CN108006166A - 一种快慢速输出减速机构及减速机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及减速机领域，特别涉及一种快慢速输出减速机构及减速机。本发明公开了一种快慢速输出减速机构，包含一级谐波减速机构、二级谐波减速机构和输入齿轮，一级谐波减速机构包含第一凸轮、第一柔轮和第一刚轮，第一刚轮的外轮面设置有外齿，且第一刚轮与输入齿轮啮合，第一柔轮与二级谐波减速机构的输入端相连。当第一凸轮转动时，第一刚轮固定，第一凸轮转动带动第一柔轮转动输出，此时一级谐波减速机的减速速比较大；当第一刚轮转动时，第一凸轮固定，第一刚轮转动带动第一柔轮转动输出，此时一级谐波减速机构的减速速比较小，从而让减速机实现快速和慢速输出的切换。

Description

一种快慢速输出减速机构及减速机

技术领域

本发明涉及减速机领域，特别涉及一种快慢速输出减速机构及减速机。

背景技术

谐波减速器是一种利用挠性变形原理发展起来的一种新型减速器，由于其承载能力高、传动比大、体积小、重量轻、传动平稳且传动精度高等优点，使得谐波减速器广泛应用于电子、航天航空、机器人等行业。

现有的谐波减速机构如图1所示，主要包含凸轮a、柔轮b和刚轮c三大部件，柔轮b为柔性薄壁，一般呈环状、杯状或礼帽状，柔轮b外圈和刚轮c内圈设置有互相配合的齿，柔轮b外圈和刚轮c内圈存在齿差（一般柔轮的齿数小于刚轮的齿数），凸轮a和刚轮c分别位于柔轮b的内侧和外侧，凸轮a为椭圆状的凸轮，凸轮a顶尖部位的柔轮b和刚轮c完全啮合，凸轮a其余部位的柔轮b和刚轮c处于半啮合或者脱开的状态，当凸轮a转动时，会带动柔轮b产生周期性的变形，使柔轮b的不同部位周期性的与刚轮c啮合，由于柔轮b和刚轮c之间存在齿差，因此柔轮b会相对刚轮c发生转动，达到减速的目的。

上述谐波减速机构的不足之处在于，一般凸轮a输入，柔轮b和刚轮c有一个相对固定，柔轮b固定则刚轮c输出，刚轮c固定则柔轮b输出，速比都是固定值，而有些特定的场合要求减速机能够实现在快速和慢速之间切换，这对于常规的谐波减速机来说很难实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种快慢速输出减速机构及减速机，解决了现有技术中谐波减速机难以切换输出转速的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种快慢速输出减速机构，包含一级谐波减速机构、二级谐波减速机构和输入齿轮，一级谐波减速机构包含第一凸轮、第一柔轮和第一刚轮，第一凸轮和第一刚轮分别位于第一柔轮的内侧和外侧，第一柔轮为柔性环形薄壁，第一凸轮的顶尖部位与第一柔轮贴合，第一柔轮的外圈与第一刚轮的内圈均设置有齿轮且相互啮合，第一柔轮的齿数小于第一刚轮的齿数；二级谐波减速机构包含第二凸轮、第二柔轮和第二刚轮，第二凸轮、第二柔轮和第二刚轮的连接关系与第一凸轮、第一柔轮和第一刚轮的连接关系相同，第一柔轮与第二凸轮可拆卸固定连接，第一刚轮的外轮面设置有外齿，且第一刚轮与输入齿轮啮合。

通过采用上述技术方案，当第一凸轮输入、输入齿轮固定时，第一刚轮固定，第一凸轮转动带动第一柔轮转动，第一柔轮的转动传递至第二凸轮，从而带动第二凸轮转动，当第二柔轮或第二刚轮中的一个固定，另外一个就会在第二凸轮的作用下发生转动，从而将转动输出，实现慢速输出；当第一凸轮固定、输入齿轮转动时，输入齿轮带动第一刚轮转动，由于第一凸轮固定，因此第一刚轮转动会带动第一柔轮转动，第一柔轮的转动传递至第二凸轮，从而带动第二凸轮转动，当第二柔轮或第二刚轮中的一个固定，另外一个就会在第二凸轮的作用下发生转动，从而将转动输出，实现快速输出。

