CN114263722A - 一种组合谐波减速器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种组合谐波减速器，属于谐波减速器技术领域。它解决了现有谐波减速器如何在有限的减速器径向安装空间下提高减速比等问题。本组合谐波减速器，包括波发生凸轮、柔性轴承、柔轮和刚轮，刚轮的内侧面上沿周向均匀设置有数个半圆槽，每个半圆槽中均嵌装有一个呈圆柱状的销针，柔轮的外侧面上均布有能够与销针啮合的柔轮齿，且柔轮齿的数量小于销针的数量，柔轮齿的齿顶面始终不与销针接触，刚轮的两端上分别固定有安装套，每个安装套上均具有与销针一一对应的插孔，销针的两端插设于对应的插孔中并能够转动。本组合减速器具有耐磨性好的特性，同时还能够在有限的径向安装空间下提高减速比。
Description
技术领域
本发明属于谐波减速器技术领域，涉及一种组合谐波减速器。
背景技术
谐波减速器主要由波发生器、柔性齿轮、柔性轴承、刚性齿轮四个基本构件组成，是一种靠波发生器装配上柔性轴承使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。柔性齿轮简称为柔轮，刚性齿轮简称为刚轮。通常情况下，刚轮固定，波发生器安装在柔轮内部，波发生器旋转时迫使柔轮不断产生变形，柔轮齿在变形过程中不断与刚轮齿发生错齿啮合，这种错齿运动将波发生器的输入转化为柔轮的输出，实现减速传动。
但是柔轮齿与刚轮齿之间为滑动摩擦，柔轮齿和刚轮齿的齿面容易发生摩擦磨损，导致谐波减速器的传动精度损失快，容易增加传动噪音并使传动的稳定性下降，因此有工程师在谐波传动中采用摆线针轮啮合的传动形式，如中国专利文献公开提出的一种摆线针轮谐波传动装置[申请号：201710896862.0，公布号：CN 107588177 A]，包括凸轮轴、柔性轴承、柔轮、滚针以及刚轮，柔性轴承安装在椭圆形的凸轮轴上，柔轮的内圈与柔性轴承的外圈相互配合，柔轮的外齿面与每一根滚针相互接触，滚针均匀地分布在刚轮的半圆槽内，主轴承的内圈与柔轮固连在一起，主轴承的外圈与刚轮固连在一起。通过柔轮的外齿面与滚针的滚动摩擦，可能降低摩擦磨损，从而减缓减速器传动精度的损失，确保传动的稳定性。
但是在本摆线针轮谐波传动装置中，由于需要柔轮的外齿面与每一根滚针相互接触，导致柔轮齿的齿廓中从两侧齿面到齿顶面组成了一个圆滑的凸圆弧，柔轮中部处的齿厚较大，使得在减速器柔轮周长相同(柔轮中性圆直径相同)的情况下，本摆线针轮谐波传动装置中能够布置的柔轮齿数将明显小于普通的谐波减速器，即在减速器有限的径向安装空间下本摆线针轮谐波传动装置的减速比明显降低。而减速器的径向安装空间往往有限，如何在有限的减速器径向安装空间下提高减速比有待解决。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种组合谐波减速器，解决的技术问题是如何使组合减速器具有耐磨性好的同时在有限的径向安装空间下提高减速比。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种组合谐波减速器，包括波发生凸轮，所述波发生凸轮的外侧套装有柔性轴承，所述柔性轴承的外侧套装有柔轮，所述柔轮的外侧套装有刚轮，所述刚轮的内侧面上沿周向均匀设置有数个半圆槽，每个半圆槽中均嵌装有一个呈圆柱状的销针，所述柔轮的外侧面上均布有能够与销针啮合的柔轮齿，且柔轮齿的数量小于销针的数量，其特征在于，所述柔轮齿的齿顶面始终不与销针接触，所述刚轮的两端上分别固定有安装套，每个安装套上均具有与销针一一对应的插孔，所述销针的两端插设于对应的插孔中并能够转动。
