CN113685529B - 一种谐波减速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种谐波减速器，其包括：柔性齿轮和波发生器，所述波发生器包括柔性轴承，所述柔性齿轮包括齿圈，所述齿圈的内周壁上设置有第一内齿结构，所述第一内齿结构沿所述齿圈的周向方向延伸布置，所述柔性轴承包括柔性轴承外圈，所述柔性轴承外圈的外周壁上设置有第一外齿结构，所述第一外齿结构沿所述柔性轴承外圈的周向方向延伸布置；所述齿圈套设在所述柔性轴承外圈的外周，且所述第一内齿结构与所述第一外齿结构匹配相啮合，以通过所述柔性轴承外圈驱动所述齿圈转动。根据本发明能防止柔性齿轮和柔性轴承之间发生相对滑动，消除这种相对滑动带来的异常摩擦磨损，提高柔性齿轮的柔性，降低应力集中，提高谐波减速器的使用寿命。

Description

一种谐波减速器

技术领域

本发明涉及减速器技术领域，具体涉及一种谐波减速器。

背景技术

目前主流构型的谐波减速器主要由具有内齿的刚性齿轮，具有外齿、薄壁圆筒结构的柔性齿轮，以及装配在柔性齿轮的齿圈内壁的波发生器构成，其中波发生器由内侧的椭圆形凸轮和装配在其外侧的柔性轴承构成，凸轮迫使柔性轴承变形而使波发生器整体呈现椭圆形。波发生器的长轴长度大于柔性齿轮的齿圈内径，波发生器装配进柔性齿轮的齿圈内壁后，使柔性齿轮的齿圈变形为椭圆形，柔性齿轮齿圈长轴部位的几个外齿与刚性齿轮的内齿啮合，输入电机带动波发生器转动使啮合部位转动，进而实现整机的谐波传动功能。

波发生器中柔性轴承的外圈与柔性齿轮的齿圈内壁处于过盈配合状态，产生的摩擦力使柔性轴承的外圈与柔性齿轮保持相对静止，以此保证波发生器的长轴转动时柔性轴承的外圈不会与柔性齿轮发生相对滑动。然而谐波减速器遭遇突发的重载工况时，该部位仍可能会发生异常的相对滑动，由此产生的干摩擦、微动磨损将降低柔性齿轮和柔性轴承的使用寿命，最终导致谐波减速器整机的使用寿命下降。

由于现有技术中的谐波减速器存在柔性齿轮和柔性轴承之间发生相对滑动，会带来摩擦磨损较严重，柔性齿轮的齿圈的齿根部位存在应力集中，以及柔性齿轮、柔性轴承及谐波减速器整机使用寿命较低等技术问题，因此本发明研究设计出一种谐波减速器。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的谐波减速器存在柔性齿轮和柔性轴承之间发生相对滑动，会带来摩擦磨损较严重的缺陷，从而提供一种谐波减速器。

为了解决上述问题，本发明提供一种谐波减速器，其包括：

柔性齿轮和波发生器，所述波发生器包括柔性轴承，所述柔性齿轮包括齿圈，所述齿圈的内周壁上设置有第一内齿结构，所述第一内齿结构沿所述齿圈的周向方向延伸布置，所述柔性轴承包括柔性轴承外圈，所述柔性轴承外圈的外周壁上设置有第一外齿结构，所述第一外齿结构沿所述柔性轴承外圈的周向方向延伸布置；所述齿圈套设在所述柔性轴承外圈的外周，且所述第一内齿结构与所述第一外齿结构匹配相啮合，以通过所述柔性轴承外圈驱动所述齿圈转动。

在一些实施方式中，所述第一内齿结构包括第一内齿顶和第一内齿根，在周向方向上，所述第一内齿顶与所述第一内齿根交替排布，所述第一内齿顶与其相邻的所述第一内齿根之间呈弧面过渡；

