CN207064607U - 柔性齿轮及其组件、采用该组件的减速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种柔性齿轮及其组件、采用该组件的减速器，包括减速器外壳、驱动轴承和输出轴承、柔性齿轮本体、一个固定刚性齿轮和一个旋转刚性齿轮，柔性齿轮本体采用管状结构，在管状结构的柔性齿轮本体外部上开有两列轮齿，两列轮齿在管状结构外部上形成具有两级外齿的管状柔性齿轮结构，两级外齿中的一级外齿与固定刚性齿轮内齿相啮合，另一级外齿与旋转刚性齿轮内齿相啮合。管状柔性齿轮的管状内管道设有传动轴承和波发生器，传动轴承设置在波发生器外周与管状柔性齿轮的内壁之间位置处。提高减速效率，受扭曲变形长度短，控制角度误差小，使用耐久性高。

Description

柔性齿轮及其组件、采用该组件的减速器

技术领域

本实用新型涉及一种减速器，尤其是涉及一种使用于驱动电机的旋转速度减速需要减速器的齿轮及其组件、采用该组件的减速器。

背景技术

通常对驱动电机的旋转速度减速控制需要使用到减速器来实现减速比控制，而通常对驱动电机的减速控制采用谐波传动减速器进行减速传动控制，现有谐波减速器是通过具有一定弹性变形来实现得到高减少比，存在着减速比高、反弹少、位置精度和旋转精度高、高转矩传达能力等优点。也因这样的优点而被广泛使用于机器人、数控机床、医疗器械、宇宙船等诸多精密产品产业上。现有谐波传动减速器一般是在椭圆形凸轮外侧上装入滚珠轴承的波动发生器，在外周上带有齿面的薄壁形状弹性体柔性齿轮、内周上带有齿面和刚体环形状的刚性齿轮等3个基本构件构成柔性齿轮结构。现有柔性齿轮结构为薄壁齿轮结构，所以减速器在动力传达构成上诱发弹性变形上与现有减速器存在区别，也即依靠柔性齿轮的弹性变形与刚性齿轮接合，减速比算法上跟柔性齿轮与刚性齿轮的齿数差相关联。假设一般刚性齿轮的齿数是N个，柔性齿轮的齿数是n个时，减速比算法则按的算法进行；跟上述算法一样带减速比的谐波传动减速器运行过程如下：输入轴的旋转使波动发生器被旋转，柔性齿轮是靠波动发生器外周的滚珠轴承，波动发生器的椭圆形状而变成弹性变形，与刚性齿轮的齿轮吻合。这时柔性齿轮与刚性齿轮的齿轮是椭圆的长轴部分啮合，剩余的部分脱开。凸轮的旋转使得啮合的部分依序变化，脱开部分也依序变化。波动发生器旋转一周，其柔性齿轮的刚性齿轮的齿数差反方向被旋转使造成减速。这样的谐波传动减速器是构造上有很多优点，齿型是微细的加工时容易得比较大的减速比的段。齿轮吻合做相对运动时，为了顺畅的运行弹力是必须要素，谐波传动减速器是可以通过一个齿轮组合反弹降低到最小化。而且上面原因使旋转精密度也很高。

谐波传动减速器虽然具有上述多种优秀特性，然而现有谐波传动减速器仍然存在的问题是：由于现有谐波传动减速器的柔性齿轮是带有薄壁形状结构，所以无法缩短减速器的全体长度。为了缩短减速器的长度增加柔性齿轮的弹性变形，因而降低谐波传动减速器的减速效率。而且过分的反复变形造成薄壁齿轮的寿命急速下降。谐波传动减速器上使用的柔性齿轮是因薄壁齿轮又出现另一个问题，输出轴上惯性力矩等原因造成超过预想的旋转负荷时，柔性齿轮的旋转方向而造成扭曲变形出现控制角度上误差。

实用新型内容

本实用新型为解决现有谐波传动减速器存在着减速效率低，薄壁齿轮寿命短，易发生扭曲变形，控制角度误差大、使用耐久性低等现状而提供的一种可提高减速效率，受扭曲变形长度短，控制角度误差小，使用耐久性高的柔性齿轮及其组件、采用该组件的减速器。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种柔性齿轮，包括柔性齿轮本体，其特征在于：柔性齿轮本体采用管状结构，在管状结构的柔性齿轮本体外部上开有两列轮齿，两列轮齿在管状结构外部上形成具有两级外齿的管状柔性齿轮结构。不易发生扭曲变形，齿轮齿型结构更加简单，质量稳定更容量控制，可改变常规薄壁齿轮为防止变形而使用倾斜形齿型齿轮的特殊齿型，齿轮弹性变低，传动效率高。

