CN110645336A - 一种提高短杯型谐波柔轮承载力的方法及结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高短杯型谐波柔轮承载力的方法及结构，本发明是将短杯型谐波柔轮上的齿轮设计成圆锥形齿轮，圆锥形齿轮的轮齿节圆线与谐波柔轮回转中心轴线形成夹角β；用以抵消波发生器装入短杯型谐波柔轮后产生的外张变形倾角，使柔轮上的圆锥形齿轮变成了圆柱形齿轮，使柔轮轮齿与刚轮轮齿在轴向所有截面内均可保持良好的啮合状态，从而提高短杯型谐波柔轮的承载力，延长短杯型谐波柔轮的使用寿命。本发明的短杯型谐波柔轮，杯底与杯筒采用N形环连接，在承载能力相同的情况下减小谐波柔轮的体积，在谐波柔轮体积相同的情况下提高其承载能力，随着承载能力的提高延长其使用寿命，从而克服现有技术的不足。

Description

一种提高短杯型谐波柔轮承载力的方法及结构
技术领域
本发明涉及一种提高短杯型谐波柔轮承载力的方法及结构，属于谐波齿轮传动技术领域。
背景技术
谐波减速器是工业机器人中伺服电机、减速器、控制器三大核心部件之一，而谐波柔轮是谐波减速器中最为核心和关键的零件。一是因为谐波柔轮的结构形式和尺寸直接决定谐波减速器的体积；二是因为在谐波齿轮传动中，谐波柔轮在反复弹性变形的状态下工作，不但受到波发生器变形而带来的弯曲应力，而且柔轮体还受到齿轮啮合力弯矩的影响，是谐波减速器中强度最低的零件。因此，谐波减速器的体积、承载能力和使用寿命主要由谐波柔轮的体积、承载能力和使用寿命所决定。
现有的谐波柔轮主要有薄壁直筒式和薄壁杯状式两种结构形式。由于在齿轮参数、杯径和轴向尺寸相同的情况下，薄壁杯状式谐波柔轮承载能力和使用寿命均高于薄壁直筒式谐波柔轮，所以在要求较高承载能力和较长使用寿命的工业机器人谐波减速器中，常常使用薄壁杯状式谐波柔轮。
现有的谐波柔轮从齿轮方面看，不管是采用渐开线齿形还是双圆弧齿形，均为圆柱形齿轮，即轮齿节圆线平行于谐波柔轮的回转中心轴线；从杯型结构方面看，杯底形状为平底。主要缺点是仍然存在体积较大承载能力较小使用寿命较短的问题。因此，现有技术还存在不足，有待于进一步完善。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种提高短杯型谐波柔轮承载力的方法及结构，以在承载能力相同的情况下减小谐波柔轮的体积，并在谐波柔轮体积相同的情况下提高其承载能力，使随着承载能力的提高延长其使用寿命，从而克服现有技术的不足。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的一种提高短杯型谐波柔轮承载力的方法，该方法是将短杯型谐波柔轮上的齿轮设计成圆锥形齿轮，圆锥形齿轮的轮齿节圆线与谐波柔轮回转中心轴线形成夹角β，并使夹角β与短杯型谐波柔轮安装波发生器后柔轮长轴方向的变形倾角相同，这样既可用以抵消波发生器装入短杯型谐波柔轮后产生的外张变形倾角，使柔轮上的圆锥形齿轮变成了圆柱形齿轮，使柔轮轮齿与刚轮轮齿在轴向所有截面内均可保持良好的啮合状态，从而提高短杯型谐波柔轮的承载力，延长短杯型谐波柔轮的使用寿命。
前述方法中，所述圆锥形齿轮在垂直于齿轮节圆的不同截面上，轮齿齿厚相同。
