CN108036034A - 一种双向输出型谐波减速装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向输出型谐波减速装置，装置包括两级交叉滚子轴承，第一刚性内齿齿轮、第二刚性内齿齿轮、第三刚性内齿齿轮、柔轮、电磁装置、中心轴等。两级交叉滚子轴承由轴承内圈，中间圈和外圈组成，交叉滚子轴承既起到固定作用也作为输出端与负载相连输出扭矩。电磁装置作为装置的输入端，通过不均匀磁场的作用使柔轮按照波发生器的形状来实现变形。本装置提出一种无摩擦的输入方式，通过电磁装置驱使柔轮变形，柔轮变形后与刚轮实现啮合，钢轮输出，实现谐波减速器的双向输出。此新型谐波减速器能实现谐波减速器两个输出端的输出同步，运动精度高，可使两个输出端实现精确的同步运动。

Description

一种双向输出型谐波减速装置

技术领域

本发明涉及实现谐波减速器双向输出的组合型谐波减速装置，用电磁驱动方式驱动柔轮变形的电磁装置，且使用两级交叉滚子轴承实现谐波减速器双向输出。

背景技术

作为谐波齿轮减速装置，谐波齿轮减速装置一般由刚轮、柔轮、波发生器和柔性轴承等部件组成。专利-CN 101561031A中公开了一种凸轮波发生器从一端输入，凸轮波发生器装入柔性轴承中，从而使柔轮发生变形，通过柔轮与刚轮在圆周方向移动的啮合运动，减速运动从另一端输出。专利-CN 101614265A中公开了一种具有两个波发生器的组合型谐波齿轮减速机构。专利-日本专利特开2001-336588号公报中公开了一种将刚性内齿齿轮和可挠性外齿齿轮支承成能自由的旋转状态的交叉滚子轴承机构。

发明内容

本发明的目的在于针对谐波减速器，目前谐波减速器的工作环境越来越复杂，有时需要输出的两个运动保持高精度的同步，需要同时输出两个减速运动。由于谐波减速器输入为凸轮波发生器装入柔性轴承内，然后以同轴状态装入柔性外齿齿轮的内孔中，当波发生器转动时波发生器与轴承，轴承内圈、外圈与轴承滚珠、柔性轴承外圈与柔性外齿齿轮内壁之间必然发生摩擦磨损和温度升高，影响使用寿命。

本发明根据上面的问题，提供了一种无摩擦的输入方式，同时此发明还提供了一种双向输出的输出方式，保证了输出运动的一致性和高度同步。与使用两个减速器输出两个减速运动相比，减小了柔轮所占空间，能有效减小使用减速器机构的体积同时实现机构的轻量化设计。

解决技术问题所采用的技术手段

为了解决上述技术问题，本发明的双向输出型谐波减速装置的特点在于，具有电磁驱动机构和两级交叉滚子轴承，上述电磁机构使用电磁装置的磁场为动力使柔轮发生变形，电磁装置的定子时固定安装在中心轴上，轴安装在两级交叉滚子轴承的内圈上，用螺钉固定。使用时，以磁场为动力，通过不均匀的磁场作用，是柔性外齿齿轮按照凸轮波发生器的轮廓发生形变，使柔性外齿齿轮与刚性内齿齿轮发生在圆周方向移动的局部啮合运动，从而实现对输入运动减速的目的。

本发明有三个刚性内齿齿轮，包括第一刚性内齿齿轮、第二刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮，其中第二刚性内齿齿轮的齿数与柔性外齿齿轮的齿数相同，他们之间没有相对转动，第一刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮的齿数均比性外齿齿轮的齿数多2n其中n为整数，通常情况下n＝1个，当柔轮变形一周时，刚轮相对于柔轮在圆周方向上转过2n个齿，

