CN111963647A - 谐波减速装置及自动化设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及谐波减速领域，提供一种谐波减速装置及自动化设备。谐波减速装置包括谐波减速单元和行星变速单元，谐波减速单元具有柔轮、刚轮和波发生器，行星变速单元的内齿圈与柔轮固定连接，行星变速单元的太阳齿轮具有齿轮轴，齿轮轴与波发生器连接，行星变速单元位于柔轮的筒腔中。本发明的谐波减速装置能够同时满足高速高载的使用需求；并且由于行星变速单元设于柔轮的筒腔中，因而，行星变速单元的设置不会明显增大谐波减速装置的体积，有利于谐波减速装置的结构紧凑，有利于谐波减速装置的小型化。

Description

谐波减速装置及自动化设备
技术领域
本发明涉及谐波减速领域，具体是涉及一种谐波减速装置及自动化设备。
背景技术
现有的谐波减速单元中，减速比较大的谐波减速器能够承载的扭矩往往较大，减速比较小的谐波减速器能够承载的扭矩往往较小，然而，减速比较大谐波减速器输出转速往往较小，不能同时满足高速高载的使用要求。
发明内容
本发明的目的之一是提供一种能够实现高速高载输出且结构紧凑的谐波减速装置。
为了实现上述目的，本发明提供的谐波减速装置包括谐波减速单元和行星变速单元，谐波减速单元具有柔轮、刚轮和波发生器，行星变速单元的内齿圈与柔轮固定连接，行星变速单元的太阳齿轮具有齿轮轴，齿轮轴与波发生器连接，行星变速单元位于柔轮的筒腔中。
由上可见，本发明通过对谐波减速装置的结构设计，谐波减速装置的动力输出能够同时满足高速高载的使用需求；并且由于行星变速单元设于柔轮的筒腔中，因而行星变速单元的设置不会明显增大谐波减速装置的体积，谐波减速装置的结构紧凑，有利于谐波减速装置的小型化。
一个优选的方案是，内齿圈上一体成型有第一法兰，沿谐波减速单元的轴向，第一法兰位于内齿圈的背向波发生器的一端，第一法兰与柔轮固定连接。
由上可见，这样一方面有利于减少零件数量，有利于简化谐波减速装置的装配过程，另一方面，这也有利于提升第一法兰与内齿圈的连接强度；并且，第一法兰的设置方便谐波减速装置与外部机构连接。
进一步的方案是，行星变速单元的行星架具有传动轴，传动轴沿谐波减速单元的轴向背向谐波减速单元延伸，传动轴贯穿第一法兰，传动轴通过第一轴承支承于第一法兰上。
由上可见，这样有利于提升传动轴和行星架的安装稳定性。
进一步的方案是，还包括第二法兰，沿谐波减速单元的轴向，第二法兰固定在刚轮的背向第一法兰的一端。
由上可见，第二法兰的设置方便谐波减速装置与外部机构连接，例如本发明的谐波减速装置用于机器人关节时，互相转动的一个关节手臂与第一法兰固定连接，另一个关节手臂与第二法兰固定连接。
更进一步的方案是，齿轮轴穿过波发生器后通过第二轴承支承在第二法兰上。
由上可见，这样有利于提升太阳齿轮的稳定性。
再一个优选的方案是，谐波减速装置还包括刚性轴承，刚性轴承套于谐波减速单元的外周，刚性轴承的内圈与刚轮固定，刚性轴承的外圈与柔轮固定。
另一个优选的方案是，柔轮的外齿模数M、柔轮的光滑筒段外径D1、光滑筒段内径D2以及谐波减速单元的减速比i满足：D1－D2＝kiM，其中，K的范围为0.02至0.028。
又一个优选的方案是，柔轮的光滑筒段的壁厚t(a)与柔轮的外齿分度圆直径D的关系满足：0.005≤t(a)/D≤0.007。
进一步的方案是，柔轮为礼帽形柔轮，柔轮的法兰段的径向内侧具有隔膜部，隔膜部与光滑筒段通过弯曲部连接，隔膜部的壁厚t(b)与光滑筒段的壁厚t(a)满足：1.4≤t(b)/t(a)≤2.0；弯曲部的壁厚t(c)与光滑筒段的壁厚t(a)满足：0.8≤t(c)/t(a)≤1.4。
本发明的目的之二是提供一种能够实现高速高载输出且结构紧凑的自动化设备。
为了实现上述目的，本发明提供的自动化设备包括前述的谐波减速装置。
