CN117006229A - 一种多刚轮谐波减速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多刚轮谐波减速器，其包括：第一波发生器、第二波发生器、柔轮、第一刚轮、第二刚轮和输出刚轮；第一刚轮与第一波发生器相对，且柔轮与第一刚轮之间通过啮合齿啮合，第一波发生器驱动柔轮与第一刚轮运动啮合，以实现对柔轮的减速；第二刚轮与第二波发生器相对，且柔轮与第二刚轮之间通过啮合齿啮合，第二波发生器驱动柔轮与第二刚轮运动啮合，以实现对柔轮的减速；输出刚轮与柔轮之间通过啮合齿啮合，以通过输出刚轮输出减速后的转动。根据本发明能形成两对谐波齿轮同时并联且与柔轮进行啮合，使得柔轮同时啮合的齿数翻倍，提高了谐波减速器的传动精度，也提高了承载能力；解决了现有谐波减速器传动精度低和承载能力不足的问题。

Description

一种多刚轮谐波减速器

技术领域

本发明涉及谐波减速器技术领域，具体涉及一种具有多刚轮谐波减速器。

背景技术

谐波减速器是利用波发生器使柔轮产生可控的弹性变形与刚轮相啮合从而达到传递运动和动力的传动装置。其拥有传动比大、结构简单、体积小、重量轻、承载能力强等优点，广泛应用于工业机器人、航空航天等领域。市面上常见的谐波减速器产品中的柔轮在波发生器的作用下会产生一个张角，导致其在与法兰连接处的圆角存在弯曲变形，为了满足其能在此处变形，柔轮的筒壁厚需要做的很薄，约为0.3mm，导致减速器在承受大负载和冲击扭矩时在圆角处容易发生破损，导致谐波减速器的抗冲击能力较差。

常规双刚轮结构的谐波减速器，柔轮呈圆环状，消除单刚轮结构的90°弯角，但是两对齿串联啮合，齿隙约为单刚轮谐波减速器的两倍，导致传动精度下降，通常不作为减速器使用，而是作为差速齿轮，用于调整两刚轮间的相位角。

专利202211367922.7一种单对齿啮合的双刚轮谐波减速机提出了一种双刚轮的谐波减速器，其柔轮具有一段谐波内齿和一段花键内齿，通过花键配合方式取代双刚轮谐波减速器的同齿数刚柔轮啮入啮出的啮合方式。但是柔轮需要分别加工两段齿轮，两段齿轮间需要预留薄壁连接段，以适应两组齿轮之间的不同形变，导致其抗冲击能力差的问题并没有实质性地解决。两组不同尺寸的齿轮在运行过程中，会导致柔轮发生扭转、弯曲，使其抗疲劳能力下降，降低减速器寿命。同时，其花键配合需要极小的配合间隙才能保证减速器传动精度，而花键很难加工至小配合间隙，即使能加工至极小配合间隙，花键也很难完成装配。

由于现有技术中的双刚轮谐波减速器存在传动精度低等技术问题，因此本发明研究设计出一种多刚轮谐波减速器。

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双刚轮谐波减速器存在传动精度低的缺陷，从而提供一种多刚轮谐波减速器。

为了解决上述问题，本发明提供一种多刚轮谐波减速器，其包括：

第一波发生器、第二波发生器、柔轮、第一刚轮、第二刚轮和输出刚轮；

所述第一刚轮与所述第一波发生器相对，且所述柔轮与所述第一刚轮之间通过啮合齿啮合，所述第一波发生器驱动所述柔轮与所述第一刚轮运动啮合，以实现对所述柔轮的减速；所述第二刚轮与所述第二波发生器相对，且所述柔轮与所述第二刚轮之间通过啮合齿啮合，所述第二波发生器驱动所述柔轮与所述第二刚轮运动啮合，以实现对所述柔轮的减速；

所述输出刚轮与所述柔轮之间通过啮合齿啮合，以通过所述输出刚轮输出减速后的转动。

在一些实施方式中，

所述第一波发生器和所述第二波发生器均设置于所述柔轮的径向内周，所述第一刚轮、所述第二刚轮和所述输出刚轮均设置于所述柔轮的径向外周；

所述第一刚轮与所述第一波发生器在径向方向相对设置，所述柔轮位于所述第一刚轮与所述第一波发生器之间，所述第一刚轮的内周壁设置有第一内齿，所述第一内齿与所述柔轮的外周的柔轮齿啮合，所述第一波发生器能运动以带动所述柔轮变形，以通过所述柔轮与所述第一刚轮的啮合带动所述柔轮减速转动；

所述第二刚轮与所述第二波发生器在径向方向相对设置，所述柔轮也位于所述第二刚轮与所述第二波发生器之间，所述第二刚轮的内周壁设置有第二内齿，所述第二内齿与所述柔轮的外周的柔轮齿啮合，所述第二波发生器能运动以带动所述柔轮变形，以通过所述柔轮与所述第二刚轮的啮合带动所述柔轮减速转动。

