CN111120619A - 谐波齿轮传动波发生器以及谐波齿轮传动装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种谐波齿轮传动波发生器以及谐波齿轮传动装置，涉及谐波齿轮传动技术领域，为解决谐波齿轮传动装置的微型化问题。所述自润滑谐波齿轮传动波发生器包括凸轮；凸轮的周向外侧面接触的部件与凸轮之间滑动摩擦。所述谐波齿轮传动装置，包括：刚性齿轮、设置于刚性齿轮的内环中的柔性齿轮以及如上述任一实施例所述的自润滑谐波齿轮传动波发生器。其中，刚性齿轮的内环设置有齿，柔性齿轮的外环设置有齿，柔性齿轮与刚性齿轮存在齿差；自润滑谐波齿轮传动波发生器设置于柔性齿轮的内环中。本公开提供的谐波齿轮传动波发生器以及谐波齿轮传动装置用于实现减小谐波齿轮传动波发生器和谐波齿轮传动装置的尺寸。

Description

谐波齿轮传动波发生器以及谐波齿轮传动装置

技术领域

本公开涉及谐波齿轮传动技术领域，尤其涉及一种谐波齿轮传动波发生器以及谐波齿轮传动装置。

背景技术

谐波齿轮传动技术是20世纪50年代随着空间科学、航天技术的发展而产生的一种新的传动技术。谐波齿轮传动装置具有结构简单、体积小、重量轻、噪声低、承载能力强、传动精度高等特点，被广泛地应用在机器人、空间技术、能源、雷达通讯、机床、汽车等领域，尤其在智能机器人领域，谐波齿轮传动装置作为机器人的关键核心功能部件，占整机成本30％以上，直接决定了机器人的性能和价格。

近年来，随着微型伺服传动技术的发展，谐波齿轮传动装置的微型化成为研究热点之一。

发明内容

为了实现谐波齿轮传动装置的微型化，本公开一些实施例提供了一种谐波齿轮传动波发生器以及谐波齿轮传动装置，以实现减小谐波齿轮传动波发生器和谐波齿轮传动装置的尺寸。

本公开的一些实施例提供一种自润滑谐波齿轮传动波发生器，包括凸轮；凸轮的周向外侧面接触的部件与凸轮之间滑动摩擦。

在本公开的至少一个实施例中，凸轮包括：具有多个孔隙的凸轮基体，以及，填充在凸轮基体的孔隙中的润滑剂。

在本公开的至少一个实施例中，凸轮的材料包括自润滑材料。

在本公开的至少一个实施例中，形成凸轮的自润滑材料包括粉末冶金材料、氮化硼、氮化硅、尼龙、聚甲醛、聚酰亚胺、聚对羟基苯甲酸酯、聚四氟乙烯、金、银、锡、铅、镁以及铟中的至少一种。

在本公开的至少一个实施例中，凸轮包括：凸轮本体，以及，设置在凸轮本体的周向外侧面的自润滑膜层。

在本公开的至少一个实施例中，自润滑谐波齿轮传动波发生器还包括柔性环；柔性环的内环面与凸轮的周向外侧面接触，柔性环与凸轮之间滑动摩擦。

在本公开的至少一个实施例中，柔性环包括：具有多个孔隙的柔性环基体，以及，填充在柔性环基体的孔隙中的润滑剂。

在本公开的至少一个实施例中，柔性环的材料包括自润滑材料。

在本公开的至少一个实施例中，形成柔性环的自润滑材料包括粉末冶金材料、氮化硼、氮化硅、尼龙、聚甲醛、聚酰亚胺、聚对羟基苯甲酸酯、聚四氟乙烯、金、银、锡、铅、镁以及铟中的至少一种。

在本公开的至少一个实施例中，柔性环包括：柔性环本体，以及，设置在柔性环本体朝向凸轮的一侧的自润滑膜层。

在本公开的至少一个实施例中，自润滑膜层的材料包括硫化钼、石墨以及碳中的至少一种。

本公开的一些实施例还提供一种谐波齿轮传动装置，包括：刚性齿轮，刚性齿轮的内环设置有齿；设置于刚性齿轮的内环中的柔性齿轮，柔性齿轮的外环设置有齿，柔性齿轮与刚性齿轮存在齿差；以及，如上述任一实施例所述的自润滑谐波齿轮传动波发生器；自润滑谐波齿轮传动波发生器设置于柔性齿轮的内环中。