由上可见，由于采用前述的谐波减速装置，本实施例的自动化设备能够适用于高速高载的场合，并且有利于自动化设备的结构紧凑。
附图说明
图1是本发明谐波减速装置实施例的立体剖视图；
图2是本发明谐波减速装置实施例的分解图；
图3是本发明谐波减速装置实施例中柔轮的剖视图。
具体实施方式
请参照图1及图2，谐波减速装置包括谐波减速单元1、行星变速单元2和刚性轴承3。
本实施例的谐波减速单元1可以参照现有技术的谐波减速器进行设置，谐波减速单元1包括柔轮11、刚轮12和波发生器13，柔轮11为礼帽形柔轮，柔轮11的径向内侧具有安装腔。
本实施例的行星变速单元2可以参照现有技术的行星变速器进行设置，行星变速单元2包括内齿圈21、行星架22、太阳齿轮24和两个行星齿轮23，太阳齿轮24具有齿轮轴241，行星架22具有传动轴221，谐波减速单元1的转动轴线沿方向a，太阳齿轮24的转动轴线与谐波减速单元1的转动轴线重合，行星齿轮23可转动地安装在行星架22上，太阳齿轮24、行星齿轮23与内齿圈21沿谐波减速单元1的径向由内向外依次啮合。
行星变速单元2及波发生器13均安装在柔轮11的安装腔中，行星变速单元2与波发生器13沿方向a分布，内齿圈21与柔轮11固定连接，太阳齿轮24的齿轮轴241沿方向a朝波发生器13延伸，齿轮轴241与波发生器13连接，行星架22的传动轴221沿方向a背向波发生器13穿出至安装腔外。
本实施例的柔轮11具有法兰段111、光滑筒段112和齿段113，安装腔包括光滑筒段112的内腔和齿段113的内腔，波发生器13安装于齿段113的内腔中，行星变速单元2安装于光滑筒段112的内腔中。
内齿圈21上一体成型有第一法兰211，第一法兰211位于内齿圈21的沿方向a背向波发生器13的一端，第一法兰211位于柔轮11的安装腔外，第一法兰211的端面与柔轮11的法兰段111固定，传动轴221贯穿第一法兰211，传动轴221通过第一轴承4支承在第一法兰211上。
刚性轴承3套于柔轮11的光滑筒段112的外周，刚轮12套于柔轮11的齿段113的外周，刚轮12的内齿与柔轮11的外齿啮合，刚性轴承3包括轴承内圈31、轴承外圈32和油封33，轴承内圈31与刚轮12固定连接，轴承外圈32与柔轮11的法兰段111固定连接。
具体地，第一法兰211的端面上具有第一连接孔2111，柔轮11的法兰段111具有第二连接孔1111，刚性轴承3的轴承外圈32具有第三连接孔321，第一连接孔2111、第二连接孔1111及第三连接孔321均沿方向a贯通，第一连接孔2111、第二连接孔1111与第三连接孔321依次连通，第一螺钉(图中未示出)从第一连接孔2111穿入并与第三连接孔321的孔壁螺纹连接，以实现第一法兰211、柔轮11以及轴承外圈32的固定连接；第一连接孔2111、第二连接孔1111、第三连接孔321和第一螺钉的组合设有至少三组，且各组沿第一法兰211的周向分布。
油封33的设置便于在刚性轴承3采用油润滑时减少润滑油的泄漏。
可选择地，在本发明的其它实施例中，也可以将第一法兰211与内齿圈21分别设置，且将第一法兰211与内齿圈21固定连接，当然，优选采用本实施例中将第一法兰211与内齿圈21一体设置的方案，这样有利于减少零件数量，有利于降低谐波减速装置的装配难度，且有利于提升第一法兰211与内齿圈21的连接强度。
优选地，谐波减速装置还包括第二法兰5，第二法兰5位于谐波减速单元1的沿方向a背向第一法兰211的一端，第二法兰5与刚轮12固定连接。
具体地，刚性轴承3的轴承内圈31具有第四连接孔311，刚轮12具有第五连接孔121，第二法兰5具有第六连接孔51，第四连接孔311、第五连接孔121及第六连接孔51均沿方向a贯通，第四连接孔311、第五连接孔121与第六连接孔51依次连通，第二螺钉(图中未示出)从第六连接孔51穿入并与第四连接孔311的孔壁螺纹连接，以实现第二法兰5、刚轮12以及轴承内圈31的固定连接；第四连接孔311、第五连接孔121、第六连接孔51和第二螺钉的组合设有至少三组，且各组沿第二法兰5的周向分布。
