CN108458085B - 二级波式谐波传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二级波式谐波传动机构，特点是包括第一至第三轴承组、输入及输出轴、左端盖、壳体、第一及第二柔性外齿轮、刚性内齿轮、第一及第二波发生器、第一振动板、第一及第二单向阀、第一及第二垫板、第二振动板、右端盖及卸油口；输入轴通过第一轴承组安装在左端盖上并可转动，输出轴通过第二轴承组安装在右端盖上并可转动；第一垫板及第一振动板位于第一波发生器内腔中；刚性内齿轮通过第三轴承组安装在壳体的内孔中，第一柔性外齿轮位于刚性内齿轮内孔的左边并与刚性内齿轮左端的左内齿轮啮合；第二柔性外齿轮位于刚性内齿轮内孔的右边并与刚性内齿轮右端的右内齿轮啮合，第二振动板及第二垫板位于第二波发生器内腔中。其具有极高的进给分辨率、重复定位精度和运动平稳度，还具有超高的微调精度，结构简单、性能可靠，整体的使用寿命长等优点。

Description

二级波式谐波传动机构

技术领域

本发明涉及一种二级波式谐波传动机构；目前，高精度的机器人、医疗器械、3D打印机、机电装备及超精密机床、检测装置等设备对传动系统的进给分辨率要求极高，因此很多时候需要大传动比和高传动精度的谐波齿轮传动装置。

背景技术

谐波齿轮传动装置使用广泛及种类很多，主要结构包括谐波发生器、柔性轴承、刚性齿轮及柔性齿轮，特点在于发生器有长短轴，而一些改进的波发生器，在工作时则是利用偏心轴、偏心轮或者滚轮等部件，通过柔性轴承支撑柔性齿轮使之与刚性齿轮啮合；不论那种形式的波发生器，都是依靠柔性轴承不断地做椭圆弹性变形，波发生器与柔性齿轮间也都是刚性接触，因此，柔性轴承极易损坏；除此以外，现有的一些一级谐波传动器及改进过的二级谐波减速器，由于受限于其自身结构，不能满足一些高精度装备的使用要求。

超声波振动表面所具有的悬浮支撑与减摩能力，已被多项理论研究和实际应用所证实，并在越来越多的领域获得到实际应用，有研究发现超声波能使接触面间摩擦阻力降低90%以上，在现代制造行业，国内外已有诸多研究者开始使用超声波轴承和超声波电机，但至今仍然未见将超声波振动技术用于谐波传动机构的报道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足而提供一种二级波式谐波传动机构，该机构不仅没有了易损件柔性轴承 ，而且采用双级传动，具有极高的进给分辨率、重复定位精度和运动平稳度，还具有超高的微调精度，结构简单、性能可靠，整体的使用寿命长。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的，其是一种二级波式谐波传动机构，其特征在于包括第一轴承组、输入轴、左端盖、壳体、第一柔性外齿轮、刚性内齿轮、第一波发生器、第一振动板、第一单向阀、第一垫板、第二波发生器、第二振动板、第二单向阀、第二垫板、第二柔性外齿轮、第二轴承组、输出轴、右端盖、卸油口及第三轴承组；其中

所述第一轴承组安装在左端盖上，所述左端盖安装在壳体的左端开口处，所述输入轴通过第一轴承组安装在左端盖上并可转动，输入轴的右部位于壳体的内腔中；所述第二轴承组安装在右端盖上，所述右端盖安装在壳体的右端开口处，所述输出轴通过第二轴承组安装在右端盖上并可转动，输出轴的左部位于壳体的内腔中；所述卸油口安装在壳体的下部；所述第一柔性外齿轮的左端与左端盖固定，所述第三轴承组安装在壳体的内腔中；

在输入轴的轴向设有第一轴向中心油孔，在输入轴右端的径向设有第一径向油孔，所述第一轴向中心油孔与第一径向油孔联通，所述第一单向阀安装在第一径向油孔内，所述第一波发生器及第一垫板均固定在输入轴的右端，所述第一振动板固定在第一垫板上，所述第一垫板及第一振动板位于第一波发生器内腔中，在第一垫板及第一振动板的中心均设有互相联通的中心通孔，所述第一单向阀的出口与第一垫板的中心通孔联通，所述第一振动板与第一波发生器内壁有间隙，在第一波发生器上设有联通第一波发生器内腔与外部的第一径向孔组；所述刚性内齿轮通过第三轴承组安装在壳体的内孔中，刚性内齿轮为一筒状结构，刚性内齿轮内孔的左右二边分别设有左内齿轮及右内齿轮，所述第一柔性外齿轮位于刚性内齿轮内孔的左边并与刚性内齿轮左端的左内齿轮啮合，第一波发生器位于第一柔性外齿轮内孔中并间隙配合；