在一些实施方式中，

还包括转轴，所述转轴同时穿设于所述第一波发生器和所述第二波发生器的内周，以能同时驱动所述第一波发生器和所述第二波发生器运动；

沿着所述转轴的轴向，所述第一波发生器和所述第一刚轮位于第一轴向位置，所述第二波发生器和所述第二刚轮位于第二轴向位置，所述输出刚轮位于第三轴向位置，所述第三轴向位置位于所述第一轴向位置和所述第二轴向位置之间，所述输出刚轮的内周壁设置第三内齿，所述第三内齿也与所述柔轮外周的柔轮齿啮合；所述柔轮从所述第一轴向位置依次延伸至所述第三轴向位置和所述第二轴向位置。

在一些实施方式中，

所述柔轮的与所述第一刚轮相啮合的齿为第一齿型，所述柔轮的与所述第二刚轮相啮合的齿为第二齿型，所述柔轮的与所述输出刚轮相啮合的齿为第三齿型，所述第一齿型、所述第二齿型和所述第三齿型的结构均相同。

在一些实施方式中，

沿着所述柔轮的轴向，所述柔轮的外周壁上设置同一种齿型，并从所述柔轮的轴向一端延伸至轴向另一端，以形成结构相同的所述第一齿型、所述第二齿型和所述第三齿型。

在一些实施方式中，

在轴向端面的投影面内，所述第一波发生器的凸轮为椭圆形结构，所述第二波发生器的凸轮也为椭圆形结构，并且在相同的轴向端面的投影面内，所述第一波发生器的凸轮的长轴与所述第二波发生器的凸轮的长轴相垂直，所述第一波发生器的凸轮的短轴与所述第二波发生器的凸轮的短轴相垂直；使得所述第一波发生器与所述第二波发生器被布置为沿周向方向呈90°交叉设置。

在一些实施方式中，

当第一波发生器的凸轮转动至其上下两端为长轴时，此时所述第二波发生器的凸轮转动至其上下两端为短轴的状态，所述柔轮与所述第一波发生器的凸轮相对的位置的上端被挤压而向上变形；

当第二波发生器的凸轮转动至其上下两端为长轴时，此时所述第一波发生器的凸轮转动至其上下两端为短轴的状态，所述柔轮与所述第二波发生器的凸轮相对的位置的上端被挤压而向上变形。

在一些实施方式中，

所述输出刚轮为鼓形修型的内齿刚轮，所述鼓形修型指采用齿向修形的办法，使轮齿的轴向中部向外凸出，即所述输出刚轮的轴向两侧的径向内端处存在对称的变位修型，修型锥角为β，所述输出刚轮的轴向中部存在不修型段，其轴向长度为x；

在装配波发生器前所述柔轮的柔轮齿与所述输出刚轮的齿存在径向间隙d1，在装配了波发生器后所述柔轮相较于其装配前发生变形张角β，此时所述输出刚轮的齿和所述柔轮的柔轮齿存在干涉量d2。

在一些实施方式中，

当第一波发生器的凸轮转动至其上下两端为长轴时，所述柔轮与所述第一波发生器的凸轮相对的位置的上端被挤压而向上变形、并与所述输出刚轮的朝向所述第一刚轮的轴向一端的变位修型进行贴合相接，形成所述干涉量d2；

当第二波发生器的凸轮转动至其上下两端为长轴时，所述柔轮与所述第二波发生器的凸轮相对的位置的上端被挤压而向上变形、并与所述输出刚轮的朝向所述第二刚轮的轴向一端的变位修型进行贴合相接，形成所述干涉量d2。

在一些实施方式中，

所述变位修型为在所述输出刚轮的轴向两端且位于径向内端的位置进行切割部分材料，以使得在纵剖面内，所述输出刚轮被切割后形成的朝向所述柔轮的斜面与被切割前的朝向所述柔轮的平面之间夹设所述变形张角β。

在一些实施方式中，

所述第一刚轮和所述第二刚轮均为结构相同的差齿刚轮，所述差齿刚轮的啮合齿比所述柔轮的柔轮齿多至少1个；

所述输出刚轮的啮合齿与所述柔轮的柔轮齿的齿数相同。

本发明提供的一种多刚轮谐波减速器具有如下有益效果：

1.本发明通过设置相对的第一刚轮和第一波发生器以及在二者之间的柔轮，以及相对的第二刚轮和第二波发生器以及在二者之间的柔轮，使得第一波发生器运动驱动柔轮且与第一刚轮进行齿啮合，形成对柔轮的减速，第二波发生器运动驱动柔轮且与第二刚轮进行齿啮合，也形成对柔轮的减速，能够形成两对谐波齿轮同时并联且与柔轮进行啮合(即为并联的传动链对柔轮进行减速)，使得柔轮同时啮合的齿数翻倍，充分发挥谐波齿轮多齿啮合的均化作用，提高了谐波减速器的传动精度，也提高了承载能力；解决了现有谐波减速器传动精度低以及承载能力不足的问题；

