CN110836259A

CN110836259A - 一种柔轮及刚轮及具有该柔轮和刚轮的谐波减速器

Info

Publication number: CN110836259A
Application number: CN201911201890.1A
Authority: CN
Inventors: 邱楚锋
Original assignee: Guangzhou Xinhao Precision Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Xinhao Precision Technology Co Ltd
Priority date: 2019-11-29
Filing date: 2019-11-29
Publication date: 2020-02-25

Abstract

一种柔轮及刚轮及具有该柔轮和刚轮的谐波减速器，在未受力时，柔轮上的柔轮齿和刚轮上的刚轮齿在完全啮合状态或者半啮合状态都是保持着面接触，而在受力后，柔轮上的柔轮齿和刚轮上的刚轮齿在完全啮合状态或者半啮合状态成为面接触，因此，不会产生边缘啮合和尖点啮合，有效避免了二者相啮合时产生的齿面磨损严重的情形，不仅有利于油膜的形成，还能避免在磨损处形成应力集中，保证柔轮和刚轮的承载强度，有利于延长柔轮和刚轮的使用寿命。

Description

一种柔轮及刚轮及具有该柔轮和刚轮的谐波减速器

技术领域

本发明涉及一种柔轮及与柔轮配合的刚轮及具有该柔轮和刚轮的谐波减速器。

背景技术

谐波减速器主要由波发生器、柔轮、刚轮四个基本构件组成，其是一种靠波发生器装配上柔性轴承使柔轮产生可控弹性变形，并与刚轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。现有的谐波减速器，通过波发生器的作用使柔轮发生变形，迫使柔轮部分的齿与刚轮部分的齿之间啮合，而啮合处通常会发生边缘啮合和尖点啮合，因此，容易在边缘啮合处和尖点啮合处产生严重磨损，不利于刚轮及柔轮齿表面油膜的形成，同时，也容易在磨损处产生较大的应力集中，导致柔轮和刚轮的承载能力弱，寿命短。

发明内容

本发明旨在提供一种承载能力强且寿命长的柔轮及刚轮及谐波减速器。

本发明所述的一种柔轮，包括芯部带有腔体的柔轮本体，在柔轮本体的外侧壁上沿其圆周方向连续设置有多个柔轮齿；单个柔轮齿包括齿顶平面D1和两段齿根圆弧R4，两段齿根圆弧R4位于齿顶平面D1两侧，齿顶平面D1与其两侧的齿根圆弧R4之间均依次通过圆弧R1、圆弧R2和圆弧R3连接为一体，所述圆弧R1以及圆弧R2为外凸的圆弧，所述圆弧R3为内凹的圆弧，相邻柔轮齿通过齿根圆弧R4连接。

本发明所述的一种刚轮，包括刚轮本体，在刚轮本体的芯部设置有供柔轮插入的通孔，在刚轮本体的通孔侧壁上沿其圆周方向连续设置有多个刚轮齿；单个刚轮齿包括齿顶平面D2和两段齿根圆弧R8，两段齿根圆弧R8位于齿顶平面D2两侧，齿顶平面D2与其两侧的齿根圆弧R8之间均依次通过圆弧R5、圆弧R6和圆弧R7连接为一体，所述圆弧R5以及圆弧R6为外凸的圆弧，所述圆弧R7为内凹的圆弧，相邻刚轮齿通过齿根圆弧R8连接。

本发明所述的一种谐波减速器，包括波发生器，还包括上述的柔轮和上述的刚轮，所述柔轮插入刚轮的通孔中，所述波发生器嵌入柔轮的内腔中，波发生器使柔轮发生形变，使柔轮与刚轮相啮合。

