CN115789183A - 谐波减速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种谐波减速器。该谐波减速器包括刚轮(1)、柔轮(2)和波发生器(3)，柔轮(2)套设在波发生器(3)外周，柔轮(2)与刚轮(1)啮合，波发生器(3)包括输入轴(4)、滑块(5)和柔性轴承(9)，多个滑块(5)在输入轴(4)的外周沿圆周排布，多个滑块(5)在空载状态下组合后的外轮廓为凸轮轮廓，柔轮(2)套设在柔性轴承(9)外周，在波发生器(3)的长轴两侧角度θ范围内，至少一个滑块(5)的内周壁包括凹弧段(6)，输入轴(4)对应该滑块(5)的外周壁具有与凹弧段(6)相适配的弧形凸起(7)。根据本发明的谐波减速器，能够在受到异常冲击载荷时实现自我保护，防止柔轮过载撕裂。

Description

谐波减速器

技术领域

本发明涉及减速器技术领域，具体而言，涉及一种谐波减速器。

背景技术

谐波减速器具有传动精度高、速比大、体积小、结构简单，应用广泛等诸多优点。该减速器主要有刚轮、柔轮和波发生器三个基本部件构成，工作过程一般是刚轮固定，波发生器转动时，迫使柔轮产生弹性变形，使柔轮的齿与刚轮的齿进入啮合状态，从而实现传动。

谐波减速器的波发生器为椭圆结构，其椭圆长轴要比柔轮的内径略大，所以波发生器装入柔轮后在柔轮开口端柔轮将按波发生器的轮廓形状发生变形。柔轮将在开口端波发生器长轴附近被撑紧向外扩张，又因为柔轮的周长基本不发生变化，所以在开口端波发生器短轴附近柔轮向内收缩。正常工况工作时，双波谐波减速器同时啮合的齿数可达到总齿数的30-40％左右。

谐波减速器通常用于对精度要求较高的工业机器人、高精密转台等精密设备，这些设备在工作过程中经常出现冲击过载(包括人工操作异常在内的撞机)的情况。当谐波减速器受到撞机时，柔轮轮齿受力急剧上升，从而造成柔轮齿根沿齿宽方向撕裂，导致减速器失效。并且柔轮撕裂失效之后，由于机械设备失去减速器固定约束，自由摆动极易误伤操作人员和其他设备。

现有技术通常采用在驱控上做好预防，在设备受到冲击时及时停机保护，但是该保护机制有一定的延后性，不能从根本上保证谐波减速器装机失效的情况。

相关技术中公布了一种谐波减速器柔轮改进结构，将柔轮改进为8个环形阵列分布的刚性扇形外齿结构，配合复位拉簧来实现往复运动，从而实现与刚性内齿的啮入和啮出，但是其刚性外齿受分布位置和数量影响，运行和受力不均匀，并且不能抵抗冲击载荷带来的影响。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种谐波减速器，能够在受到异常冲击载荷时实现自我保护，，防止柔轮过载撕裂。

为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种谐波减速器，包括刚轮、柔轮和波发生器，柔轮套设在波发生器外周，柔轮与刚轮啮合，波发生器包括输入轴、滑块和柔性轴承，滑块为多个，多个滑块在输入轴的外周沿圆周排布，多个滑块在空载状态下组合后的外轮廓为凸轮轮廓，柔轮套设在柔性轴承外周，在波发生器的长轴两侧角度θ范围内，至少一个滑块的内周壁包括凹弧段，输入轴对应该滑块的外周壁具有与凹弧段相适配的弧形凸起。