本发明将第二刚性内齿齿轮安装在两级交叉滚子轴承的外圈上，用螺钉固定。第一刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮安装在两级交叉滚子轴承的中间圈上，通过中间圈上安装孔和两个刚轮上的螺纹孔用螺钉连接，使第一刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮与柔性外齿齿轮同轴安装，由于两级交叉滚子轴承的外圈与与中间圈之间的滚子和中间圈与内圈之间滚子作用，时第一刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮能在圆周方向相对于柔轮做自由的旋转，因此把第一刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮作为输出端，连接两级交叉滚子轴承的中间圈与负载相连输出减速运动。

本发明的双向输出型谐波减速装置由于使用电磁装置作为输入装置，利用不均的旋转电磁场作为动力使柔性外齿轮产生与凸轮波发生器轮廓相同的变形，此装置通过非接触的方式使柔性外齿轮产生变形，与传统的凸轮柔性轴承输入相比，避免了凸轮波发生器与柔性轴承内圈，柔性轴承外圈与柔性外齿轮内圈之间的摩擦磨损，避免了由于摩擦使装置的工作温度升高而影响减速器的使用性能和使用寿命。电磁装置使谐波减速装置结构更加紧凑，能更有效的减小谐波减速装置的工作空间。本装置可以实现双向同步输出减速旋转运动，能更好的应用于要求两个低速旋转运动且两个运动具有高的一致性、同时起动同时停止，转速相同的工况下，且由于柔性外齿齿轮受到的啮合力呈对称分布，柔轮受力均匀，不易产生应力集中和变形畸变，提高传动的稳定性和柔轮的使用寿命。

附图说明

图1是对应用了本发明的双向输出型谐波减速装置的实施方式进行表示的纵向剖面视图。

图2是表示图1的双向输出型谐波减速装置的端面图。

具体实施方式

以下对照附图1和附图2，对使用了本发明的双向输出型谐波减速器装置的实施方式进行详细说明。

图1是双向输出型谐波减速装置的剖视图，双向输出型谐波减速装置包括两级交叉滚子轴承、第一刚性内齿齿轮4、第二刚性内齿齿轮5、第三刚性内齿齿轮6、柔轮8、电磁装置9和中心轴10。

以电磁装置9为输入端，电磁装置9产生不均匀的旋转磁场使柔轮8产生变形，电磁装置9固定到中心轴10上，中心轴10通过螺栓固定于两级交叉滚子轴承内圈上；变形后的柔轮8与第一刚性内齿齿轮4、第二刚性内齿齿轮5、第三刚性内齿齿轮6产生啮合，且啮合位置在圆周方向上移动；柔轮8与第一刚性内齿齿轮4、第二刚性内齿齿轮5、第三刚性内齿齿轮6的齿数差产生减速运动，减速运动通过两级交叉滚子轴承的轴承中间圈2传递到装置的外部负载构件上；两个的两级交叉滚子轴承对称设置，两个两级交叉滚子轴承的的轴承外圈3与第二刚性内齿齿轮5连接并固定于电磁装置9的外壳上；第一刚性内齿齿轮4通过一侧的两级交叉滚子轴承的轴承中间圈2与输出轴相连，第三刚性内齿齿轮6通过另一侧的两级交叉滚子轴承的轴承中间圈2与输出轴相连；所述两级交叉滚子轴承的连接方式相同，从而实现谐波减速装置的双向同步输出，保证两侧输出减速运动的高度一致性。

两级交叉滚子轴承由轴承内圈1、轴承中间圈a2和轴承外圈3组成，轴承内圈1呈圆环状，轴承内圈1上加工有固定安装孔，中心轴一侧的端面10a上的沿圆周均匀分布有螺栓孔10b，轴承内圈一侧的端面1a与螺栓孔10b通过螺栓连接将轴承内圈1与中心轴10固定到一起；轴承中间圈a2呈圆环状，轴承中间圈a2布置在电磁装置9的一侧；

