CN110671482A - 双波复波式活齿减速器 - Google Patents

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王家序
唐挺
韩彦峰
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Abstract

本发明公开了一种双波复波式活齿减速器，包括钢轮组件、位于钢轮组件内的活齿架以及位于活齿架内的波发生器，钢轮组件包括轴向并列同轴设置的钢轮Ⅰ和钢轮Ⅱ，钢轮Ⅰ和钢轮Ⅱ的内分布有内齿，活齿架上轴向设置有分别用于与钢轮Ⅰ和钢轮Ⅱ上内齿啮合的活齿Ⅰ和活齿Ⅱ，活齿Ⅰ和活齿Ⅱ安装于活齿架上，波发生器转动迫使活齿Ⅰ和活齿Ⅱ产生周向滚动和径向运动进而实现活齿相对钢轮内齿在啮入、完全啮合、啮出三种运动状态之间往复循环；本发明的减速总成动平衡好，传动比较大，重量轻，工艺性好，实现结构紧凑的大速比传动，可实现减速器高精度、高承载与高刚度、高可靠、高功率密度等综合性能的统一。

Description

双波复波式活齿减速器
技术领域
本发明属于减速器技术领域，特别涉及一种双波复波式活齿减速器。
背景技术
目前常用的谐波减速器和RV摆线减速器都是通过多齿啮合的误差均化效应实现高精度、并增加啮合齿数提高承载能力，但其实现多齿啮合的原理也对设计及加工制造工艺提出了非常苛刻的技术要求：
谐波减速器通过薄壁柔轮变形使齿轮分度圆变成椭圆实现双波多齿啮合，该结构刚度差，并非线性时变节曲线啮合副的精确设计与修形困难，齿面易产生磨损，精度保持性差，另外柔轮加工工艺性差，在周期交变应力左右下容易发生疲劳断裂；使高精度与高刚度、高可靠之间的调控成为矛盾。
RV摆线减速器通过接触弹性变形实现多齿啮合，因此对加工精度要求极高，微米级的误差就会使多齿啮合转变为多齿干涉，产生磨损、振动、噪声等可靠性问题，另一方面，为实现大速比和多摆线轮的动平衡，结构非常复杂，装配尺寸链加长后进一步提高了保证加工精度的难度。使高性能与高可靠、轻量化之间的调控成为矛盾。
相比于上述两种传动原理，本发明采用的活齿传动通过释放齿轮与齿圈的约束实现时变节曲线的多齿啮合，但现有活齿减速器还普遍存在单波偏心、动平衡差，单级传动速比小，串联式双级大速比传动结构复杂等局限性；本发明拟采用双波式活齿传动解决单波传动的动平衡问题，并增加啮合齿对数，在此基础上提出复波式的双级大速比传动形式，相对于串联式双级大速比传动形式，具有结构简单工艺性好的优点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种双波复波式活齿减速器，采用双波式活齿传动解决单波传动的动平衡问题，并增加啮合齿对数，在此基础上提出复波式的双级大速比传动形式，相对于串联式双级大速比传动形式，具有结构简单工艺性好的优点。。
本发明的双波复波式活齿减速器，包括钢轮组件、位于钢轮组件内的活齿架以及位于活齿架内的波发生器，所述钢轮组件包括轴向并列同轴设置的钢轮Ⅰ和钢轮Ⅱ，所述钢轮Ⅰ内圆周向分布有内齿Ⅰ，所述钢轮Ⅱ内圆周向分布有内齿Ⅱ，所述活齿架上轴向设置有两组活齿分别为活齿Ⅰ和活齿Ⅱ，活齿Ⅰ和活齿Ⅱ分别与内齿Ⅰ和内齿Ⅱ啮合，活齿Ⅰ和活齿Ⅱ沿活齿架周向分布，所述活齿Ⅰ和活齿Ⅱ以可自转的方式并以可沿钢轮组件径向运动的方式安装于活齿架上，所述内齿Ⅰ与活齿Ⅰ以及内齿Ⅱ与活齿Ⅱ数量不同，所述波发生器相对钢轮组件转动迫使活齿Ⅰ和活齿Ⅱ产生周向滚动和径向运动进而实现活齿相对钢轮内齿在啮入、完全啮合、啮出三种运动状态之间往复循环。
进一步，所述波发生器为与钢轮组件同轴设置的凸轮。
进一步，所述内齿Ⅰ和内齿Ⅱ为弧线形齿廓结构。
进一步，所述活齿Ⅰ和活齿Ⅱ为圆柱滚柱、圆锥滚柱或钢球。
进一步，所述活齿架为环状结构，所述活齿架上开设有与活齿Ⅰ和活齿Ⅱ一一对应并用于安装活齿Ⅰ和活齿Ⅱ的安装槽。