前述方法中，所述短杯型谐波柔轮的杯底经N形环与杯筒连接， N形环壁厚与杯底、杯筒的壁厚相同；且N形环由杯底向杯内伸入。
按上述方法构成的本发明的一种短杯型谐波柔轮结构，包括杯底，杯底设有连接法兰，杯底经N形环与杯筒连接，杯筒的筒口外壁设有圆锥形齿轮。
前述结构中，所述短杯型谐波柔轮的轴向高度L与杯筒内径D之比小于1。
前述结构中，所述圆锥形齿轮的轮齿节圆线与谐波柔轮回转中心轴线之间形成夹角β；夹角β与短杯型谐波柔轮安装波发生器后柔轮长轴方向的变形倾角相同。
前述结构中，所述圆锥形齿轮在垂直于齿轮节圆的不同截面上，轮齿齿厚相同。
前述结构中，所述N形环壁厚与杯底、杯筒的壁厚相同。
前述结构中，所述N形环由杯底向杯内伸入。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，现有技术中短杯型谐波柔轮，不管是采用渐开线齿形还是双圆弧齿形，其齿轮均为圆柱形齿轮，当波发生器装入柔轮后，柔轮在长轴方向会产生一个外张变形倾角，致使轮齿沿轴向不同截面产生不同的变形量，因此，柔轮与刚轮在某一截面虽然保持了良好的啮合状态，但沿轴向其余截面会产生啮合干涉或没有啮合的现象，导致柔轮轮齿与刚轮轮齿之间的接触面积减小，柔轮应力急剧增加，承载能力和使用寿命大为降低；本发明由于采用圆锥形齿轮，轮齿节圆线与谐波柔轮回转中心轴线成一夹角β，β值的大小正好与波发生器安装后柔轮长轴方向的变形倾角相同，并且在垂直于轮齿节圆的不同截面上，轮齿齿厚完全相同，当波发生器装入柔轮后，柔轮在变形倾角的作用下，圆锥形齿轮变成了圆柱形齿轮，致使柔轮轮齿与刚轮轮齿在轴向所有截面内均可保持良好的啮合状态，因此，其承载能力和使用寿命将显著增加。由于本发明改变了现有技术中短杯型谐波柔轮杯底的结构，杯底与杯筒采用N形环连接，并且N形环由杯底向杯内伸入，因此，结构更为紧凑。根据柔性齿轮薄壳理论和有限元仿真分析和计算表明：在齿轮参数、杯径和轴向尺寸相同的情况下，其承载能力将提高30%至70%，因此使用寿命将大幅度提高；在齿轮参数、杯径和额定负载相同的情况下，轴向长度将缩短45%以上。
附图说明
图1是本发明短杯型谐波柔轮的结构示意图；
图2是图1的轴测图。
附图中的标记为：1-杯底、2-连接法兰、3-N形环、4-杯筒、5-圆锥形齿轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种提高短杯型谐波柔轮承载力的方法，如图1和图2所示，该方法是将短杯型谐波柔轮上的齿轮设计成圆锥形齿轮，圆锥形齿轮的轮齿节圆线与谐波柔轮回转中心轴线形成夹角β，并使夹角β与短杯型谐波柔轮安装波发生器后柔轮长轴方向的变形倾角相同，这样即可用以抵消波发生器装入短杯型谐波柔轮后产生的外张变形倾角，使柔轮上的圆锥形齿轮变成了圆柱形齿轮，使柔轮轮齿与刚轮轮齿在轴向所有截面内均可保持良好的啮合状态，从而提高短杯型谐波柔轮的承载力，延长短杯型谐波柔轮的使用寿命。圆锥形齿轮在垂直于齿轮节圆的不同截面上，轮齿齿厚相同。短杯型谐波柔轮的杯底经N形环与杯筒连接， N形环壁厚与杯底、杯筒的壁厚相同；且N形环由杯底向杯内伸入。