2.本发明通过将柔轮的与第一刚轮啮合的第一齿型、与第二刚轮啮合的第二齿型以及与第三刚轮啮合的第三齿型设置为均相同的结构，即柔轮只需设置为统一的一种齿型，柔轮直筒全长只有一种外齿，不需要薄壁过渡段，加工工序少，工艺简单，消除薄壁过渡段使柔轮壁厚更厚，解决了柔轮筒壁过薄导致其抗冲击能力差的问题，提升谐波减速器的抗冲击能力和整机刚度；

3.本发明还通过在相同的轴向端面的投影面内，所述第一波发生器的凸轮的长轴与所述第二波发生器的凸轮的长轴相垂直，所述第一波发生器的凸轮的短轴与所述第二波发生器的凸轮的短轴相垂直；使得所述第一波发生器与所述第二波发生器被布置为沿周向方向呈90°交叉设置，根据圆柱壳体的半无矩理论，能够使得柔轮的母线始终保持直线，消除柔轮的扭转和弯曲应力，使其不存在扭转、弯曲，提高柔轮的疲劳强度，解决了柔轮在不同齿轮组之间的扭转、弯曲问题；

4.本发明还通过将输出刚轮设置加工为鼓形修型的内齿刚轮，鼓形修型的内齿输出刚轮适配柔轮自然变形产生的张角，在波发生器装配前和柔轮存在小间隙，装配加工难度低，解决了刚轮内齿加工难度大，刚柔轮之间装配难度大的问题；在波发生器装配后柔轮自然张开，输出刚轮内齿和柔轮齿存在微量干涉d2，消除了配合间隙，提高了啮合精度和传动精度，整机传动精度和齿隙精度不受影响，解决了装配间隙的问题。

附图说明

图1是本发明的多刚轮谐波减速器的整体纵剖截面图；

图2是本发明的多刚轮谐波减速器的差齿刚轮和柔轮啮合的轴向结构图；

图3是本发明的多刚轮谐波减速器的两个波发生器的轮廓位置示意图；

图4是本发明的多刚轮谐波减速器在满足圆柱壳体半无矩理论下的示意图；

图5是本发明的多刚轮谐波减速器的输出刚轮修型前后和柔轮的啮合结构图。

附图标记为：

11、第一刚轮；12、第二刚轮；13、输出刚轮；2、转轴；21、第一波发生器；22、第二波发生器；3、柔轮；31、转轴转过90°后柔轮的形态；32、未装配波发生器时柔轮的形态；211、第一波发生器的长轴端；212、第一波发生器的短轴端；40、柔轮的母线；41、柔轮第一轴向位置处变形后的轮廓；42、柔轮在第二轴向位置处变形后的轮廓；43、柔轮在第三轴向位置处变形后的轮廓。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

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。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-5所示，本发明提供一种多刚轮谐波减速器，其包括：

第一波发生器21、第二波发生器22、柔轮3、第一刚轮11、第二刚轮12和输出刚轮13；

所述第一刚轮11与所述第一波发生器21相对，且所述柔轮3与所述第一刚轮11之间通过啮合齿啮合，所述第一波发生器21驱动所述柔轮3与所述第一刚轮11运动啮合，以实现对所述柔轮3的减速；所述第二刚轮12与所述第二波发生器22相对，且所述柔轮3与所述第二刚轮12之间通过啮合齿啮合，所述第二波发生器22驱动所述柔轮3与所述第二刚轮12运动啮合，以实现对所述柔轮3的减速；

所述输出刚轮13与所述柔轮3之间通过啮合齿啮合，以通过所述输出刚轮13输出减速后的转动。

本发明通过设置相对的第一刚轮和第一波发生器以及在二者之间的柔轮，以及相对的第二刚轮和第二波发生器以及在二者之间的柔轮，使得第一波发生器运动驱动柔轮且与第一刚轮进行齿啮合，形成对柔轮的减速，第二波发生器运动驱动柔轮且与第二刚轮进行齿啮合，也形成对柔轮的减速，能够形成两对谐波齿轮同时并联且与柔轮进行啮合(即为并联的传动链对柔轮进行减速)，使得柔轮同时啮合的齿数翻倍，充分发挥谐波齿轮多齿啮合的均化作用，提高了谐波减速器的传动精度，也提高了承载能力；解决了现有谐波减速器传动精度低以及承载能力不足的问题。

