CN1563740A - 活齿端面谐波齿轮传动装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种活齿端面谐波齿轮传动装置，设有箱体(5)、波发生器(6)和连为一体的主动轴(7)、从动轴(1)，还有端面齿轮(2)和若干个分布在槽轮(3)孔中的活齿(4)，槽轮位于端面齿轮和波发生器之间，在波发生器端面的作用下，活齿在槽轮的孔中作轴向往复运动，并与端面齿轮相互啮合，进行啮入、啮出的错齿运动，使槽轮与端面齿轮作相对的转动，同时由从动轴向外传递动力。本发明在保留现有谐波齿轮传动装置单级传动比大、运动精度高、体积小、重量轻等优点的基础上，可以使同时啮合的齿数和所适用的齿数范围都有所增加，还可使其传递的功率达到数百kW乃至数千kW，因此具有广泛的应用前景。

Description

活齿端面谐波齿轮传动装置

技术领域

本发明涉及齿轮传动装置，特别是一种活齿端面谐波齿轮传动装置。

背景技术

目前常用的谐波齿轮传动装置，通常采用内外齿圈在径向啮合的形式，薄壁柔轮在波发生器的作用下产生变形，使其外齿与刚轮的内齿在径向啮合，并且啮合区沿圆周方向周期性地变动，从而传递运动和动力。由于柔轮必须产生周期性的变形，故其轮齿的模数很小，不能传递较大的功率，传递功率通常小于30kW。为了解决这个问题，出现了用活齿代替柔轮的结构，但现有的活齿传动装置，其活齿与刚轮的内齿是在径向啮合，结构比较复杂。

现有的端面谐波齿轮传动装置，由于具有能变形的平面柔轮，所传递的功率受到很大的限制，只能应用于小功率的传动系统中，并且由于平面柔轮的受力和变形状况非常复杂，致使理论设计计算相当困难，因此其应用非常有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种活齿端面谐波齿轮传动装置，该装置能够克服现有谐波齿轮传动中柔轮的变形与其承载能力之间的矛盾，并能增加同时啮合的齿数，扩大所适用的齿数范围，以及采用大模数的齿轮，使其所传递的功率增加数十倍。

本发明所采用的技术方案如下：设有箱体、波发生器和连为一体的从动轴、主动轴，还设有端面齿轮和若干个分布在槽轮孔中的活齿，槽轮位于端面齿轮和波发生器之间。在波发生器端面的作用下，活齿在槽轮的孔中作轴向往复运动，并与端面齿轮相互啮合，进行啮入、啮出的错齿运动，使槽轮与端面齿轮作相对的转动，同时由从动轴向外传递动力。

本发明由于采用了将现有的端面谐波齿轮传动与活齿传动相结合，利用非定常升力面理论进行传动的技术，因此能够在保留现有谐波齿轮传动装置单级传动比大、同时啮合的齿数多、运动精度高、体积小、重量轻等优点的基础上，可以使同时啮合的齿数和所适用的齿数范围都有所增加，并且由于采用大模数的齿轮，还可使其传递的功率达到数百kW乃至数千kW，因此具有广泛的应用前景，特别适用于需要大传动比、大功率减速器的机械、矿山、冶金、建材等多种行业。

