CN2290729Y - 复级谐波齿轮机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的复级谐波齿轮机构属于齿轮机械传动,解决谐波齿轮机构传动速比在150～2000的变化问题。实现的办法是采用双模数复级谐波齿轮机构,输入级和输出级的齿轮模数不同,或者是输出级齿轮的模数大于输入线齿轮的模数,或者是输出级齿轮的模数小于输入级齿轮的模数。用于减速机的机械传动中,实现传动比在150～100000范围内连续变化。
Description
本实用新型的复级谐波齿轮机构属于应用广泛的齿轮传动装置。
谐波齿轮传动一般有单级谐波齿轮机构和复级谐波齿轮机构，单级谐波齿轮机构速比通常在70～200左右。复级谐波齿轮机构速比正常可在2000～100000。
对于单级谐波齿轮机构而言，如果要求更大的速比，由于齿的模数较小，二个齿轮间的啮合深度不够，加之构件的弹性变形及不可避免的制造误差，会使传动机构在受载后出现滑齿现象，传动机构不能正常工作，即使较大规格的单级减速机，虽然大规格容易实现较大的速比，若是使速比大于200也是困难的，较小规格的单级减速机受到尺寸的限制，更无法达到大于200速比，有的达到150速比也是困难的。
传统复级谐波齿轮机构有输入级和输出级，输入级刚轮的齿与柔轮的齿相啮合，输入级柔轮与输出级柔轮为一体的环状柔轮，输入级柔轮的齿与输出级柔轮的齿分布在环状柔轮两端的柱面上，输出级柔轮的齿与输出级刚轮的齿相啮合，在谐波发生器作用下实现减速传动。这种传统复级谐波齿轮机构目前都为单模数的复级谐波齿轮机构，实现的传动速比正常在2000～100000，如果希望速比小于2000，受到疲劳强度及传动原理的制约是无法实现的。但是，在实际工程应用当中要求速比在150～2000这个范围是相当多的。
本实用新型的目的是要提供一种传动速比在150～2000的谐波齿轮机构。
实现本实用新型的复级谐波齿轮机构的方案是采用双模数复级谐波齿轮机构，输入级和输出级的齿轮模数不同，或者是输出级齿轮的大于输入级齿轮的模数，或者是输出级齿轮的小于输入级齿轮的模数。
本实用新型的复级谐波齿轮机构的优点能够实现谐波齿轮机构的传动速比在150～2000的谐波齿轮传动。
图1本实用新型的复级谐波齿轮机构剖视图。
下面结合附图和实施例对实现本实用新型的复级谐波齿轮机构的方案进行详细描述。
传统的复级谐波齿轮机构设计均是采用输入级齿轮的模数与输出级齿轮的模数相同。为了保证一定的疲劳强度及承载能力，齿轮的模数不可能选得较大，因此，无法实现小于2000的速比。
例如，柔轮内孔直径do＝＝100mm
齿轮的模数 m＝0.7mm，求速比i：
输入级柔轮齿数 Z1＝143， 输入级刚轮齿数Z2＝145
则输入级速比 i1＝Z1/(Z2-Z1)＝143/2＝71.5
输出级柔轮齿数 Z3＝139，输出级刚轮齿数Z4＝141
则输出级速比 i2＝Z4/(Z4-Z3)＝141/2＝70.5
复级传动的速比 i＝(i1×i2)/(i1+1-i2)
＝(71.5×70.5)/(72.5-70.5)
＝2520
上述情况表明，传统的设计单级最小速比不可能小于70，因而复级的最小速比都要大于2000，不可能再小，否则疲劳强度降低，影响柔轮的寿命，这是不允许的。
为实现150～2000的速比，由公式i＝(i1×i2)/(i1+1-i2)