所述第一外齿结构包括第一外齿顶和第一外齿根，在周向方向上，所述第一外齿顶与所述第一外齿根交替排布，所述第一外齿顶与其相邻的所述第一外齿根之间呈弧面过渡。

在一些实施方式中，在纵向平面的投影面内，所述第一内齿结构为波浪型齿；

在纵向平面的投影面内，所述第一外齿结构为波浪型齿。

在一些实施方式中，所述波浪型齿的所述第一内齿结构的内壁由弹性材料制成，所述波浪型齿的所述第一外齿结构的外壁由弹性材料制成。

在一些实施方式中，所述第一内齿结构的所述第一内齿根处为圆弧凹槽。

在一些实施方式中，所述齿圈的外周壁上设置有第二外齿结构，所述第二外齿结构包括第二外齿根和第二外齿顶，所述第二外齿根与所述第二外齿顶之间通过过渡区连接，且在径向方向上，所述齿圈在所述第二外齿根处的径向厚度与所述齿圈在所述过渡区处的径向厚度相等。

在一些实施方式中，在所述齿圈上且沿径向方向上，所述第一内齿结构的所述第一内齿顶与所述第二外齿结构的所述第二外齿根相对，所述第一内齿结构的所述第一内齿根与所述第二外齿结构的所述第二外齿顶相对。

在一些实施方式中，所述柔性齿轮采用经过热处理的合金钢，并通过机械加工制成，所述柔性轴承外圈采用经过热加工和热处理的轴承钢通过机械加工制成。

在一些实施方式中，所述谐波减速器还包括刚性齿轮和交叉滚子轴承，所述波发生器还包括凸轮，所述刚性齿轮套设在所述柔性齿轮的所述齿圈的外周上，所述柔性轴承套设在所述凸轮的外周上。

在一些实施方式中，所述刚性齿轮、柔性齿轮和柔性轴承外圈均采用PEEK塑料制作。

本发明提供的一种谐波减速器具有如下有益效果：

本发明提供一种谐波减速器，通过在柔性齿轮的齿圈内周壁上设置的周向方向延伸的第一内齿结构，与柔性轴承外圈的外周壁上设置的沿周向延伸的第一外齿结构，并且第一内齿结构与第一外齿结构啮合配合，形成齿啮合结构，即形成具有波浪型齿内壁的柔性齿轮及波浪型柔性轴承外圈的柔性轴承，将柔性齿轮与柔性轴承之间的固定方式由摩擦抱紧改为结构限位，防止柔性齿轮和柔性轴承之间发生相对滑动，从根本上消除这种相对滑动带来的异常摩擦磨损，并且在最优实施方案下可以提高柔性齿轮的柔性，大幅降低柔性齿轮齿根部位的应力集中，在两种强化机制共同作用下，有效提高谐波减速器整机的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的谐波减速器的爆炸结构图；

图2为现有的柔性齿轮内圈和柔性轴承外圈的结构图；

图3为本发明的柔性齿轮内圈和柔性轴承外圈的结构图。

附图标记表示为：

1、刚性齿轮；2、柔性齿轮；21、齿圈；211、第一内齿结构；211a、第一内齿顶；211b、第一内齿根；212、第二外齿结构；212a、第二外齿顶；212b、第二外齿根；213、过渡区；3、波发生器；31、柔性轴承；311、柔性轴承外圈；3111、第一外齿结构；3111a、第一外齿顶；3111b、第一外齿根；32、凸轮；4、交叉滚子轴承。

具体实施方式

如图1、3所示，本发明提供一种谐波减速器，其包括：

柔性齿轮2和波发生器3，所述波发生器3包括柔性轴承31，所述柔性齿轮2包括齿圈21，所述齿圈21的内周壁上设置有第一内齿结构211，所述第一内齿结构211沿所述齿圈21的周向方向延伸布置，所述柔性轴承31包括柔性轴承外圈311，所述柔性轴承外圈311的外周壁上设置有第一外齿结构3111，所述第一外齿结构3111沿所述柔性轴承外圈311的周向方向延伸布置；所述齿圈21套设在所述柔性轴承外圈311的外周，且所述第一内齿结构211与所述第一外齿结构3111匹配相啮合，以通过所述柔性轴承外圈311驱动所述齿圈21转动。

