CN211117432U - 一种采用复合曲线的波发生器和谐波减速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种采用复合曲线的波发生器，包括一体成型的动力输入端和动力输出端，动力输出端的侧面与柔性轴承内圈接触，所述动力输出端侧面的外缘曲线由啮合段和非啮合段连接组成，所述非啮合段为两段且相互对称设置，两段非啮合段曲线位于同一个椭圆上，所述啮合段为两段且相互对称设置，两段啮合段位于同一个正圆上,所述椭圆的圆心与所述正圆的圆心相重合，本实用新型还提供一种谐波减速器，包括刚轮、柔轮、柔性轴承和上述的采用复合曲线波发生器，本装置具有弹性变形小，传动平稳、振动小，多齿同时啮合、承载能力大，柔轮和柔性轴承承受的交变力小、寿命长、效率高等优点。

Description

一种采用复合曲线的波发生器和谐波减速器

技术领域

本实用新型属于工程机械技术领域，具体涉及一种采用复合曲线的波发生器和谐波减速器。

背景技术

谐波减速器是基于行星齿轮传动发展起来，其工作原理在于依靠波发生器使柔轮产生可控弹性变形，而柔轮比钢轮少N个齿轮位。因此，当波发生器转一圈，柔轮移动N个齿轮位，产生了所谓的错齿运动，从而实现了主动波发生器与柔轮的运动传递。谐波减速器是通过柔轮的弹性变形来实现传动，其优势是传动比大、零部件数目少；其缺点一是弹性变形回差大，这就不可避免地会影响使用过程中的动态特性抗冲击能力。二是柔轮和柔性轴承在运动过程中承受的是高循环交变力。缩短了柔轮和柔性轴承疲劳周期，降低了柔轮和柔性轴承的使用寿命。三是柔性轴承内径与波发生器为紧配合，当受力发生变形时无释放空间，造成了柔性轴承的滚珠过早磨损，易发生振动，也降低了谐波减速器的效率。

常规的波发生器设计方法主要是根据减速比、结构，柔轮和刚轮齿部的啮合情况及选取柔性轴承的内径来确定波发生器椭圆外形的长轴和短轴。一般方法是波发生器的长轴半径尺寸加短轴半径尺寸之和等于柔性轴承的内径直径尺寸。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提供一种采用复合曲线的波发生器和谐波减速器，本装置具有弹性变形小，传动平稳、振动小，多齿同时啮合、承载能力大，柔轮和柔性轴承承受的交变力小、寿命长、效率高等优点。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种采用复合曲线的波发生器，包括一体成型的动力输入端和动力输出端，所述动力输入端通过销键与外部的动力输入轴连接，所述动力输出端整体呈被削切去椭圆长轴两端头的椭圆形饼状结构，动力输出端的一端面与动力输入端连接，动力输出端的侧面与柔性轴承内圈接触，所述动力输出端侧面的外缘曲线由啮合段和非啮合段连接组成，所述非啮合段为两段且相互对称设置，两段非啮合段曲线位于同一个椭圆上，所述啮合段为两段且相互对称设置，两段啮合段位于同一个正圆上,所述椭圆的中心与所述正圆的圆心相重合，所述啮合段的曲线长度小于非啮合段的曲线长度，所述啮合段和非啮合段连接处圆弧过渡光滑连接。

本实用新型还提供一种谐波减速器，包括刚轮、柔轮、柔性轴承和上述的采用复合曲线波发生器，所述柔轮为一端开口的筒状结构，在筒状结构的开口处外缘形成有外齿，在筒状结构的底部形成有中心装配孔，所述柔轮的外齿与刚轮的内齿圈相啮合，在柔轮的内圈套装有柔性轴承，所述柔性轴承的内圈安装有波发生器的动力输出端，所述啮合段与柔性轴承的内圈相接触，所述波发生器的啮合段与刚轮的内齿圈的分度圆同心设置，波发生器的啮合段通过柔性轴承向外支撑柔轮，从而实现柔轮和刚轮之间多齿完全同时啮合。