组合谐波减速器工作时，刚轮固定，波发生凸轮转动从而迫使柔轮不断产生变形，柔轮齿在变形过程中不断与销针发生错齿啮合，错齿运动将波发生凸轮的输入转化为柔轮的输出，实现减速传动。由于嵌装于半圆槽的销针呈圆柱状，且销针的两端插设于对应的插孔并能够转动，保证了柔轮齿与销针啮合时为滚动摩擦，使组合减速器具有耐磨性好的特性。同时，柔轮齿的齿顶面始终不与销针接触，这样就不需要柔轮齿的齿廓从两侧齿面到齿顶面组成了一个圆滑的凸圆弧，可减少齿轮中部处的齿厚，从而在柔轮周长不变的情况下布置更多数量的柔轮齿，从而在组合减速器中在有限径向安装空间下提高减速比。而且虽然柔轮齿的齿顶面始终不与销针接触，但是由于销针的两端插设于安装套对应的插孔，保证了销针即使不与柔轮齿接触时也不会发生径向移位，保证销针位置的准确性和转动的顺畅性，使销针与柔轮齿实现低摩擦系数的滚动摩擦，从而保证组合减速器具有耐磨性好的特性。因此，本组合减速器具有耐磨性好的特性，同时还能够在有限的径向安装空间下提高减速比。
在上述的组合谐波减速器中，所述柔轮齿的齿廓包括位于柔轮齿齿根处的齿根凹圆弧，所述齿根凹圆弧与销针相匹配，且齿根凹圆弧的角度小于90°，两个相邻柔轮齿的齿根凹圆弧通过一共切面连接并组成齿根面，或者两个相邻柔轮齿的齿根凹圆弧相切连接并组成齿根面。
这样可以保证齿根面与销针之间形成稳定的滚动摩擦，有利于保证组合减速器具有耐磨性好的特性，并能够保证柔轮齿在销针之间顺利的啮入啮出，实现稳定的传动。
在上述的组合谐波减速器中，所述柔轮齿的齿廓还包括位于齿根面与齿顶面之间且依次相切连接的中间凹圆弧、过渡凸圆弧一和过渡凸圆弧二，所述中间凹圆弧还与齿根凹圆弧相切连接，所述中间凹圆弧的半径和过渡凸圆弧一的半径均大于齿根凹圆弧的半径，且所述中间凹圆弧的半径大于过渡凸圆弧一的半径，所述过渡凸圆弧二的圆心位于柔轮齿齿廓的对称轴上。
这样可以进一步保证柔轮齿的中间凹圆弧和过渡凸圆弧一均能够与销针形成稳定的滚动摩擦，有利于保证组合减速器具有耐磨性好的特性。过渡凸圆弧二的设置则可以进一步保证柔轮齿的齿顶面不会与销针接触，使组合减速器能够在有限的径向安装空间下提高减速比。
在上述的组合谐波减速器中，所述销针的两端均具有挡肩，所述挡肩贴靠于安装套朝向刚轮的一端上。挡肩具有轴向定位作用，防止销针发生轴向移位，使销针在安装套上安装稳定，保证销针位置的准确性和转动的顺畅性，保证销针与柔轮齿实现低摩擦系数的滚动摩擦，从而保证组合减速器具有耐磨性好的特性。
在上述的组合谐波减速器中，所述安装套呈圆环状，所述插孔在安装套的内侧面上开口且插孔的孔壁面呈优弧状。这样既实现了销针在插孔的稳定安装，又能够增大安装套的内径，避免安装套与柔轮发生干涉，使组合减速器工作稳定。
在上述的组合谐波减速器中，组合谐波减速器还包括内齿圈、太阳轮、行星轮和行星架，所述内齿圈固定在刚轮的一端上，所述行星架位于内齿圈的内孔中，且行星架与波发生凸轮的一端固定，所述太阳轮位于行星架的内孔中，所述行星轮安装在行星架上且行星轮的两侧分别于内齿圈和太阳轮啮合。