附图说明

图1是本发明一种单边传动的结构示意图(端面齿轮2固定)。

图2是本发明另一种单边传动的结构示意图(槽轮3固定)。

图3是本发明双边传动的结构示意图。

图4是本发明单齿传动结构的周向展开图(空缺八块活齿4)。

图5是本发明多齿传动结构的周向展开图(活齿4的理论总齿数小于端面齿轮2的齿数)。

图6是本发明多齿传动结构的周向展开图(活齿4的理论总齿数大于端面齿轮2的齿数，不空缺轮齿，活齿4之间在A处产生干涉)。

图7是本发明多齿传动结构的周向展开图(活齿4的理论总齿数大于端面齿轮2的齿数，空缺一个轮齿，活齿4之间不产生干涉)。

图8是本发明双波传动结构的周向展开图。

图9是采用齿面修形的活齿端面谐波齿轮传动装置的周向展开图。

图10是图9中B处的放大示意图。

图11是采用非对称齿面的活齿端面谐波齿轮传动装置的周向展开图。

具体实施方式

本发明是综合现有的端面谐波齿轮传动和活齿传动的优点而构成的，主要由端面齿轮、波发生器、活齿及槽轮等四个基本构件组成，根据用途的不同，可以采用单边传动或双边传动的型式。这种新型的活齿端面谐波齿轮传动装置属于行星轮系的范畴，其主要的结构特点是：将现有谐波齿轮传动中的刚轮改为端面齿轮，刚轮的内齿改为端面上沿圆周方向均匀分布的轮齿；将波发生器由径向的圆盘凸轮改为轴向的圆柱端面凸轮；将平面柔轮分成若干块活齿，并将活齿置于槽轮中使其可作轴向的往复运动。每块活齿的一端与波发生器的端面凸轮相接触，其另一端有若干个与端面齿轮相对应的轮齿，利用非定常升力面理论进行传动，可与端面齿轮进行啮入、啮出的错齿运动。在传动过程中，活齿与端面齿轮在一侧齿面的啮入运动是依靠波发生器6端面凸轮的推动，而啮出运动则是依靠端面齿轮另一侧齿面的反推作用。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2所示：设有箱体5、波发生器6和连为一体的主动轴7、从动轴1，还设有端面齿轮2和若干个分布在槽轮3孔中的活齿4，槽轮3位于端面齿轮2和波发生器6之间，在波发生器6端面的作用下，活齿4在槽轮3的孔中作轴向往复运动，并与端面齿轮2相互啮合，进行啮入、啮出的错齿运动，使槽轮3与端面齿轮2作相对的转动，同时由从动轴1向外传递动力。

波发生器6的一端可以被加工成圆柱端面凸轮，该凸轮可设计成单波(见图4、图5、图7)，或双波(见图8)，或多波的形状，并与活齿4相接触，构成单边传动机构(见图1、图2)。

如图3所示：在波发生器6的两侧分别设有一组端面齿轮2、槽轮3和活齿4，并且，波发生器6两端被加工成圆柱端面凸轮，该凸轮可设计成单波(见图4、图5、图7)，或双波(见图8)，或多波的形状，并与对应的活齿4相接触，构成双边传动机构。波发生器6两侧的槽轮3，可通过支撑在滑动轴承11上的连接套9相连，并用压块10限位。

本装置的每一块活齿4，在与波发生器6的端面凸轮相接触的一端，接触的形式可以是滚动(此端装有滚珠或轴承8)，也可以是滑动；在与端面齿轮啮合的一端，可以只有一个轮齿(称为单齿传动，见图4)，也可以有多个轮齿(称为多齿传动，见图5)。本装置中的所有活齿4的理论总齿数可以小于端面齿轮的齿数(参见图5)，也可以大于端面齿轮的齿数(参见图6)。在单齿传动的结构中，活齿的宽度必须小于端面齿轮的周节，或者抽去若干块活齿(见图4)；而在多齿传动的结构中，为了避免活齿之间产生如图6中A所示的干涉，通常每个活齿上必须空缺一个或一个以上的轮齿(见图7)。活齿4与端面齿轮2啮合的形式是滑动或滚动，或者是二者的结合。活齿4与端面齿轮2在轴向啮合时，其啮合部分是面接触，或线接触，或点接触。活齿4与端面齿轮2的轮齿，其齿面是螺旋面，或能够实现瞬时传动比恒定或近似恒定的其他曲面，并且对齿面进行修形(见图9、图10)。活齿4与端面齿轮2的轮齿，可设计成对称的齿面(见图4)；为了提高同时啮合的齿数，也可以设计成非对称的齿面(见图11)。

在波发生器6作为主动轴旋转时，既可以将端面齿轮2固定在箱体5上，使槽轮3作为从动轴输出(见图1)，也可以将槽轮3固定在箱体5上，使端面齿轮2作为从动轴输出(见图2)。还可以将波发生器6固定在箱体5上，作为差动机构使用。箱体5可设计成整体形式，或设计成水平中分的形式。