由于现有技术均是以提高谐波减速器的传动性能或使用寿命为目的，改变了凸轮和柔性轴承的轮廓形状，但均会带来增大柔性轴承的外圈与柔性齿轮发生相对滑动倾向的不利影响。本发明的创新点在于提供一种谐波减速器及其所具有的带有波浪型限位结构的柔性齿轮和柔性轴承，以防止柔性齿轮和柔性轴承之间发生相对滑动，消除由其带来的摩擦磨损，最终提高柔性齿轮、柔性轴承及谐波减速器整机的使用寿命。

本发明提供一种谐波减速器，通过在柔性齿轮的齿圈内周壁上设置的周向方向延伸的第一内齿结构，与柔性轴承外圈的外周壁上设置的沿周向延伸的第一外齿结构，并且第一内齿结构与第一外齿结构啮合配合，形成齿啮合结构，即形成具有波浪型齿内壁的柔性齿轮及波浪型柔性轴承外圈的柔性轴承，将柔性齿轮与柔性轴承之间的固定方式由摩擦抱紧改为结构限位，防止柔性齿轮和柔性轴承之间发生相对滑动，从根本上消除这种相对滑动带来的异常摩擦磨损，并且在最优实施方案下可以提高柔性齿轮的柔性，大幅降低柔性齿轮齿根部位的应力集中，在两种强化机制共同作用下，有效提高谐波减速器整机的使用寿命。

本发明的有益效果：

1.防止柔性齿轮和柔性轴承之间发生相对滑动，消除由其带来的摩擦磨损；

2.提高柔性齿轮的齿圈的柔性，大幅降低齿根部位的应力集中；

3.提高柔性齿轮、柔性轴承及谐波减速器整机的使用寿命。

在一些实施方式中，所述第一内齿结构211包括第一内齿顶211a和第一内齿根211b，在周向方向上，所述第一内齿顶211a与所述第一内齿根211b交替排布，所述第一内齿顶211a与其相邻的所述第一内齿根211b之间呈弧面过渡；

所述第一外齿结构3111包括第一外齿顶3111a和第一外齿根3111b，在周向方向上，所述第一外齿顶3111a与所述第一外齿根3111b交替排布，所述第一外齿顶3111a与其相邻的所述第一外齿根3111b之间呈弧面过渡。

这是本发明的第一内齿结构和第一外齿结构的优选结构形式，第一内齿结构包括在圆周方向交替排布的第一内齿顶和第一内齿根，且第一内齿顶与第一内齿根之间呈弧面过渡，能够使得第一内齿顶与第一外齿根凹凸配合，第一内齿根与第一外齿顶凹凸配合，且弧面过渡的形式能够使得第一内齿结构和第一外齿结构的啮合更为平滑，减小应力集中，保证内齿结构和外齿结构之间的紧密贴合，提高防磨损的效果。

在一些实施方式中，在纵向平面的投影面内，所述第一内齿结构211为波浪型齿；

在纵向平面的投影面内，所述第一外齿结构3111为波浪型齿。

这是本发明的第一内齿结构和第一外齿结构的进一步优选结构形式，即第一内齿顶和第一内齿根之间通过圆弧过渡的形式，能够形成波浪形的齿结构，第二内齿顶和第二内齿根之间通过圆弧过渡的形式，能够形成波浪形的齿结构，能够进一步提高弧形面过渡的效果，进一步减小应力集中，提高内齿结构和外齿结构之间的紧密贴合效果，提高防磨损的效果。

改为波浪型配合后，柔性齿轮与柔性轴承之间的配合方式变成类似齿轮之间配合的限位式配合方式(见图3)，在结构完整的情况下，两个零件就不会有相对转动，也就消除了磨损。

所谓紧密贴合，就是要求两个部位的轮廓一致，是为了实现限位的设计，如果不能紧密贴合，最极端的情况下，齿内壁是波浪形，而柔性轴承外圈还是圆筒形，两个零件完全配合不上，就还是会发生相对转动、产生磨损。