内齿圈、太阳轮、行星轮和行星架组成行星减速机构。太阳轮转动驱动行星轮在内齿圈上啮合传动，从而使行星架绕着太阳轮转动，实现行星一级减速。行星架转动带动波发生凸轮转动，实现柔轮转动，动力从柔轮输出，实现谐波二级减速。组合谐波减速器的总减速比为行星一级减速比与谐波二级减速比的乘积，而行星减速机构沿组合减速器的轴向安装，不会增加组合谐波减速器径向上的尺寸，能够使组合减速器在有限的径向安装空间下提高减速比。
在上述的组合谐波减速器中，所述内齿圈上朝向刚轮的端面内沿处具有定位凹口，其中一个安装套嵌装于定位凹口中并夹持固定于刚轮与定位凹口的底面之间，且该安装套的外侧面贴靠于定位凹口的侧面上。这样使安装套安装方便、固定稳定且定位准确，并保证销针与柔轮齿实现顺畅的滚动啮合，保持低摩擦系数的滚动摩擦使组合谐波减速器的耐磨性好。
在上述的组合谐波减速器中，所述内齿圈的外沿上具有凸出的且位于刚轮外侧的定位凸环，所述刚轮的外侧面贴靠于定位凸环的内侧面。定位凸环具有径向定位作用，使内齿圈和刚轮安装位置准确，从而保证安装套和销针位置准确，保证销针与柔轮齿实现顺畅的滚动啮合，保持低摩擦系数的滚动摩擦使组合谐波减速器的耐磨性好。
在上述的组合谐波减速器中，组合谐波减速器还包括输出轴承，所述输出轴承位于刚轮的另一端，所述输出轴承的内圈固定在刚轮上，所述柔轮的法兰盘与输出轴承的外圈固定连接。输出轴承的设置能够实现动力的稳定输出，使组合减速器工作稳定。
在上述的组合谐波减速器中，所述刚轮的另一端上具有凸出的定位环，所述输出轴承内圈上朝向刚轮的端面内沿处具有安装凹口，所述定位环插入到安装凹口中，另一个安装套嵌装于安装凹口中并夹持固定于定位环与安装凹口的底面之间，且该安装套的外侧面贴靠于安装凹口的侧面上。这样使安装套安装方便、固定稳定且定位准确，并保证销针与柔轮齿实现顺畅的滚动啮合，保持低摩擦系数的滚动摩擦使组合谐波减速器的耐磨性好。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
柔轮齿的齿顶面始终不与销针接触，并在刚轮的两端上设置安装套，销轴的两端插设在安装套的插孔中并能够转动，使组合谐波减速器具有耐磨性好的特性，且能够在有限的径向安装空间下提高减速比。柔轮齿的齿廓结构、安装套的结构和安装套的安装结构保证了销针与柔轮齿实现低摩擦系数的滚动摩擦且传动稳定。沿轴向设置行星减速机构，可以使减速器在有限的径向安装空间下提高减速比。
附图说明
图1是本组合谐波减速器的立体图；
图2是本组合谐波减速器的剖视图；
图3是图2中A-A处的剖视图；
图4是图2中B-B处的剖视图；
图5是图2中C处的放大图；
图6是本组合谐波减速器的拆分立体图；
图7是本组合谐波减速器中柔轮与刚轮啮合处的局部放大图；
图8是本组合谐波减速器中柔轮齿的齿廓结构图；
图9是本组合谐波减速器中安装套与销针之间的安装结构图。