单边传动的活齿端面谐波齿轮传动装置的工作原理是：当安装在主动轴7上的波发生器6旋转时，在其端面凸轮的作用下，活齿4可在槽轮3中作轴向往复运动，并与端面齿轮2相互啮合，从而带动槽轮3与端面齿轮2作相对的转动。当端面齿轮2固定时，固装在从动轴1上的槽轮3旋转(槽轮3固定时，端面齿轮2旋转)，达到传递动力的目的。在传动过程中，利用非定常升力面原理，使活齿4的一端始终与波发生器6相接触，而另一端则相应地与端面齿轮2处于啮入或啮出的状态。活齿4与端面齿轮2在一侧齿面的啮入运动是依靠波发生器6端面凸轮的推动，而其啮出运动则是依靠端面齿轮2另一侧齿面的反向推动作用。

双边传动的活齿端面谐波齿轮的工作原理是：在传动过程中，两端槽轮3中的各个活齿4，在波发生器6的推动下，分别与固定在箱体5两端的端面齿轮2相啮合，带动两端的槽轮3(通过连接套9成为一个整体)作同步的同向回转，由从动轴1输出动力。

Claims (10)

1.一种活齿端面谐波齿轮传动装置，设有箱体(5)、波发生器(6)和连为一体的主动轴(7)、从动轴(1)，其特征是设有端面齿轮(2)和若干个分布在槽轮(3)孔中的活齿(4)，槽轮(3)位于端面齿轮(2)与波发生器(6)之间，在波发生器(6)端面的作用下，活齿(4)在槽轮(3)的孔中作轴向往复运动，并与端面齿轮(2)相互啮合，进行啮入、啮出的错齿运动，使槽轮(3)与端面齿轮(2)作相对的转动，同时由从动轴(1)向外传递动力。

2.根据权利要求1所述的活齿端面谐波齿轮传动装置，其特征是所述的波发生器(6)的一端被加工成圆柱端面凸轮，该凸轮设计成单波或双波或多波的形状，并与活齿(4)接触，构成单边传动机构。

3.根据权利要求1所述的活齿端面谐波齿轮传动装置，其特征是在波发生器(6)的两侧分别设有一组端面齿轮(2)、槽轮(3)和活齿(4)，并且，波发生器(6)两端被加工成圆柱端面凸轮，该凸轮设计成单波或双波或多波的形状，并与对应的活齿(4)接触，构成双边传动机构。

4.根据权利要求3所述的活齿端面谐波齿轮传动装置，其特征是位于波发生器(6)两侧的槽轮(3)，通过支撑在滑动轴承(11)上的连接套(9)相连。

5.根据权利要求2或3所述的活齿端面谐波齿轮传动装置，其特征是所述的活齿(4)，一端通过滚动或滑动方式与波发生器(6)的圆柱端面凸轮接触，另一端由其一个轮齿或多个轮齿与端面齿轮(2)啮合，构成单齿传动或多齿传动；活齿(4)与端面齿轮(2)啮合的形式是滑动或滚动，或者是二者的结合。

6.根据权利要求5所述的活齿端面谐波齿轮传动装置，其特征是所述的活齿(4)，其理论总齿数小于或大于端面齿轮(2)的齿数。

7.根据权利要求5所述的活齿端面谐波齿轮传动装置，其特征是：在单齿传动的结构中，活齿的宽度小于端面齿轮的周节，或者抽去若干块活齿(4)；在多齿传动的结构中，每块活齿(4)空缺一个或以上的轮齿。

8.根据权利要求5所述的活齿端面谐波齿轮传动装置，其特征是：活齿(4)与端面齿轮(2)在轴向啮合时，其啮合部分是面接触，或线接触，或点接触；活齿(4)与端面齿轮(2)的轮齿，其齿面是螺旋面，或能够实现瞬时传动比恒定或近似恒定的其他曲面，并且对齿面进行修形。

9.根据权利要求8所述的活齿端面谐波齿轮传动装置，其特征是所述的活齿(4)和端面齿轮(2)的轮齿，设计成对称的齿面，或设计成非对称的齿面。

10.根据权利要求1所述的活齿端面谐波齿轮传动装置，其特征是所述的箱体(5)与端面齿轮(2)固连，或者与槽轮(3)固连，或者与波发生器(6)固连；箱体(5)设计成整体形式，或设计成水平中分的形式。

Images