在本公开的至少一个实施例中，自润滑谐波齿轮传动波发生器还包括柔性环，柔性环与柔性齿轮之间过渡配合或过盈配合。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1为相关技术中一种谐波齿轮传动装置的结构示意图；

图2为根据一些实施例的一种自润滑谐波齿轮传动波发生器的结构示意图；

图3为图2所示自润滑谐波齿轮传动波发生器的剖视图；

图4为根据一些实施例的另一种自润滑谐波齿轮传动波发生器的结构示意图；

图5为图4所示自润滑谐波齿轮传动波发生器的剖视图；

图6为根据一些实施例的一种谐波齿轮传动装置的结构示意图；

图7为根据一些实施例的另一种谐波齿轮传动装置的结构示意图。

附图标记：

11-刚轮，12-柔轮，13-柔性轴承，14-回转部件，21-凸轮，22-柔性环，23-柔性齿轮，24-刚性齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。

请参阅图1，在相关技术中，谐波齿轮传动装置主要由柔轮12、刚轮11和波发生器组成；其中柔轮12为外齿轮，刚轮11为内齿轮，刚轮11、柔轮12存在齿差；波发生器由回转部件14(例如凸轮)和柔性轴承13组成，其中回转部件14外形轮廓为曲线形轮廓。谐波齿轮传动装置是一种依靠弹性变形运动来达到传动目的的传动装置，曲线形波发生器转动过程中带动柔轮12变形，使柔轮12在波发生器长轴方向与刚轮11啮合、短轴方向脱开，随着波发生器转动，柔轮12、刚轮11的啮合区域不断变化；波发生器旋转一圈，柔轮12与刚轮11存在几个齿差，柔轮12相对刚轮11就会产生几个齿的位移运动，从而产生传动比。

目前，相关技术中柔性轴承外径尺寸大部分在30mm以上，外径15mm以下的超小尺寸柔性轴承的设计制造技术难度较大，存在产品空白，因此，设置有柔性轴承的波发生器的尺寸也受到了限制，进而影响了谐波齿轮传动装置的尺寸，使设计制造更小尺寸的谐波齿轮传动装置存在困难。

由上述可知，小尺寸的波发生器能否设计制造是影响谐波齿轮传动技术微型化发展的关键因素之一，基于此，本公开提供一种自润滑谐波齿轮传动波发生器，以实现波发生器以及设置有波发生器的谐波齿轮传动装置的小型化。

请参阅图2和图3，本公开的一些实施例提供一种自润滑谐波齿轮传动波发生器，包括凸轮21；凸轮21的周向外侧面接触的部件与凸轮21之间滑动摩擦。

上述凸轮21具有曲线形外轮廓，凸轮21的中部例如与电机等动力部件连接，能够在动力部件的带动下旋转。自润滑谐波齿轮传动波发生器作为谐波齿轮传动装置中的一个部件，凸轮21的周向外侧面接触的部件例如为柔性齿轮或其他部件。

本公开一些实施例提供的自润滑谐波齿轮传动波发生器，凸轮21的周向外侧面与凸轮21外侧的部件之间直接滑动摩擦，没有采用柔性轴承，从而避免了由于超小尺寸柔性轴承的设计制造技术难度较大而导致的自润滑谐波齿轮传动波发生器的尺寸受到限制的问题，有利于实现自润滑谐波齿轮传动波发生器的小型化设计和制造，进而使谐波齿轮传动装置实现小型化。

当然，本领域技术人员应当理解，本公开实施例提供的自润滑谐波齿轮传动波发生器，不仅可以应用于小尺寸的谐波齿轮传动装置中，也可以应用于常规大小的谐波齿轮传动装置中，本公开对此不做限定。

在自润滑谐波齿轮传动波发生器没有采用柔性轴承的情况下，为了更好地实现凸轮21与其周向外侧面接触的部件之间的润滑，减小滑动摩擦时的摩擦力，本公开一些实施例中采用具备自润滑功能的凸轮21，从而使自润滑谐波齿轮传动波发生器具备自润滑性能。当然，凸轮21实现自润滑的方式有多种，下面示例性的介绍其中几种实现方式。

在一些实施例中，凸轮21包括：具有多个孔隙的凸轮基体，以及，填充在凸轮基体的孔隙中的润滑剂。

此处，凸轮基体中的孔隙可以是通过物理或化学手段形成在凸轮基体上的，孔隙中的润滑剂例如为润滑脂或者润滑油。或者，形成凸轮基体的材料采用粉末冶金材料，凸轮基体中的孔隙是利用粉末冶金材料烧结形成的多孔结构中的微观孔隙，孔隙中的润滑剂例如为润滑油。