图中，1、波发生凸轮；2、柔性轴承；3、柔轮；3a、柔轮齿；3a1、齿顶面；3a2、齿根面；3a3、齿根凹圆弧；3a4、中间凹圆弧；3a5、过渡凸圆弧一；3a6、过渡凸圆弧二；3a7、共切面；3b、法兰盘；4、刚轮；4a、半圆槽；4b、定位环；5、销针；5a、挡肩；6、安装套；6a、插孔；7、内齿圈；7a、定位凹口；7b、定位凸环；8、太阳轮；9、行星轮；10、行星架；11、输出轴承；11a、安装凹口。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1-图9所示，一种组合谐波减速器，包括波发生凸轮1，波发生凸轮1的外侧套装有柔性轴承2，波发生凸轮1的内孔中安装有定位轴承，波发生凸轮1为椭圆凸轮，也可以是正弦波凸轮。柔性轴承2的外侧套装有柔轮3，柔轮3的外侧套装有刚轮4，刚轮4的内侧面为圆柱面，刚轮4的内侧面上沿周向均匀设置有数个半圆槽4a，每个半圆槽4a中均嵌装有一个呈圆柱状的销针5，柔轮3的外侧面上均布有能够与销针5啮合的柔轮齿3a，且柔轮齿3a的数量小于销针5的数量，波发生凸轮1为双波时柔轮齿3a的数量比销针5的数量少两个，波发生凸轮1为三波时柔轮齿3a的数量比销针5的数量少三个。柔轮齿3a的齿顶面3a1始终不与销针5接触，刚轮4的两端上分别固定有安装套6，每个安装套6上均具有与销针5一一对应的插孔6a，销针5的两端插设于对应的插孔6a中并能够转动。
如图3、图7和图8所示，柔轮齿3a的齿廓包括位于柔轮齿3a齿根处的齿根凹圆弧3a3，齿根凹圆弧3a3与销针5相匹配，即齿根凹圆弧3a3的半径等于销针5外径的一半，齿根凹圆弧3a3的角度小于90°，可以选择为70°—50°，两个相邻柔轮齿3a的齿根凹圆弧3a3通过一共切面3a7连接并组成齿根面3a2，或者两个相邻柔轮齿3a的齿根凹圆弧3a3相切连接并组成齿根面3a2。柔轮齿3a的齿廓还包括位于齿根面3a2与柔轮齿3a齿顶面3a1之间且依次相切连接的中间凹圆弧3a4、过渡凸圆弧一3a5和过渡凸圆弧二3a6。中间凹圆弧3a4还与齿根凹圆弧3a3相切连接，中间凹圆弧3a4的半径和过渡凸圆弧一3a5的半径均大于齿根面3a2的半径，且中间凹圆弧3a4的半径大于过渡凸圆弧一3a5的半径，过渡凸圆弧二3a6的圆心位于柔轮齿3a齿廓的对称轴上，过渡凸圆弧二3a6与柔轮齿3a的齿顶面3a1相连。选择合适的柔轮齿3a的齿廓参数和柔轮3径向变形量，就能够实现柔轮齿3a的齿顶面3a1始终不与销针5接触。比如齿根凹圆弧3a3半径系数
中间凹圆弧3a4半径系数
过渡凸圆弧一3a5半径系数
过渡凸圆弧二3a6半径系数
齿顶齿厚系数
节圆齿厚系数
齿根凹圆弧3a3半径
中间凹圆弧3a4半径
过渡凸圆弧一3a5半径
过渡凸圆弧二3a6半径
齿顶齿厚
节圆齿厚
M是柔轮3的模数。
如图1、图2、图4和图6所示，组合谐波减速器还包括行星减速机构。行星减速机构包括内齿圈7、太阳轮8、行星轮9和行星架10，内齿圈7固定在刚轮4的一端上，行星架10位于内齿圈7的内孔中，且行星架10与波发生凸轮1的一端固定，太阳轮8位于行星架10的内孔中，行星轮9安装在行星架10上且行星轮9的两侧分别于内齿圈7和太阳轮8啮合。行星轮9有两个并关于太阳轮8对称设置。行星架10与波发生凸轮1也可以一体成型。