作为优选，所述的两级外齿为具有阶梯分级的大小两级外齿结构，两级外齿具有不同的齿轮数。提高两级外齿的结构设置灵活性，降低齿轮弹性变形。

作为优选，所述的两级外齿为具有相同的齿顶圆直径尺寸，两级外齿具有不同的齿轮数。提高两级外齿的结构设置简单灵活性，降低齿轮弹性变形能量。

作为优选，在两级外齿之间位置处设有外定位连接槽。提高柔性齿轮与固定刚性齿轮和旋转刚性齿轮之间的组装定位有效性，提高能量传递有效稳定性。

作为优选，所述的两级外齿均为直齿结构。提高齿轮齿型结构简单性，齿轮齿型结构更加简单稳定，齿型加工成本低。

本实用新型的另一个实用新型目的在于提供一种柔性齿轮组件，其特征在于：包括一个固定刚性齿轮、一个旋转刚性齿轮和具有上述技术方案之一两级外齿结构的管状柔性齿轮，两级外齿中的一级外齿与固定刚性齿轮内齿相啮合，另一级外齿与旋转刚性齿轮内齿相啮合。不易发生扭曲变形，齿轮齿型结构更加简单，质量稳定更容量控制，可改变常规薄壁齿轮为防止变形而使用倾斜形齿型齿轮的特殊齿型，固定刚性齿轮和旋转刚性齿轮分别与柔性齿轮相配合的柔性齿轮组件可使齿轮弹性变形能量得到极大程度上的降低，能量传递效率高，使弹性变形只出现一个方向，提高减速使用的耐久稳定性。

作为优选，所述的旋转刚性齿轮连接有旋转输出轴，旋转刚性齿轮一端封闭，封闭端中心向外延伸连接有旋转输出轴，旋转输出轴与旋转刚性齿轮为一体成型式的旋转刚性齿轮结构。提高能量旋转输出传递效率。

作为优选，管状柔性齿轮在外定位连接槽上设有定位环。提高柔性齿轮组件的安装定位效果及稳定可靠性,提高旋转刚性齿轮与柔性齿轮间的安装定位稳定有效性。

作为优选，所述的固定刚性齿轮外壁面上设有若干个外固定槽，若干个外固定槽在固定刚性齿轮外壁面上沿与轴向中心线相平行的分布设置在固定刚性齿轮外壁面上，且外固定槽延伸穿出固定刚性齿轮两端头。提高固定刚性齿轮的安装固定稳定有效性。

本实用新型申请的再一个实用新型目的在于提供一种减速器，包括减速器外壳、驱动轴承和输出轴承，其特征在于：还包括上述技术方案之一固定刚性齿轮和旋转刚性齿轮，以及上述技术方案之一具有两级外齿结构的管状柔性齿轮，管状柔性齿轮的管状内管道设有传动轴承和波发生器，传动轴承设置在波发生器外周与管状柔性齿轮的内壁之间位置处。提高减速能量效率，受扭曲变形长度短，控制角度误差小，使用耐久性高。

作为优选，所述的波发生器具有椭圆形状的波发生面。提高传动平稳性，提高传动承载能力，传动回差小，不易发生扭曲变形。

作为优选，所述的波发生器上设有传动电机旋转力的驱动轴，驱动轴与波发生器为一体加工成型结构。提高驱动传动平稳性，提高传动承载能力。

本实用新型的有益效果是：本实用新型使用管桩形状的柔性齿轮，在轴方向上形成短谐波传动减速器，有效改变现有薄壁齿轮形状存在受轴长度方向限制，控制角度误差大，因弹性变形导致能量损失较大等缺陷问题。本实用新型是现有的2个谐波传动减速器串联连接才能得到的高减速比，比一个谐波传动减速器的轴方向还短的长度的减速器实现。本实用新型是使用管桩形状的柔性齿轮，这时的弹性变形能量降低到极小化，触发减速时可提高能量传达效率。本实用新型是使用管桩形状的柔性齿轮，弹性变形是只出现一个方向，可增大减速器的使用耐久性效果。本实用新型是实现柔性齿轮受到扭曲变形的长度很短，因此是外部转矩而造成旋转轴的角度变化极其少的谐波传动减速器。