本发明所述的一种柔轮及刚轮，由于柔轮齿上的圆弧R1以及圆弧R2为外凸的圆弧，圆弧R3为内凹的圆弧，而刚轮齿上的圆弧R5以及圆弧R6为外凸的圆弧，圆弧R7为内凹的圆弧，因此，在柔轮与刚轮完全啮合状态时，柔轮齿上的圆弧R1及圆弧R2就会和刚轮齿上的圆弧R7接触，而随着波发生器的转动，迫使柔轮发生形变，柔轮上的部分柔轮齿与刚轮上的部分刚轮齿从脱离状态或者从完全啮合状态变为半啮合状态，在半啮合状态时，柔轮上的柔轮齿的一侧齿面上的圆弧R1及圆弧R2与刚轮上的刚轮齿的一侧齿面上的圆弧R7就会逐渐脱离，进而柔轮上的柔轮齿的一侧齿面上的圆弧R3与刚轮上的刚轮齿的一侧齿面上的圆弧R5以及R6逐渐接触，随着波发生器的继续转动，柔轮上的柔轮齿的一侧齿面上的圆弧R3与刚轮上的刚轮齿的一侧齿面上的圆弧R5以及R6逐渐脱离，直至相啮合的齿相互脱离；在未受力时，柔轮上的柔轮齿和刚轮上的刚轮齿在完全啮合状态或者半啮合状态都是保持着面接触，而在受力时，柔轮上的柔轮齿和刚轮上的刚轮齿在完全啮合状态或者半啮合状态成为面接触，因此，不会产生边缘啮合和尖点啮合，有效避免了二者相啮合时产生的齿面磨损严重的情形，不仅有利于油膜的形成，还能避免在磨损处形成应力集中，保证柔轮和刚轮的承载强度的前提下，确保柔轮和刚轮配合时的传动精度的稳定性，有利于延长柔轮和刚轮的使用寿命。

而所述的谐波减速器，由于都适用了上述柔轮和刚轮的结构，因具有高承载强度，因此，不仅能确保使用寿命长，还能确保高精度传递动力。

附图说明

图1为本发明中柔轮结构示意图。

图2为本发明中柔轮齿结构示意图。

图3为本发明中刚轮结构示意图。

图4为本发明中刚轮齿结构示意图。

图5为本发明中柔轮和刚轮相啮合的结构示意图。

图6为本发明中谐波减速器结构示意图。

图7为图6的分解示意图。

具体实施方式

一种柔轮，如图1和图2所示，包括芯部带有腔体的柔轮本体，在柔轮本体的外侧壁上沿其圆周方向连续设置有多个柔轮齿；单个柔轮齿包括齿顶平面D1和两段齿根圆弧R4，两段齿根圆弧R4位于齿顶平面D1两侧，齿顶平面D1与其两侧的齿根圆弧R4之间均依次通过圆弧R1、圆弧R2和圆弧R3连接为一体，所述圆弧R1以及圆弧R2为外凸的圆弧，所述圆弧R3为内凹的圆弧，相邻柔轮齿通过齿根圆弧R4连接。所述圆弧R1以及圆弧R2为外凸的圆弧，即是一个柔轮齿上的圆弧R1及圆弧R2朝向相邻的柔轮齿凸出，而所述圆弧R3为内凹的圆弧，即是一个柔轮齿上的圆弧R3朝向其本身内凹。