本发明的有益效果：
本发明活齿与内齿为纯滚动多齿啮合接触，传动精度、效率与承载能力优异，齿面不易磨损，精度保持性好；采用双波式活齿传动，相比于单波传动的其动平衡好，减小振动、噪声；且该结构为复波式大速比传动，相比于单波串联式双级大速比传动形式，该结构简单，体积小，重量轻；与谐波及RV减速器相比，由于采用了多齿啮合实现原理，从而避免谐波由柔性齿圈变形及RV由刚性构件接触弹性变形实现多齿啮合的局限性，结构简单、工艺性好，从而实现机器人减速器高精度、高效率、高刚度、高承载、高可靠、长寿命等综合性能的统一。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明等轴侧结构示意图；
图2为本发明正视结构示意图；
具体实施方式
图1为本发明等轴侧结构示意图；图2为本发明正视结构示意图；
图1中为清楚的表示内部结构，形成局部剖视结构；
本实施例提供了一种双波复波式活齿减速器，包括钢轮组件、位于钢轮组件内的活齿架3以及位于活齿架内的波发生器4，所述钢轮组件包括轴向并列同轴设置的钢轮Ⅰ1和钢轮Ⅱ2，所述钢轮Ⅰ1内圆周向分布有内齿Ⅰ5，所述钢轮Ⅱ2内圆周向分布有内齿Ⅱ6，所述活齿架上轴向设置有两组活齿分别为活齿Ⅰ7和活齿Ⅱ8，活齿Ⅰ7和活齿Ⅱ8分别与内齿Ⅰ和内齿Ⅱ啮合，活齿Ⅰ7和活齿Ⅱ8沿活齿架周向分布，所述活齿Ⅰ和活齿Ⅱ以可自转的方式并以可沿钢轮组件径向运动的方式安装于活齿架上，所述内齿Ⅰ5与活齿Ⅰ7以及内齿Ⅱ6与活齿Ⅱ8数量不同，所述波发生器4相对钢轮组件转动迫使活齿Ⅰ和活齿Ⅱ产生周向滚动和径向运动进而实现活齿相对钢轮内齿在啮入、完全啮合、啮出三种运动状态之间往复循环；钢轮组件内壁向外凸起形成内齿，减速总成为两级减速，其中当波发生器4作为输入结构，钢轮Ⅱ2作为输出结构时，此时钢轮Ⅰ1固定，波发生器旋转时其外圈凸轮廓形将迫使活齿Ⅰ产生径向运动，进而实现内齿Ⅰ和活齿Ⅰ的啮合运动，活齿Ⅰ相对钢轮Ⅰ滚动并带动活齿架转动；波发生器旋转时其外圈凸轮廓形也迫使活齿Ⅱ产生径向运动，活齿架的转动也带动活齿Ⅱ一起转动，活齿Ⅱ与刚轮Ⅱ在啮合过程中带动刚轮Ⅱ转动；当然，该减速总成也可以以钢轮Ⅰ和钢轮Ⅱ分别作为输出结构和输出结构，此时，波发生器固定，具体原理与上述运行方式类似，不在赘述；可选用不同的部件作为输入结构和输出结构达到减速或者增速的目的，其中活齿和内齿的个数决定了该减速总成的减速比，通过调节相应的齿数调节相应的减速比；
本实施例中，活齿与内齿为纯滚动多齿啮合接触，率与承载能力优异，齿面不易磨损，精度保持性好；采用双波式活齿传动，相比于单波传动的其动平衡好，减小振动、噪声；且该结构为复波式大速比传动，相比于单波串联式双级大速比传动形式，该结构简单，体积小，重量轻；与谐波及RV减速器相比，由于采用了创新的多齿啮合实现原理，从而避免谐波由柔性齿圈变形及RV由刚性构件接触弹性变形实现多齿啮合的局限性，结构简单、工艺性好，从而实现机器人减速器高精度、高效率、高刚度、高承载、高可靠、长寿命等综合性能的统一；
本实施例中，所述波发生器为与钢轮组件同轴设置的凸轮；该凸轮可以为标准椭圆凸轮，或其他曲线形式的椭圆凸轮，该凸轮转动相比RV摆线减速器不发生摆动，其动平衡好，减少了为提高动平衡而增设的相应结构，大大简化了减速总成结构；该凸轮结构配合钢轮Ⅰ1和钢轮Ⅱ2，使得减速总成的整体刚度好，变节曲线啮合副的精确设计与修形容易，该结构也大大改善了齿面磨损情况，降低了齿面的磨损，精度保持性有效提高，该凸轮结构加工工艺性良好，降低了在周期交变应力作用下发生疲劳断裂；
本实施例中，所述内齿Ⅰ5和内齿Ⅱ6为弧线形齿廓结构；通过弧形结构可减小活齿与内齿的摩擦，且便于活齿与内齿在啮入、完全啮合、啮出三种运动状态之间不断地往复循环，弧形结构也避免了应力集中现象，改善了钢轮的受力情况，增长了钢轮的使用寿命；
