CN111853163B - 一种可调传动比的谐波减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调传动比的谐波减速器，涉及谐波减速器的技术领域，包括柔轮，柔轮外壁上设有柔轮轮齿一和柔轮轮齿二；机壳侧壁上设置有导轨和电机槽，电机槽内设有步进电机；刚轮上设有两凸台，凸台内开设滑槽，滑槽套设在导轨上，刚轮套设在柔轮上，刚轮的内壁上设置有刚轮轮齿一和刚轮轮齿二；交叉滚子轴承包括交叉滚子轴承内圈和交叉滚子轴承外圈；连杆机构包括连杆一和连杆二，连杆一的一端与步进电机的输出端连接，连杆一的另一端与连杆二的一端连接，连杆二的另一端与刚轮连接；一种可调传动比的谐波减速器的调制流程。本发明的一种可调传动比的谐波减速器可以控制谐波减速器的传动比，操作方便，体积小，在空间小的场合也可以使用。

Description

一种可调传动比的谐波减速器

技术领域

本发明涉及减速器的技术领域，尤其涉及一种谐波减速器。

背景技术

谐波减速器是一种利用弹性变形来达到传动目的的新型传动装置，基本结构由刚轮、柔轮和波发生器组成，其具备体积小，传动比大，传递扭矩大和传递精度高等优点，现已广泛用于高精密仪器与机器人行业中。

但目前应用较广的谐波减速器都是固定传动比的谐波减速器。这种谐波减速器在需要改变输出转速的以改变设备某一部分的运动规律的场合难以满足使用需求，反复装拆更换谐波减速器又十分繁琐。现有的可调传动比的谐波减速器有无极调速谐波减速器，但是无极调速谐波减速器体积较大，价格十分昂贵，在无需无极变速的场合性价比过低，而且在小型设备中无法使用。

发明内容

针对上述产生的问题，本发明的目的在于提供一种可调传动比的谐波减速器，解决了现有谐波减速器不可调节传动比的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种可调传动比的谐波减速器，包括柔轮，所述柔轮内设置有波发生器，所述波发生器与所述柔轮间隙配合，所述柔轮的外壁上沿圆周方向设置有柔轮轮齿一和柔轮轮齿二；机壳，所述机壳外周面的两对称位置设有导轨，所述机壳的一端的侧壁上开设有电机槽，所述电机槽位于一所述导轨的一端，所述电机槽内设置有步进电机；刚轮，凸台设于所述刚轮外周面的两对称位置并向外延伸，两所述凸台内均开设有滑槽，所述滑槽内壁上设置有多个滚珠，两所述滑槽分别套设在两所述导轨上，所述刚轮套设在所述柔轮上，所述刚轮的内壁上设置有刚轮轮齿一和刚轮轮齿二，所述刚轮轮齿一和所述柔轮轮齿一相配合，所述刚轮轮齿二与所述柔轮轮齿二相配合；交叉滚子轴承，包括交叉滚子轴承内圈和交叉滚子轴承外圈，所述交叉滚子轴承内圈通过定位法兰与所述柔轮的一端相连接，所述交叉滚子轴承外圈与所述机壳靠近所述步进电机的一端相连接；连杆机构，包括连杆一和连杆二，所述连杆一的一端与所述步进电机的输出端通过键连接，所述连杆一的另一端通过销钉与所述连杆二的一端可转动连接，所述连杆二的另一端通过销钉与所述刚轮可转动连接，所述步进电机带动所述连杆一转动，所述连杆一带动所述连杆二转动，所述连杆二带动所述刚轮在两所述导轨上沿轴向往复运动。

上述的一种可调传动比的谐波减速器，其中，所述机壳远离所述交叉滚子轴承的一端通过螺钉固定有法兰。

上述的一种可调传动比的谐波减速器，其中，所述连杆二远离所述连杆一的一端所述凸台相连接。

一种可调传动比的谐波减速器的调制流程，包括上述任意一项所述的可调传动比的谐波减速器，所述调制流程包括：

步骤一：初始状态时，所述刚轮轮齿一和所述柔轮轮齿一相啮合，切换转动比时，所述步进电机带动连杆机构转动，所述连杆机构带动所述刚轮在所述导轨上移动，同时所述刚轮轮齿一逐渐脱离与所述柔轮轮齿一啮合，当刚轮轮齿一完全脱离所述柔轮轮齿一时，所述刚轮轮齿二与柔轮轮齿二开始啮合；

步骤二：所述步进电机的转子转过180度时，所述步进电机继续转动，所述刚轮轮齿二逐渐脱离与所述柔轮轮齿二啮合，当刚轮轮齿二完全脱离所述柔轮轮齿二时，所述刚轮轮齿一与所述柔轮轮齿一重新啮合。