销针5的两端均具有挡肩5a，挡肩5a贴靠于安装套6朝向刚轮4的一端上。销针5可以用高硬度的轴承钢制作，并精磨至表面粗糙度0.6以下。安装套6呈圆环状，插孔6a在安装套6的内侧面上开口且插孔6a的孔壁面呈优弧状。内齿圈7上朝向刚轮4的端面内沿处具有定位凹口7a，其中一个安装套6嵌装于定位凹口7a中并夹持固定于刚轮4与定位凹口7a的底面之间，且该安装套6的外侧面贴靠于定位凹口7a的侧面上。内齿圈7的外沿上具有凸出的且位于刚轮4外侧的定位凸环7b，刚轮4的外侧面贴靠于定位凸环7b的内侧面。组合谐波减速器还包括输出轴承11，输出轴承11位于刚轮4的另一端，输出轴承11的内圈固定在刚轮4的另一端上，柔轮3的法兰盘3b与输出轴承11的外圈固定连接。刚轮4的另一端上具有凸出的定位环4b，输出轴承11内圈上朝向刚轮4的端面内沿处具有安装凹口11a，定位环4b插入到安装凹口11a中，另一个安装套6嵌装于安装凹口11a中并夹持固定于定位环4b与安装凹口11a的底面之间，且该安装套6的外侧面贴靠于安装凹口11a的侧面上。
组合谐波减速器工作时，刚轮4固定，太阳轮8转动驱动行星轮9在内齿圈7上啮合传动，从而使行星架10绕着太阳轮8转动，实现行星一级减速。行星架10转动带动波发生凸轮1转动，波发生凸轮1转动从而迫使柔轮3不断产生变形，柔轮齿3a在变形过程中不断与销针5发生错齿啮合，错齿运动将波发生凸轮1的输入转化为柔轮3的输出，实现谐波二级减速。组合谐波减速器的总减速比为行星一级减速比与谐波二级减速比的乘积，而行星减速机构沿组合减速器的轴向安装，不会增加组合谐波减速器径向上的尺寸，能够使组合减速器在有限的径向安装空间下提高减速比。由于嵌装于半圆槽4a的销针5呈圆柱状，且销针5的两端插设于对应的插孔6a并能够转动，保证了柔轮齿3a与销针5啮合时为滚动摩擦，使组合减速器具有耐磨性好的特性。同时，柔轮齿3a的齿顶面3a1始终不与销针5接触，这样就不需要柔轮齿3a的齿廓从两侧齿面到齿顶面3a1组成了一个圆滑的凸圆弧，可减少齿轮中部处的齿厚，从而在柔轮3周长不变的情况下布置更多数量的柔轮齿3a，从而在组合减速器中在有限径向安装空间下提高减速比。而且虽然柔轮齿3a的齿顶面3a1始终不与销针5接触，但是由于销针5的两端插设于安装套6对应的插孔6a，保证了销针5即使不与柔轮齿3a接触时也不会发生径向移位，保证销针5位置的准确性和转动的顺畅性，保证销针5与柔轮齿3a实现低摩擦系数的滚动摩擦，从而保证组合减速器具有耐磨性好的特性。因此，本组合减速器具有耐磨性好的特性，同时还能够在有限的径向安装空间下提高减速比。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种组合谐波减速器，包括波发生凸轮(1)，所述波发生凸轮(1)的外侧套装有柔性轴承(2)，所述柔性轴承(2)的外侧套装有柔轮(3)，所述柔轮(3)的外侧套装有刚轮(4)，所述刚轮(4)的内侧面上沿周向均匀设置有数个半圆槽(4a)，每个半圆槽(4a)中均嵌装有一个呈圆柱状的销针(5)，所述柔轮(3)的外侧面上均布有能够与销针(5)啮合的柔轮齿(3a)，且柔轮齿(3a)的数量小于销针(5)的数量，其特征在于，所述柔轮齿(3a)的齿顶面(3a1)始终不与销针(5)接触，所述刚轮(4)的两端上分别固定有安装套(6)，每个安装套(6)上均具有与销针(5)一一对应的插孔(6a)，所述销针(5)的两端插设于对应的插孔(6a)中并能够转动。
