CN113339478A - 径向双波柔性传动减速器 - Google Patents

径向双波柔性传动减速器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了减速器领域内的径向双波柔性传动减速器，包括一级波发生器，一级波发生器的径向外侧依次设有共轴线的一级柔轮、一级刚轮、二级柔轮及二级刚轮，一级柔轮为杯型沿轴向固定，径向可柔性变形，且一级波发生器的外壁与一级柔轮的内壁之间至少存在一个接触点,一级刚轮的外壁与二级柔轮的内壁之间至少存在一个接触点。本发明与现有谐波减速器相比体积小，传动比更大、扭转刚度和承载能力更大，更有利于航空、航天上的使用。

Description

径向双波柔性传动减速器
技术领域
本发明涉及减速器领域，具体涉及一种径向双波柔性传动减速器。
背景技术
目前应用于机器人领域的减速机主要有两种，一种是RV减速器，另一种是谐波减速器，谐波减速器通过薄壁柔轮变形使齿轮分度圆变成椭圆实现双波多齿啮合，实现转速变换和动力传递，具有结构简单,传动比大，传动精度高等优点，但也存在扭转刚度低、承载能力不高等问题，这也一定程度上导致更高传动比的谐波减速器发展受到限制。而广泛应用谐波减速器的航空、航天、能源、航海、仿生机械、常用军械等高端机械领域对具备更高传动比、更高承载能力、更高扭转刚度的谐波减速器需求越来越大。为了进行高传动比的减速，现有技术中通常将两个谐波减速器轴向串联形成串联结构进行减速，但是两个谐波减速器串联进行减速的结构需要两个柔轮、两个钢轮和两个波发生器在轴向上的并列，结构比较复杂，复杂的结构不仅成本高，运转时零部件也容易出现问题，而且轴向体积较大，占用空间大，难以满足航空、航天等对空间占用有极高要求的行业需求。
发明内容
本发明意在提供径向双波柔性传动减速器，以解决现有技术中谐波减速器的发展难以兼顾体积小、高传动比要求，难以满足航空、航天等行业需求的问题。
为达到上述目的，本发明的基础技术方案如下：径向双波柔性传动减速器，包括一级波发生器，一级波发生器的径向外侧依次设有共轴线的一级柔轮、一级刚轮、二级柔轮及二级刚轮，一级柔轮为杯型且沿轴向固定设置，一级柔轮径向可柔性变形，所述一级柔轮固定设置在一级波发生器外侧，一级波发生器的外壁与一级柔轮的内壁之间至少存在一个接触点，所述一级刚轮的外壁与所述二级柔轮的内壁之间至少存在一个接触点。
本方案的原理及优点是：实际应用时，一级波发生器、一级柔轮、一级刚轮组成第一级谐波减速器，一级柔轮为环形且内壁光滑、外壁上设有外齿，一级刚轮为环形且内壁上设有内齿、外壁光滑。一级波发生器在电机的带动下与一级柔轮光滑的内圈接触并挤压，从而促使一级柔轮发生弹性变形，使一级柔轮与一级波发生器接触部分的外齿与一级刚轮的内齿啮合，一级柔轮与一级刚轮之间实现轮齿的共轭运动，且该啮合中外齿与内齿之间存在齿差，从而实现减速传动。而通过将一级柔轮固定，一级刚轮作为输出端，使得一级刚轮同时又作为二级波发生器与二级柔轮、二级刚轮组成第二级谐波减速器。一级刚轮的外壁作为第二级谐波传动的波发生器输入转动，从而二级柔轮随之发生弹性变形，二级柔轮外齿与二级刚轮内齿进行啮合传动，由于二级柔轮外齿与二级刚轮内齿存在齿差，从而实现减速传动。这样一级刚轮既作为第一级谐波减速器的输出刚轮，又作为第二级谐波减速器的波发生器，在同一轴向范围内将两级谐波减速器进行柔性结合，轴向体积大幅减小，实现谐波减速器的径向串联，从而实现在径向两级柔性传动，传动比成倍数提高。本方案与现有谐波减速器相比体积小，传动比更大、扭转刚度和承载能力更大，更有利于航空、航天上的使用。
进一步，一级波发生器外形轮廓为圆形、椭圆形或三圆弧形。作为优选这样形成的第一级谐波减速器可进行单波、双波或三波传动，同时啮合的齿数更多，承载能力更强。
进一步，一级刚轮的外形轮廓为圆形、椭圆形或三圆弧形。作为优选这样第二级谐波减速器也可进行单波、双波或三波传动，同时啮合的齿数更多，承载能力更强，可实现更多载荷需求下的减速传动，径向叠加的传送比更高。
进一步，二级柔轮相对一级刚轮固定设置，二级刚轮相对二级柔轮活动设置。作为优选这样二级柔轮作为定点传动，使得二级刚轮作为动力输出端，可获得更大的传动比。
进一步，二级柔轮与一级柔轮同轴固定设置。作为优选这样更有利于在同等轴向空间内实现两级谐波减速，更有利于减小减速器的体积并保证更高的传动比。
进一步，二级柔轮相对一级刚轮活动设置，二级刚轮相对二级柔轮固定设置。作为优选这样二级刚轮作为定点传动，使得二级柔轮作为动力输出端，可适应不同的传动需求，并保证更高的传动比。