所述第二柔性外齿轮位于刚性内齿轮内孔的右边并与刚性内齿轮右端的右内齿轮啮合，所述第二波发生器位于第二柔性外齿轮内孔中并间隙配合，第二波发生器及第二垫板均固定在输出轴的左端，所述第二振动板固定在第二垫板上，第二振动板及第二垫板位于第二波发生器内腔中，第二振动板与第二波发生器内壁有间隙，在第二波发生器上设有联通第二波发生器内腔与外部的第二径向孔组；在第二振动板及第二垫板的中心均设有互相联通的中心通孔，在所述输出轴17的轴向设有第二轴向中心油孔，在输出轴的左端设有第二径向油孔，所述第二轴向中心油孔与第二径向油孔联通，所述第二单向阀安装在第二径向油孔中，第二单向阀的出口与第二垫板的中心通孔联通。

在本技术方案中，所述第一波发生器、第一振动板、第一单向阀及第一垫板都有二套，以输入轴的轴线为对称轴布置在输入轴的右端；所述第二波发生器、第二振动板、第二单向阀及第二垫板都有二套，以输出轴的轴线为对称轴布置在输出轴的左端。

在本技术方案中，所述第一振动板及第二振动板是压电材料或磁致伸缩材料。

本发明与现有技术相比的优势为：该机构不仅没有了易损件柔性轴承 ，而且采用双级传动，具有极高的进给分辨率、重复定位精度和运动平稳度，还具有超高的微调精度，结构简单、性能可靠，整体的使用寿命长。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构原理图；

图2是图1中第一波发生器与输入轴配合部位的A-A向视图；

图3是图1中第二波发生器与输出轴配合部位的B-B向视图；

图4是本发明实施例二的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

在本发明描述中,术语“纵向”、“横向”、“上”及“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”及“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例一

如图1至图3所示，其是一种二级波式谐波传动机构，包括第一轴承组1、输入轴2、左端盖3、壳体4、第一柔性外齿轮5、刚性内齿轮6、第一波发生器7、第一振动板8、第一单向阀9、第一垫板10、第二波发生器11、第二振动板12、第二单向阀13、第二垫板14、第二柔性外齿轮15、第二轴承组16、输出轴17、右端盖18、卸油口19及第三轴承组20；其中

所述第一轴承组1安装在左端盖3上，所述左端盖3安装在壳体4的左端开口处，所述输入轴2通过第一轴承组1安装在左端盖3内并可转动，输入轴2的右部位于壳体4的内腔中；所述第二轴承组16安装在右端盖18上，所述右端盖18安装在壳体4的右开口处，所述输出轴17通过第二轴承组16安装在右端盖18并可转动，输出轴17的左部位于壳体4的内腔中；所述卸油口19安装在壳体4的下部；所述第一柔性外齿轮5、刚性内齿轮6、第一波发生器7、第一振动板8、第一单向阀9、第一垫板10、第二波发生器11、第二振动板12、第二单向阀13、第二垫板14及第二柔性外齿轮15都位于壳体4的空腔内，所述第一柔性外齿轮5的左端与左端盖3固定，所述第三轴承组20安装在壳体4的内腔中；

在输入轴2的轴向设有第一轴向中心油孔22，在输入轴2右端的径向设有第一径向油孔23，所述第一轴向中心油孔22与第一径向油孔23联通，所述第一单向阀9安装在第一径向油孔23内，所述第一波发生器7及第一垫板10均固定在输入轴2的右端，所述第一振动板8固定在第一垫板10上，所述第一垫板10及第一振动板8位于第一波发生器7内腔中，所述第一振动板8与第一波发生器7内壁有间隙，在第一波发生器7上设有联通第一波发生器7内腔与外部的第一径向孔组71；在第一垫板10及第一振动板8的中心均设有互相联通的中心通孔，所述第一单向阀9的出口与第一垫板10的中心通孔联通，所述刚性内齿轮6通过第三轴承组20安装在壳体4的内腔中，刚性内齿轮6为一筒状结构，刚性内齿轮6内孔的左右二边分别设有左内齿轮及右内齿轮，所述第一柔性外齿轮5位于刚性内齿轮6内孔的左边，刚性内齿轮6左端的左内齿轮与第一柔性外齿轮5啮合，第一波发生器7位于第一柔性外齿轮5内孔中并间隙配合；