多孔质的凸轮21的凸轮基体储存润滑剂，在非运转状态下，润滑剂充满凸轮基体的孔隙，运转时，因摩擦发热使凸轮基体的材料产生热膨胀，孔隙体积减小，润滑剂溢出并进入凸轮21与外侧部件之间的间隙进行润滑，从而实现凸轮21的自润滑功能。该结构的凸轮21具有成本低、减振、降噪等优点。

在另一些实施例中，凸轮21的材料包括自润滑材料。也即，凸轮21采用自润滑材料制作而成，从而使凸轮21具有良好的自润滑性能，减小凸轮21与其周向外侧面接触的部件之间滑动摩擦时的摩擦力。

示例性的，形成凸轮21的自润滑材料包括粉末冶金材料、氮化硼、氮化硅、尼龙、聚甲醛、聚酰亚胺、聚对羟基苯甲酸酯、聚四氟乙烯等材料中的至少一种。或者，也可以采用金、银、锡、铅、镁以及铟等软金属中的至少一种作为凸轮21的自润滑材料。

在又一些实施例中，凸轮21包括：凸轮本体，以及，设置在凸轮本体的周向外侧面的自润滑膜层。也就是说，凸轮21通过自润滑膜层与凸轮21周向外侧面接触的部件之间滑动摩擦，自润滑膜层采用自润滑材料制作，因此，能够大大减小凸轮21与其周向外侧面接触的部件之间滑动摩擦时的摩擦力。

示例性的，凸轮本体可以采用合金钢材料，例如40Cr合金钢，45号钢或其他具备同等强度的钢材；设置在凸轮本体的周向外侧面的自润滑膜层的材料包括二硫化钼、石墨以及碳中的至少一种。形成自润滑膜层的方法有多种，前述各种润滑材料可根据材料特性和实际情况，通过溅射、电泳沉积、等离子喷镀、离子镀、电镀、粘结剂粘结、化学生成、挤压、浸渍、滚涂等方法来成膜，本公开的实施例对此不做限定。

当然，在凸轮本体的周向外侧面设置自润滑膜层的基础上，凸轮本体也可以参考前述实施例，采用自润滑材料制作，或者采用多孔基体存储润滑剂的结构，使凸轮本体与自润滑膜层均具有自润滑性能，从而更好地实现凸轮21与其周向外侧面接触的部件之间的润滑。

作为一种可能的实施方式，请参阅图4和图5，自润滑谐波齿轮传动波发生器还包括柔性环22，该柔性环22例如为薄壁圆环状构件。柔性环22的内环面与凸轮21的周向外侧面接触，柔性环22与凸轮21之间滑动摩擦。也就是说，凸轮21的周向外侧面接触的部件为柔性环22。

具有柔性环22结构的自润滑谐波齿轮传动波发生器安装在谐波齿轮传动装置中时，柔性环22的周向外侧为柔性齿轮，柔性环22与柔性齿轮过渡或过盈配合。由于柔性齿轮的壁通常很薄，因此，设置柔性环22可以对柔性齿轮进行保护，柔性环22与柔性齿轮组合的结构，相对于单独的柔性齿轮结构，具有更大的厚度，能够在凸轮21旋转的过程中，对柔性齿轮进行缓冲保护，提高柔性齿轮的寿命。

在自润滑谐波齿轮传动波发生器包括柔性环22的情况下，可以是凸轮21具备自润滑功能，也可以是柔性环22具备自润滑功能，或者二者均具备自润滑功能。其中，柔性环22实现自润滑的方式有多种，下面示例性的介绍几种可能的实施方式。

在一些实施例中，柔性环22包括：具有多个孔隙的柔性环22基体，以及，填充在柔性环22基体的孔隙中的润滑剂。该润滑剂例如为润滑油。多孔质的柔性环22利用粉末冶金烧结材料的多孔结构的柔性环22基体储存润滑油，在非运转状态下，润滑油充满柔性环22基体的孔隙，运转时，因摩擦发热使柔性环22基体的材料产生热膨胀，孔隙减小，润滑油溢出进入凸轮21与柔性环22之间的间隙进行润滑，从而实现柔性环22的自润滑功能，也即实现凸轮21与柔性环22之间滑动摩擦的润滑。