可见，若想i小，则可增大分母，即增大i1，而i2不变；或者减小i2，而i1不变，比较起来，后者的效果明显，这一点从公式上不难发现。
如何减小i2，由i2＝Z4/2可知，这只能使Z4(输出级刚轮齿数)减小，而对于分度圆直径一定的齿轮而言，d4＝m×Z4(分度圆直径等于齿的模数与齿数之积)，这样只有增大齿轮的模数m，才能使齿数4减少，即两级选用不同的模数，这就从原理上分析了输出级齿轮模数选用与输入级齿轮不同的模数是可行的。并达到使复级谐波传动速比i减少的目的。
例如，m1--输入级齿轮的模数
m2--输出级齿轮的模数
输入级m1＝0.7mm Z1＝143 Z2＝145 i1＝Z1/2＝71.5
输出级m2＝0.8mm Z3＝120 Z4＝122 i2＝Z4/2＝61
复级的速比 i＝(i1×i2)/(i1+1-i2)
＝(71.5×61)/(72.5-61)＝379
由上述例子可知，只要使输出级的模数有不大的变化，由m2＝0.7mm变到m2＝0.8mm，就可使速比有较大的变化由i＝2520而变化为i＝380左右。总之，可以这样认为，传统的复级谐波传动可称之为单模数复级谐波传动，单模数复级谐波传动无法实现速比小于2000的传动要求。而本实用新型提出的复级谐波传动，填补了传统的谐波传动无法实现速比在150～2000范围的谐波减速机，扩大了谐波齿轮机构的应用范围。
图1给出了本实用新型的复级谐波齿轮机构剖视图。复级谐波齿轮机构由端盖(1)、输入轴(2)、谐波发生器(3)、输入级刚轮(4)、输入级柔轮(5)、输出级柔轮(6)、输出级刚轮(7)、壳体(8)、输出轴(9)、轴承(10)、以及轴端密封(11)组成，输入级刚轮(4)和输入级柔轮(5)构成输入级减速机构，输出级柔轮(6)和输出级刚轮(7)构成输出级传动机构，输入级减速机构和输出级传动机构形成复级谐波齿轮传动机构，输入级柔轮(5)和输出级柔轮(6)为一体的环状柔轮，输入级柔轮(5)的齿和输出级柔轮(6)的齿分布在环状柔轮两端的柱面上。工作时，输入轴(2)带动凸轮机构的谐波发生器(3)，使输入级柔轮(5)的齿与输入级刚轮(4)的齿啮合，则实现了输入级的减速传动，由于输入级柔轮(5)和输出级柔轮(6)为一体的环状柔轮，所以输出级柔轮(6)与输入级柔轮(5)同速转动，同理，输出级柔轮(6)的齿与输出级刚轮(7)的齿啮合，形成了输出级的减速传动。如果输入级柔轮(5)的齿数小于输入级刚轮(4)的齿数，输出级柔轮(6)的齿数小于输出级刚轮(7)的齿数，则输入级传动机构和输出级传动机构都为减速传动机构，在输入级的减速传动和输出级的减速传动共同作用下完成了复级谐波齿轮机构的大速比减速传动。前面说过，这种传统的复级谐波齿轮机构的输入级和输出级都是采用同模数的复级谐波齿轮机构。不能得到速比在150～2000的谐波齿轮传动。本实用新型的特征在于：采用输入级和输出级是不同模数的复级谐波齿轮机构，即，构成输入级减速传动的输入级刚轮(4)和输入级柔轮(5)的模数为m1，而构成输出级减速传动机构的输出级柔轮(6)和输出级刚轮(7)的模数为m2，且m2不等于m1，或者m1＞m2，或者m2＞m1。实际上第二级减速机构齿轮模数m2略大于第一级齿轮的模数m1即可。