本发明优选设计一种具有三刚轮的谐波减速器，柔轮两端分别与差齿刚轮啮合，两对谐波齿轮并联同时啮合，使啮合齿数翻倍，充分发挥谐波齿轮多齿啮合的均化作用，使谐波减速器传动精度和承载能力大幅上升；对应位置的波发生器90°交叉设置，此时圆筒中部保持圆形，比该圆形位置分度圆稍大、齿数与柔轮相同的另一输出刚轮布置在此处与柔轮啮合，向外传递运动和扭矩；在柔轮自然变形形成的圆形截面设置输出刚轮与柔轮啮合，柔轮母线保持直线，消除柔轮的扭转和弯曲应力；柔轮呈直筒状，不存在过渡薄壁段，壁厚可以更厚，提升了谐波减速器的抗冲击能力和整机刚度；鼓形修型的输出刚轮和柔轮存在小配合间隙，便于装配；在柔轮装配波发生器后产生张角，与输出刚轮存在极小干涉，消除配合间隙，提高啮合精度和传动精度。

在一些实施方式中，

所述第一波发生器21和所述第二波发生器22均设置于所述柔轮3的径向内周，所述第一刚轮11、所述第二刚轮12和所述输出刚轮13均设置于所述柔轮3的径向外周；

所述第一刚轮11与所述第一波发生器21在径向方向相对设置，所述柔轮3位于所述第一刚轮11与所述第一波发生器21之间，所述第一刚轮11的内周壁设置有第一内齿，所述第一内齿与所述柔轮3的外周的柔轮齿啮合，所述第一波发生器21能运动以带动所述柔轮3变形，以通过所述柔轮3与所述第一刚轮11的啮合带动所述柔轮3减速转动；

所述第二刚轮12与所述第二波发生器22在径向方向相对设置，所述柔轮3也位于所述第二刚轮12与所述第二波发生器22之间，所述第二刚轮12的内周壁设置有第二内齿，所述第二内齿与所述柔轮3的外周的柔轮齿啮合，所述第二波发生器22能运动以带动所述柔轮3变形，以通过所述柔轮3与所述第二刚轮12的啮合带动所述柔轮3减速转动。

这是本发明的第一、第二波发生器、第一、第二刚轮和输出刚轮与柔轮的进一步优选结构形式，即第一和第二波发生器均位于柔轮的径向内侧，第一、第二和输出刚轮均位于柔轮的径向外侧，并且第一刚轮与第一波发生器在径向方向相对设置，柔轮位于第一刚轮和第一波发生器之间，能够通过第一波发生器提供运动的驱动力，驱动柔轮变形将其柔轮齿与第一刚轮的第一内齿进行啮合，由于第一内齿与柔轮齿之间的齿数不同，优选柔轮齿小于第一内齿，能够使得在变形啮合一圈后对柔轮的转动进行有效减速作用；第二刚轮与第二波发生器在径向方向相对设置，柔轮位于第二刚轮和第二波发生器之间，能够通过第二波发生器提供运动的驱动力，驱动柔轮变形将其柔轮齿与第二刚轮的第二内齿进行啮合，由于第二内齿与柔轮齿之间的齿数不同，优选柔轮齿小于第二内齿，能够使得在变形啮合一圈后对柔轮的转动进行有效减速作用；从而形成并联的两个刚轮均对柔轮进行检索作用，增大柔轮同时啮合的齿数，提高了谐波减速器的传动精度，提高其承载能力。

在一些实施方式中，

还包括转轴2，所述转轴2同时穿设于所述第一波发生器21和所述第二波发生器22的内周，以能同时驱动所述第一波发生器21和所述第二波发生器22运动；

沿着所述转轴2的轴向，所述第一波发生器21和所述第一刚轮11位于第一轴向位置，所述第二波发生器22和所述第二刚轮12位于第二轴向位置，所述输出刚轮13位于第三轴向位置，所述第三轴向位置位于所述第一轴向位置和所述第二轴向位置之间，所述输出刚轮13的内周壁设置第三内齿，所述第三内齿也与所述柔轮3外周的柔轮齿啮合；所述柔轮3从所述第一轴向位置依次延伸至所述第三轴向位置和所述第二轴向位置。

这是本发明的谐波减速器的进一步优选结构形式，通过转轴能够驱动其外周的第一和第二波发生器的凸轮进行转动，第一波发生器和第一刚轮位于第一轴向位置，第二波发生器和第二刚轮位于第二轴向位置，输出刚轮位于第三轴向位置，且第三轴向位置位于第一和第二轴向位置之间，使得输出刚轮被设置于第一刚轮和第二刚轮的轴向之间的位置，从而能够进一步提高输出刚轮的轴向两侧的柔轮的传动精度，进一步提高柔轮与输出刚轮之间的传动精度，并且提高承载能力。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种谐波减速器，包括第一刚轮11、第二刚轮12、输出刚轮13、转轴2、以及在其上的第一波发生器21、第二波发生器22、柔轮3。第一刚轮11和第二刚轮12安装在柔轮3外侧两端，输出刚轮13安装在柔轮3外侧中部，第一波发生器21安装在第一刚轮11对应的柔轮内侧，第二波发生器22安装在第二刚轮12对应的柔轮内侧。