第一法兰211与第二法兰5均用于与外部机构连接，例如在谐波减速装置应用于机器人的关节处时，两个相对转动的关节手臂中，一个关节手臂与第一法兰211固定连接，另一个关节手臂与第二法兰5固定连接；第一法兰211与第二法兰5的设置有利于降低谐波减速装置在使用时的安装难度。
优选地，齿轮轴241穿过波发生器13后通过第二轴承6支承于第二法兰5上，这样有利于提升太阳齿轮24的稳定性。
可选择地，在本发明的其它实施例中，行星齿轮23的数量也可以是三个、四个等。
由于本实施例的谐波减速装置设置有行星变速单元2，这样在外部动力接入传动轴221时，首先经行星变速单元2加速，然后经谐波减速单元1减速，这样在减速装置的总减速比一定的情况下，本实施例谐波减速装置中的谐波减速单元1的减速比能够比单独采用谐波减速器减速的减速比设置更大，并且由于减速比较大的谐波减速器一般具有更强的扭矩承载能力，因此本实施例谐波减速装置的承载能力比相同减速比的谐波减速器的承载能力更强。
此外，相对于与本实施例的谐波减速单元1减速比一致的单独采用谐波减速器的减速装置而言，本实施例的谐波减速装置由于增加了一级行星加速，因而在采用相同转速动力源输入的情况下，本实施例的谐波减速装置能够得到更大的输出转速，这使得本实施例的谐波减速装置在具有较强的承载能力的同时，只需要采用普速电机作为动力源就能够得到较高的输出转速。
普速电机的购买和使用维护成本均明显低于高速电机，因而采用本实施例的谐波减速装置与普速电机的组合具有更好的经济性。
例如本实施例的谐波减速单元1减速比为10：1，行星变速单元2的变速比为1：2，本实施例的谐波减速装置的减速比为5：1。
对比例一的减速装置采用单独的第一谐波减速器，该第一谐波减速器的减速比为5：1。
对比例二的减速装置采用单独的第二谐波减速器，该第二谐波减速器的减速比为10：1。
本实施例的谐波减速装置采用6000转/分的动力输入，得到的最大转速为1200转/分。
对比例一采用6000转/分的动力输入，得到的最大转速为1200转/分，但由于对比例一谐波减速器的减速比小于本实施例谐波减速单元1的减速比，因而对比例一的承载能力弱于本实施例的谐波减速装置。
对比例二采用6000转/分的动力输入得到的最大转速为600转/分，对比例二的输出转速低于本实施例谐波减速装置的最大输出转速。
本实施例的谐波减速装置相较于对比例一而言具有更强的承载能力，相较于对比例二而言具有更快的输出转速，本实施例的谐波减速装置在采用普速电机作为动力源的情况下就能够获得与第一谐波减速器相当的输出转速以及具有与第二谐波减速器相当的承载能力，本实施例的谐波减速装置能够同时满足高速和高载的使用需求。
并且，本实施例谐波减速装置的谐波减速单元1可以直接采用现有的谐波减速器，本实施例的谐波减速装置只需在现有的谐波减速器的基础上加装行星变速单元，在无需改变现有谐波减速器的内部结构的情况下达到高速高载的使用需求。
此外，由于本实施例的行星变速单元2设于柔轮11的安装腔中，因而行星变速单元2的设置不会明显增大谐波减速装置的结构，有利于谐波减速装置的结构紧凑。
优选地，请参照图3，柔轮11的外齿模数M(图中未示出)、光滑筒段112的外径D1、光滑筒段112的内径D2以及谐波减速单元的减速比i满足：D1－D2＝kiM，其中，K的范围为0.02至0.028，这有利于平衡光滑筒段112壁厚和柔轮11外齿模数M之间的关系，有利于在保证结构强度的同时尽可能降低柔轮11的材料用量，有利于柔轮11的轻量化设计，并且这样可以改善柔轮11的应力分布，提高柔轮11的承载能力，延长谐波减速装置的使用寿命；具体而言，当减速比i为50时，1≤ki≤1.4；当减速比为80时，1.6≤ki≤2.24；当减速比为100时，2≤ki≤2.8；当减速比为120时，2.4≤ki≤3.36；当减速比为160时，3.2≤ki≤4.48。