按上述方法构成的本发明的一种短杯型谐波柔轮结构，如图1和图2所示，该结构包括杯底1，杯底1设有连接法兰2，杯底1经N形环3与杯筒4连接，杯筒4的筒口外壁设有圆锥形齿轮5。短杯型谐波柔轮的轴向高度L与杯筒内径D之比小于1。圆锥形齿轮5的轮齿节圆线与谐波柔轮回转中心轴线之间形成夹角β；夹角β与波发生器安装后柔轮长轴方向的变形倾角相同。圆锥形齿轮5在垂直于齿轮节圆的不同截面上，轮齿齿厚相同。N形环3壁厚与杯底、杯筒的壁厚相同。N形环3由杯底1向杯内伸入。
实施例
本例的短杯型谐波柔轮，从齿轮方面看，不管是采用渐开线齿形还是双圆弧齿形，其齿轮均为圆锥形齿轮；从杯型结构方面看，杯底与杯筒采用N形环连接。短杯型谐波柔轮中轮齿节圆线与谐波柔轮回转中心轴线成一夹角β，β值的大小与波发生器安装后柔轮长轴方向的变形倾角相同，并且在垂直于齿轮节圆的不同截面上，轮齿齿厚完全相同。N形环壁厚与杯底、杯筒的壁厚相同，N形环由杯底向杯内深入。
本发明的短杯型谐波柔轮，杯底与杯筒采用N形环连接，在承载能力相同的情况下减小谐波柔轮的体积，在谐波柔轮体积相同的情况下提高其承载能力，随着承载能力的提高延长其使用寿命，从而克服现有技术的不足。

Claims (9)

1.一种提高短杯型谐波柔轮承载力的方法，其特征在于：该方法是将短杯型谐波柔轮上的齿轮设计成圆锥形齿轮，圆锥形齿轮的轮齿节圆线与谐波柔轮回转中心轴线形成夹角（β），并使夹角（β）与短杯型谐波柔轮安装波发生器后柔轮长轴方向的变形倾角相同，这样即可用以抵消波发生器装入短杯型谐波柔轮后产生的外张变形倾角，使柔轮上的圆锥形齿轮变成了圆柱形齿轮，使柔轮轮齿与刚轮轮齿在轴向所有截面内均可保持良好的啮合状态，从而提高短杯型谐波柔轮的承载力，延长短杯型谐波柔轮的使用寿命。
2.根据权利要求1所述提高短杯型谐波柔轮承载力的方法，其特征在于：所述圆锥形齿轮在垂直于齿轮节圆的不同截面上，轮齿齿厚相同。
3.根据权利要求2所述提高短杯型谐波柔轮承载力的方法，其特征在于：所述短杯型谐波柔轮的杯底经N形环与杯筒连接， N形环壁厚与杯底、杯筒的壁厚相同；且N形环由杯底向杯内伸入。
4.一种按权利要求1～3所述任一方法构成的短杯型谐波柔轮结构，包括杯底（1），其特征在于：杯底（1）设有连接法兰（2），杯底（1）经N形环（3）与杯筒（4）连接，杯筒（4）的筒口外壁设有圆锥形齿轮（5）。
5.根据权利要求4所述短杯型谐波柔轮结构，其特征在于：所述短杯型谐波柔轮的轴向高度（L）与杯筒内径（D）之比小于1。
6.根据权利要求4所述短杯型谐波柔轮结构，其特征在于：所述圆锥形齿轮（5）的轮齿节圆线与谐波柔轮回转中心轴线之间形成夹角（β）；夹角（β）与短杯型谐波柔轮安装波发生器后柔轮长轴方向的变形倾角相同。
7.根据权利要求4所述短杯型谐波柔轮结构，其特征在于：所述圆锥形齿轮（5）在垂直于齿轮节圆的不同截面上，轮齿齿厚相同。
8.根据权利要求4所述短杯型谐波柔轮结构，其特征在于：所述N形环（3）壁厚与杯底、杯筒的壁厚相同。
9.根据权利要求4所述短杯型谐波柔轮结构，其特征在于：所述N形环（3）由杯底（1）向杯内伸入。
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