较佳地，第一凸轮包含第一转动轴、凸轮套和柔性轴承，凸轮套套设在第一转动轴上，柔性轴承的内圈套设在凸轮套上，柔性轴承的外圈与第一柔轮配合。

通过采用上述技术方案，当柔性轴承磨损时，仅会磨损凸轮套，凸轮套与第一转动轴属于可拆卸连接，在进行维修时仅更换凸轮套即可，能够降低维修成本。

较佳地，第二凸轮靠近第一凸轮的一端中心部位开设有凹槽，第一凸轮的末端插入第二凸轮内，且第一凸轮与第二凸轮转动连接。

通过采用上述技术方案，第一凸轮和第二凸轮能够互相支撑，保证第一凸轮和第二凸轮装配的稳定性。

较佳地，第一凸轮和第二凸轮通过轴承转动连接。

通过采用上述技术方案，第一凸轮能够相对第二凸轮高速转动。

一种减速机，包含上述的快慢速输出减速机构，还包含机壳、第一电机和第二电机，快慢速输出减速机构位于机壳内，第一电机和第二电机位于机壳外，且第一电机与第一凸轮连接，第二电机与输入齿轮连接。

通过采用上述技术方案，第一电机能够带动第一凸轮转动，第二电机能够带动输入齿轮转动，当开启第一电机时，停止第二电机，减速机进行慢速输出；当开启第二电机时，停止第一电机，减速机进行快速输出。

较佳地，第一凸轮和第二凸轮与机壳通过轴承转动连接。

通过采用上述技术方案，机壳通过轴承对第一凸轮和第二凸轮进行支撑作用，同时也能够降低第一凸轮和第二凸轮与机壳的摩擦力。

较佳地，第一刚轮通过轴承与机壳转动连接，且机壳通过轴承支撑和定位第一刚轮。

通过采用上述技术方案，机壳能够通过轴承定位和支撑第一刚轮，在开启第二电机时，第一刚轮能够相对机壳和第一柔轮转动。

较佳地，第二刚轮相对机壳固定，第二柔轮固定连接有输出轴。

通过采用上述技术方案，二级谐波减速机构采用刚轮固定、柔轮输出的结构。

较佳地，输出轴靠近第二凸轮的一端中心部位开设有凹槽，第二凸轮的一端插入输出轴的凹槽内，且第二凸轮与输出轴通过轴承转动连接。

通过采用上述技术方案，第二凸轮插入输出轴内，输出轴能够对第二凸轮进行支撑作用，加强了第二凸轮的稳定性，同时也加强了输出轴的稳定性。

综上所述，本发明具有以下技术效果：

1.通过将第一凸轮和第一刚轮设置成能够交替式转动的结构，当第一凸轮转动时，第一刚轮固定，第一凸轮转动带动第一柔轮转动输出，此时一级谐波减速机的减速速比较大；当第一刚轮转动时，第一凸轮固定，第一刚轮转动带动第一柔轮转动输出，此时一级谐波减速机构的减速速比较小，从而让减速机实现快速和慢速输出的切换；

2.通过串联设置两级谐波减速机构，一级谐波减速机构的输出端作为二级谐波减速机构的输入端，一级谐波减速机构能够控制切换快速和慢速输出，二级谐波减速机构能够进一步增大减速速比，达到了当一级谐波减速机构切换至快速输出时，减速机的整体减速速比也不会很小。

附图说明

图1是现有技术中谐波减速机构的结构示意图；

图2是本发明的减速机的剖面结构示意图；

图3是本发明的快慢速输出减速机构的剖面结构示意图；

图4是图3中局部A的放大图。

图中，a、凸轮；b、柔轮；c、刚轮；1、一级谐波减速机构；11、第一凸轮；111、第一转动轴；112、凸轮套；113、柔性轴承；12、第一柔轮；13、第一刚轮；2、二级谐波减速机构；21、第二凸轮；211、第二转动轴；22、第二柔轮；23、第二刚轮；3、输入齿轮；4、第一电机；5、第二电机；6、机壳；61、第一机壳；62、第二机壳；63、第三机壳；64、支撑板；65、第一轴承端盖；66、间隔板；67、第二轴承端盖；7、输出轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“底面”和“顶面”指的是附图中的方向，词语 “内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图2所示，一种谐波减速机，包含快慢速输出减速机构、第一电机4、第二电机5和机壳6，快慢速输出减速机构位于机壳6内，通过机壳6对快慢速输出减速机构进行支撑、保护和定位，第一电机4和第二电机5分别与快慢速减速机构相连，驱动快慢速减速机构进行减速。