进一步地，在波发生器的长轴两侧角度θ范围内，滑块的内周壁均包括凹弧段。

进一步地，θ＝30°～45°。

进一步地，各滑块的内周壁均包括凹弧段。

进一步地，在θ角度限定的区域范围外，至少一个滑块的内周壁包括凸弧段，输入轴对应该滑块的外周壁具有弧形凸起。

进一步地，当凹弧段的最低点与对应的弧形凸起的最高点匹配时，凸弧段的最高点与对应的弧形凸起的最高点匹配。

进一步地，凹弧段为圆弧或摆线结构。

进一步地，柔性轴承包括沿周向间隔设置的多个滚珠，各滑块在外周侧的周向宽度小于相邻的两个滚珠之间的最小周向间隔。

进一步地，各滑块均为扇形结构。

进一步地，正常载荷工作时，滑块和输入轴的位置相对静止。

应用本发明的技术方案，谐波减速器包括刚轮、柔轮和波发生器，柔轮套设在波发生器外周，柔轮与刚轮啮合，波发生器包括输入轴和滑块，滑块为多个，多个滑块在输入轴的外周沿圆周排布，多个滑块在空载状态下组合后的外轮廓为凸轮轮廓，柔轮套设在滑块外周，在柔轮与刚轮的啮合区域，至少一个滑块的内周壁包括凹弧段，输入轴对应该滑块的外周壁具有与凹弧段相适配的弧形凸起。该谐波减速器对波发生器的结构进行了改造，使得波发生器包括输入轴和滑块，并且使得在柔轮与刚轮的啮合区域，至少一个滑块的内周壁包括凹弧段，输入轴对应该滑块的外周壁具有与凹弧段相适配的弧形凸起，当谐波减速器受到异常冲击载荷时，输入轴和滑块沿周向发生相对运动，此时滑块与输入轴之间发生周向位移，由于在啮合区域的至少一个滑块的凹弧段与输入轴的弧形凸起适配，因此当两者发生周向相对位移时，弧形凸起会推动该滑块，使得该滑块产生径向位移，从而改变波发生器的外外廓线，改变后的波发生器的外廓线在柔轮与刚轮的啮合区域更加饱满，同时参与啮合的齿数增加，从而降低单个齿受到的载荷冲击，实现自我保护的效果，防止柔轮过载撕裂失效。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例的谐波减速器的结构示意图；

图2示出了本发明实施例的谐波减速器的波发生器的结构示意图；

图3示出了本发明实施例的谐波减速器的波发生器受到载荷冲击时的结构示意图；

图4示出了本发明实施例的谐波减速器的波发生器受到载荷冲击时的滑块运动示意图；

图5示出了本发明实施例的谐波减速器的波发生器的C处的放大结构示意图；

图6示出了本发明实施例的谐波减速器的波发生器的D处的放大结构示意图；以及

图7示出了本发明另一实施例的谐波减速器的波发生器的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、刚轮；2、柔轮；3、波发生器；4、输入轴；5、滑块；6、凹弧段；7、弧形凸起；8、凸弧段；9、柔性轴承。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参见图1至图7所示，根据本发明的实施例，该谐波减速器包括刚轮1、柔轮2和波发生器3，柔轮2套设在波发生器3外周，柔轮2与刚轮1啮合，波发生器3包括输入轴4、滑块5和柔性轴承9，滑块5为多个，多个滑块5在输入轴4的外周沿圆周排布，多个滑块5在空载状态下组合后的外轮廓为凸轮轮廓，柔轮2套设在柔性轴承9外周，在波发生器3的长轴两侧角度θ范围内，至少一个滑块5的内周壁包括凹弧段6，输入轴4对应该滑块5的外周壁具有与凹弧段6相适配的弧形凸起7。

该谐波减速器对波发生器3的结构进行了改造，使得波发生器3包括输入轴4和滑块5，并且使得在波发生器3的长轴两侧角度θ范围内，柔轮2与刚轮1的啮合区域附近，至少一个滑块5的内周壁包括凹弧段6，输入轴4对应该滑块5的外周壁具有与凹弧段6相适配的弧形凸起7，当谐波减速器受到异常冲击载荷时，输入轴4和滑块5沿周向发生相对运动，此时滑块5与输入轴4之间发生周向位移，由于在啮合区域附近的至少一个滑块5的凹弧段6与输入轴4的弧形凸起7适配，因此当两者发生周向相对位移时，弧形凸起7会推动该滑块5，使得该滑块5产生径向位移，从而改变波发生器3的外外廓线，改变后的波发生器3的外廓线在柔轮2与刚轮1的啮合区域更加饱满，同时参与啮合的齿数增加，从而降低单个齿受到的载荷冲击，实现自我保护的效果，防止柔轮2过载撕裂失效。

