CN216200277U - 谐波减速装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种谐波减速装置，其包含波产生器、柔轮、第一刚轮及第二刚轮。波产生器能被驱动而以中心轴为中心旋转。柔轮的外围具有多个第一外齿状结构、分隔槽及多个第二外齿状结构。第一刚轮包含多个第一内齿状结构，用以与多个第一外齿状结构相互啮合。第二刚轮包含多个第二内齿状结构，用以与多个第二外齿状结构相互啮合。各个第一内齿状结构的第一顶面与截面的第一交线与第一水平线的夹角介于0.1～5度。于截面中第一交线与中心轴之间的距离是由第一刚轮的内侧向外侧逐渐变小，截面的法线与中心轴相互垂直，且中心轴通过截面。

Description

谐波减速装置

技术领域

本申请涉及一种减速装置，特别是一种具有两个刚轮的谐波减速装置。

背景技术

请参阅图1，其显示为已知的双刚轮谐波减速装置的局部剖面示意图。已知的双刚轮谐波减速装置的柔轮F，安装于波产生器WG的外围后，柔轮F的外齿状结构F1将会变形，而变形后的外齿状结构F1与两个刚轮R1、R2所分别具有的内齿状结构R11、R21的内侧将产生干涉(即图1中圈选处A)的问题，如此，将导致柔轮F与两刚轮R1、R2的啮合效率降低，进而会导致双刚轮谐波减速装置的使用寿命下降。

实用新型内容

本申请公开了一种谐波减速装置，主要用以改善已知的双刚轮谐波减速装置，所存在的啮合效率不佳及使用寿命低的问题。

本申请的其中一实施例公开一种谐波减速装置，其包含：一波产生器，其用以连接一驱动单元，波产生器能被驱动单元带动，而以一中心轴为中心旋转；一柔轮，与波产生器的外围相连接，柔轮的外围具有多个第一外齿状结构、多个第二外齿状结构及一分隔槽，分隔槽位于各个第一外齿状结构及各个第二外齿状结构之间；两刚轮，分别定义为一第一刚轮及一第二刚轮，第一刚轮包含多个第一内齿状结构，第二刚轮包含多个第二内齿状结构，多个第一内齿状结构用以与多个第一外齿状结构啮合，多个第二内齿状结构用以与多个第二外齿状结构啮合；第一刚轮包含的多个第一内齿状结构的数量与柔轮所包含的多个第一外齿状结构的数量相同，第二刚轮包含的多个第二内齿状结构的数量大于柔轮所包含的多个第二外齿状结构的数量；第一刚轮的彼此相反的两侧分别定义为一内侧及一外侧，第二刚轮的彼此相反的两侧分别定义为一内侧及一外侧，第一刚轮与第二刚轮彼此相邻地设置，且第一刚轮的内侧与第二刚轮的内侧彼此相面对地设置；第一刚轮的各个第一内齿状结构包含一第一顶面及四个第一连接面，四个第一连接面与第一顶面的四边线相连接；各个第一顶面与一截面的一第一交线，与平行于中心轴的一第一水平线的一第一夹角介于0.1～5度，且于截面中，第一交线与中心轴之间的直线距离是由第一刚轮的内侧向第一刚轮的外侧逐渐变小，截面的一法线方向与中心轴相互垂直，且中心轴通过截面。

可选地，柔轮被波产生器带动而变形的最大径向尺寸定义为一柔轮长轴，柔轮被波产生器带动而变形的最小径向尺寸定义为一柔轮短轴；其中，柔轮长轴定义为C_L，柔轮短轴定义为C_S，各个第一内齿状结构的一第一齿面宽定义为L₁，第一夹角定义为θ₁，且C_L、C_S、L₁、θ₁符合θ₁＝C₁*tan^-1((C_L-C_S)/(4*L₁))的关系式，其中0.08≤C₁≤0.45。