进一步，二级刚轮与一级柔轮同轴固定设置。作为优选这样更有利于在同等轴向空间内实现两级谐波减速，更有利于减小减速器的体积并保证更高的传动比。
附图说明
图1为本发明实施例1的轴向结构示意图；
图2为本发明实施例1的原理简图；
图3为本发明实施例2的原理简图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：一级波发生器1、一级柔轮2、一级刚轮3、二级柔轮4、二级刚轮5。
实施例1,基本如附图1所示：径向双波柔性传动减速器，包括一级波发生器1，一级波发生器1的径向外侧依次设有共轴线的一级柔轮2、一级刚轮3、二级柔轮4及二级刚轮5。一级柔轮2固定设置在一级波发生器1外侧，一级波发生器1呈椭圆形为输入端，一级柔轮2的外圈设置有齿，一级刚轮3内圈为圆形，外形为椭圆形，内圈设置有齿，一级柔轮2被一级波发生器1挤压与一级刚轮3啮合实现共轭传动。一级波发生器1和一级刚轮3的外形轮廓均为椭圆形，一级刚轮3外壁的长轴端均与二级柔轮4的内壁接触。结合图2所示，二级柔轮4与一级柔轮2同轴固定设置，二级柔轮4相对一级刚轮3固定设置，二级刚轮5相对二级柔轮4活动设置。
具体实施过程如下：一级波发生器1、一级柔轮2及一级刚轮3组成第一级谐波减速器，一级刚轮3、二级柔轮4及二级刚轮5组成第二级谐波减速器，其中一级柔轮2固定，一级刚轮3为输出端同时也是第二级谐波减速器的波发生器。其中二级柔轮4固定，二级刚轮5为输出端。
第一级谐波减速器中，一级波发生器1在外加动力如驱动电机的带动下发生转动，一级柔轮2随之发生的弹性变形，在长轴处，一级柔轮2外齿与一级刚轮3的内齿完全啮合，在短轴处则完全脱开，实现轮齿之间的共轭运动，由于一级柔轮2的外齿与一级刚轮3的内齿存在齿数差，从而实现第一次减速传动。一级刚轮3的形状为内圈为内齿，外圈为椭圆形状，从而可以等效为谐波减速器的波发生器。在第一级传动过程中，一级柔轮2固定，从而一级刚轮3输出转动。一级刚轮3的椭圆形的外形从而作为第二级谐波减速器的波发生器输入转动，从而二级柔轮4随之发生的弹性变形，二级柔轮4的外齿与二级刚轮5的内齿进行啮合传动。由于二级柔轮4的外齿与二级刚轮5的内齿存在齿数差，从而实现第二次减速传动，两次减速传动在径向上叠加，实现轴向结构体积小、传动比大、扭转刚度和承载能力大的效果。
传动比计算：
一级柔轮2的齿数为Z2,一级刚轮3的齿数为Z3，二级柔轮4的齿数为Z4,二级刚轮5的齿数为Z5，第一级传动比：一级柔轮2固定、一级刚轮3输出：
Figure BDA0003114904280000041
第二级传动比：二级柔轮4固定、二级刚轮5输出：
Figure BDA0003114904280000042
则减速器总的传动比为：
i＝11×i2
通过在径向的装配组成径向双波柔性传动减速器，不仅具有谐波减速器的特点，且可实现小体积大传动比输出，相当于将两个谐波减速器柔和成一个减速器，不仅可实现超大传动比输出，且大大缩小体积。传动比越大，可输出扭矩越大。
实施例2，结合图3所示:本实施例与实施例1的区别仅在于二级柔轮4相对一级刚轮3活动设置，二级刚轮5相对二级柔轮4固定设置，二级刚轮5与一级柔轮2同轴固定设置，这样二级柔轮4为减速后的输出端。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.径向双波柔性传动减速器，其特征在于：包括一级波发生器，一级波发生器的径向外侧依次设有共轴线的一级柔轮、一级刚轮、二级柔轮及二级刚轮，一级柔轮为杯型且沿轴向固定设置，一级柔轮径向可柔性变形，所述一级柔轮固定设置在一级波发生器外侧，一级波发生器的外壁与一级柔轮的内壁之间至少存在一个接触点，所述一级刚轮的外壁与所述二级柔轮的内壁之间至少存在一个接触点。
2.根据权利要求1所述的径向双波柔性传动减速器，其特征在于：所述一级波发生器外形轮廓为圆形、椭圆形或三圆弧形。
3.根据权利要求1所述的径向双波柔性传动减速器，其特征在于：所述一级刚轮的外形轮廓为圆形、椭圆形或三圆弧形。
4.根据权利要求2所述的径向双波柔性传动减速器，其特征在于：所述二级柔轮相对所述一级刚轮固定设置，所述二级刚轮相对所述二级柔轮活动设置。
5.根据权利要求4所述的径向双波柔性传动减速器，其特征在于：所述二级柔轮与所述一级柔轮同轴固定设置。
6.根据权利要求2所述的径向双波柔性传动减速器，其特征在于：所述二级柔轮相对所述一级刚轮活动设置，所述二级刚轮相对所述二级柔轮固定设置。
7.根据权利要求6所述的径向双波柔性传动减速器，其特征在于：所述二级刚轮与所述一级柔轮同轴固定设置。
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