如图2所示第一刚轮11(差齿刚轮一)和第二刚轮12(差齿刚轮二)为设计完全一样的两个齿轮，且比柔轮3外齿齿数多两个，两者啮合原理同单刚轮谐波减速器，当波发生器带动柔轮旋转时，由于齿数差的存在，差齿刚轮和柔轮会产生角度差，实现减速器功能。

在一些实施方式中，

所述柔轮3的与所述第一刚轮11相啮合的齿为第一齿型，所述柔轮3的与所述第二刚轮12相啮合的齿为第二齿型，所述柔轮3的与所述输出刚轮13相啮合的齿为第三齿型，所述第一齿型、所述第二齿型和所述第三齿型的结构均相同。

本发明通过将柔轮的与第一刚轮啮合的第一齿型、与第二刚轮啮合的第二齿型以及与第三刚轮啮合的第三齿型设置为均相同的结构，即柔轮只需设置为统一的一种齿型，柔轮直筒全长只有一种外齿，不需要薄壁过渡段，加工工序少，工艺简单，消除薄壁过渡段使柔轮壁厚更厚，解决了柔轮筒壁过薄导致其抗冲击能力差的问题，提升谐波减速器的抗冲击能力和整机刚度。

在一些实施方式中，

沿着所述柔轮3的轴向，所述柔轮3的外周壁上设置同一种齿型，并从所述柔轮3的轴向一端延伸至轴向另一端，以形成结构相同的所述第一齿型、所述第二齿型和所述第三齿型。

在一些实施方式中，

在轴向端面的投影面内，所述第一波发生器21的凸轮为椭圆形结构，所述第二波发生器22的凸轮也为椭圆形结构，并且在相同的轴向端面的投影面内，所述第一波发生器21的凸轮的长轴与所述第二波发生器22的凸轮的长轴相垂直，所述第一波发生器21的凸轮的短轴与所述第二波发生器22的凸轮的短轴相垂直；使得所述第一波发生器21与所述第二波发生器22被布置为沿周向方向呈90°交叉设置。

本发明还通过在相同的轴向端面的投影面内，所述第一波发生器的凸轮的长轴与所述第二波发生器的凸轮的长轴相垂直，所述第一波发生器的凸轮的短轴与所述第二波发生器的凸轮的短轴相垂直；使得所述第一波发生器与所述第二波发生器被布置为沿周向方向呈90°交叉设置，根据圆柱壳体的半无矩理论，能够使得柔轮的母线始终保持直线，消除柔轮的扭转和弯曲应力，使其不存在扭转、弯曲，提高柔轮的疲劳强度，解决了柔轮在不同齿轮组之间的扭转、弯曲问题。

如图1、图3所示，第一波发生器21和第二波发生器22为设计完全一样的两个外轮廓为类似椭圆形的波发生器。第一波发生器存在长轴第一波发生器的长轴端211和第一波发生器的短轴端212，两者互相垂直。但是其在转轴2(中空轴)上按照长轴旋转90°交叉安装，在图3视角下即沿着转轴2的轴线方向看，第一波发生器21和第二波发生器22的长轴之间夹角为90°；在图1视角下体现为第一波发生器21短轴支撑柔轮，柔轮3的齿和第一刚轮11的齿脱开，同时第二波发生器22长轴支撑柔轮，柔轮3的齿和第二刚轮12的齿啮合；在转轴2转动90°后，第一波发生器21和第二波发生器22的状态互换，柔轮转变为虚线(转轴转过90°后柔轮的形态31)状态。

在一些实施方式中，

当第一波发生器21的凸轮转动至其上下两端为长轴时，此时所述第二波发生器22的凸轮转动至其上下两端为短轴的状态，所述柔轮3与所述第一波发生器21的凸轮相对的位置的上端被挤压而向上变形；

当第二波发生器22的凸轮转动至其上下两端为长轴时，此时所述第一波发生器21的凸轮转动至其上下两端为短轴的状态，所述柔轮3与所述第二波发生器22的凸轮相对的位置的上端被挤压而向上变形。

这是本发明的第一波发生器和第二波发生器的位于不同的转动位置时之间的优选位置关系，两波发生器仍然为沿周向方向呈90°交叉设置，并且通过长轴一侧的波发生器对柔轮进行挤压而变形，进而使得柔轮齿与差齿刚轮的内齿进行齿啮合，完成减速的作用和效果。

如图4所示，根据圆柱壳体的半无矩理论，在均匀厚度的圆柱壳体两端发生相同但是旋转90°的变形(柔轮第一轴向位置处变形后的轮廓41)和(柔轮在第二轴向位置处变形后的轮廓42)时，圆柱壳体的母线(柔轮的母线40)实际上将保持直线，同时圆柱壳体的母线中点围成的图形(柔轮在第三轴向位置处变形后的轮廓43)仍然会保持圆形。本发明中的柔轮3即为这样的均匀厚度圆柱壳体，中间不存在厚度变化导致的薄弱点，符合这一规律，抗冲击能力强，整机刚度高；