附图说明：

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的详细说明。

图1是本实用新型申请柔性齿轮的一种结构示意图。

图2是图1的正视结构示意图。

图3是本实用新型申请柔性齿轮的另一种结构示意图。

图4是本实用新型申请柔性齿轮的又一种结构示意图。

图5是本实用新型申请柔性齿轮组件的结构示意图。

图6是本实用新型申请减速器的爆炸式结构示意图。

图7是本实用新型申请减速器的剖视结构示意图。

图8本实用新型申请减速器的局部剖视放大结构示意图。

图9是实用新型申请减速器中固定刚性齿轮与柔性齿轮第一级齿轮列相啮合现象的结构剖视图。

图10是实用新型申请减速器中旋转刚性齿轮与柔性齿轮第二级齿轮列相啮合现象的结构剖视图。

具体实施方式

实施例1：

图1、图2所示的实施例中，一种柔性齿轮，包括柔性齿轮10本体，柔性齿轮10本体采用管状结构，管状结构具有管状内管道14，在管状结构的柔性齿轮10本体外部上开有两列轮齿，两列轮齿在管状结构外部上形成具有两级外齿的管状柔性齿轮结构。在管状内管道14的管道两端口处连接有向管道内侧延伸凸起的限位凸唇15，限位凸唇15与管状内管道14内壁共同形成对构成减速器中可弹性变形的传动轴承40(见图6、图7、图8)的限位安装槽，两级外齿为具有阶梯分级的大小两级外齿结构，两级外齿具有不同的齿轮数。在两级外齿之间位置处开有外定位连接槽13。两级外齿中的第二级外齿11齿顶圆直径尺寸小于第一级外齿12齿顶圆直径尺寸，两级外齿均为直齿结构。其中第二级外齿11用于与构成柔性齿轮组件中的固定刚性齿轮30(见图5、图6、图7、图8)内齿相啮合，第一级外齿用于与柔性齿轮组件中的旋转刚性齿轮20(见图5、图6、图7、图8)内齿相啮合。两级外齿中的第二级外齿11和第一级外齿12的轴向长度可根据实际情况灵活选择设置，可以采用两级外齿的轴向长度相同尺寸，也可以是第二级外齿11的轴向长度大于第一级外齿12的轴向长度，或者是第二级外齿11的轴向长度小于第一级外齿12的轴向长度。

实施例2：

图3所示的实施例中，两级外齿为具有阶梯分级的大小两级外齿结构，两级外齿具有不同的齿轮数。其中两级外齿中的第二级外齿11齿顶圆直径尺寸大于第一级外齿12齿顶圆直径尺寸，两级外齿均为直齿结构。其中第二级外齿11用于与构成柔性齿轮组件中的固定刚性齿轮30(见图5、图6、图7、图8)内齿相啮合，第一级外齿12用于与柔性齿轮组件中的旋转刚性齿轮20(见图5、图6、图7、图8)内齿相啮合。其他同实施例1相同。

实施例3：

图4所示的实施例中，两级外齿为具有相同的齿顶圆直径尺寸，两级外齿具有不同的齿轮数。其中两级外齿中的第二级外齿11齿顶圆直径尺寸等于第一级外齿12齿顶圆直径尺寸，两级外齿均为直齿结构。其中第二级外齿11用于与构成柔性齿轮组件中的固定刚性齿轮30(见图5、图6、图7、图8)内齿相啮合，第一级外齿12用于与柔性齿轮组件中的旋转刚性齿轮20(见图5、图6、图7、图8)内齿相啮合。其他同实施例1相同。