在另一些实施例中，柔性环22的材料包括自润滑材料。也即，整个柔性环22均采用自润滑材料制作而成，从而使柔性环22具有良好的自润滑性能，减小凸轮21与柔性环22之间滑动摩擦时的摩擦力。

示例性的，形成柔性环22的自润滑材料包括粉末冶金材料、氮化硼、氮化硅、尼龙、聚甲醛、聚酰亚胺、聚对羟基苯甲酸酯、聚四氟乙烯等材料中的至少一种。或者，也可以采用金、银、锡、铅、镁以及铟等软金属中的至少一种作为柔性环22的自润滑材料。

在又一些实施例中，柔性环22包括：柔性环本体，以及，设置在柔性环本体朝向凸轮21的一侧的自润滑膜层。也就是说，柔性环22通过自润滑膜层与凸轮21周向外侧面之间滑动摩擦，自润滑膜层采用自润滑材料制作，因此，能够大大减小凸轮21与柔性环22之间滑动摩擦时的摩擦力。

示例性的，柔性环本体可以采用合金钢材料，例如40Cr合金钢、45号钢或其他具备同等强度的钢材；设置在柔性环本体朝向凸轮21的一侧的自润滑膜层的材料包括二硫化钼、石墨以及碳中的至少一种。形成自润滑膜层的方法有多种，前述各种润滑材料可根据材料特性和实际情况，通过溅射、电泳沉积、等离子喷镀、离子镀、电镀、粘结剂粘结、化学生成、挤压、浸渍、滚涂等方法来成膜，本公开的实施例对此不做限定。

当然，在柔性环本体朝向凸轮21的一侧设置自润滑膜层的基础上，凸轮本体也可以参考前述实施例，采用自润滑材料制作，或者采用多孔基体存储润滑剂的结构，使柔性环本体与自润滑膜层均具有自润滑性能，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。

本公开一些实施例提供的自润滑谐波齿轮传动波发生器是一种基于材料自润滑功能的波发生器，其包括凸轮21，或者包括凸轮21和柔性环22，利用部件之间的滑动摩擦副代替相关技术中的柔性轴承滚动摩擦副，实现谐波齿轮传动波发生器的功能。与相关技术相比，本公开一些实施例提供的自润滑谐波齿轮传动波发生器无需柔性轴承即可实现波发生器的功能，波发生器结构简单，具有良好的工艺性和较低的制造成本，可以实现更小尺寸波发生器的设计制造，促进微型谐波齿轮传动技术发展。

请参阅图6，本公开的一些实施例还提供一种谐波齿轮传动装置，包括：刚性齿轮24、设置于刚性齿轮24的内环中的柔性齿轮23以及如上述任一实施例所述的自润滑谐波齿轮传动波发生器。其中，刚性齿轮24的内环设置有齿，柔性齿轮23的外环设置有齿，柔性齿轮23与刚性齿轮24存在齿差；自润滑谐波齿轮传动波发生器设置于柔性齿轮23的内环中。

示例性的，柔性齿轮23为薄壁圆环状齿轮构件，齿轮在薄壁圆环外部。

本公开一些实施例的谐波齿轮传动装置中所设置的自润滑谐波齿轮传动波发生器直接由凸轮21组成，凸轮21设置于柔性齿轮23的内环中，柔性齿轮23的内环与凸轮21的轴向外侧面接触，该结构无需柔性轴承，由凸轮21直接压迫柔性齿轮23使其按凸轮21的曲线轮廓形状产生相应变形。谐波齿轮传动装置在工作过程中，凸轮21连接外部电机，电机带动凸轮21进行高速旋转运动，凸轮21压迫柔性齿轮23按照凸轮21的外侧曲线轮廓产生高频次变形，两者之间为滑动摩擦。其中凸轮21具有自润滑功能，能够降低凸轮21与柔轮相对运动间的滑动摩擦力。柔性齿轮23变形后与刚性齿轮24啮合，产生谐波运动。

请参阅图7，在一些实施例中，在自润滑谐波齿轮传动波发生器还包括柔性环22的情况下，柔性环22与谐波齿轮传动装置中的柔性齿轮23过渡配合或过盈配合，二者之间依靠压紧力而同步运动。当柔性环22的周向外侧与柔性齿轮23过渡配合或过盈配合时，可以通过控制配合间隙，确保柔性环22与柔性齿轮23之间同步运动。