所述圆弧R1的半径大小为0.1mm≤R1≤0.2mm，如0.1 mm、0.11 mm、0.12 mm、0.13mm、0.14 mm、0.15 mm、0.16 mm、0.17 mm、0.18 mm、0.19 mm或者0.2 mm等，所述圆弧R2的半径大小为0.5171mm≤R2≤0.6171mm，如0.5171 mm、0.5271 mm、0.5375 mm、0.5476 mm、0.5572 mm、0.5677 mm、0.5787 mm、0.5843 mm、0.5977 mm、0.6071 mm或者0.6171 mm等，所述圆弧R3的半径大小为0.3426mm≤R3≤0.4426mm，如0.3426 mm、0.3567 mm、0.3677 mm、0.3745 mm、0.3832 mm、0.3965 mm、0.4023 mm、0.4136 mm、0.4246 mm、0.4357 mm或者0.4426 mm等，所述圆弧R4的半径大小为0.1851mm≤R4≤0.2851mm，如0.1851 mm、0.1951mm、0.2035 mm、0.2177 mm、0.2283 mm、0.2356 mm、0.2488 mm、0.2566 mm、0.2668 mm、0.2765 mm或者0.2851 mm等，所述柔轮齿的齿顶高h1的大小为0.1583mm≤h1≤0.2583mm，如0.1583mm、0.1677mm、0.1768mm、0.1834mm、0.1978mm、0.2057mm、0.2188mm、0.2231mm、0.2376mm、0.2487mm或者0.2583mm等，所述柔轮齿的齿根高h2的大小为0.2417mm≤h2≤0.3417mm，如0.2417 mm、0.2566 mm、0.2678 mm、0.2789 mm、0.2983 mm、0.3065 mm、0.3145mm、0.3211 mm、0.3367 mm或者0.3417 mm等，所述柔轮齿的齿顶到齿根的高度h的大小为0.5164mm≤h≤0.6164mm，如0.5164 mm、0.5264 mm、0.5355 mm、0.5487 mm、0.5564 mm、0.5666 mm、0.5786 mm、0.5868 mm、0.5987 mm、0.6021 mm或者0.6164 mm等，所述柔轮齿的厚度L1的大小为0.3439mm≤L1≤0.5439mm，如0.3439 mm、0.3588 mm、0.3676 mm、0.3768mm、0.3868 mm、0.3988 mm、0.4023 mm、0.4167 mm、0.4278 mm、0.4398 mm、0.4467 mm、0.4535 mm、0.4654 mm、0.4767 mm、0.4898 mm、0.4968 mm、0.5012 mm、0.5123 mm、0.5245mm、0.5345 mm或者0.5439 mm等，所述柔轮齿的齿槽宽L2的大小为0.4466mm≤L2≤0.6466mm，如0.4466 mm、0.4531 mm、0.4676 mm、0.4788 mm、0.4868 mm、0.4998 mm、0.5039mm、0.5124 mm、0.5255 mm、0.5315 mm、0.5435 mm、0.5578 mm、0.5634 mm、0.5787 mm、0.5842 mm、0.5915 mm、0.6056 mm、0.6123 mm、0.6254 mm、0.6377 mm或者0.6466 mm等，通过将柔轮齿的各参数设定在上述范围内，有效使柔轮与刚轮之间啮合时始终保持着面接触，因此，不会产生边缘啮合和尖点啮合，有效避免了二者相啮合时产生的齿面磨损严重的情形，不仅有利于油膜的形成，还能避免在磨损处形成应力集中，保证柔轮的承载强度，有利于延长柔轮的使用寿命。

一种刚轮，如图3和图4所示，包括刚轮本体，在刚轮本体的芯部设置有供柔轮插入的通孔，在刚轮本体的通孔侧壁上沿其圆周方向连续设置有多个刚轮齿；单个刚轮齿包括齿顶平面D2和两段齿根圆弧R8，两段齿根圆弧R8位于齿顶平面D2两侧，齿顶平面D2与其两侧的齿根圆弧R8之间均依次通过圆弧R5、圆弧R6和圆弧R7连接为一体，所述圆弧R5以及圆弧R6为外凸的圆弧，所述圆弧R7为内凹的圆弧，相邻刚轮齿通过齿根圆弧R8连接。所述圆弧R5以及圆弧R6为外凸的圆弧，即是一个刚轮齿上的圆弧R5以及圆弧R6朝向相邻的刚轮齿凸出，而所述圆弧R7为内凹的圆弧，即是一个刚轮齿上的圆弧R7朝向其本身内凹。柔轮的轮齿形状及参数确定后，即可通过包络原理获得刚轮的轮齿的形状及参数。刚轮上的刚轮齿的个数比柔轮上的柔轮齿的个数多两个。