所述第二柔性外齿轮15位于刚性内齿轮6内孔的右边，刚性内齿轮6右端的右内齿轮与第二柔性外齿轮15啮合，所述第二波发生器11位于第二柔性外齿轮15内孔中并间隙配合，第二波发生器11及第二垫板14均固定在输出轴17的左端，所述第二振动板12固定在第二垫板14上，第二振动板12及第二垫板14位于第二波发生器11内腔中，第二振动板12与第二波发生器11内壁有间隙，在第二波发生器11上设有联通第二波发生器11内腔与外部的第二径向孔组111；在第二振动板12及第二垫板14的中心均设有互相联通的中心通孔，在所述输出轴17的轴向设有第二轴向中心油孔171，在输出轴17的左端设有第二径向油孔172，所述第二轴向中心油孔171与第二径向油孔172联通，所述第二单向阀13安装在第二径向油孔172中，第二单向阀13的出口与第二垫板14的中心通孔联通。

在本实施例中，所述第一波发生器7、第一振动板8、第一单向阀9及第一垫板10都有二套，以输入轴2的轴线为对称轴布置在输入轴2的右端；所述第二波发生器11、第二振动板12、第二单向阀13及第二垫板14都有二套，以输出轴17的轴线为对称轴布置在输出轴17的左端。

在本实施例中，所述第一振动板8及第二振动板12是压电材料或磁致伸缩材料。

工作过程如下：

工作时，输入轴2高速旋转，带动第一波发生器7、第一振动板8、第一单向阀9以及第一垫板10一起旋转（注意，以上组件共有二套，均沿输入轴2的轴线对称布置），第一波发生器7旋转带动安装在其外的第一柔性外齿轮5运动并迫使第一柔性外齿轮5的外齿依次与刚性内齿轮套6的左端的内齿啮合，由于第一柔性外齿轮5与刚性内齿轮套6的左端的内齿存在齿数差，产生错齿运动，刚性内齿轮套6因此低速旋转，与此同时，液压油经过输入轴2的第一轴向中心油孔22进入第一单向阀9，再通过第一垫板10和第一振动板8上的中心通孔，进入第一振动板8与第一波发生器7内壁之间以及第一波发生器7的第一径向孔组71中，第一振动板8通电后产生厚度方向高频振动，在第一振动板8的高频振动作用下产生的高压液压油，经过第一波发生器7的第一径向孔组71进入第一波发生器7与第一柔性外齿轮5内孔间，并在第一波发生器7与第一柔性外齿轮5间形成高强度润滑油膜，极大降低第一波发生器7与第一柔性外齿轮5间运动摩擦。

刚性内齿轮套6旋转时带动右端的第二柔性外齿轮15运动，并因此带动第二波发生器11旋转；与此同时，液压油经过输出轴17的第二轴向中心油孔171进入第二单向阀13，再通过第二垫板14和第二振动板12上的中心通孔，进入第二振动板12与第二波发生器11内壁之间以及第二波发生器11的第二径向孔组111中，第二振动板12通电后产生厚度方向高频振动，在第二振动板12的高频振动作用下产生的高压液压油，经过第二波发生器11的第二径向孔组111进入第二波发生器11与第二柔性外齿轮15内孔间，并在第二波发生器11与第二柔性外齿轮15间形成高强度润滑油膜，极大降低第二波发生器11与第二柔性外齿轮15间运动摩擦。

实施例二

如图4所示，其是一种二级波式谐波传动机构，结构与实施例一基本相同，实施例二与实施例一的区别仅在于：在实施例一中第二柔性外齿轮15固定在右端盖18上，而在实施例二中，第二柔性外齿轮15则没有固定。

由于与本发明相关的压电、超声振动技术、各种控制技术以及接线、液压、供油、管路、密封和保压等技术已非常成熟，且非本发明的重点内容，故在本发明的相关原理图及文字说明中也未进行详细描述，并非本发明人疏漏，特此说明。