在一些实施方式中，所述波浪型齿的所述第一内齿结构211的内壁由弹性材料制成，所述波浪型齿的所述第一外齿结构3111的外壁由弹性材料制成。本发明的第一内齿结构的内壁由弹性材料制成，第一外齿结构的外壁也由弹性材料制成，能够提高柔性齿轮的齿圈与柔性轴承之间的驱动效果，在紧密贴合的基础上能够通过变形实现转动的传递，提高力和力矩传递的效果。

在一些实施方式中，所述第一内齿结构211的所述第一内齿根211b处为圆弧凹槽。本发明还通过将第一内齿根设置为圆弧凹槽的结构，能够有效防止该处出现应力集中的情况，提高使用寿命。进一步的，所述齿圈的波峰部位(即与第二外齿顶相对的第一内齿根)具有圆角，防止所述波峰部位产生应力集中，进一步提高了所述柔性齿轮的使用寿命，最终提高了谐波减速器整机的使用寿命。

在一些实施方式中，所述齿圈21的外周壁上设置有第二外齿结构212，所述第二外齿结构212包括第二外齿根212b和第二外齿顶212a，所述第二外齿根212b与所述第二外齿顶212a之间通过过渡区213连接，且在径向方向上，所述齿圈21在所述第二外齿根212b处的径向厚度与所述齿圈21在所述过渡区213处的径向厚度相等。

这是本发明的齿圈的外周壁的优选结构形式，即齿圈的外周壁设置多个外齿根和外齿顶，能够与刚性齿轮相啮合作用，以驱动刚性齿轮转动，并且径向方向的厚度，第二外齿根处的厚度与过渡区的径向厚度相等，能够进一步优选避免产生应力集中，最终提高整体的使用寿命。

进一步的，所述齿圈的过渡区的各处厚度与齿根的厚度相同，可以提高所述齿圈的柔性，大幅降低所述齿根部位的应力集中，使所述齿圈不容易在所述齿根部位发生断裂而造成所述柔性齿轮失效。

在一些实施方式中，在所述齿圈21上且沿径向方向上，所述第一内齿结构211的所述第一内齿顶211a与所述第二外齿结构212的所述第二外齿根212b相对，所述第一内齿结构211的所述第一内齿根211b与所述第二外齿结构212的所述第二外齿顶212a相对。本发明优选地将齿圈上的第一内齿顶与第二外齿根相对设置，第一内齿根与第二外齿顶相对设置，能够保证在径向上的厚度一致，能够进一步防止应力的集中，提高整个齿圈的寿命。

在一些实施方式中，所述柔性齿轮2采用经过热处理的合金钢，并通过机械加工制成，所述柔性轴承外圈311采用经过热加工和热处理的高碳铬轴承钢(例如GCr15和GCr15SiMn与ZGCr15和ZGCr15SiMn)通过机械加工制成。由于所用钢材具有弹性形变特性，所述波浪型齿内壁(第一内齿结构211)和所述波浪型柔性轴承外圈311均具有柔性，可跟随所述波发生器3的长轴转动而发生弹性变形，且不改变所述波浪型齿内壁(第一内齿结构211)和所述波浪型柔性轴承外圈311的紧密贴合状态，防止所述柔性齿轮2和所述柔性轴承31之间发生相对滑动，消除了由其带来的摩擦磨损，提高了所述柔性齿轮2和所述柔性轴承31的使用寿命。

在一些实施方式中，所述谐波减速器还包括刚性齿轮1和交叉滚子轴承4，所述波发生器3还包括凸轮32，所述刚性齿轮1套设在所述柔性齿轮2的所述齿圈21的外周上，所述柔性轴承31套设在所述凸轮32的外周上。本发明通过凸轮的设置能够提供驱动动力，其驱动柔性轴承转动，刚性齿轮被柔性齿轮带动转动，从而实现了高精度的转动传递过程。

如图1所示，本发明提供一种谐波减速器，包括刚性齿轮1、柔性齿轮2、波发生器3、交叉滚子轴承4等结构，所述波发生器3具有柔性轴承31和凸轮32。如图3所示，所述柔性齿轮2的齿圈21具有波浪型齿内壁(第一内齿结构211)，所述柔性轴承31具有波浪型柔性轴承外圈311，所述波浪型齿内壁(第一内齿结构211)与所述波浪型柔性轴承外圈311紧密贴合。随着输入电机带动所述波发生器3转动，使所述柔性齿轮2和所述刚性齿轮1的啮合部位转动，进而实现整机的谐波传动功能。