如图3所示，快慢速输出减速机构包含一级谐波减速机构1、二级谐波减速机构2和输入齿轮3，一级谐波减速机构1包含第一凸轮11、第一柔轮12和第一刚轮13，第一凸轮11和第一刚轮13分别位于第一柔轮12的内侧和外侧，第一柔轮12为杯状柔性薄壁，第一凸轮11的顶尖部位与第一柔轮12贴合，第一柔轮12的外圈与第一刚轮13的内圈均设置有齿轮且相互啮合，第一柔轮12的齿数小于第一刚轮13的齿数（一般齿差为2）；二级谐波减速机构2包含第二凸轮21、第二柔轮22和第二刚轮23，第二凸轮21、第二柔轮22和第二刚轮23的连接关系与第一凸轮11、第一柔轮12和第一刚轮13的连接关系相同，第一柔轮12与第二凸轮21可拆卸固定连接，第一刚轮13的外轮面设置有外齿，且第一刚轮13与输入齿轮3啮合；其中第一凸轮11与第一电机4相连，输入齿轮3与第二电机5相连，第一电机4和第二电机5含有制动器，当电机停止转动时抱死电机。设第一柔轮、第一刚轮、第二柔轮和第二刚轮的齿数分别为Z1、Z2、Z3和Z4，当开启第一电机4、关闭第二电机5时，第一凸轮11转动，第一刚轮13固定，第一柔轮12输出，一级谐波减速机构1的速比为i1=Z1÷（Z2-Z1），速比较大，传送至第二凸轮21的输入转速较小，再经过二级谐波减速机构2减速，整体输出速比为i=i1×i2，为慢速输出；当开启第二电机5、关闭第一电机4时，第一凸轮11固定，第一刚轮13转动，第一柔轮12输出，此时一级谐波减速机构1的速比为i1=Z1÷Z2，速比较小，传送至第二凸轮21的输入转速较大，再经过二级谐波减速机构2减速，整体输出速比为i=i1×i2，为快速输出。通过切换第一电机4和第二电机5的起停，能够切换快慢速输出减速机构的输出速度。

另外，一级谐波减速机构1中的第一柔轮12可以采用其他形状，如外翻的礼帽型等；二级谐波减速机构2可以采用其他类型的设置方式，如柔轮固定、刚轮输出或者刚轮固定、柔轮输出。还可以将二级谐波减速机构2去除，仅保留一级谐波减速机构1，也能实现快慢速输出的切换，但当采用快速输出时，减速效果不明显，因此最佳方式，还是一级谐波减速机构1和二级谐波减速机构2配合使用。

优选地，如图3所示，第一凸轮11包含第一转动轴111、凸轮套112和柔性轴承113，凸轮套112的外轮面为椭圆状，凸轮套112套设在第一转动轴111上，柔性轴承113的内圈套设在凸轮套112上，柔性轴承113的外圈与第一柔轮12配合，凸轮套112与第一转动轴111通过键联接。由于柔性轴承113为转动件，而且承受交变应力载荷，因此较为容易损坏，在第一转动轴111与柔性轴承113之间设置凸轮套112之后，如果柔性轴承113损坏则会磨损与其接触的凸轮套112，而不会磨损第一转动轴111，在维修的过程中仅更换凸轮套112和柔性轴承113即可，而不需要更换第一转动轴111，降低了维修成本。

如图3所示，第二凸轮21包含第二转动轴211，第二凸轮21也可设置成与第一凸轮11相同的结构，但第一转动轴111左端的中心开设有用于安装第一电机4电机轴的盲孔，如图4所示，第一柔轮12与第二转动轴211通过螺栓固接。

如图2所示，机壳6包含第一机壳61、第二机壳62和第三机壳63，第一机壳61、第二机壳62和第三机壳63依次拼接且固定，第三机壳63左侧设置有支撑板64，支撑板64将机壳6分为左右两个腔室，第一谐波减速机构1位于左腔室，第二谐波减速机构2位于右腔室，固定螺栓依次穿过支撑板64、第二刚轮23和第三机壳63，将支撑板64和第二刚轮23固定至第三机壳63上；第二凸轮21的第二转动轴211与支撑板64通过轴承转动连接，且支撑板64能够支撑第二转动轴211，保证第二转动轴211运动的稳定性；第一凸轮11的第一转动轴111的左侧设置有第一轴承端盖65，第一转动轴111穿过第一轴承端盖65且与第一轴承端盖65通过轴承转动连接；第一刚轮13与第一机壳61和第三机壳63通过轴承转动连接，同时第一机壳61和第三机壳63能够支撑第一刚轮13，保证第一刚轮13转动时的稳定性；通过第一轴承端盖65与第三机壳63分别从第一刚轮13的左右两侧抵接第一刚轮13上的转动轴承，能够定位第一刚轮13，防止第一刚轮13转动时发生轴向窜动。

如图2所示，为了方便上述谐波减速机输出，在第二柔轮22的右侧设置有输出轴7，输出轴7与第二柔轮22通过螺栓固定连接，输出轴7与第三机壳63通过轴承转动连接，第三机壳63的右侧依次设置有间隔板66和第二轴承端盖67，间隔板66和第二轴承端盖67均套设在输出轴7上且通过螺栓与第三机壳63固定，间隔板66与输出轴7通过轴承转动连接，第二轴承端盖67用于密封。