可选地，第二刚轮的各个第二内齿状结构包含一第二顶面及四个第二连接面，四个第二连接面与第二顶面的四边线相连接；各个第二顶面与截面的一第二交线，与平行于中心轴的一第二水平线的一第二夹角介于0.1～5度，且于截面中，第二交线与中心轴之间的直线距离是由第二刚轮的内侧向第二刚轮的外侧逐渐变小。

可选地，柔轮被波产生器带动而变形的最大径向尺寸定义为一柔轮长轴，柔轮被波产生器带动而变形的最小径向尺寸定义为一柔轮短轴；其中，柔轮长轴定义为C_L，柔轮短轴定义为C_S，各个第二内齿状结构的一第二齿面宽定义为L₂，第二夹角定义为θ₂，且C_L、C_S、L₂、θ₂符合θ₂＝C₂*tan^-1((C_L-C_S)/(4*L₂))的关系式，其中0.08≤C₂≤0.45。

可选地，柔轮定义有一环状本体，各个第一外齿状结构是形成于环状本体的外围，各个第二外齿状结构是形成于环状本体的外围，而多个第一外齿状结构与多个第二外齿状结构之间形成有分隔槽。

可选地，第一外齿状结构的齿顶圆(Addendum Circle)直径定义为D_a1，第一外齿状结构的齿根圆(Dedendum Circle)直径定义为D_f1，第二外齿状结构的齿顶圆(AddendumCircle)直径定义为D_a2，第二外齿状结构的齿根圆(Dedendum Circle)直径定义为D_f2，分隔槽的宽度定义为W_G；其中，在D_f1＜D_f2时，D_f1、D_a2、W_G符合以下关系式：

其中，在D_f1＞D_f2时，D_a1、D_f2、W_G符合以下关系式：

其中，柔轮定义有一第一环状部、一第二环状部及一连接环状部，第一环状部的一侧与连接环状部相连接，连接环状部的另一侧与第二环状部相连接，多个第一外齿状结构形成于第一环状部的外围，多个第二外齿状结构形成于第二环状部的外围，连接环状部的外围、多个第一外齿状结构及多个第二外齿状结构共同形成分隔槽；其中，第一环状部的厚度定义为t₁，第二环状部的厚度定义为t₂，连接环状部的厚度定义为t₃，柔轮的内径定义为D_b；其中，t₁＝(D_f1-D_b)/2，t₂＝(D_f2-D_b)/2；当t₁＜t₂时，则t₁≤t₃≤t₂；当t₁＞t₂时，t₂≤t₃≤t₁。

可选地，各个第一外齿状结构及各个第二外齿状结构具有相同的外型。

可选地，各个第一外齿状结构与各个第二外齿状结构具有不相同的外型，各个第一外齿状结构或各个第二外齿状结构为直齿结构。

综上所述，本申请的谐波减速装置通过第一夹角、第二夹角及分隔槽的设计，可以有效地提升柔轮的第一外齿状结构与第一刚轮的第一内齿状结构的啮合效率，以及柔轮的第二外齿状结构与第二刚轮的第二内齿状结构的啮合效率，进而可以提升谐波减速装置的使用寿命。

为能更进一步了解本申请的特征及技术内容，请参阅以下有关本申请的详细说明与附图，但是此等说明与附图仅用来说明本申请，而非对本申请的保护范围作任何的限制。

附图说明

图1为已知的双刚轮谐波减速装置的局部剖面示意图。

图2为本申请的谐波减速装置的示意图。

图3为本申请的谐波减速装置的剖面示意图。

图4为本申请的谐波减速装置的分解示意图。

图5为沿图2的剖线V-V的剖面示意图。

图6为图5的局部放大示意图。

图7为本申请的谐波减速装置的第一刚轮及第二刚轮的局部剖面示意图。

图8为本申请的谐波减速装置的第一刚轮的局部截面示意图。

图9为本申请的谐波减速装置的第二刚轮的局部截面示意图。

图10为本申请的谐波减速装置的柔轮的局部剖面示意图。

图11为本申请的谐波减速装置的柔轮变形前、后的示意图。

图12为本申请的谐波减速装置的柔轮的局部剖面示意图。

图13为本申请的谐波减速装置的柔轮的剖面示意图。

具体实施方式

于以下说明中，如有指出请参阅特定图式或是如特定图式所示，其仅是用以强调于后续说明中，所述及的相关内容大部份出现于该特定图式中，但不限制该后续说明中仅可参考所述特定图式。