本发明由于采用上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

(1)本发明的一种可调传动比的谐波减速器可以控制谐波减速器的传动比，操作方便。

(2)本发明的一种可调传动比的谐波减速器体积小，在空间小的场合也可以使用。

附图说明

图1是本发明的谐波减速器在第一传动比时的剖面图；

图2是本发明的柔轮的示意图；

图3是本发明的波发生器的示意图；

图4是本发明的机壳的示意图；

图5是本发明的刚轮的剖面图；

图6是本发明的谐波减速器在第一传动比时的外部示意图；

图7是本发明的谐波减速器在第二传动比时的剖面图；

图8是本发明的谐波减速器在第二传动比时的外部示意图。

附图标记：1、法兰；2、螺钉一；3、柔轮；301、柔轮轮齿一；302、柔轮轮齿二；4、波发生器；401、凸轮一；402、凸轮二；5、刚轮；501、刚轮轮齿一；502、刚轮轮齿二；503、滑槽；504、滚珠；6、机壳；601、导轨；602、电机槽；7、连杆二；8、连杆一；9、步进电机；10、交叉滚子轴承外圈；11、交叉滚子轴承内圈；12、定位法兰；13、螺钉二；14、螺钉三；15、螺钉四；16、销钉。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图和具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的一种可调传动比的谐波减速器，请参阅图1、图2、图3、图4和图5所示，包括柔轮3、波发生器4、机壳6、刚轮5、交叉滚子轴承和连杆机构，波发生器4设置在柔轮3内，且波发生器4和柔轮3间隙配合，波发生器4通过连接键与输入轴(图中未示出)相连接，波发生器4包括呈椭圆形的凸轮一401和凸轮二402，凸轮一401和凸轮二402的长短轴相互平行，柔轮3的两端的外壁上分别沿圆周方向设置有柔轮轮齿一301和柔轮轮齿二302，柔轮轮齿一301和柔轮轮齿二302的齿数不同。

其中，机壳6两侧的侧壁上对称设置有两导轨601，两导轨601相互平行，机壳6的一端的侧壁上开设有电机槽602，电机槽602位于其中一导轨601的一端，电机槽602内设置有步进电机9，步进电机9通过螺钉四15固定在电机槽602内，机壳6远离交叉滚子轴承的一端通过螺钉一2固定有法兰1。

进一步，刚轮5的两侧均向外延伸形成两凸台，两凸台内均开设有滑槽503，滑槽503内壁上设置有多个滚珠504，两滑槽503分别套设在两导轨601上，凸台贯穿机壳6，多个滚珠504用于减少滑槽503和导轨601移动时的摩擦，刚轮5套设在柔轮3上，刚轮5的内壁上设置有刚轮轮齿一501和刚轮轮齿二502，刚轮轮齿一501和柔轮轮齿一301相配合，刚轮轮齿二502与柔轮轮齿二302相配合，将刚轮5、法兰1和机壳6之间设计成可拆卸式，如果刚轮轮齿一501和刚轮轮齿二502因磨损失效，可以直接更换刚轮5，可以跟据需求任意更换法兰1，通过法兰1更好地固定在输入轴上。

交叉滚子轴承包括交叉滚子轴承内圈11和交叉滚子轴承外圈10，交叉滚子轴承内圈11通过定位法兰12、螺钉二13与柔轮3的一端相连接，从而将动力从交叉滚子轴承内圈11输出，交叉滚子轴承外圈10与机壳6靠近步进电机9的一端通过螺钉三14相连接。

请参阅图1和图6所示，连杆机构包括连杆一8和连杆二7，连杆一8的一端与步进电机9的输出端通过键连接，连杆一8的另一端通过销钉16与连杆二7的一端可转动连接，连杆二7的另一端通过销钉16与刚轮5上的凸台可转动连接，构成一个曲柄滑块机构，步进电机9带动连杆一8转动，同时连杆一8带动连杆二7转动，连杆二7带动刚轮5在两导轨601上作限定移动距离的轴向往复运动。刚轮5可通过导轨601在机壳6上作轴向滑动。通过控制步进电机9转动可以带动连杆机构运动，为刚轮5在机壳6的导轨601上作轴向滑动提供动力，刚轮5在机壳6上作轴向运动时刚轮轮齿与轴向固定的柔轮轮齿交替啮合，从而达到变传动比的目的。

请参阅图1、图6、图7和图8所示，工作原理：使用时,柔轮轮齿一301和刚轮轮齿一501相啮合，柔轮轮齿一301的齿数为Z1，柔轮轮齿二302的齿数为Z2，刚轮轮齿一501的齿数为Z3，刚轮轮齿二502的齿数为Z4，谐波减速器的传动比为i1，柔轮轮齿一301和刚轮轮齿一501啮合时，谐波减速器的传动比为i1＝Z1/(Z3-Z1)；当需要切换传动比时，通过外部的电路模块控制步进电机9转动，步进电机9通过连杆机构带动刚轮5在两导轨601上移动，柔轮轮齿一301完全脱离与刚轮轮齿一501啮合时，柔轮轮齿二302和刚轮轮齿二502相啮合，此时谐波减速器的传动比为i1＝Z2/(Z4-Z2)；如图7和图8所示，当步进电机9的转子转过180度时，步进电机9继续转动，刚轮轮齿二502与柔轮轮齿二302逐渐脱离啮合状态，待刚轮轮齿二502与柔轮轮齿二302完全脱离啮合状态时，刚轮轮齿一501与柔轮轮齿一301重新啮合，谐波减速器的传动比再次变为i1＝Z1/(Z3-Z1)。在使用时还可以通过控制步进电机9的转速和转向，来控制每对轮齿的啮合时间，从而可以控制谐波减速器每个传动比保持的时间，达到按照需求控制运动规律的目的。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。