优选地，柔轮11的光滑筒段112的壁厚t(a)与柔轮11外齿的分度圆直径D的关系满足：0.005≤t(a)/D≤0.007。
优选地，柔轮11的法兰段111的径向内侧具有隔膜部1112，隔膜部1112与光滑筒段112通过弯曲段114连接，隔膜部1112的壁厚t(b)与光滑筒段112的壁厚t(a)满足：1.4≤t(b)/t(a)≤2.0，弯曲部114的壁厚t(c)与光滑筒段112的壁厚t(a)满足：0.8≤t(c)/t(a)≤1.4。这有利于平衡光滑筒段112壁厚、隔膜部1112壁厚及弯曲部114壁厚之间的关系，有利于在保证结构强度的同时尽可能降低柔轮11的材料用量，有利于柔轮11的轻量化设计。
自动化设备实施例：
本实施例的自动化设备可以是工业机器人，本实施例的自动化设备包括动力源和前述的谐波减速装置，动力源的主体与第一法兰211固定连接，动力源的转轴与传动轴221传动连接，动力源通过传动轴221接入谐波减速装置，由于采用前述的谐波减速装置，本实施例的自动化设备能够适用于高速高载的场合，并且有利于自动化设备的结构紧凑。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.谐波减速装置，包括谐波减速单元，所述谐波减速单元具有柔轮、刚轮和波发生器，其特征在于：
还包括行星变速单元，所述行星变速单元的内齿圈与所述柔轮固定连接，所述行星变速单元的太阳齿轮具有齿轮轴，所述齿轮轴与所述波发生器连接，所述行星变速单元位于所述柔轮的筒腔中。
2.根据权利要求1所述的谐波减速装置，其特征在于：
所述内齿圈上一体成型有第一法兰，沿所述谐波减速单元的轴向，所述第一法兰位于所述内齿圈的背向所述波发生器的一端，所述第一法兰与所述柔轮固定连接。
3.根据权利要求2所述的谐波减速装置，其特征在于：
所述行星变速单元的行星架具有传动轴，所述传动轴沿所述谐波减速单元的轴向背向所述谐波减速单元延伸，所述传动轴贯穿所述第一法兰，所述传动轴通过第一轴承支承于所述第一法兰上。
4.根据权利要求3所述的谐波减速装置，其特征在于：
还包括第二法兰，沿所述谐波减速单元的轴向，所述第二法兰固定在所述刚轮的背向所述第一法兰的一端。
5.根据权利要求4所述的谐波减速装置，其特征在于：
所述齿轮轴穿过所述波发生器后通过第二轴承支承在所述第二法兰上。
6.根据权利要求1至5任一项所述的谐波减速装置，其特征在于：
还包括刚性轴承，所述刚性轴承套于所述谐波减速单元的外周，所述刚性轴承的内圈与所述刚轮固定，所述刚性轴承的外圈与所述柔轮固定。
7.根据权利要求1至5任一项所述的谐波减速装置，其特征在于：
所述柔轮的外齿模数M、所述柔轮的光滑筒段的外径D1、所述光滑筒段的内径D2以及所述谐波加速单元的减速比i满足：D1－D2＝kiM，其中，K的范围为0.02至0.028。
8.根据权利要求1至5任一项所述的谐波减速装置，其特征在于：
所述柔轮的光滑筒段的壁厚t(a)与所述柔轮的外齿分度圆直径D的关系满足：0.005≤t(a)/D≤0.007。
9.根据权利要求8所述的谐波减速装置，其特征在于：
所述柔轮为礼帽形柔轮，所述柔轮的法兰段的径向内侧具有隔膜部，所述隔膜部与所述光滑筒段通过弯曲部连接，所述隔膜部的壁厚t(b)与所述光滑筒段的壁厚t(a)满足：1.4≤t(b)/t(a)≤2.0；
所述弯曲部的壁厚t(c)与所述光滑筒段的壁厚t(a)满足：0.8≤t(c)/t(a)≤1.4。
10.自动化设备，其特征在于：
包括如权利要求1至9任一项所述的谐波减速装置。
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