如图1、图5所示，输出刚轮13优选正好设置在柔轮3的圆形中部位置与之啮合，而不产生额外的弯曲和扭转，提高柔轮的疲劳强度。

在一些实施方式中，

所述输出刚轮13为鼓形修型的内齿刚轮，所述鼓形修型指采用齿向修形的办法，使轮齿的轴向中部向外凸出，即所述输出刚轮13的轴向两侧的径向内端处存在对称的变位修型，修型锥角为β，所述输出刚轮13的轴向中部存在不修型段，其轴向长度为x；

在装配波发生器前所述柔轮3的柔轮齿与所述输出刚轮13的齿存在径向间隙d1，在装配了波发生器后所述柔轮3相较于其装配前发生变形张角β，此时所述输出刚轮13的齿和所述柔轮3的柔轮齿存在干涉量d2。

本发明还通过将输出刚轮设置加工为鼓形修型的内齿刚轮，鼓形修型的内齿输出刚轮适配柔轮自然变形产生的张角，在波发生器装配前和柔轮存在小间隙，装配加工难度低，解决了刚轮内齿加工难度大，刚柔轮之间装配难度大的问题；在波发生器装配后柔轮自然张开，输出刚轮内齿和柔轮齿存在微量干涉d2，消除了配合间隙，提高了啮合精度和传动精度，整机传动精度和齿隙精度不受影响，解决了装配间隙的问题。

图5是输出刚轮修型和柔轮啮合示意图，其中输出刚轮13，其两端存在对称的变位修型，修型锥角为β，中部存在不修型段x，未装配波发生器时柔轮的形态32，此时输出刚轮齿和柔轮齿存在间隙d1，转轴转过90°后柔轮的形态31，柔轮相较于变形前存在张角β，此时输出刚轮齿和柔轮齿存在干涉量d2。

在一些实施方式中，

当第一波发生器21的凸轮转动至其上下两端为长轴时，所述柔轮3与所述第一波发生器21的凸轮相对的位置的上端被挤压而向上变形、并与所述输出刚轮13的朝向所述第一刚轮11的轴向一端的变位修型进行贴合相接，形成所述干涉量d2；

当第二波发生器22的凸轮转动至其上下两端为长轴时，所述柔轮3与所述第二波发生器22的凸轮相对的位置的上端被挤压而向上变形、并与所述输出刚轮13的朝向所述第二刚轮12的轴向一端的变位修型进行贴合相接，形成所述干涉量d2。

这是本发明的第一波发生器和第二波发生器的位于不同的转动位置时之间的优选位置关系，两波发生器仍然为沿周向方向呈90°交叉设置，并且通过长轴一侧的波发生器对柔轮进行挤压而变形，并且与输出刚轮的两个轴端处的变形修型进行贴合形成干涉量，消除了配合间隙，提高了啮合精度和传动精度，整机传动精度和齿隙精度不受影响，解决了装配间隙的问题。

在装入第一波发生器21和第二波发生器22以后，柔轮3会在波发生器作用下变形为产生与刚轮修型锥角β对应的张角β，与刚轮的两侧修型段进行啮合，同时刚轮的中间段长度x设计为柔轮张开后与刚轮齿正好存在极小干涉d2，消除齿隙。在图5中是当右侧波发生器为长轴，左侧波发生器为短轴的状态，是右侧修型段进行啮合；当中空轴旋转90°时，则变为左侧波发生器为长轴，右侧波发生器为短轴的状态，为左侧修型段进行啮合，和图5中状态左右对称。所以实际上在输出刚轮13整周都与柔轮3啮合且齿数相同，可以平稳且精密地传递柔轮的转动和力矩，提高啮合精度和传动精度。

在一些实施方式中，

所述变位修型为在所述输出刚轮13的轴向两端且位于径向内端的位置进行切割部分材料，以使得在纵剖面内，所述输出刚轮13被切割后形成的朝向所述柔轮3的斜面与被切割前的朝向所述柔轮3的平面之间夹设所述变形张角β。

这是本发明的变位修型的具体成型方式以及角度的形成方式。如图5所示，输出刚轮为鼓形修型，两端存在变位修型，中间为长度为x的直线段平行于刚轮轴线，两侧段则与轴线存在锥角β，该锥角和柔轮在波发生器长轴处产生的和轴线的张角相等。

本发明还可以适配柔轮张角对差齿刚轮或者柔轮进行修型处理以提高刚柔轮啮合性能；差齿刚轮和输出刚轮之间的连接方式可以使用交叉滚子轴承进行连接，也可以将其本身集成轴承滚道通过滚子隔开。