请一并参阅图2至图6，本申请的谐波减速装置100包含一波产生器1、一柔轮2及两刚轮。波产生器1的外围设置有柔轮2，柔轮2的外围设置有两刚轮。为利于说明，于以下说明中，将两刚轮分别定义为一第一刚轮3及一第二刚轮4，并将第一刚轮3及第二刚轮4所分别包含的多个内齿状结构，分别定义为第一内齿状结构31及第二内齿状结构41。

波产生器(Wave Generator)1用以连接一驱动单元(例如马达的转轴、马达的转子等)，波产生器1能被驱动单元带动，而以一中心轴CP为中心旋转。

柔轮2与波产生器1的外围相连接，柔轮2定义有一环状本体2A，各个第一外齿状结构21是形成于环状本体2A的外围，各个第二外齿状结构22是形成于环状本体2A的外围，而多个第一外齿状结构21与多个第二外齿状结构22之间形成有一分隔槽2B。

在其中一个实施例中，各个第一外齿状结构21的外型可以是与各个第二外齿状结构22的外型完全相同，且柔轮2所包含的所有第一外齿状结构21的数量及柔轮2所包含的所有第二外齿状结构22的数量可以是完全相同，但不以此为限。在不同的实施例中，各个第一外齿状结构21的外型，也可以是与各个第二外齿状结构22的外型不相同，举例来说，多个第一外齿状结构21可以是直齿设计，而多个第二外齿状结构22则可以是非直齿设计。

第一刚轮3包含多个第一内齿状结构31，第一刚轮3所包含的多个第一内齿状结构31用以与柔轮2的多个第一外齿状结构21相互啮合。第二刚轮4包含多个第二内齿状结构41，第二刚轮4所包含的多个第二内齿状结构41用以与柔轮2的多个第二外齿状结构22相互啮合。在实际应用中，第二刚轮4可以是与外部输出构件相连接，举例来说，第二刚轮4可以是直接或间接连接至轮子、手臂等构件。

第一刚轮3与第二刚轮4是相邻地设置，且第一刚轮3的彼此相反的两侧分别定义为一内侧3A及一外侧3B，第二刚轮4的彼此相反的两侧分别定义为一内侧4A及一外侧4B，且第一刚轮3的内侧3A与第二刚轮4的内侧4A相面对地设置。

依上所述，在其中一个具体应用中，柔轮2所包含的多个第一外齿状结构21的数量，可以是与柔轮2所包含的多个第二外齿状结构22的数量相同，且第一刚轮3所包含的多个第一内齿状结构31的数量，可以是与柔轮2的多个第一外齿状结构21的数量相同，而第二刚轮4所包含的多个第二内齿状结构41的数量大于柔轮2所包含的多个第二外齿状结构22的数量。

承上，当驱动单元带动波产生器1作动时，波产生器1将带动柔轮2反复地挠性变形，而柔轮2的多个第一外齿状结构21的一部分将与第一刚轮3的多个第一内齿状结构31的一部分相互啮合，由于第一刚轮3所包含的第一内齿状结构31的数量与柔轮2所包含的第一外齿状结构21的数量相同，因此，柔轮2反复地挠性变形时，柔轮2不会相对于第一刚轮3旋转，而反复地挠性变形的柔轮2的部分第二外齿状结构22将会与第二刚轮4的部分第二内齿状结构41相互啮合，由于柔轮2所包含的第二外齿状结构22的数量与第二刚轮4的第二内齿状结构41的数量不相同，因此，第二刚轮4将被反复地挠性变形的柔轮2带动而旋转，如此，驱动单元所输入的高转速动力，将由第二刚轮4以相对较低的转速输出。

