CN112943891B - 一种柔轮及包括其的谐波减速器 - Google Patents

一种柔轮及包括其的谐波减速器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种柔轮及包括其的谐波减速器，柔轮包括：柔轮本体，所述柔轮本体构造为筒状结构；所述柔轮本体的第一端形成齿部，所述齿部的外壁上沿其周向形成有多个外齿，相邻两个所述外齿之间设置有加强结构，所述加强结构包括多个圆弧段，以增加两个所述外齿之间部分的厚度。本发明能够提高柔轮的齿部的强度，提高柔轮的寿命，从而使谐波减速器寿命更长，可靠性更好。

Description

一种柔轮及包括其的谐波减速器
技术领域
本发明涉及谐波减速器技术领域，尤其涉及一种柔轮及包括其的谐波减速器。
背景技术
随着智能制造转型升级，对工业机器人谐波减速器的高精密传动提出了更高的精度和可靠性要求，谐波减速器作为机器人传动的核心部件之一，与其它减速器相比,谐波减速器具有体积小、减速比大、同时啮合齿数多、传动平稳、承载力高、传动精度高等特点，因此被广泛应用于航天、军事、工业机器人等方面。目前制约谐波减速器行业发展的主要问题是寿命问题，而柔轮的齿根部断裂和法兰处撕裂是谐波减速器失效的主要原因。且在改变柔轮的齿形和法兰结构尺寸时，总是出现此两处损坏的情况。
行业内对齿形结构、圆筒与法兰的R角连接等均进行了针对性结构设计，但柔轮依然是谐波减速器的最薄弱环节。部分谐波减速器对弯曲部位的曲率半径R进行针对性结构设计，但是无法解决柔轮的齿根部断裂的情况。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种柔轮及包括其的谐波减速器，至少用于解决现有技术中存在的柔轮齿根部容易断裂的技术问题，具体地：
第一方面，本发明提供一种柔轮，包括：
柔轮本体，所述柔轮本体构造为筒状结构；
所述柔轮本体的一端形成齿部，所述齿部的外壁上沿其周向形成有多个外齿，相邻两个所述外齿之间设置有加强结构，
所述加强结构包括多个圆弧段，以增加两个所述外齿之间部分的厚度。
进一步可选地，所述加强结构包括凸起圆弧和外过渡圆弧，
所述凸起圆弧设置在两两所述外齿之间，且凸出于所述柔轮本体的外周面；
所述外过渡圆弧设置在所述凸起圆弧的两侧，使所述凸起圆弧与两个所述外齿之间形成光滑曲面。
进一步可选地，所述柔轮本体设置有第一端和第二端，所述齿部设置在所述柔轮本体的第一端，所述柔轮本体的第二端设置有法兰盘，
所述法兰盘为环形结构，其与所述柔轮本体的第二端通过环形法兰壁连接。
进一步可选地，所述外过渡圆弧所在位置的厚度为L1，所述法兰壁的厚度为L2，
其中，L1的取值为L2取值的1.5-1.8倍。
进一步可选地，所述外过渡圆弧的半径为R1，所述外齿啮合位末端的圆弧半径为R2，
其中，R1＜R2。
进一步可选地，所述凸起圆弧的圆心与所述外齿的齿根圆以及所述柔轮本体的圆心位于同一直线上。
进一步可选地，所述凸起圆弧的半径为R0，其中，R1＜R2＜R0。
第二方面，本发明提供一种谐波减速器，包括：
刚轮，所述刚轮构造为圆环结构，其内壁沿其周向形成有多个内齿；
上述柔轮，所述刚轮套设在所述柔轮上，并且所述内齿与所述外齿啮合，
其中，所述内齿的数量多于所述外齿的数量。
进一步可选地，
所述内齿的齿顶设置有内凹圆弧和内过渡圆弧，
所述内过渡圆弧设置有两个，两个所述内过渡圆弧分别设置在所述内凹圆弧的两侧，
所述内凹圆弧与所述凸起圆弧位置对应，所述内过渡圆弧与所述外过渡圆弧的位置对应。
进一步可选地，所述内凹圆弧的半径大于或等于所述凸起圆弧的半径，和/或，
所述内过渡圆弧的半径大于或等于所述外过渡圆弧的半径。