一些实施例中，为了进一步保证柔性环22与柔性齿轮23之间不发生相对滑动，可以在凸轮21的两个端面分别设置限位部件，例如，在凸轮的一端设置轴肩，另一端设置挡板，从而通过该限位部件使柔性环22与柔性齿轮23之间相对固定，防止二者在运动过程中发生相对滑动。

示例性的，自润滑谐波齿轮传动波发生器包括凸轮21和柔性环22，柔性环22设置凸轮21外部，柔性环22的内环面与凸轮21的周向外侧面接触，柔性环22与凸轮21之间为滑动摩擦。该结构无需柔性轴承，由凸轮21直接压迫柔性环22使其按凸轮21的曲线轮廓形状产生相应变形。谐波齿轮传动装置在工作过程中，凸轮21连接外部电机，电机输入使凸轮21进行高速旋转运动，凸轮21曲线轮廓带动柔性环22产生高频次变形，柔性环22进一步压迫柔性齿轮23使柔性齿轮23产生相应变形，柔性齿轮23变形后与刚性齿轮24啮合，产生谐波运动。其中，凸轮21具有自润滑功能，或者，柔性环22具有自润滑功能，又或者，凸轮21与柔性环22均具有自润滑功能。凸轮21与柔性环22之间用滑动摩擦替代柔性轴承滚动摩擦形式，实现自润滑谐波齿轮传动波发生器在谐波齿轮传动中的作用。

设置有上述自润滑谐波齿轮传动波发生器的谐波齿轮传动波装置结构简单、工艺性良好，使设计制造更小型化的谐波齿轮传动波装置成为可能，并实现谐波齿轮传动波装置的低成本制造。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。术语“内”、“外”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。同时，在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种自润滑谐波齿轮传动波发生器，其特征在于，包括凸轮；所述凸轮的周向外侧面接触的部件与所述凸轮之间滑动摩擦。

2.根据权利要求1所述的自润滑谐波齿轮传动波发生器，其特征在于，所述凸轮包括：

具有多个孔隙的凸轮基体；

以及，填充在所述凸轮基体的孔隙中的润滑剂。

3.根据权利要求1所述的自润滑谐波齿轮传动波发生器，其特征在于，所述凸轮的材料包括自润滑材料，所述自润滑材料包括粉末冶金材料、氮化硼、氮化硅、尼龙、聚甲醛、聚酰亚胺、聚对羟基苯甲酸酯、聚四氟乙烯、金、银、锡、铅、镁以及铟中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的自润滑谐波齿轮传动波发生器，其特征在于，所述凸轮包括：

凸轮本体；

以及，设置在所述凸轮本体的周向外侧面的自润滑膜层。

5.根据权利要求1～4任一项所述的自润滑谐波齿轮传动波发生器，其特征在于，所述自润滑谐波齿轮传动波发生器还包括柔性环；所述柔性环的内环面与所述凸轮的周向外侧面接触，所述柔性环与所述凸轮之间滑动摩擦。

6.根据权利要求5所述的自润滑谐波齿轮传动波发生器，其特征在于，所述柔性环包括：

具有多个孔隙的柔性环基体；

以及，填充在所述柔性环基体的孔隙中的润滑剂。

7.根据权利要求5所述的自润滑谐波齿轮传动波发生器，其特征在于，所述柔性环的材料包括自润滑材料，所述自润滑材料包括粉末冶金材料、氮化硼、氮化硅、尼龙、聚甲醛、聚酰亚胺、聚对羟基苯甲酸酯、聚四氟乙烯、金、银、锡、铅、镁以及铟中的至少一种。

8.根据权利要求5所述的自润滑谐波齿轮传动波发生器，其特征在于，所述柔性环包括：

柔性环本体；

以及，设置在所述柔性环本体朝向所述凸轮的一侧的自润滑膜层。

9.根据权利要求4或8所述的自润滑谐波齿轮传动波发生器，其特征在于，所述自润滑膜层的材料包括硫化钼、石墨以及碳中的至少一种。

10.一种谐波齿轮传动装置，其特征在于，包括：

刚性齿轮，所述刚性齿轮的内环设置有齿；

设置于所述刚性齿轮的内环中的柔性齿轮，所述柔性齿轮的外环设置有齿，所述柔性齿轮与所述刚性齿轮存在齿差；

以及，如权利要求1～9任意一项所述的自润滑谐波齿轮传动波发生器；所述自润滑谐波齿轮传动波发生器设置于所述柔性齿轮的内环中。

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