轴承中间圈a2包括第一内圆周面2a、第一外圆周面2b、侧部凸台端面2c和第一通孔2d，侧部凸台端面上沿圆周均匀分布有第一通孔2d；

轴承中间圈a2与第一刚性内齿齿轮4通过轴承中间圈a2一侧凸台端面上的第一通孔2d与第一刚性内齿齿轮一侧的端面4a上的螺纹孔4b用螺钉连接，刚轮输出的扭矩通过两级交叉滚子轴承的轴承中间圈a2传递给负载构件；轴承外圈3包括第二内圆周面3a、第二外圆周面3b、第一凸台端面3c和第一凸台端面上开设有第二通孔3d，轴承外圈3与第二刚性内齿齿轮5通过轴承外圈3的第一凸台端面上的第二通孔3d与第二刚性内齿齿轮5的侧部断面5d上的螺纹孔5f用螺钉与减速装置外部壳体固定连接到一起，此外，轴承内圈1以同轴心的状态安装在轴承中间圈a2的内侧2a中，轴承中间圈a2以同轴心的状态安装在轴承外圈3的内侧3a中，轴承内圈1的外圆周面1c上开设有安装滚子的滚道a1b；轴承中间圈a2的第一内圆周面2a上开设有安装滚子的滚道b2e，第一外圆周面2b上开设有安装滚子的滚道c2f，轴承外圈3的第一内圆周面3a上开设有安装滚子b14的滚道d3e；在两级交叉滚子轴承的轴承内圈1与轴承中间圈a2之间、轴承中间圈a2与轴承外圈3的滚道上都均匀安装有滚子a13和滚子b14，保证两级交叉滚子轴承的轴承内圈1、轴承中间圈a2和轴承外圈3三者能同轴心的进行自由旋转且能保证较高的同轴度。

第一刚性内齿齿轮4、第二刚性内齿齿轮5和第三刚性内齿齿轮6为刚性内齿齿轮，柔轮8为柔性外齿齿轮，第一刚性内齿齿轮4包括第一端面4a和形成于第一端面4a上的螺纹孔4b，第二端面4c和第一轮齿4d；第二刚性内齿齿轮5包括第三端面5a和第四端面5b和第二轮齿5c，沿轴线方向对称延伸凸台结构的第五端面5d和第六端面5e，及在第五端面5d上加工的第一螺纹孔5f和在第六端面5e上加工的螺纹孔5g；第三刚性内齿齿轮6包括第七端面6a和形成于第七端面6a上的第二螺纹孔6b，第八端面6c和第三轮齿6d。柔轮8包括内圆周面8a和第四轮齿8b。柔轮8与三个刚性内齿齿轮同轴状态进行安装，保证它们能够实现相对旋转运动。第二刚性内齿齿轮5的齿数与柔轮8的齿数相同，第二刚性内齿齿轮5和柔轮8之间没有相对转动，第一刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮的齿数均比性外齿齿轮的齿数多2n个，其中n为整数，当柔轮变形一周时，三个刚性内齿齿轮相对于柔轮在圆周方向上转过2n个齿；

支撑轴10包括第一端面10a和第二端面10b。电磁装置9为能够产生不均匀的旋转磁场的装置，通过对其进行轴向调制和径向调制使其产生使柔轮8按照凸轮波发生器的形状进行变形的不均匀的旋转磁场。

双向输出型谐波减速装置以电磁场为动力利用不均匀的旋转磁场使柔轮8变形，不同于传统的谐波减速装置以电机带动凸轮波发生器使柔性外齿齿轮变形。当电磁输入装置9的不均匀的旋转磁场作用在柔性齿轮8上使其变形后，柔轮与第一刚性内齿齿轮4、第二刚性内齿齿轮5和第三刚性内齿齿轮6三个刚性内齿齿轮进行局部啮合运动，啮合位置在圆周方向上进行移动，刚性外齿齿轮与柔轮发生相对旋转运动。利用两级交叉滚子轴承的外圈3将第二刚性内齿齿轮5固定安装在装置外壳上，使其不能旋转，两级交叉滚子轴承的轴承中间圈a2与第一刚性内齿齿轮4通过螺栓进行连接，使其以同轴心的状态安装在轴承外圈3的内侧3a中且能够进行自由的旋转运动，第三刚性内齿齿轮6与第一刚性内齿齿轮4安装方式相同。