实施例4：

图1、图2、图5、图6、图9所示的实施例中，一种柔性齿轮组件，包括一个固定刚性齿轮30、一个旋转刚性齿轮20和具有上述实施例之一两级外齿结构的管状柔性齿轮，两级外齿中的一级外齿与固定刚性齿轮30内齿相啮合，另一级外齿与旋转刚性齿轮20内齿相啮合。其中第二级外齿11与构成柔性齿轮组件中的固定刚性齿轮30(见图5、图6、图7、图8)内齿相啮合，第一级外齿12与柔性齿轮组件中的旋转刚性齿轮20(见图5、图6、图7、图8)内齿相啮合。旋转刚性齿轮20连接有旋转输出轴21，旋转刚性齿轮20一端封闭，封闭端中心向外延伸连接有旋转输出轴21，旋转输出轴21与旋转刚性齿轮20为一体成型式的旋转刚性齿轮结构。在管状柔性齿轮在外定位连接槽上安装有定位环。旋转刚性齿轮20的旋转刚性齿轮内齿22与第一级外齿12相啮合，固定刚性齿轮30外壁面上开有若干个外固定槽31，若干个外固定槽31在固定刚性齿轮外壁面上沿与轴向中心线相平行的分布设置在固定刚性齿轮外壁面上，且外固定槽31延伸穿出固定刚性齿轮两端头。固定刚性齿轮30的固定刚性齿轮内齿32与第二级外齿11相啮合，其他同实施例1、实施例2或实施例3相同。

实施例5：

图5、图6、图7、图8、图9、图10所示的实施例中，一种减速器，包括减速器外壳、驱动轴承和输出轴承，还包括上述实施例之一固定刚性齿轮30和旋转刚性齿轮20，以及上述实施例之一具有两级外齿结构的管状柔性齿轮，管状柔性齿轮的管状内管道14安装有传动轴承40和波发生器50，传动轴承40设置在波发生器50外周与管状的柔性齿轮10的内壁之间位置处。减速器外壳包括第一减速器外壳60和第二减速器外壳70，第一减速器外壳60和第二减速器外壳70相互通过螺纹连接结构63相螺纹安装在一起形成减速器外壳，减速器外壳将柔性齿轮组件安装定位在外壳内并保留驱动轴和输出轴在减速器外壳两端头与外部构件相连接，波发生器50具有椭圆形状的波发生面53(见图9、图10)。波发生器50上连接有传动电机旋转力的驱动轴51(见图6、图7、图8)，驱动轴51与波发生器53为一体加工成型结构。驱动轴51上安装有驱动挡环52或挡板，第一减速器外壳60内连接有轴承支撑部61，轴承支撑部61上开有驱动轴承定位卡槽，驱动轴承定位卡槽上安装有定位卡环62，轴承支撑部61上安装有两个驱动轴承80，两个驱动轴承80通过轴承支撑部61上的定位卡环62进行定位安装。旋转输出轴21上套装有两个输出轴承90，两个输出轴承90安装在第二减速器外壳70内部，旋转输出轴21伸出在第二减速器外壳70外端，第二减速器外壳70上设有安装定位孔71，用于对整个减速器的使用安装定位。其他同实施例4相同。

实施例6：

图5、图6、图9、图10所示的实施例中，一种减速器的减速比算法，减速比算法按下述公式进行计算：

其中：M为上述实施例之一旋转刚性齿轮的第一齿轮数，N为上述实施例之一固定刚性齿轮的第二齿轮数；m为旋转刚性齿轮与上述实施例所述之一两级外齿结构的管状柔性齿轮中的第一级柔性齿轮相啮合的第一级啮合齿轮数，n为固定刚性齿轮与上述实施例所述之一两级外齿结构的管状柔性齿轮中的第二级柔性齿轮相啮合的第二级啮合齿轮数。第一齿轮数M的齿数范围为20～1000，第二齿轮数N的齿数范围为20～1000，第一级啮合齿轮数m的齿数范围为20～1000，第二级啮合齿轮数n的齿数范围为20～1000；柔性齿轮组件的齿轮模数为0.2～2。进一步的可选择,第一齿轮数M的齿数范围为35～500，第二齿轮数N的齿数范围为35～500，第一级啮合齿轮数m的齿数范围为35～500，第二级啮合齿轮数n的齿数范围为35～500，柔性齿轮组件的齿轮模数为0.3～1.5。其他同实施例5相同。

例如在上述算法中取值：M＝60，m＝58，N＝58，n＝56时，计算得到的最终减速比为：

计算得到的数字负值代表其最终旋转方向为输入轴的反方向输出轴运行，如果为了获得正方向旋转设计，将上述算法中的选值设定位N>M就可以。

而一般常规谐波减速器是在同样条件下可获得30的减速比，正齿轮(Spur gear)、航行齿轮(Planetary gear)是一段的实用减速比是1:3左右，因此根据本实用新型申请算法上述取值计算获得-870的减速比，而如果此实用减速比3来进行减速，则需要通过6-7段的减速阶段才可以获得本实用新型申请870的减速效果，因而采用本实用新型申请减速器及减速比算法可获得更高的减速比，可获得比常规减速器轴方向更缩短整体长度的减速器。