本发明通过在柔轮上的两个外齿之间，即厚度最小的位置设置加强结构，提高该位置的厚度，具体是凸起式光滑过渡三段圆弧结构设计，优化齿部最薄位置，增加了齿根部厚度，提高谐波柔轮齿部的承载强度，从而提高谐波减速器寿命。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明柔轮结构示意图；
图2示出本发明柔轮的剖视示意图；
图3示出本发明柔轮的部分外齿结构示意图；
图4示出外齿的局部放大图；
图5示出本发明刚轮的结构示意图；
图6示出部分内齿的结构示意图；
图7示出内齿和外齿啮合状态示意图。
图中：
1、柔轮；11、柔轮本体；12、齿部；121、外齿；122、凸起圆弧；123、外过渡圆弧；13、法兰盘；131、法兰壁；2、刚轮；21、内齿；22、内凹圆弧；23、内过渡圆弧。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，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。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。
本发明通过在柔轮上的两个外齿之间，即厚度最小的位置设置加强结构，提高该位置的厚度，具体是凸起式光滑过渡三段圆弧结构设计，优化齿部最薄位置，增加了齿根部厚度，提高谐波柔轮齿部的承载强度，从而提高谐波减速器寿命。其刚轮采用柔轮相对的凹形光滑过渡三段圆弧结构设计，确保与上述柔轮啮合时不会出现干涉。同时凹形齿槽形成储油位，保证刚轮和柔轮啮合位润滑更充分。以下结合具体实施例对本发明进行详细介绍：
如图1、图2所示，本发明提供一种柔轮1，包括：
柔轮本体11，柔轮本体11构造为筒状结构；
柔轮本体11的第一端形成齿部12，齿部12的外壁上沿其周向形成有多个外齿，相邻两个外齿之间设置有加强结构，
如图3、图4所示，加强结构包括多个圆弧段，以增加两个外齿之间部分的厚度。
具体地，加强结构包括凸起圆弧122和外过渡圆弧123，凸起圆弧122设置在两个外齿的中间位置，沿着柔轮本体11的径向凸起，提高两个外齿之间部分的厚度；外过渡圆弧123设置有两个，两个外过渡圆弧123设置在凸起圆弧122的两侧，形成三段圆弧结构，使凸起圆弧122与两个外齿之间形成光滑曲面，避免出现应力集中。
柔轮本体11的第二端设置有法兰盘13，法兰盘13为环形结构，其与柔轮本体11的第二端通过环形法兰壁131连接。法兰壁131沿着柔轮本体11的轴向上的厚度为L2，外过渡圆弧123所在位置的厚度为L1，即齿部12的最薄处的厚度为L1，其中，在一个具体实施例中，L1的取值为L2取值的1.5-1.8倍，柔轮1的齿根紧挨着啮合位，且上端为开口式结构，而法兰壁131承载的是轴向旋转力变化后的径向旋转力，受力工况复杂。由于法兰盘13起到连接柔轮本体11和法兰盘13且传递扭矩的作用，通常先确认法兰壁131的厚度L2，再根据上述限定关系在保证谐波减速器性能的前提下尽量增加齿根厚度L1,从而提高柔轮1寿命。根据上述结构限定可以保障外齿的柔性合理变形情况下提高齿根部与法兰处寿命。
凸起圆弧122的半径为R0，且圆心位于外齿的齿根圆与柔轮1中心圆圆心的连线上，外过渡圆弧123两端连接外齿啮合位，采用凸起圆弧122显著增加了齿根厚度。然而该设计同时也导致了齿根最薄位由中心转向两侧连接位，如果连接不光滑导致应力集中。外过渡圆弧123的半径为R1，外齿啮合位末端的圆弧半径为R2，其中，R1＜R2＜R0。本实施例中采用外过渡圆弧123将凸起圆弧122与外齿啮合位进行连接。由于外过渡圆弧123的结构特点，其半径R1与外齿啮合位末端的圆弧半径R2关系为R1<R2，并且，当过渡圆弧选用不同的R1值时，两侧的最薄位置随之发生变化，而随着R1值增大，两侧最薄位置随之加厚，因此为了尽量提高本发明齿根部厚度，优先选择较大R1值。