所述圆弧R5的半径大小为0.05mm≤R5≤0.15mm，如0.05 mm、0.06 mm、0.07 mm、0.08 mm、0.09 mm、0.1 mm、0.11mm、0.12 mm、0.13 mm、0.14 mm或者0.15 mm等，所述圆弧R6的半径大小为0.5176mm≤R6≤0.6176mm，如0.5176 mm、0.5276 mm、0.5367 mm、0.5486 mm、0.5578 mm、0.5656 mm、0.5789 mm、0.5878 mm、0.5931 mm、0.6014 mm或者0.6176 mm等，所述圆弧R7的半径大小为0.6370mm≤R7≤0.7370mm，如0.6370 mm、0.6488 mm、0.6537 mm、0.6676 mm、0.6756 mm、0.6888 mm、0.6921 mm、0.7065 mm、0.7123 mm、0.7234 mm或者0.7370 mm等，所述圆弧R8的半径大小为0.1202mm≤R8≤0.2202mm，如0.1202mm、0.1302mm、0.1456mm、0.1566mm、0.1678mm、0.1767mm、0.1833mm、0.1987mm、0.2011mm、0.2156mm或者0.2202mm等，所述圆弧R7的径向高度h3大小为0.1233mm≤h3≤0.2233mm，如0.1233 mm、0.1323 mm、0.1445 mm、0.1546 mm、0.1678 mm、0.1786 mm、0.1866 mm、0.1945 mm、0.2021mm、0.2134 mm或者0.2233 mm等，所述刚轮齿的齿顶高h4大小为0.2571mm≤h4≤0.3571mm，如0.2571 mm、0.2671 mm、0.2767 mm、0.2868 mm、0.2919 mm、0.3056 mm、0.3132 mm、0.3232 mm、0.3356 mm、0.3487 mm或者0.3571 mm等，所述刚轮齿的齿顶到齿根的高度H的大小为0.4940mm≤H≤0.5940mm，如0.4940 mm、0.5051 mm、0.5145 mm、0.5233 mm、0.5356mm、0.5476 mm、0.5535 mm、0.5687 mm、0.5798 mm、0.5866 mm或者0.5940 mm等，所述刚轮齿的齿槽宽L3的大小为0.3415mm≤L3≤0.5415mm，如0.3415 mm、0.3555 mm、0.3678 mm、0.3723 mm、0.3877 mm、0.3998 mm、0.4021 mm、0.4245 mm、0.4322 mm、0.4478 mm、0.4586mm、0.4698 mm、0.4766 mm、0.4878 mm、0.4968 mm、0.5043 mm、0.5123 mm、0.5233 mm、0.5355 mm或者0.5415 mm等，所述刚轮齿的厚度L4大小为0.4489mm≤L4≤0.6489mm，如0.4489 mm、0.4599 mm、0.4676 mm、0.4736 mm、0.4868 mm、0.4966 mm、0.5055 mm、0.5123mm、0.5211 mm、0.5345 mm、0.5476 mm、0.5576 mm、0.5646 mm、0.5788 mm、0.5866 mm、0.5987 mm、0.6021 mm、0.6123 mm、0.6245 mm、0.6366 mm或者0.6489 mm等，通过将刚轮齿的各参数设定在上述范围内，有效使柔轮与刚轮之间啮合时始终保持着面接触，因此，不会产生边缘啮合和尖点啮合，有效避免了二者相啮合时产生的齿面磨损严重的情形，不仅有利于油膜的形成，还能避免在磨损处形成应力集中，保证刚轮的承载强度，有利于延长刚轮的使用寿命。

以上刚轮和柔轮的齿形参数均是发明人通过创造性劳动所获得，通过上述参数下的刚轮和柔轮的相互配合，可进一步有效避免二者之间发生边缘啮合和尖点啮合，避免啮合处发生严重磨损，以利于油膜的形成，还能避免在磨损处形成应力集中，保证柔轮和刚轮的承载强度，有利于延长柔轮和刚轮的使用寿命。