图9是固定刚性齿轮30与柔性齿轮10的第一级外齿11啮合的现象是做图式化，这是代表图7和图8中固定刚性齿轮的中心部的位置是向驱动轴51的直角方向切的端面图。

图9上驱动轴是顺时针旋转一周(+360°)时，柔性齿轮的椭圆形变形轴是转一周，这时比固定刚性齿轮30的齿轮数与这啮合的柔性齿轮的齿轮数少，因此柔性齿轮是对下壳逆时针方向只旋转

图10是旋转刚性齿轮20与柔性齿轮的第二级外齿12啮合的现象是做图式化，这是代表图7和图8中旋转刚性齿轮20中心部的位置是向驱动轴51直角方向切断断面图。图10是驱动轴向顺时针转一周时(+360°)，柔性齿轮的椭圆形变形轴是转一周，这时比旋转刚性齿轮的齿轮数与这啮合的柔性齿轮的齿轮数少，因此对于柔性齿轮，旋转刚性齿轮是顺时针方向只转柔性齿轮是第一级外齿上对于壳体旋转逆时针方向，因此旋转刚性齿轮数的旋转角是齿轮的减速比是G为：G＝(输入轴的旋转角/输出轴的旋转角)

用上述一样的减速比，最终被减速的旋转是发生在输出轴上。

以上内容和结构描述了本实用新型产品的基本原理、主要特征和本实用新型的优点，本行业的技术人员应该了解。上述实例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都属于要求保护的本实用新型范围之内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (12)

1.一种柔性齿轮，包括柔性齿轮本体，其特征在于：柔性齿轮本体采用管状结构，在管状结构的柔性齿轮本体外部上开有两列轮齿，两列轮齿在管状结构外部上形成具有两级外齿的管状柔性齿轮结构。

2.按照权利要求1所述的柔性齿轮，其特征在于：所述的两级外齿为具有阶梯分级的大小两级外齿结构，两级外齿具有不同的齿轮数。

3.按照权利要求1所述的柔性齿轮，其特征在于：所述的两级外齿为具有相同的齿顶圆直径尺寸，两级外齿具有不同的齿轮数。

4.按照权利要求1所述的柔性齿轮，其特征在于：在两级外齿之间位置处设有外定位连接槽。

5.按照权利要求1或2或3或4所述的柔性齿轮，其特征在于：所述的两级外齿均为直齿结构。

6.一种柔性齿轮组件，其特征在于：包括一个固定刚性齿轮、一个旋转刚性齿轮和具有权利要求1～5所述之一两级外齿结构的管状柔性齿轮，两级外齿中的一级外齿与固定刚性齿轮内齿相啮合，另一级外齿与旋转刚性齿轮内齿相啮合。

7.按照权利要求6所述的柔性齿轮组件，其特征在于：所述的旋转刚性齿轮连接有旋转输出轴，旋转刚性齿轮一端封闭，封闭端中心向外延伸连接有旋转输出轴，旋转输出轴与旋转刚性齿轮为一体成型式的旋转刚性齿轮结构。

8.按照权利要求6所述的柔性齿轮组件，其特征在于：所述的管状柔性齿轮在外定位连接槽上设有定位环。

9.按照权利要求6所述的柔性齿轮组件，其特征在于：所述的固定刚性齿轮外壁面上设有若干个外固定槽，若干个外固定槽在固定刚性齿轮外壁面上沿与轴向中心线相平行的分布设置在固定刚性齿轮外壁面上，且外固定槽延伸穿出固定刚性齿轮两端头。

10.一种减速器，包括减速器外壳、驱动轴承和输出轴承，其特征在于：还包括权利要求6～9所述之一固定刚性齿轮和旋转刚性齿轮，以及权利要求1～5所述之一具有两级外齿结构的管状柔性齿轮，管状柔性齿轮的管状内管道设有传动轴承和波发生器，传动轴承设置在波发生器外周与管状柔性齿轮的内壁之间位置处。

11.按照权利要求10所述的减速器，其特征在于：所述的波发生器具有椭圆形状的波发生面。

12.按照权利要求10所述的减速器，其特征在于：所述的波发生器上设有传动电机旋转力的驱动轴，驱动轴与波发生器为一体加工成型结构。