进一步改进本方案，所述柔性轴承的内直径尺寸与所述非啮合段所在椭圆上的长轴半径尺寸的差值为第一长度差值，所述非啮合段所在椭圆上的短轴半径尺寸小于所述第一长度差值。

进一步改进本方案，所述柔轮和刚轮啮合过程中，每侧同时啮合的齿正对应于刚轮分度圆的弧长两端到分度圆圆心形成的夹角为啮合段夹角，所述啮合段夹角为锐角。

进一步改进本方案，每侧边啮合段对应的啮合齿数为3个。

进一步改进本方案，所述非啮合段与所述柔性轴承的内圈之间形成有释放间隙。

进一步改进本方案，所述刚轮的内齿圈和柔轮的外齿的齿廓尺寸一致。

进一步改进本方案，所述刚轮的内齿圈和柔轮的外齿的单个齿廓均为由三段圆弧连接形成，且相邻两个圆弧连接处呈反向相切。

有益效果

1、本实用新型通过对波发生器的结构改进，实现了柔轮和刚轮之间的多齿完全同时啮合，通过对波发生器的动力输出端的结构优化，使得波发生器的动力输出端由原来的点接触改进为面接触，极大地增强了接触面，啮合段向外支撑柔性轴承，使得刚轮和柔轮之间由一个齿进行啮合改进为多齿进行啮合，啮合时柔轮齿无变形，使谐波减速器的承载能力大，柔轮和柔性轴承承受的交变力小、效率高。

2、本实用新型，通过对波发生器动力输出端结构的改进，保证了谐波减速器同时啮合的齿数，使传动平稳，振动小。

3、本实用新型，考虑到现有柔轮和柔性轴承在承受载荷或变载荷时的弹性变形和周向受力的释放空间，特别限定了非啮合段椭圆曲线短轴半径小于柔性轴承内径尺寸减去非啮合段椭圆曲线长轴半径，这一特定限制，使得波发生器啮合段向两端将柔轮顶靠在刚轮内齿圈上时，非啮合段与柔轮之间保持了一个释放空间，从而有效减少柔轮和柔性轴承承受交变力的频次，从而提高了柔轮和柔性轴承的使用寿命。

4、本实用新型，为了保证了谐波减速器传动原理的实现。由非啮合段椭圆曲线与啮合段同心圆弧交点到圆心长度为基准长度来确定非啮合段椭圆曲线长轴半径和啮合段同心圆弧半径。

5、本实用新型，考虑到谐波减速器的刚轮和柔轮啮合齿之间的啮合传动平稳，限定了外齿和内齿圈的齿廓形状，该齿廓形状利于外齿和内齿圈啮合齿的全齿接触，使得传动更为平稳。

附图说明

为了更清楚地说明实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型谐波减速器的装配结构图；

图2为本实用新型谐波减速器的结构原理图；

图3为本实用新型中波发生器的立体结构图；

图4为本实用新型中刚轮的结构图；

图5为本实用新型中柔轮的立体结构图；

图6为本实用新型中波发生器动力输出端的侧面的外缘曲线结构图；

图7为图6中外缘曲线的设计图；

图中标记：1、刚轮，1-1、内齿圈，1-2、连接孔，2、柔轮，2-1、外齿，2-2、中心装配孔，3、柔性轴承，4、波发生器，4-1、动力输入端，4-2、动力输出端，421、啮合段，422、非啮合段，5、椭圆，6、正圆，7、刚轮分度圆，8、啮合段夹角。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