请一并参阅图4至图8，第一刚轮3的各个第一内齿状结构31包含一顶面311及四个连接面312，四个连接面312与顶面311的四边线相连接。各个顶面311与一截面S的一交线3111，与平行于中心轴CP的一第一水平线H1的一第一夹角θ1介于0.1～5度，且于截面S中交线3111与中心轴CP之间的直线距离是由内侧3A向外侧3B逐渐变小；其中，截面S的一法线方向N与中心轴CP相互垂直，且中心轴CP通过截面S。

相同地，第二刚轮4的各个第二内齿状结构41包含一顶面411及四个连接面412，四个连接面412与顶面411的四边线相连接。各个顶面411与截面S的一交线4111，与平行于中心轴CP的一第二水平线H2的一第二夹角θ2介于0.1～5度，且于截面S中交线4111与中心轴CP之间的直线距离D2是由内侧4A向外侧4B逐渐变小。

依上所述，通过第一夹角θ1、第二夹角θ2及分隔槽2B等设计，可以使柔轮2保持轴向定位，而可有效地提升柔轮2与两刚轮彼此间的啮合效率(Mesh Efficiency)及谐波减速装置100的承载能力，且还可以进一步延长谐波减速装置100整体的使用寿命。

如图1、图2、图4及图5所示，在已知的谐波减速装置Q中，柔轮F的外围不具有本申请的柔轮2所具有的分隔槽2B，而已知的柔轮F安装于波产生器WG的外围时，柔轮F的外齿状结构F1将发生相对明显的变形的情况，且两个刚轮R1、R2与柔轮F相互组合后，因为，柔轮F的外齿状结构F1已经变形，所以柔轮F容易轴向位移，为此，将造成两个刚轮R1、R2的内齿状结构R11、R21与柔轮F的外齿状结构F1的啮合效率不佳的问题，进而可能导致谐波减速装置Q整体的使用寿命下降。

另外，已知的谐波减速装置Q由于柔轮F的外齿状结构F1发生相对明显的变形的情况，因此，已知的谐波减速装置Q在运作时，柔轮F将容易发生左右晃动的问题。反观，本申请的谐波减速装置100，通过使柔轮2具有分隔槽2B、第一夹角θ1(如图8所示)及第二夹角θ2(如图9所示)等设计，在谐波减速装置100在运作时，柔轮2相对不容易发生左右晃动的问题。

请一并参阅图7至图12，在较佳的实施例中，柔轮2被波产生器带动而变形的最大径向尺寸定义为一柔轮长轴，柔轮2被波产生器带动而变形的最小径向尺寸定义为一柔轮短轴；假设柔轮长轴定义为C_L，柔轮短轴定义为C_S，各个第一内齿状结构31的一第一齿面宽定义为L₁，第一夹角定义为θ₁，各个第二内齿状结构41的一第二齿面宽定义为L₂，第二夹角定义为θ₂，则C_L、C_S、L₁、θ₁符合θ₁＝C₁*tan^-1((C_L-C_S)/(4*L₁))的关系式，其中，0.08≤C₁≤0.45；C_L、C_S、L₂、θ₂符合θ₂＝C₂*tan^-1((C_L-C_S)/(4*L₂))的关系式，其中0.08≤C₂≤0.45，如此，将可以使柔轮2、第一刚轮3及第二刚轮4能够达到相对较佳的啮合效率。