在一些实施方式中，

所述第一刚轮11和所述第二刚轮12均为结构相同的差齿刚轮，所述差齿刚轮的啮合齿比所述柔轮3的柔轮齿多至少1个；优选为2个；

所述输出刚轮13的啮合齿与所述柔轮3的柔轮齿的齿数相同。

本发明通过第一和第二刚轮(差齿刚轮)的齿数多于柔轮齿，能够通过二者之间的啮合使得柔轮转动速度减低变慢，通过输出刚轮的齿与柔轮齿的齿数相同能够将柔轮齿的转动通过输出刚轮朝外输出。

如图5所示，输出刚轮13齿形和齿数与柔轮3相同，但是其分度圆较柔轮略大，在柔轮3处于圆筒状态(转轴转过90°后柔轮的形态31)时存在一定的间隙d1，便于输出刚轮13的装配。

本发明的改进点如下：

1.本发明使用两对谐波齿轮同时并联啮合，使同时啮合齿数翻倍，充分发挥谐波齿轮多齿啮合的均化作用，使谐波减速器传动精度大幅上升，解决了传动精度下降和承载能力不足的问题，同时承载能力更强；

2.本发明的柔轮直筒全长只有一种外齿，不需要薄壁过渡段，加工工序少，工艺简单，消除薄壁过渡段使柔轮壁厚更厚，提升谐波减速器的抗冲击能力和整机刚度，解决了柔轮筒壁过薄导致其抗冲击能力差的问题；柔轮3只需一种齿型，解决抗冲击能力差的问题；

3.本发明有效利用了圆柱壳体的半无矩理论，使用90°交叉设置的波发生器，柔轮母线仍然为直线，不存在扭转、弯曲，提高柔轮的疲劳强度，解决了柔轮在不同齿轮组之间的扭转、弯曲问题；

4.本发明使用带有鼓形修型的内齿刚轮，与柔轮之间存在小间隙，在波发生器装配前和柔轮存在小间隙，装配加工难度低，解决了刚轮内齿加工难度大，刚柔轮之间装配难度大的问题。鼓形修型的内齿输出刚轮适配柔轮自然变形产生的张角，在波发生器装配后柔轮自然张开，输出刚轮内齿和柔轮齿存在微量干涉，消除了配合间隙，整机传动精度和齿隙精度不受影响，解决配合间隙的问题。

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 (11)

1.一种多刚轮谐波减速器，其特征在于：包括：

第一波发生器(21)、第二波发生器(22)、柔轮(3)、第一刚轮(11)、第二刚轮(12)和输出刚轮(13)；

所述第一刚轮(11)与所述第一波发生器(21)相对，且所述柔轮(3)与所述第一刚轮(11)之间通过啮合齿啮合，所述第一波发生器(21)驱动所述柔轮(3)与所述第一刚轮(11)运动啮合，以实现对所述柔轮(3)的减速；所述第二刚轮(12)与所述第二波发生器(22)相对，且所述柔轮(3)与所述第二刚轮(12)之间通过啮合齿啮合，所述第二波发生器(22)驱动所述柔轮(3)与所述第二刚轮(12)运动啮合，以实现对所述柔轮(3)的减速；

所述输出刚轮(13)与所述柔轮(3)之间通过啮合齿啮合，以通过所述输出刚轮(13)输出减速后的转动。

2.根据权利要求1所述的多刚轮谐波减速器，其特征在于：

所述第一波发生器(21)和所述第二波发生器(22)均设置于所述柔轮(3)的径向内周，所述第一刚轮(11)、所述第二刚轮(12)和所述输出刚轮(13)均设置于所述柔轮(3)的径向外周；

所述第一刚轮(11)与所述第一波发生器(21)在径向方向相对设置，所述柔轮(3)位于所述第一刚轮(11)与所述第一波发生器(21)之间，所述第一刚轮(11)的内周壁设置有第一内齿，所述第一内齿与所述柔轮(3)的外周的柔轮齿啮合，所述第一波发生器(21)能运动以带动所述柔轮(3)变形，以通过所述柔轮(3)与所述第一刚轮(11)的啮合带动所述柔轮(3)减速转动；

所述第二刚轮(12)与所述第二波发生器(22)在径向方向相对设置，所述柔轮(3)也位于所述第二刚轮(12)与所述第二波发生器(22)之间，所述第二刚轮(12)的内周壁设置有第二内齿，所述第二内齿与所述柔轮(3)的外周的柔轮齿啮合，所述第二波发生器(22)能运动以带动所述柔轮(3)变形，以通过所述柔轮(3)与所述第二刚轮(12)的啮合带动所述柔轮(3)减速转动。

3.根据权利要求2所述的多刚轮谐波减速器，其特征在于：

还包括转轴(2)，所述转轴(2)同时穿设于所述第一波发生器(21)和所述第二波发生器(22)的内周，以能同时驱动所述第一波发生器(21)和所述第二波发生器(22)运动；