2.根据权利要求1所述的组合谐波减速器，其特征在于，所述柔轮齿(3a)的齿廓包括位于柔轮齿(3a)齿根处的齿根凹圆弧(3a3)，所述齿根凹圆弧(3a3)与销针(5)相匹配，且齿根凹圆弧(3a3)的角度小于90°，两个相邻柔轮齿(3a)的齿根凹圆弧(3a3)通过一共切面(3a7)连接并组成齿根面(3a2)，或者两个相邻柔轮齿(3a)的齿根凹圆弧(3a3)相切连接并组成齿根面(3a2)。
3.根据权利要求2所述的组合谐波减速器，其特征在于，所述柔轮齿(3a)的齿廓还包括位于齿根面(3a2)与齿顶面(3a1)之间且依次相切连接的中间凹圆弧(3a4)、过渡凸圆弧一(3a5)和过渡凸圆弧二(3a6)，所述中间凹圆弧(3a4)还与齿根凹圆弧(3a3)相切连接，所述中间凹圆弧(3a4)的半径和过渡凸圆弧一(3a5)的半径均大于齿根凹圆弧(3a3)的半径，且所述中间凹圆弧(3a4)的半径大于过渡凸圆弧一(3a5)的半径，所述过渡凸圆弧二(3a6)的圆心位于柔轮齿(3a)齿廓的对称轴上。
4.根据权利要求1-3任一所述的组合谐波减速器，其特征在于，所述销针(5)的两端均具有挡肩(5a)，所述挡肩(5a)贴靠于安装套(6)朝向刚轮(4)的一端上。
5.根据权利要求1-3任一所述的组合谐波减速器，其特征在于，所述安装套(6)呈圆环状，所述插孔(6a)在安装套(6)的内侧面上开口且插孔(6a)的孔壁面呈优弧状。
6.根据权利要求1-3任一所述的组合谐波减速器，其特征在于，组合谐波减速器还包括内齿圈(7)、太阳轮(8)、行星轮(9)和行星架(10)，所述内齿圈(7)固定在刚轮(4)的一端上，所述行星架(10)位于内齿圈(7)的内孔中，且行星架(10)与波发生凸轮(1)的一端固定，所述太阳轮(8)位于行星架(10)的内孔中，所述行星轮(9)安装在行星架(10)上且行星轮(9)的两侧分别于内齿圈(7)和太阳轮(8)啮合。
7.根据权利要求6所述的组合谐波减速器，其特征在于，所述内齿圈(7)上朝向刚轮(4)的端面内沿处具有定位凹口(7a)，其中一个安装套(6)嵌装于定位凹口(7a)中并夹持固定于刚轮(4)与定位凹口(7a)的底面之间，且该安装套(6)的外侧面贴靠于定位凹口(7a)的侧面上。
8.根据权利要求6所述的组合谐波减速器，其特征在于，所述内齿圈(7)的外沿上具有凸出的且位于刚轮(4)外侧的定位凸环(7b)，所述刚轮(4)的外侧面贴靠于定位凸环(7b)的内侧面。
9.根据权利要求7所述的组合谐波减速器，其特征在于，组合谐波减速器还包括输出轴承(11)，所述输出轴承(11)位于刚轮(4)的另一端，所述输出轴承(11)的内圈固定在刚轮(4)上，所述柔轮(3)的法兰盘(3b)与输出轴承(11)的外圈固定连接。
10.根据权利要求9所述的组合谐波减速器，其特征在于，所述刚轮(4)的另一端上具有凸出的定位环(4b)，所述输出轴承(11)内圈上朝向刚轮(4)的端面内沿处具有安装凹口(11a)，所述定位环(4b)插入到安装凹口(11a)中，另一个安装套(6)嵌装于安装凹口(11a)中并夹持固定于定位环(4b)与安装凹口(11a)的底面之间，且该安装套(6)的外侧面贴靠于安装凹口(11a)的侧面上。
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