较佳地，如图2或图3所示，第二转轴211和输出轴7的右端中心部位均开设有凹槽，第一转轴111的右端插入第二转轴211内且与其转动连接，第二转轴211的右端插入输出轴7内且与其转动连接，第一转轴111、第二转轴211和输出轴7同心。其中，第一转轴111与第二转轴211以及第二转轴211与输出轴7最好采用轴承转动连接。这样设置后，第一转轴111、第二转轴211和输出轴7能够互相支撑，使得三者的转动更加稳定。

另外，也可以将快慢速输出减速机构应用至其他减速机内部。

本发明的工作过程为：

参考图2，减速机进行慢速输出时，开启第一电机4、关闭第二电机5时，第一电机4带动第一凸轮11转动，第一刚轮13由于第二电机5停止而固定，因此第一凸轮11转动带动第一柔轮12转动，第一柔轮12转动带动第二凸轮21转动，由于第二刚轮23固定，因此第二凸轮21转动带动第二柔轮22转动，第二柔轮22转动带动输出轴7转动，将转动输出，此时的减速比为i=[Z1÷（Z2-Z1）]×[Z3÷（Z3-Z4）]。

参考图2，减速机进行快速输出时，开启第二电机5、关闭第一电机4时，第一凸轮11由于第一电机4停止而固定，第二电机5转动带动输入齿轮3转动，输入齿轮3通过齿轮啮合带动第一刚轮13转动，由于第一凸轮11固定，因此第一刚轮13转动带动第一柔轮12转动，第一柔轮12转动带动第二凸轮21转动，由于第二刚轮23固定，因此第二凸轮21转动带动第二柔轮22转动，第二柔轮22转动带动输出轴7转动，将转动输出，此时的减速比为i=（Z1÷Z2）×[Z3÷（Z3-Z4）]。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (9)

1.一种快慢速输出减速机构，其特征在于，包含一级谐波减速机构（1）、二级谐波减速机构（2）和输入齿轮（3），一级谐波减速机构（1）包含第一凸轮（11）、第一柔轮（12）和第一刚轮（13），第一凸轮（11）和第一刚轮（13）分别位于第一柔轮（12）的内侧和外侧，第一柔轮（12）为柔性环形薄壁，第一凸轮（11）的顶尖部位与第一柔轮（12）贴合，第一柔轮（12）的外圈与第一刚轮（13）的内圈均设置有齿轮且相互啮合，第一柔轮（12）的齿数小于第一刚轮（13）的齿数；二级谐波减速机构（2）包含第二凸轮（21）、第二柔轮（22）和第二刚轮（23），第二凸轮（21）、第二柔轮（22）和第二刚轮（23）的连接关系与第一凸轮（11）、第一柔轮（12）和第一刚轮（13）的连接关系相同，第一柔轮（12）与第二凸轮（21）可拆卸固定连接，第一刚轮（13）的外轮面设置有外齿，且第一刚轮（13）与输入齿轮（3）啮合。

2.根据权利要求1所述的一种快慢速输出减速机构，其特征在于，第一凸轮（11）包含第一转动轴（111）、凸轮套（112）和柔性轴承（113），凸轮套（112）套设在第一转动轴（111）上，柔性轴承（113）的内圈套设在凸轮套（112）上，柔性轴承（113）的外圈与第一柔轮（12）配合。

3.根据权利要求1所述的一种快慢速输出减速机构，其特征在于，第二凸轮（21）靠近第一凸轮（11）的一端中心部位开设有凹槽，第一凸轮（11）的末端插入第二凸轮（21）内，且第一凸轮（11）与第二凸轮（21）转动连接。

4.根据权利要求2所述的一种快慢速输出减速机构，其特征在于，第一凸轮（11）和第二凸轮（21）通过轴承转动连接。

5.一种减速机，其特征在于，包含权利要求1所述的快慢速输出减速机构，还包含机壳（6）、第一电机（4）和第二电机（5），快慢速输出减速机构位于机壳（6）内，第一电机（4）和第二电机（5）位于机壳（6）外，且第一电机（4）与第一凸轮（11）连接，第二电机（5）与输入齿轮（3）连接。

6.根据权利要求5所述的一种减速机，其特征在于，第一凸轮（11）和第二凸轮（21）与机壳（6）通过轴承转动连接。

7.根据权利要求5所述的一种减速机，其特征在于，第一刚轮（13）通过轴承与机壳（6）转动连接，且机壳（6）通过轴承支撑和定位第一刚轮（13）。

8.根据权利要求5所述的一种减速机，其特征在于，第二刚轮（23）相对机壳（6）固定，第二柔轮（22）固定连接有输出轴（7）。

9.根据权利要求8所述的一种减速机，其特征在于，输出轴（7）靠近第二凸轮（21）的一端中心部位开设有凹槽，第二凸轮（21）的一端插入输出轴（7）的凹槽内，且第二凸轮（21）与输出轴（7）通过轴承转动连接。