以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对于本领域的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换及变形仍落入在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种二级波式谐波传动机构，其特征在于包括第一轴承组（1）、输入轴（2）、左端盖（3）、壳体（4）、第一柔性外齿轮（5）、刚性内齿轮（6）、第一波发生器（7）、第一振动板（8）、第一单向阀（9）、第一垫板（10）、第二波发生器（11）、第二振动板（12）、第二单向阀（13）、第二垫板（14）、第二柔性外齿轮（15）、第二轴承组（16）、输出轴（17）、右端盖（18）、卸油口（19）及第三轴承组（20）；其中

所述第一轴承组（1）安装在左端盖（3）上，所述左端盖（3）安装在壳体（4）的左端开口处，所述输入轴（2）通过第一轴承组（1）安装在左端盖（3）上并可转动，输入轴（2）的右部位于壳体（4）的内腔中；所述第二轴承组（16）安装在右端盖（18）上，所述右端盖（18）安装在壳体（4）的右端开口处，所述输出轴（17）通过第二轴承组（16）安装在右端盖（18）上并可转动，输出轴（17）的左部位于壳体（4）的内腔中；所述卸油口（19）安装在壳体（4）的下部；所述第一柔性外齿轮（5）的左端与左端盖（3）固定，所述第三轴承组（20）安装在壳体（4）的内腔中；

在输入轴（2）的轴向设有第一轴向中心油孔（22），在输入轴（2）右端的径向设有第一径向油孔（23），所述第一轴向中心油孔（22）与第一径向油孔（23）联通，所述第一单向阀（9）安装在第一径向油孔（23）内，所述第一波发生器（7）及第一垫板（10）均固定在输入轴（2）的右端，所述第一振动板（8）固定在第一垫板（10）上，所述第一垫板（10）及第一振动板（8）位于第一波发生器（7）内腔中，在第一垫板（10）及第一振动板（8）的中心均设有互相联通的中心通孔，所述第一单向阀（9）的出口与第一垫板（10）的中心通孔联通，所述第一振动板（8）与第一波发生器（7）内壁有间隙，在第一波发生器（7）上设有联通第一波发生器（7）内腔与外部的第一径向孔组（71）；所述刚性内齿轮（6）通过第三轴承组（20）安装在壳体（4）的内孔中，刚性内齿轮（6）为一筒状结构，刚性内齿轮（6）内孔的左右二边分别设有左内齿轮及右内齿轮，所述第一柔性外齿轮（5）位于刚性内齿轮（6）内孔的左边并与刚性内齿轮（6）左端的左内齿轮啮合，第一波发生器（7）位于第一柔性外齿轮（5）内孔中并间隙配合；

所述第二柔性外齿轮（15）位于刚性内齿轮（6）内孔的右边并与刚性内齿轮（6）右端的右内齿轮啮合，所述第二波发生器（11）位于第二柔性外齿轮（15）内孔中并间隙配合，第二波发生器（11）及第二垫板（14）均固定在输出轴（17）的左端，所述第二振动板（12）固定在第二垫板（14）上，第二振动板（12）及第二垫板（14）位于第二波发生器（11）内腔中，第二振动板（12）与第二波发生器（11）内壁有间隙，在第二波发生器（11）上设有联通第二波发生器（11）内腔与外部的第二径向孔组（111）；在第二振动板（12）及第二垫板（14）的中心均设有互相联通的中心通孔，在所述输出轴（17）的轴向设有第二轴向中心油孔（171），在输出轴（17）的左端设有第二径向油孔（172），所述第二轴向中心油孔（171）与第二径向油孔（172）联通，所述第二单向阀（13）安装在第二径向油孔（172）中，第二单向阀（13）的出口与第二垫板（14）的中心通孔联通。

2.根据权利要求1所述二级波式谐波传动机构，其特征在于所述第一波发生器（7）、第一振动板（8）、第一单向阀（9）及第一垫板（10）都有二套，以输入轴（2）的轴线为对称轴布置在输入轴（2）的右端；所述第二波发生器（11）、第二振动板（12）、第二单向阀（13）及第二垫板（14）都有二套，以输出轴（17）的轴线为对称轴布置在输出轴（17）的左端。

3.根据权利要求1或2所述二级波式谐波传动机构，其特征在于所述第一振动板（8）及第二振动板（12）是压电材料或磁致伸缩材料。

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