由于第二刚性内齿齿轮5的齿数与柔轮8的齿数相同，两个齿轮之间不发生相对旋转运动，由于第二刚性内齿齿轮5固定不动，所以柔轮也不发生转动，第一刚性内齿齿轮4和第三刚性内齿齿轮6的齿数均比柔性外齿齿轮8的齿数多2n个，其中n为整数；柔轮固定，所以第一刚性内齿齿轮4和第三刚性内齿齿轮6与柔性外齿齿轮8之间产生和齿数差2n相对应的旋转运动，使第一刚性内齿齿轮4和第三刚性内齿齿轮6同步双向对称输出减速旋转运动，减速旋转运动通过与第一刚性内齿齿轮4和第三刚性内齿齿轮6相连接的两级交叉滚子轴承的中间圈将减速旋转运动输出给与之相连的负载构件。

Claims (8)

1.一种双向输出型谐波减速装置，其特征在于：包括两级交叉滚子轴承、第一刚性内齿齿轮、第二刚性内齿齿轮、第三刚性内齿齿轮、柔轮、电磁装置和中心轴；

以电磁装置为输入端，电磁装置产生不均匀的旋转磁场使柔轮产生变形，电磁装置固定到中心轴上，中心轴通过螺栓固定于两级交叉滚子轴承内圈上；变形后的柔轮与第一刚性内齿齿轮、第二刚性内齿齿轮、第三刚性内齿齿轮产生啮合，且啮合位置在圆周方向上移动；柔轮与第一刚性内齿齿轮、第二刚性内齿齿轮、第三刚性内齿齿轮的齿数差产生减速运动，减速运动通过两级交叉滚子轴承的轴承中间圈传递到装置的外部负载构件上；两个的两级交叉滚子轴承对称设置，两个两级交叉滚子轴承的的轴承外圈与第二刚性内齿齿轮连接并固定于电磁装置的外壳上；第一刚性内齿齿轮通过一侧的两级交叉滚子轴承的轴承中间圈与输出轴相连，第三刚性内齿齿轮通过另一侧的两级交叉滚子轴承的轴承中间圈与输出轴相连；所述两级交叉滚子轴承的连接方式相同，从而实现谐波减速装置的双向同步输出，保证两侧输出减速运动的高度一致性。

2.根据权利要求1所述的一种双向输出型谐波减速装置，其特征在于：两级交叉滚子轴承由轴承内圈、轴承中间圈a和轴承外圈组成，轴承内圈呈圆环状，轴承内圈上加工有固定安装孔，中心轴一侧的端面a上的沿圆周均匀分布有螺栓孔b，轴承内圈一侧的端面a与螺栓孔b通过螺栓连接将轴承内圈与中心轴固定到一起；轴承中间圈a呈圆环状，轴承中间圈a布置在电磁装置的一侧。

3.根据权利要求2所述的一种双向输出型谐波减速装置，其特征在于：轴承中间圈a包括第一内圆周面a、第一外圆周面b、侧部凸台端面c和第一通孔d，侧部凸台端面上沿圆周均匀分布有第一通孔d。

4.根据权利要求2所述的一种双向输出型谐波减速装置，其特征在于：轴承中间圈a与第一刚性内齿齿轮通过轴承中间圈a一侧凸台端面上的第一通孔d与第一刚性内齿齿轮一侧的端面a上的螺纹孔b用螺钉连接，刚轮输出的扭矩通过两级交叉滚子轴承的轴承中间圈a传递给负载构件；轴承外圈包括第二内圆周面a、第二外圆周面b、第一凸台端面c和第一凸台端面上开设有第二通孔d，轴承外圈与第二刚性内齿齿轮通过轴承外圈的第一凸台端面上的第二通孔d与第二刚性内齿齿轮的侧部断面d上的螺纹孔f用螺钉与减速装置外部壳体固定连接到一起，此外，轴承内圈以同轴心的状态安装在轴承中间圈a的内侧a中，轴承中间圈a以同轴心的状态安装在轴承外圈的内侧a中，轴承内圈的外圆周面c上开设有安装滚子的滚道ab；轴承中间圈a的第一内圆周面a上开设有安装滚子的滚道be，第一外圆周面b上开设有安装滚子的滚道c，轴承外圈的第一内圆周面a上开设有安装滚子b的滚道d；在两级交叉滚子轴承的轴承内圈与轴承中间圈a之间、轴承中间圈a与轴承外圈的滚道上都均匀安装有滚子a和滚子b，保证两级交叉滚子轴承的轴承内圈、轴承中间圈a和轴承外圈三者能同轴心的进行自由旋转且能保证较高的同轴度。