一种谐波减速器，如图5至图7所示，包括波发生器、柔性轴承4以及上述的柔轮1和刚轮2的所有技术特征，所述柔轮1插入刚轮2的通孔中，所述波发生器嵌入柔轮1的内腔中，所述波发生器与柔轮1之间还设置有柔性轴承4，波发生器使柔轮1发生形变，使柔轮1与刚轮2相啮合。由于谐波减速器具有上述柔轮1和刚轮2的所有技术特征，因此，其也具备上述柔轮1和刚轮2所具有的所有有益技术效果，可使谐波减速器的动力传递精度更高，使用寿命更长。

波发生器为现有技术，其包括轮毂5以及套连在轮毂5上的椭圆形的凸轮6，所述凸轮6与柔轮1的内腔壁之间设置柔性轴承4，通过凸轮6的形状迫使柔轮1发生变形，使柔轮1与与刚轮2相啮合。所述柔轮1的底部通过柔轮压环7压紧在交叉滚子轴承3的内圈上，刚轮2的底部则通过螺钉与交叉滚子轴承3的外圈连接。

下面通过谐波减速器的具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。

实施例一

一种谐波减速器，采用上述技术方案，其中柔轮参数为：R1为0.1mm，R2为0.5171mm，R3为0.3426mm，R4为0.1851mm，L1为0.3439mm，L2为0.4466mm，h1为0.1583mm，h2为0.2417mm，h为0.5164mm；刚轮参数为：R5为0.05mm，R6为0.5176mm，R7为0.6370mm，R8为0.1202mm，L3为0.3415mm，L4为0.4489mm，h3为0.1233mm，h4为0.2571mm，H为0.4940mm。

实施例二

在实施例一基础上，将柔轮部分参数改为：R1为0.2mm，R2为0.0.6171mm，L1为0.5439mm，L2为0.6466mm，h1为0.2583mm，h2为0.3417mm；将刚轮部分参数改为：R7为0.7370mm，R8为0.2202mm，L3为0.5415mm，L4为0.6489mm，h3为0.2233mm，h4为0.3571mm。

实施例三

在实施例一基础上，将柔轮部分参数改为：R1为0.15mm，R2为0.6071mm，L1为0.4398mm，L2为0.5315mm，h1为0.2057mm，h2为0.2678mm；将刚轮部分参数改为：R7为0.6756mm，R8为0.1987mm，L3为0.4322mm，L4为0.5576mm，h3为0.1866mm，h4为0.3056mm。

对比例一

一种谐波减速器，其结构同上述谐波减速器结构，但是其柔轮参数为：R1为0.65mm，R2为0.3mm，R3为0.23mm，R4为0.30mm，L1为0.56mm，L2为0.40mm，h1为0.28mm，h2为0.23mm，h为0.70mm；刚轮参数为R5为0.22mm，R6为0.16mm，R7为0.35mm，R8为0.98mm，L3为0.57mm，L4为0.42mm，h3为0.25mm，h4为0.11mm，H为0.61mm。

对比例二

在对比例一基础上，将柔轮部分参数修改为：L1为0.60mm，L2为0.42mm；将刚轮部分参数修改为：L3为0.63mm，L4为0.43mm。

针对上述实施例一至实施例三以及对比例一和对比例二中的谐波减速器在负载为50N.m条件下进行半年的实际跑合测试，结果如下表所述（单位mm）：

由上表可明确看出，在经过跑合测试后，从3个月开始，就明显看出，对比例中的谐波减速器的柔轮和刚轮的间隙越来越大，而本申请中的谐波减速器中的柔轮和刚轮的间隙始终保持稳定，并始终在国标《191105：GBT 30819-2014》要求的一弧分内（换算为本次试验为0.086mm），可见，本申请中的谐波减速器的传动精度稳定，使用寿命更长。需注意的是，对比例二中，因刚轮与柔轮的间隙大于0.2后，就没有继续试验的必要了，如若继续试验，将会导致柔轮直接崩坏，进而损坏电机。