实施例1

如图所示，本实施例提供一种采用复合曲线的波发生器，包括一体成型的动力输入端4-1和动力输出端4-2，所述动力输入端4-1通过销键与外部的动力输入轴连接，所述动力输出端4-2整体呈被削切去椭圆5长轴两端头的椭圆形饼状结构，动力输出端4-2的一端面与动力输入端4-1连接，动力输出端4-2的侧面与柔性轴承3内圈接触，所述动力输出端4-2侧面的外缘曲线由啮合段421和非啮合段422连接组成，所述非啮合段422为两段且相互对称设置，两段非啮合段422曲线位于同一个椭圆5上，所述啮合段421为两段且相互对称设置，两段啮合段421位于同一个正圆6上,所述椭圆5的中心与所述正圆6的圆心相重合，所述啮合段421的曲线长度小于非啮合段422的曲线长度，所述啮合段421和非啮合段422连接处圆弧过渡光滑连接。本实用新型通过对波发生器4的动力输出端4-2的结构优化，使得波发生器4的动力输出端4-2由原来的点接触改进为面接触，使得刚轮1和柔轮2之间由一个齿进行啮合改进为多齿进行啮合。

实施例2

如图所示，本实施例提供一种谐波减速器，包括刚轮1、柔轮2、柔性轴承3和波发生器4，波发生器4包括一体成型的动力输入端4-1和动力输出端4-2，所述动力输入端4-1通过销键与外部的动力输入轴连接，所述动力输出端4-2整体呈被削切去椭圆5长轴两端头的椭圆形饼状结构，动力输出端4-2的一端面与动力输入端4-1连接，动力输出端4-2的侧面与柔性轴承3内圈接触，所述动力输出端4-2侧面的外缘曲线由啮合段421和非啮合段422连接组成，所述非啮合段422为两段且相互对称设置，两段非啮合段422曲线位于同一个椭圆5上，所述啮合段421为两段且相互对称设置，两段啮合段421位于同一个正圆6上,所述椭圆5的圆心与所述正圆6的圆心相重合，所述啮合段421的曲线长度小于非啮合段422的曲线长度，所述啮合段421和非啮合段422连接处圆弧过渡光滑连接。所述柔轮2为一端开口的筒状结构，在筒状结构的开口处外缘形成有外齿2-1，在筒状结构的底部形成有中心装配孔2-2，所述柔轮2的外齿2-1与刚轮1的内齿圈1-1相啮合，内齿圈1-1的外侧设置有连接孔1-2，在柔轮2的内圈套装有柔性轴承3，所述柔性轴承3的内圈安装有波发生器4的动力输出端4-2，所述啮合段421与柔性轴承3的内圈相接触，所述波发生器4的啮合段421与刚轮1的内齿圈1-1的分度圆同心设置，波发生器4的啮合段421通过柔性轴承3向外支撑柔轮2，从而实现柔轮2和刚轮1之间多齿完全同时啮合。本方案中，每侧边啮合段421对应的啮合齿数为3个。

柔轮2和刚轮1啮合过程中，同时啮合的齿正对应于刚轮分度圆7的弧长两端到分度圆圆心形成的夹角为啮合段夹角8，所述啮合段夹角8为锐角。刚轮1与柔轮2的啮合段421夹角是指一端需要同时啮合齿数对应的刚轮分度圆7的弧长两端到圆心形成的夹角。啮合段夹角8的大小由柔轮2、刚轮1同时啮合齿数的分度圆的弧长决定。啮合段421同心圆弧是指在波发生器4上刚轮1与柔轮2的啮合段夹角8的对应的圆弧长度。

本方案中，非啮合段422的椭圆曲线是指在波发生器4上用于支撑柔性轴承3并保证柔性轴承3弹性变形量的圆弧曲线。非啮合段422的椭圆曲线与啮合段421的同心圆弧交点到圆心长度为基准长度，来确定非啮合段422的椭圆曲线长轴半径和啮合段421的同心圆弧半径。

非啮合段422与所述柔性轴承3的内圈之间形成有释放间隙。所述柔性轴承3的内直径尺寸减去所述非啮合段422所在椭圆5上的长轴半径尺寸为第一长度差值，所述非啮合段422所在椭圆5上的短轴半径尺寸小于所述第一长度差值。本方案中，非啮合段422的椭圆曲线短轴半径为柔性轴承3内径尺寸减去非啮合段422的椭圆曲线长轴半径，再减去一个释放空间系数。使柔轮2和柔性轴承3在承受载荷或变载荷时的弹性变形和周向受力得以释放，减少柔轮2和柔性轴承3承受交变力的频次，从而提高了柔轮2和柔性轴承3的使用寿命。

