波齿轮传动机构和内齿轮（4），少齿差行星传动机构作为第一级减速机构，谐波齿轮传动机构作为第二级减速机构，少齿差行星传动机构和谐波齿轮传动机构通过内齿轮（4）连接；
所述内齿轮（4）为环形，两个端面上分别设有齿圈，其中一个端面的齿圈为谐波齿轮传动的刚轮齿圈与谐波齿轮传动机构啮合，另一个齿圈为少齿差行星传动的内齿轮齿圈与少齿差行星传动机构啮合。
2.根据权利要求1所述的双传动比少齿差-谐波齿轮减速器，其特征在于：所述少齿差行星传动机构采用渐开线少齿差行星轮系，传动形式为N型，输入轴为偏心轴。
3.根据权利要求1所述的双传动比少齿差-谐波齿轮减速器，其特征在于：所述少齿差行星传动机构的内齿轮和外齿轮采用二齿差，且模数为1。
4.根据权利要求1所述的双传动比少齿差-谐波齿轮减速器，其特征在于：所述少齿差行星传动机构采用销轴式输出机构，每根销轴上均套有均载减磨轴套。
5.根据权利要求1所述的双传动比少齿差-谐波齿轮减速器，其特征在于：所述谐波齿轮传动机构包括输出端盖（1）、交叉滚子轴承（2）、柔轮（3）、波发生器轴（5）、柔性轴承（13）和端盖（14），柔轮（3）采用礼帽形柔轮，输出端盖（1）中心设有通孔，输出端盖（1）内壁设有轴承座，波发生器轴（5）采用五阶轴段，第一轴段为凸轮段，其端面用于与少齿差行星传动机构的销盘（12）连接，第二轴段、第三轴段、第四轴段和第五轴段为截面面积依次减小的阶梯轴，第五轴段一端自输出端盖（1）中心的通孔与端盖（14）中心孔伸出，第三轴段、第四轴段分别与轴承配合，所述轴承设置在输出端盖（1）内的轴承座内，起到支撑限位作用，端盖（14）与输出端盖（1）配合，限制轴承的轴向移动；波发生器轴（5）的凸轮段与柔性轴承（13）的内圈配合，柔性轴承（13）的外圈的端面与柔轮（3）的底部端面配合，内齿轮（4）与交叉滚子轴承（2）的内圈固连，固定不动；交叉滚子轴承（2）的外圈、端盖（1）与柔轮（3）三者固连，三者一起随着柔轮（3）运动；少齿差行星传动机构减速后用销轴式输出机构将运动传递到波发生器轴（5），波发生器轴（5）转动使得柔轮（3）产生周期性的变形，进一步使得柔轮（3）与内齿轮（4）另一端的齿相啮合，实现第二级减速。
6.根据权利要求5所述的双传动比少齿差-谐波齿轮减速器，其特征在于：所述谐波齿轮传动机构的柔轮（3）采用渐开线直齿圆柱齿轮。
7.根据权利要求1所述的双传动比少齿差-谐波齿轮减速器，其特征在于：所述内齿轮（4）采用渐开线直齿圆柱齿轮。
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