本实施例中，所述活齿Ⅰ7和活齿Ⅱ8为圆柱滚柱、圆锥滚柱或钢球；所述内齿Ⅰ5和内齿Ⅱ6的齿形由波发生器轮廓曲线、波发生器长短轴差值、活齿直径与数量、刚轮齿数决定，该结构使得活齿与刚轮内齿之间为纯滚动啮合，齿面不易磨损，精度保持性好，且噪音小，传动精度、效率与承载能力优异；
本实施例中，所述活齿架3为环状结构，所述活齿架3上开设有与活齿Ⅰ7和活齿Ⅱ8一一对应并用于安装活齿Ⅰ7和活齿Ⅱ8的安装槽；结合附图所示，活齿架位于波发生器与钢轮之间，活齿位于该活齿架上的安装槽内，本实施例中活齿选用圆柱滚子结构，安装槽为适配于滚柱结构的矩形开孔，滚柱安装于该安装槽内，通过该结构限制活齿相对活齿架的周向运动，即活齿相对钢轮发生周向运行时，可带动活齿架同步转动，该活齿可滚动，且可沿活齿架径向运行，由于波发生器和钢轮的限制，活齿始终在二者之间的径向区域内运行，该结构的活齿架其刚性好，易于成型，该圆环形活齿架结构适配于其安装空间，便于活齿架的安装。
本实施例中以波发生器输入，钢轮Ⅱ输出为例，双波复波式活齿减速器工作时，采用波发生器输入，刚轮Ⅱ输出，此时刚轮Ⅰ固定；波发生器旋转时其外圈凸轮廓形将迫使活齿Ⅰ产生径向运动，进而实现刚轮Ⅰ和活齿Ⅰ的啮合运动；其中，波发生器每转动一圈，活齿Ⅰ便向与波发生器旋转方向相反的方向转动
Figure BDA0002229483290000051
圈，波发生器的连续旋转，使得活齿Ⅰ与内齿Ⅰ在啮入、完全啮合、啮出三种运动状态之间不断地往复循环；
结合附图所示，活齿Ⅰ周向均匀的分布在椭圆形波发生器的轮廓曲线上，并由活齿架对活齿Ⅰ形成周向相对定位，活齿Ⅰ转动带动活齿架形成周向转动，同样，活齿Ⅱ周向均匀的分布在椭圆形波发生器的轮廓曲线上，由于活齿Ⅰ与活齿Ⅱ共用同一个波发生器和活齿架，波发生器旋转时其外圈凸轮廓形将迫使活齿Ⅱ产生径向运动，活齿架的转动也带动活齿Ⅱ相对钢轮Ⅱ滚动啮合，最终活齿Ⅱ与刚轮Ⅱ在啮合过程中带动了刚轮Ⅱ的转动；
结合附图所示，本实施例中刚轮Ⅰ的内齿齿数Z1比活齿Ⅰ的齿数Z2多2；刚轮Ⅱ的内齿齿数Z3比活齿Ⅱ的齿数Z4多2；当然内齿以及活齿的齿数可依据具体减速要求进行相应的调节，前后两级减速共用一个波发生器和一个活齿架，其传动比为其传动比得到有效提高。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种双波复波式活齿减速器，其特征在于：包括钢轮组件、位于钢轮组件内的活齿架以及位于活齿架内的波发生器，所述钢轮组件包括轴向并列同轴设置的钢轮Ⅰ和钢轮Ⅱ，所述钢轮Ⅰ内圆周向分布有内齿Ⅰ，所述钢轮Ⅱ内圆周向分布有内齿Ⅱ，所述活齿架上轴向设置有两组活齿分别为活齿Ⅰ和活齿Ⅱ，活齿Ⅰ和活齿Ⅱ分别与内齿Ⅰ和内齿Ⅱ啮合，活齿Ⅰ和活齿Ⅱ沿活齿架周向分布，所述活齿Ⅰ和活齿Ⅱ以可自转的方式并以可沿钢轮组件径向运动的方式安装于活齿架上，所述内齿Ⅰ与活齿Ⅰ以及内齿Ⅱ与活齿Ⅱ数量不同，所述波发生器相对钢轮组件转动迫使活齿Ⅰ和活齿Ⅱ产生周向滚动和径向运动进而实现活齿相对钢轮内齿在啮入、完全啮合、啮出三种运动状态之间往复循环。
2.根据权利要求1所述的双波复波式活齿减速器，其特征在于：所述波发生器为与钢轮组件同轴设置的凸轮。
3.根据权利要求1所述的双波复波式活齿减速器，其特征在于：所述内齿Ⅰ和内齿Ⅱ为弧线形齿廓结构。
4.根据权利要求3所述的双波复波式活齿减速器，其特征在于：所述活齿Ⅰ和活齿Ⅱ为圆柱滚柱、圆锥滚柱或钢球。
5.根据权利要求1所述的双波复波式活齿减速器，其特征在于：所述活齿架为环状结构，所述活齿架上开设有与活齿Ⅰ和活齿Ⅱ一一对应并用于安装活齿Ⅰ和活齿Ⅱ的安装槽。
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