沿着所述转轴(2)的轴向，所述第一波发生器(21)和所述第一刚轮(11)位于第一轴向位置，所述第二波发生器(22)和所述第二刚轮(12)位于第二轴向位置，所述输出刚轮(13)位于第三轴向位置，所述第三轴向位置位于所述第一轴向位置和所述第二轴向位置之间，所述输出刚轮(13)的内周壁设置第三内齿，所述第三内齿也与所述柔轮(3)外周的柔轮齿啮合；所述柔轮(3)从所述第一轴向位置依次延伸至所述第三轴向位置和所述第二轴向位置。

4.根据权利要求2所述的多刚轮谐波减速器，其特征在于：

所述柔轮(3)的与所述第一刚轮(11)相啮合的齿为第一齿型，所述柔轮(3)的与所述第二刚轮(12)相啮合的齿为第二齿型，所述柔轮(3)的与所述输出刚轮(13)相啮合的齿为第三齿型，所述第一齿型、所述第二齿型和所述第三齿型的结构均相同。

5.根据权利要求4所述的多刚轮谐波减速器，其特征在于：

沿着所述柔轮(3)的轴向，所述柔轮(3)的外周壁上设置同一种齿型，并从所述柔轮(3)的轴向一端延伸至轴向另一端，以形成结构相同的所述第一齿型、所述第二齿型和所述第三齿型。

6.根据权利要求1所述的多刚轮谐波减速器，其特征在于：

在轴向端面的投影面内，所述第一波发生器(21)的凸轮为椭圆形结构，所述第二波发生器(22)的凸轮也为椭圆形结构，并且在相同的轴向端面的投影面内，所述第一波发生器(21)的凸轮的长轴与所述第二波发生器(22)的凸轮的长轴相垂直，所述第一波发生器(21)的凸轮的短轴与所述第二波发生器(22)的凸轮的短轴相垂直；使得所述第一波发生器(21)与所述第二波发生器(22)被布置为沿周向方向呈90°交叉设置。

7.根据权利要求6所述的多刚轮谐波减速器，其特征在于：

当第一波发生器(21)的凸轮转动至其上下两端为长轴时，此时所述第二波发生器(22)的凸轮转动至其上下两端为短轴的状态，所述柔轮(3)与所述第一波发生器(21)的凸轮相对的位置的上端被挤压而向上变形；

当第二波发生器(22)的凸轮转动至其上下两端为长轴时，此时所述第一波发生器(21)的凸轮转动至其上下两端为短轴的状态，所述柔轮(3)与所述第二波发生器(22)的凸轮相对的位置的上端被挤压而向上变形。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的多刚轮谐波减速器，其特征在于：

所述输出刚轮(13)为鼓形修型的内齿刚轮，所述鼓形修型指采用齿向修形的办法，使轮齿的轴向中部向外凸出，即所述输出刚轮(13)的轴向两侧的径向内端处存在对称的变位修型，修型锥角为β，所述输出刚轮(13)的轴向中部存在不修型段，其轴向长度为x；

在装配波发生器前所述柔轮(3)的柔轮齿与所述输出刚轮(13)的齿存在径向间隙d1，在装配了波发生器后所述柔轮(3)相较于其装配前发生变形张角β，此时所述输出刚轮(13)的齿和所述柔轮(3)的柔轮齿存在干涉量d2。

9.根据权利要求8所述的多刚轮谐波减速器，其特征在于：

当第一波发生器(21)的凸轮转动至其上下两端为长轴时，所述柔轮(3)与所述第一波发生器(21)的凸轮相对的位置的上端被挤压而向上变形、并与所述输出刚轮(13)的朝向所述第一刚轮(11)的轴向一端的变位修型进行贴合相接，形成所述干涉量d2；

当第二波发生器(22)的凸轮转动至其上下两端为长轴时，所述柔轮(3)与所述第二波发生器(22)的凸轮相对的位置的上端被挤压而向上变形、并与所述输出刚轮(13)的朝向所述第二刚轮(12)的轴向一端的变位修型进行贴合相接，形成所述干涉量d2。

10.根据权利要求9所述的多刚轮谐波减速器，其特征在于：

所述变位修型为在所述输出刚轮(13)的轴向两端且位于径向内端的位置进行切割部分材料，以使得在纵剖面内，所述输出刚轮(13)被切割后形成的朝向所述柔轮(3)的斜面与被切割前的朝向所述柔轮(3)的平面之间夹设所述变形张角β。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的多刚轮谐波减速器，其特征在于：

所述第一刚轮(11)和所述第二刚轮(12)均为结构相同的差齿刚轮，所述差齿刚轮的啮合齿比所述柔轮(3)的柔轮齿多至少1个；

所述输出刚轮(13)的啮合齿与所述柔轮(3)的柔轮齿的齿数相同。