在一个实施例中，至少需要在最边缘的一对参与啮合的轮齿两侧，增加一对具有凹弧段6的滑块结构，可以在谐波减速器受到载荷冲击时，利用滑块与输入轴4的相对位移对波发生器3的外廓线进行调节，让非啮合的轮齿参与啮合，从而增加参与啮合的齿数。

在本实施例中，柔轮2与刚轮1的啮合区域为S，其中θ所限定的角度范围应该在啮合区域S范围外，从而保证在受到冲击载荷时，在啮合区域外的滑块5会相对于输入轴4发生周向位移，使得原来的凹凸配合结构发生错位，滑块5相对于输入轴4滑动的同时，会在输入轴4的弧形凸起7的推力作用下径向外凸，使得靠近啮合区域的外轮廓整体向外挤出，从而使得柔轮2对应区域的轮齿向外凸出，增加柔轮2与刚轮1配合参与啮合的齿数，进而增加承受载荷冲击的齿数，使得单个齿所需分担的冲击载荷降低，从而达到降低柔轮局部区域冲击载荷以防止柔轮过载撕裂失效的目的。

在一个实施例中，θ＝30°～45°。

在本实施例中，对应于相关技术凸轮的结构被分为两个部分，即圆周分布的滑块5和输入轴4，滑块5在空载情况下，相邻的滑块5相互接触，组合成的外外廓线为常规的凸轮外廓线。长轴两侧30°～45°区间的滑块5内圈设计为中间凹两边凸的光滑过渡圆弧或摆线结构，输入轴4的外廓线与滑块5相对应，在滑块5的中间下凹结构和两边凸起结构之间设计为光滑过渡凸圆弧或凸摆线结构。

在本实施例中，长轴为最长直径位置，由于凸轮为对称结构，滑块5内周壁为凹弧段的长半轴角度范围为2θ，两个长半轴总的凹弧段角度范围为4θ，θ的定义为从长半轴最长位置开始为0°，向短轴区域左右旋转的角度范围为θ，即θ表示的是从0°开始的角度范围，最小角度范围为0°-30°，最大角度范围为0°-45°，不同型号减速器对应的角度范围不同。

结合参见图7所示，在一个实施例中，各滑块5的内周壁均包括凹弧段6。在本实施例中，由于各个滑块5的内周壁均设置为包括凹弧段6，也即各个滑块5均通过凹弧段6与输入轴4的外轮廓的弧形凸起7形成凹凸配合，因此，在长轴两侧的滑块5也满足上述的设计要求，可以在谐波减速器受到载荷冲击时，使得波发生器3的外廓线在柔轮2与刚轮1的啮合区域更加饱满，同时参与啮合的齿数增加，从而降低单个齿受到的载荷冲击，实现自我保护的效果，防止柔轮2过载撕裂失效。

当滑块5和输入轴4产生转角α时，长轴区域滑块5向外推出，短轴附近滑块5位置保持不变。此时，当冲击载荷消除后，波发生器3的外廓线能够更容易的恢复原状。

结合参见图2所示，在一个实施例中，在θ角度限定的区域范围外，至少一个滑块5的内周壁包括凸弧段8，输入轴4对应该滑块5的外周壁具有弧形凸起7。

在本实施例中，凸弧段8设置在短轴附近区域的滑块5上，可以与长轴附近区域设置凹弧段6的滑块5进行配合，对波发生器3形成保护。

在一个实施例中，凹弧段6为圆弧或摆线结构，具有更加光滑的过渡结构，能够使得滑块5相对于输入轴4更顺畅地滑动，更加有效地减小载荷冲击。

在一个实施例中，当凹弧段8的最低点与对应的弧形凸起7的最高点匹配时，凸弧段8的最高点与对应的弧形凸起7的最高点匹配。

当谐波减速器受到冲击载荷时，长轴附近滑块5在相对于输入轴4的弧形凸起7滑动时，在弧形凸起7的推动作用下，长轴附近的滑块5向外扩张，长轴附近的柔性轴承9的内圈被撑大，此时，短轴附近的滑块5也相对于输入轴4的弧形凸起7滑动，由于短轴附近的滑块5是通过凸弧段8与弧形凸起7进行配合，因此当两者发生相对滑动时，短轴附近的滑块5会向内收缩，弥补长轴附近的滑块5向外扩张导致柔性轴承9形变所需的形变量，从而使得滑块5和输入轴4所形成的凸轮结构与柔性轴承9之间的过盈量保持不变，对柔性轴承9形成有效保护，进而实现对波发生器3的有效保护。