请一并参阅图7至图13，在较佳的实施例中，柔轮2的环状本体2A可以定义有一第一环状部2A1、一第二环状部2A2及一连接环状部2A3，第一环状部2A1的一侧与连接环状部2A3相连接，连接环状部2A3的另一侧与第二环状部2A2相连接，多个第一外齿状结构21形成于第一环状部2A1的外围，多个第二外齿状结构22形成于第二环状部2A2的外围，连接环状部2A3的外围、多个第一外齿状结构21及多个第二外齿状结构22共同形成分隔槽2B。第一外齿状结构21的齿顶圆(Addendum Circle)直径定义为D_a1，第一外齿状结构21的齿根圆(Dedendum Circle)直径定义为D_f1，第二外齿状结构22的齿顶圆(Addendum Circle)直径定义为D_a2，第二外齿状结构22的齿根圆(Dedendum Circle)直径定义为D_f2，分隔槽2B的宽度定义为W_G；其中，在D_f1＜D_f2时，D_f1、D_a2、W_G符合以下关系式：

其中，在D_f1＞D_f2时，D_f2、D_a1、W_G符合以下关系式：

其中，第一环状部2A1的厚度定义为t₁，第二环状部2A2的厚度定义为t₂，连接环状部2A3的厚度定义为t₃，柔轮2的内径定义为D_b；其中，t₁＝(D_f1-D_b)/2，t₂＝(D_f2-D_b)/2；当t₁＜t₂时，则t₁≤t₃≤t₂；当t₁＞t₂时，t₂≤t₃≤t₁。

依上所述，通过上述设计，可以使柔轮2、第一刚轮3及第二刚轮4能够达到相对较佳的啮合效率。

综上所述，本申请的谐波减速装置通过第一夹角、第二夹角及分隔槽的设计，可以有效地提升柔轮的第一外齿状结构与第一刚轮的第一内齿状结构的啮合效率，以及柔轮的第二外齿状结构与第二刚轮的第二内齿状结构的啮合效率，进而可以提升谐波减速装置的使用寿命。另外，通过使第一夹角、第二夹角及柔轮符合上述关系式，还可以更进一步地提升柔轮与第一刚轮的啮合效率，以及柔轮与第二刚轮的啮合效率。

以上仅为本申请的较佳可行实施例，非因此局限本申请的专利范围，故举凡运用本申请说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种谐波减速装置，其特征在于，所述谐波减速装置包含：

一波产生器，用以连接一驱动单元，所述波产生器能被所述驱动单元带动，而以一中心轴为中心旋转；

一柔轮，与所述波产生器的外围相连接，所述柔轮的外围具有多个第一外齿状结构、多个第二外齿状结构及一分隔槽，所述分隔槽位于各个第一外齿状结构及各个第二外齿状结构之间；

两刚轮，分别定义为一第一刚轮及一第二刚轮，所述第一刚轮包含多个第一内齿状结构，所述第二刚轮包含多个第二内齿状结构，多个所述第一内齿状结构用以与多个所述第一外齿状结构啮合，多个所述第二内齿状结构用以与多个所述第二外齿状结构啮合；所述第一刚轮包含的多个所述第一内齿状结构的数量与所述柔轮所包含的多个所述第一外齿状结构的数量相同，所述第二刚轮包含的多个所述第二内齿状结构的数量大于所述柔轮所包含的多个所述第二外齿状结构的数量；所述第一刚轮的彼此相反的两侧分别定义为一内侧及一外侧，所述第二刚轮的彼此相反的两侧分别定义为一内侧及一外侧，所述第一刚轮与所述第二刚轮彼此相邻地设置，且所述第一刚轮的所述内侧与所述第二刚轮的所述内侧彼此相面对地设置；所述第一刚轮的各个所述第一内齿状结构包含一第一顶面及四个第一连接面，四个所述第一连接面与所述第一顶面的四边线相连接；各个所述第一顶面与一截面的一第一交线，与平行于所述中心轴的一第一水平线的一第一夹角介于0.1～5度，且于所述截面中，所述第一交线与所述中心轴之间的直线距离是由所述第一刚轮的所述内侧向所述第一刚轮的所述外侧逐渐变小，所述截面的一法线方向与所述中心轴相互垂直，且所述中心轴通过所述截面。