本方案中，所述刚轮1的内齿圈1-1和柔轮2的外齿2-1的齿廓尺寸一致。所述刚轮1的内齿圈1-1和柔轮2的外齿2-1的单个齿廓均为由三段圆弧连接形成，且相邻两个圆弧连接处呈反向相切。该齿轮设计主要考虑到在实现多齿啮合的基础上，进一步实现内齿圈1-1和外齿2-1之间的单个齿廓之间的全齿接触啮合，能够提高本装置传动的稳定性。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种采用复合曲线的波发生器，包括一体成型的动力输入端（4-1）和动力输出端（4-2），所述动力输入端（4-1）通过销键与外部的动力输入轴连接，其特征在于：所述动力输出端（4-2）整体呈被削切去椭圆（5）长轴两端头的椭圆形饼状结构，动力输出端（4-2）的一端面与动力输入端（4-1）连接，动力输出端（4-2）的侧面与柔性轴承（3）内圈接触，所述动力输出端（4-2）侧面的外缘曲线由啮合段（421）和非啮合段（422）连接组成，所述非啮合段（422）为两段且相互对称设置，两段非啮合段（422）曲线位于同一个椭圆（5）上，所述啮合段（421）为两段且相互对称设置，两段啮合段（421）位于同一个正圆（6）上，所述椭圆（5）的中心与所述正圆（6）的圆心相重合，所述啮合段（421）的曲线长度小于非啮合段（422）的曲线长度，所述啮合段（421）和非啮合段（422）连接处圆弧过渡光滑连接。

2.一种谐波减速器，其特征在于：包括刚轮（1）、柔轮（2）、柔性轴承（3）和权利要求1所述的一种采用复合曲线的波发生器，所述柔轮（2）为一端开口的筒状结构，在筒状结构的开口处外缘形成有外齿（2-1），在筒状结构的底部形成有中心装配孔（2-2），所述柔轮（2）的外齿（2-1）与刚轮（1）的内齿圈（1-1）相啮合，在柔轮（2）的内圈套装有柔性轴承（3），所述柔性轴承（3）的内圈安装有波发生器（4）的动力输出端（4-2），所述啮合段（421）与柔性轴承（3）的内圈相接触，所述波发生器（4）的啮合段（421）与刚轮（1）的内齿圈（1-1）的刚轮分度圆（7）同心设置，波发生器（4）的啮合段（421）通过柔性轴承（3）向外支撑柔轮（2），从而实现柔轮（2）和刚轮（1）之间多齿完全同时啮合。

3.如权利要求2所述的一种谐波减速器，其特征在于：所述柔性轴承（3）的内直径尺寸与所述非啮合段（422）所在椭圆（5）上的长轴半径尺寸的差值为第一长度差值，所述非啮合段（422）所在椭圆（5）上的短轴半径尺寸小于所述第一长度差值。

4.如权利要求2所述的一种谐波减速器，其特征在于：所述柔轮（2）和刚轮（1）啮合过程中，每侧同时啮合的齿正对应于刚轮分度圆（7）的弧长两端到分度圆圆心形成的夹角为啮合段夹角（8），所述啮合段夹角（8）为锐角。

5.如权利要求2所述的一种谐波减速器，其特征在于：每侧边啮合段（421）对应的啮合齿数为3个。

6.如权利要求2所述的一种谐波减速器，其特征在于：所述非啮合段（422）与所述柔性轴承（3）的内圈之间形成有释放间隙。

7.如权利要求2所述的一种谐波减速器，其特征在于：所述刚轮（1）的内齿圈（1-1）和柔轮（2）的外齿（2-1）的齿廓尺寸一致。

8.如权利要求7所述的一种谐波减速器，其特征在于：所述刚轮（1）的内齿圈（1-1）和柔轮（2）的外齿（2-1）的单个齿廓均为由三段圆弧连接形成，且相邻两个圆弧连接处呈反向相切。

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