本发明在上述基础上还具有如下实施方式：

进一步的，请参阅图1、图2、图5、图6、图7和图8所示，示出了一种可调传动比的谐波减速器的调制流程，调制流程包括：

步骤一：初始状态时，刚轮轮齿一501和柔轮轮齿一301相啮合，切换转动比时，步进电机9带动连杆机构转动，连杆机构带动刚轮5在导轨601上移动，同时刚轮轮齿一501逐渐脱离与柔轮轮齿一301啮合，当刚轮轮齿一501完全脱离柔轮轮齿一301时，刚轮轮齿二502与柔轮轮齿二302开始啮合；

步骤二：步进电机9的转子转过180度时，步进电机9继续转动，刚轮轮齿二502逐渐脱离与柔轮轮齿二302啮合，当刚轮轮齿二502完全脱离柔轮轮齿二302时，刚轮轮齿一501与柔轮轮齿一301重新啮合。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此本发明将不会限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种可调传动比的谐波减速器，其特征在于，包括：

柔轮(3)，所述柔轮(3)内设置有波发生器(4)，所述波发生器(4)与所述柔轮(3)间隙配合，所述柔轮(3)的外壁上沿圆周方向设置有柔轮轮齿一(301)和柔轮轮齿二(302)；

机壳(6)，所述机壳(6)外周面的两对称位置设有导轨(601)，所述机壳(6)的一端的侧壁上开设有电机槽(602)，所述电机槽(602)位于一所述导轨(601)的一端，所述电机槽(602)内设置有步进电机(9)；

刚轮(5)，凸台设于所述刚轮(5)外周面的两对称位置并向外延伸，两所述凸台内均开设有滑槽(503)，所述滑槽(503)内壁上设置有多个滚珠(504)，两所述滑槽(503)分别套设在两所述导轨(601)上，所述刚轮(5)套设在所述柔轮(3)上，所述刚轮(5)的内壁上设置有刚轮轮齿一(501)和刚轮轮齿二(502)，所述刚轮轮齿一(501)和所述柔轮轮齿一(301)相配合，所述刚轮轮齿二(502)与所述柔轮轮齿二(302)相配合；

交叉滚子轴承，包括交叉滚子轴承内圈(11)和交叉滚子轴承外圈(10)，所述交叉滚子轴承内圈(11)通过定位法兰(12)与所述柔轮(3)的一端相连接，所述交叉滚子轴承外圈(10)与所述机壳(6)靠近所述步进电机(9)的一端相连接；

连杆机构，包括连杆一(8)和连杆二(7)，所述连杆一(8)的一端与所述步进电机(9)的输出端通过键连接，所述连杆一(8)的另一端通过销钉(16)与所述连杆二(7)的一端可转动连接，所述连杆二(7)的另一端通过销钉(16)与所述刚轮(5)可转动连接，所述步进电机(9)带动所述连杆一(8)转动，所述连杆一(8)带动所述连杆二(7)转动，所述连杆二(7)带动所述刚轮(5)在两所述导轨(601)上沿轴向往复运动。

2.根据权利要求1所述的可调传动比的谐波减速器，其特征在于，所述机壳(6)远离所述交叉滚子轴承的一端通过螺钉一(2)固定有法兰(1)。

3.根据权利要求1所述的可调传动比的谐波减速器，其特征在于，所述连杆二(7)远离所述连杆一(8)的一端所述凸台相连接。

4.一种可调传动比的谐波减速器的调制流程，其特征在于，包括权利要求1至3中任意一项所述的可调传动比的谐波减速器，所述调制流程包括：

步骤一：初始状态时，所述刚轮轮齿一(501)和所述柔轮轮齿一(301)相啮合，切换转动比时，所述步进电机(9)带动连杆机构转动，所述连杆机构带动所述刚轮(5)在所述导轨(601)上移动，同时所述刚轮轮齿一(501)逐渐脱离与所述柔轮轮齿一(301)啮合，当刚轮轮齿一(501)完全脱离所述柔轮轮齿一(301)时，所述刚轮轮齿二(502)与柔轮轮齿二(302)啮合；

步骤二：所述步进电机(9)的转子转过180度时，所述步进电机(9)继续转动，所述刚轮轮齿二(502)逐渐脱离与所述柔轮轮齿二(302)啮合，当刚轮轮齿二(502)完全脱离所述柔轮轮齿二(302)时，所述刚轮轮齿一(501)与所述柔轮轮齿一(301)重新啮合。

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