Claims

1.一种柔轮，包括芯部带有腔体的柔轮本体，在柔轮本体的外侧壁上沿其圆周方向连续设置有多个柔轮齿；其特征在于：单个柔轮齿包括齿顶平面D1和两段齿根圆弧R4，两段齿根圆弧R4位于齿顶平面D1两侧，齿顶平面D1与其两侧的齿根圆弧R4之间均依次通过圆弧R1、圆弧R2和圆弧R3连接为一体，所述圆弧R1以及圆弧R2为外凸的圆弧，所述圆弧R3为内凹的圆弧，相邻柔轮齿通过齿根圆弧R4连接。

2.根据权利要求1所述的一种柔轮，其特征在于：所述圆弧R1的半径大小为0.1mm≤R1≤0.2mm，所述圆弧R2的半径大小为0.5171mm≤R2≤0.6171mm，所述圆弧R3的半径大小为0.3426mm≤R3≤0.4426mm，所述圆弧R4的半径大小为0.1851mm≤R4≤0.2851mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种柔轮，其特征在于：所述柔轮齿的齿顶高h1的大小为0.1583mm≤h1≤0.2583mm，所述柔轮齿的齿根高h2的大小为0.2417mm≤h2≤0.3417mm，所述柔轮齿的齿顶到齿根的高度h的大小为0.5164mm≤h≤0.6164mm，所述柔轮齿的厚度L1的大小为0.3439mm≤L1≤0.5439mm，所述柔轮齿的齿槽宽L2的大小为0.4466mm≤L2≤0.6466mm。

4.一种刚轮，包括刚轮本体，在刚轮本体的芯部设置有供柔轮插入的通孔，在刚轮本体的通孔侧壁上沿其圆周方向连续设置有多个刚轮齿；其特征在于：单个刚轮齿包括齿顶平面D2和两段齿根圆弧R8，两段齿根圆弧R8位于齿顶平面D2两侧，齿顶平面D2与其两侧的齿根圆弧R8之间均依次通过圆弧R5、圆弧R6和圆弧R7连接为一体，所述圆弧R5以及圆弧R6为外凸的圆弧，所述圆弧R7为内凹的圆弧，相邻刚轮齿通过齿根圆弧R8连接。

5.根据权利要求4所述的一种刚轮，其特征在于：刚轮上的刚轮齿的个数比柔轮上的柔轮齿的个数多两个。

6.根据权利要求4所述的一种刚轮，其特征在于：所述圆弧R5的半径大小为0.05mm≤R5≤0.15mm，所述圆弧R6的半径大小为0.5176mm≤R6≤0.6176mm，所述圆弧R7的半径大小为0.6370mm≤R7≤0.7370mm，所述圆弧R8的半径大小为0.1202mm≤R8≤0.2202mm。

7.根据权利要求4-6任意一项所述的一种刚轮，其特征在于：所述圆弧R7的径向高度h3大小为0.1233mm≤h3≤0.2233mm，所述刚轮齿的齿顶高h4大小为0.2571mm≤h4≤0.3571mm，所述刚轮齿的齿顶到齿根的高度H的大小为0.4940mm≤H≤0.5940mm，所述刚轮齿的齿槽宽L3的大小为0.3415mm≤L3≤0.5415mm，所述刚轮齿的厚度L4大小为0.4489mm≤L4≤0.6489mm。

8.一种谐波减速器，包括波发生器和柔性轴承(4)，其特征在于：还包括如权利要求1-3中任意一项所述的柔轮和权利要求4-7中任意一项所述的刚轮，所述柔轮(1)插入刚轮(2)的通孔中，所述波发生器嵌入柔轮(1)的内腔中，所述波发生器与柔轮(1)之间还设置有柔性轴承(4)，波发生器使柔轮(1)发生形变，使柔轮(1)与刚轮(2)相啮合。

9.根据权利要求8所述的一种谐波减速器，其特征在于：所述柔轮（1）的底部通过柔轮压环(7)压紧在交叉滚子轴承(3)的内圈上，刚轮(2)的底部则通过螺钉与交叉滚子轴承(3)的外圈连接。