在一个实施例中，柔性轴承9包括沿周向间隔设置的多个滚珠，各滑块5在外周侧的周向宽度小于相邻的两个滚珠之间的最小周向间隔，从而能够获得更高的调节精度。

在一个实施例中，各滑块5均为扇形结构，多个扇形结构相互配合，能够在组合之后形成完整的凸轮，满足对于柔性轴承9的驱动需求，而且可以保证相邻的滑块5之间的配合效果。

在一个实施例中，正常载荷工作时，滑块5和输入轴4的位置相对静止。

图7中各个滑块5上的数值代表滑块的编号，是为了便于对不同滑块进行区分，并不表示附图标记。

结合参见图4至图6所示，谐波减速器工作过程中，当受到异常冲击载荷时，输入轴4和滑块5产生相对转动角度α，此时，输入轴4长轴附近的凸圆弧或凸摆线结构推动滑块a，使滑块a产生径向位移，从而改变波发生器3的外廓线，改变后的波发生器3的外廓线在长轴附近更加饱满，刚轮轮齿和柔轮轮齿参与啮合的区域增加，即同时参与啮合的齿数增加，从而降低单个齿受到的载荷冲击，实现自我保护的效果，防止柔轮过载撕裂失效。同时，短轴附近滑块b收缩，从而保证柔性轴承9不被拉伸。

当冲击载荷消除后，由于柔性轴承9有保持其初始圆状态的趋势，输入轴4和滑块5之间的相对转角α复位，波发生器3的外廓线恢复正常工作时的状态。由于谐波减速器的柔轮2在工作过程中持续往复形变，波发生器3的外廓线复位后的谐波减速器，能够避免出现由于波发生器3的外廓线改变导致柔轮过度形变而导致的早期失效情况。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种谐波减速器，其特征在于，包括刚轮(1)、柔轮(2)和波发生器(3)，所述柔轮(2)套设在所述波发生器(3)外周，所述柔轮(2)与所述刚轮(1)啮合，所述波发生器(3)包括输入轴(4)、滑块(5)和柔性轴承(9)，所述滑块(5)为多个，多个所述滑块(5)在所述输入轴(4)的外周沿圆周排布，多个所述滑块(5)在空载状态下组合后的外轮廓为凸轮轮廓，所述柔轮(2)套设在所述柔性轴承(9)外周，在所述波发生器(3)的长轴两侧角度θ范围内，至少一个所述滑块(5)的内周壁包括凹弧段(6)，所述输入轴(4)对应该滑块(5)的外周壁具有与所述凹弧段(6)相适配的弧形凸起(7)。

2.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，在所述波发生器(3)的长轴两侧角度θ范围内，所述滑块(5)的内周壁均包括凹弧段(6)。

3.根据权利要求2所述的谐波减速器，其特征在于，θ＝30°～45°。

4.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，各所述滑块(5)的内周壁均包括凹弧段(6)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的谐波减速器，其特征在于，在θ角度限定的区域范围外，至少一个所述滑块(5)的内周壁包括凸弧段(8)，所述输入轴(4)对应该滑块(5)的外周壁具有所述弧形凸起(7)。

6.根据权利要求5中任一项所述的谐波减速器，其特征在于，当所述凹弧段(8)的最低点与对应的所述弧形凸起(7)的最高点匹配时，所述凸弧段(8)的最高点与对应的所述弧形凸起(7)的最高点匹配。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的谐波减速器，其特征在于，所述凹弧段(6)为圆弧或摆线结构。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的谐波减速器，其特征在于，所述柔性轴承(9)包括沿周向间隔设置的多个滚珠，各所述滑块(5)在外周侧的周向宽度小于相邻的两个所述滚珠之间的最小周向间隔。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的谐波减速器，其特征在于，各所述滑块(5)均为扇形结构。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的谐波减速器，其特征在于，正常载荷工作时，所述滑块(5)和所述输入轴(4)的位置相对静止。

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