2.依据权利要求1所述的谐波减速装置，其特征在于，所述柔轮被所述波产生器带动而变形的最大径向尺寸定义为一柔轮长轴，所述柔轮被所述波产生器带动而变形的最小径向尺寸定义为一柔轮短轴；其中，所述柔轮长轴定义为C_L，所述柔轮短轴定义为C_S，各个所述第一内齿状结构的一第一齿面宽定义为L₁，所述第一夹角定义为θ₁，且C_L、C_S、L₁、θ₁符合θ₁＝C₁*tan^-1((C_L-C_S)/(4*L₁))的关系式，其中0.08≤C₁≤0.45。

3.依据权利要求1所述的谐波减速装置，其特征在于，所述第二刚轮的各个所述第二内齿状结构包含一第二顶面及四个第二连接面，四个所述第二连接面与所述第二顶面的四边线相连接；各个所述第二顶面与所述截面的一第二交线，与平行于所述中心轴的一第二水平线的一第二夹角介于0.1～5度，且于所述截面中，所述第二交线与所述中心轴之间的直线距离是由所述第二刚轮的所述内侧向所述第二刚轮的所述外侧逐渐变小。

4.依据权利要求3所述的谐波减速装置，其特征在于，所述柔轮被所述波产生器带动而变形的最大径向尺寸定义为一柔轮长轴，所述柔轮被所述波产生器带动而变形的最小径向尺寸定义为一柔轮短轴；其中，所述柔轮长轴定义为C_L，所述柔轮短轴定义为C_S，各个所述第二内齿状结构的一第二齿面宽定义为L₂，所述第二夹角定义为θ₂，且C_L、C_S、L₂、θ₂符合θ₂＝C₂*tan^-1((C_L-C_S)/(4*L₂))的关系式，其中0.08≤C₂≤0.45。

5.依据权利要求1所述的谐波减速装置，其特征在于，所述柔轮定义有一环状本体，各个所述第一外齿状结构是形成于所述环状本体的外围，各个所述第二外齿状结构是形成于所述环状本体的外围，而多个所述第一外齿状结构与多个所述第二外齿状结构之间形成有所述分隔槽。

6.依据权利要求5所述的谐波减速装置，其特征在于，所述第一外齿状结构的齿顶圆(Addendum Circle)直径定义为D_a1，所述第一外齿状结构的齿根圆(Dedendum Circle)直径定义为D_f1，所述第二外齿状结构的齿顶圆(Addendum Circle)直径定义为D_a2，所述第二外齿状结构的齿根圆(Dedendum Circle)直径定义为D_f2，所述分隔槽的宽度定义为W_G；

其中，在D_f1＜D_f2时，D_f1、D_a2、W_G符合以下关系式：

其中，在D_f1＞D_f2时，D_a1、D_f2、W_G符合以下关系式：

其中，所述柔轮定义有一第一环状部、一第二环状部及一连接环状部，所述第一环状部的一侧与所述连接环状部相连接，所述连接环状部的另一侧与所述第二环状部相连接，多个所述第一外齿状结构形成于所述第一环状部的外围，多个所述第二外齿状结构形成于所述第二环状部的外围，所述连接环状部的外围、多个所述第一外齿状结构及多个所述第二外齿状结构共同形成所述分隔槽；其中，所述第一环状部的厚度定义为t₁，所述第二环状部的厚度定义为t₂，所述连接环状部的厚度定义为t₃，所述柔轮的内径定义为D_b；其中，t₁＝(D_f1-D_b)/2，t₂＝(D_f2-D_b)/2；当t₁＜t₂时，则t₁≤t₃≤t₂；当t₁＞t₂时，t₂≤t₃≤t₁。

7.依据权利要求1所述的谐波减速装置，其特征在于，各个第一外齿状结构及各个所述第二外齿状结构具有相同的外型。

8.依据权利要求1所述的谐波减速装置，其特征在于，各个所述第一外齿状结构与各个所述第二外齿状结构具有不相同的外型，各个所述第一外齿状结构或各个所述第二外齿状结构为直齿结构。

Images