在一些实施方式中，所述刚性齿轮1、柔性齿轮2和柔性轴承外圈311均采用PEEK塑料制作。采用该材料能够有效提高零件的加工效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种谐波减速器，其特征在于：包括：

柔性齿轮(2)和波发生器(3)，所述波发生器(3)包括柔性轴承(31)，所述柔性齿轮(2)包括齿圈(21)，所述齿圈(21)的内周壁上设置有第一内齿结构(211)，所述第一内齿结构(211)沿所述齿圈(21)的周向方向延伸布置，所述柔性轴承(31)包括柔性轴承外圈(311)，所述柔性轴承外圈(311)的外周壁上设置有第一外齿结构(3111)，所述第一外齿结构(3111)沿所述柔性轴承外圈(311)的周向方向延伸布置；所述齿圈(21)套设在所述柔性轴承外圈(311)的外周，且所述第一内齿结构(211)与所述第一外齿结构(3111)匹配相啮合，以通过所述柔性轴承外圈(311)驱动所述齿圈(21)转动；

所述第一内齿结构(211)包括第一内齿顶(211a)和第一内齿根(211b)，在周向方向上，所述第一内齿顶(211a)与所述第一内齿根(211b)交替排布，所述第一内齿顶(211a)与其相邻的所述第一内齿根(211b)之间呈弧面过渡；

所述齿圈(21)的外周壁上设置有第二外齿结构(212)，所述第二外齿结构(212)包括第二外齿根(212b)和第二外齿顶(212a)，所述第二外齿根(212b)与所述第二外齿顶(212a)之间通过过渡区(213)连接，且在径向方向上，所述齿圈(21)在所述第二外齿根(212b)处的径向厚度与所述齿圈(21)在所述过渡区(213)处的径向厚度相等；

在所述齿圈(21)上且沿径向方向上，所述第一内齿结构(211)的所述第一内齿顶(211a)与所述第二外齿结构(212)的所述第二外齿根(212b)相对，所述第一内齿结构(211)的所述第一内齿根(211b)与所述第二外齿结构(212)的所述第二外齿顶(212a)相对。

2.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于：

所述第一外齿结构(3111)包括第一外齿顶(3111a)和第一外齿根(3111b)，在周向方向上，所述第一外齿顶(3111a)与所述第一外齿根(3111b)交替排布，所述第一外齿顶(3111a)与其相邻的所述第一外齿根(3111b)之间呈弧面过渡。

3.根据权利要求2所述的谐波减速器，其特征在于：

在纵向平面的投影面内，所述第一内齿结构(211)为波浪型齿；

在纵向平面的投影面内，所述第一外齿结构(3111)为波浪型齿。

4.根据权利要求3所述的谐波减速器，其特征在于：

所述波浪型齿的所述第一内齿结构(211)的内壁由弹性材料制成，所述波浪型齿的所述第一外齿结构(3111)的外壁由弹性材料制成。

5.根据权利要求2所述的谐波减速器，其特征在于：

所述第一内齿结构(211)的所述第一内齿根(211b)处为圆弧凹槽。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的谐波减速器，其特征在于：

所述柔性齿轮(2)采用经过热处理的合金钢，并通过机械加工制成，所述柔性轴承外圈(311)采用经过热加工和热处理的轴承钢通过机械加工制成。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的谐波减速器，其特征在于：

所述谐波减速器还包括刚性齿轮(1)和交叉滚子轴承(4)，所述波发生器(3)还包括凸轮(32)，所述刚性齿轮(1)套设在所述柔性齿轮(2)的所述齿圈(21)的外周上，所述柔性轴承(31)套设在所述凸轮(32)的外周上。

8.根据权利要求7所述的谐波减速器，其特征在于：

所述刚性齿轮(1)、柔性齿轮(2)和柔性轴承外圈(311)均采用PEEK塑料制作。

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