本发明还提供一种谐波减速器，包括：刚轮2，如图5所示，刚轮2构造为圆环结构，其内壁沿其周向形成有多个内齿21；上述柔轮1，刚轮2套设在柔轮1上，并且内齿21与外齿啮合，其中，内齿21的数量多于外齿的数量。
如图6、图7所示，优选地，内齿21的齿顶设置有内凹圆弧22和内过渡圆弧23，内过渡圆弧23设置有两个，两个内过渡圆弧23分别设置在内凹圆弧22的两侧，内凹圆弧22与凸起圆弧122位置对应，内过渡圆弧23与外过渡圆弧123的位置对应，确保刚轮2与柔轮1啮合时不会出现干涉，同时，内凹圆弧22处形成储油位，能够容纳一定量润滑油，保证刚轮2和柔轮1的啮合位润滑充分。
如图7所示，内齿21齿顶部刚性好且不是直接啮合位，当内齿21齿顶的凹形圆弧的直径选取大于或等于柔轮1上的凸起圆弧122的半径值时避空位逐渐增大，且两侧过渡圆弧的半径也大于柔轮1的过渡圆弧R1，从而保证足够的避空和储油润滑空间。
柔轮1与中空轴的长轴接触时，柔轮1的齿部12与刚轮2的内齿21发生啮合运动，此处外齿的齿根和内齿21齿顶有足够的避空位且形成储油空间。
根据谐波减速器及柔轮本身结构特点，本发明设计了全新的柔轮齿底结构并相应优化了刚轮2齿顶结构，可以显著改善了现有技术方案中柔轮齿根断裂的情况，从而提升谐波减速器的运行稳定性和寿命。
以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (8)

1.一种柔轮，其特征在于：包括：
柔轮本体，所述柔轮本体构造为筒状结构；
所述柔轮本体的一端形成齿部，所述齿部的外壁上沿其周向形成有多个外齿，相邻两个所述外齿之间设置有加强结构，
所述加强结构包括多个圆弧段，以增加两个所述外齿之间部分的厚度，所述加强结构包括凸起圆弧和外过渡圆弧，
所述凸起圆弧设置在两两所述外齿之间，且凸出于所述柔轮本体的外周面；
所述外过渡圆弧设置在所述凸起圆弧的两侧，使所述凸起圆弧与两个所述外齿之间形成光滑曲面，
所述外过渡圆弧的半径为R1，所述外齿的啮合位末端的圆弧半径为R2，
其中，R1＜R2。
2.根据权利要求1所述的柔轮，其特征在于：所述柔轮本体设置有第一端和第二端，所述齿部设置在所述柔轮本体的第一端，所述柔轮本体的第二端设置有法兰盘，
所述法兰盘为环形结构，其与所述柔轮本体的第二端通过环形法兰壁连接。
3.根据权利要求2所述的柔轮，其特征在于：所述外过渡圆弧所在位置的厚度为L1，所述法兰壁的厚度为L2，
其中，L1的取值为L2取值的1.5-1.8倍。
4.根据权利要求1所述的柔轮，其特征在于：所述凸起圆弧的圆心与所述外齿的齿根圆以及所述柔轮本体的圆心位于同一直线上。
5.根据权利要求4所述的柔轮，其特征在于：所述凸起圆弧的半径为R0，其中，R1＜R2＜R0。
6.一种谐波减速器，其特征在于：包括：
刚轮，所述刚轮构造为圆环结构，其内壁沿其周向形成有多个内齿；
权利要求1-5任一项所述的柔轮，所述刚轮套设在所述柔轮上，并且所述内齿与所述外齿啮合，
其中，所述内齿的数量多于所述外齿的数量。
7.根据权利要求6所述的谐波减速器，其特征在于：
所述内齿的齿顶设置有内凹圆弧和内过渡圆弧，
所述内过渡圆弧设置有两个，两个所述内过渡圆弧分别设置在所述内凹圆弧的两侧，
所述内凹圆弧与所述凸起圆弧位置对应，所述内过渡圆弧与所述外过渡圆弧的位置对应。
8.根据权利要求7所述的谐波减速器，其特征在于：所述内凹圆弧的半径大于或等于所述凸起圆弧的半径，和/或，
所述内过渡圆弧的半径大于或等于所述外过渡圆弧的半径。
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