5.根据权利要求1所述的一种双向输出型谐波减速装置，其特征在于：第一刚性内齿齿轮、第二刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮为刚性内齿齿轮，柔轮为柔性外齿齿轮，第一刚性内齿齿轮包括第一端面a和形成于第一端面a上的螺纹孔b，第二端面c和第一轮齿d；第二刚性内齿齿轮包括第三端面a和第四端面b和第二轮齿c，沿轴线方向对称延伸凸台结构的第五端面d和第六端面e，及在第五端面d上加工的第一螺纹孔f和在第六端面e上加工的螺纹孔g；第三刚性内齿齿轮包括第七端面a和形成于第七端面a上的第二螺纹孔b，第八端面c和第三轮齿d；柔轮包括内圆周面a和第四轮齿b；柔轮与三个刚性内齿齿轮同轴状态进行安装，保证它们能够实现相对旋转运动；第二刚性内齿齿轮的齿数与柔轮的齿数相同，第二刚性内齿齿轮和柔轮之间没有相对转动，第一刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮的齿数均比性外齿齿轮的齿数多2n个，其中n为整数，当柔轮变形一周时，三个刚性内齿齿轮相对于柔轮在圆周方向上转过2n个齿。

6.根据权利要求1所述的一种双向输出型谐波减速装置，其特征在于：支撑轴包括第一端面a和第二端面b；电磁装置为能够产生不均匀的旋转磁场的装置，通过对其进行轴向调制和径向调制使其产生使柔轮按照凸轮波发生器的形状进行变形的不均匀的旋转磁场。

7.根据权利要求1所述的一种双向输出型谐波减速装置，其特征在于：双向输出型谐波减速装置以电磁场为动力利用不均匀的旋转磁场使柔轮变形，不同于传统的谐波减速装置以电机带动凸轮波发生器使柔性外齿齿轮变形；当电磁输入装置的不均匀的旋转磁场作用在柔性齿轮上使其变形后，柔轮与第一刚性内齿齿轮、第二刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮三个刚性内齿齿轮进行局部啮合运动，啮合位置在圆周方向上进行移动，刚性外齿齿轮与柔轮发生相对旋转运动；利用两级交叉滚子轴承的外圈将第二刚性内齿齿轮固定安装在装置外壳上，使其不能旋转，两级交叉滚子轴承的轴承中间圈a与第一刚性内齿齿轮通过螺栓进行连接，使其以同轴心的状态安装在轴承外圈的内侧a中且能够进行自由的旋转运动，第三刚性内齿齿轮与第一刚性内齿齿轮安装方式相同。

8.根据权利要求1所述的一种双向输出型谐波减速装置，其特征在于：由于第二刚性内齿齿轮的齿数与柔轮的齿数相同，两个齿轮之间不发生相对旋转运动，由于第二刚性内齿齿轮固定不动，所以柔轮也不发生转动，第一刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮的齿数均比柔性外齿齿轮的齿数多n个，其中n为整数；柔轮固定，所以第一刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮与柔性外齿齿轮之间产生和齿数差2n相对应的旋转运动，使第一刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮同步双向对称输出减速旋转运动，减速旋转运动通过与第一刚性内齿齿轮和第三刚性内齿齿轮相连接的两级交叉滚子轴承的中间圈将减速旋转运动输出给与之相连的负载构件。