根据同样原理，可设计出双模数齿啮输出的单级谐波齿轮(环状柔轮)机构。即减速级的模数与齿式联轴节(齿啮级)的模数不同。如果输入级柔轮(5)的齿数小于输入级刚轮(4)的齿数，输出级柔轮(6)的齿数等于输出级刚轮(7)的齿数，则输入级传动机构为减速传动机构，输出级传动机构为等速传动机构，在输入级的减速传动和输出级的等速传动共同作用下完成了齿啮式输出谐波齿轮装置。这样做的好处是可节约价格较高的模数小于0.3mm的齿轮加工刀具，从而降低加工成本。
本实用新型的复级谐波齿轮机构的实施例：
根据上述原理设计制造一台柔轮内孔直径do＝100mm的双模复级谐波齿轮减速机。第二级模数m2＞第一级模数m1
第一级 m1＝0.4mm Z1＝252 Z2＝254 i1＝Z1/2＝252/2＝126
第二级 m2＝0.6mm Z3＝166 Z4＝168 i2＝Z4/2＝168/2＝84
复级的速比 i＝(i1×i2)/(i1+1-i2)
＝(126×84)/(127-84)＝246.14
本实用新型的复级谐波齿轮机构的第二个实施例为m1＞m2 柔轮内孔直径do＝80mm的双模复级谐波齿轮减速机。
第一级 m1＝0.75mm Z1＝102 Z2＝104 i1＝Z1/2＝102/2＝51
第二级 m2＝0.5mm Z3＝162 Z4＝164 i2＝Z4/2 164/2＝82
复级的速比 i＝(i1×i2)/(i1+1-i2)
＝(51×82)/(51+1-82)＝139.4(不考虑转向)
本实用新型的复级谐波齿轮机构的第三个实施例为m1＜m2 柔轮内孔直径do＝250mm的双模复级谐波齿轮减速机。
第一级 m1＝0.6mm Z1＝418 Z2＝420 i1＝Z1/2＝209
第二级 m2＝0.7mm Z3＝362 Z4＝364 i2＝Z4/2＝182
复级的速比 i＝(i1×i2)/(i1+1-i2)
＝(209×182)/(209+1-182)＝1358.5
上述三个实施例的复级谐波齿轮机构经跑合，加载寿命实验等达到了设计要求。试验情况如下：
1.寿命试验：加载M＝240牛顿米，转速n＝3000转/分
共运转502小时
2.效率：n＝1500转/分 油润滑 加载M＝240牛顿米
效率为47％，(与计算值48％接近)
3.最高温升：n＝3000转/分，M＝240牛顿米 自然空气
冷却，最高温升36度。
4.运转平稳，噪声小。
本实用新型的复级谐波齿轮机构的优点：
使复级(单模数、双模数)谐波传动速比在150～100000范围内变化，而150～1500速比应用较多。如果计及双模数齿啮输出(环状柔轮)谐波传动装置，则速比覆盖范围可达50～100000(变化到2000多倍)。这样大的速比范围，而减速机的体积不变，其它任何传动装置是不可能实现的。在减速机外形尺寸基本不变的条件下，只适当更换不同的刚轮、柔轮和凸轮(谐波发生器)即可实现速比的大范围变化，有利于减速机的互换，及配套产品技术指标的改善。
Claims (3)
1.一种复级谐波齿轮机构，它由端盖(1)、输入轴(2)、谐波发生器(3)、输入级刚轮(4)、输入级柔轮(5)、输出级柔轮(6)、输出级刚轮(7)、壳体(8)、输出轴(9)、轴承(10)、以及轴端密封件(11)组成，输入级刚轮(4)和输入级柔轮(5)构成输入级减速机构，输出级柔轮(6)和输出级刚轮(7)构成输出级传动机构，形成复级谐波齿轮传动机构，输入级柔轮(5)和输出级柔轮(6)为一体的环状柔轮，输入级柔轮(5)的齿和输出级柔轮(6)的齿分布在环状柔轮两端的柱面上，本实用新型的特征在于：输入级减速机构的齿轮和输出级传动机构的齿轮采用不同模数的齿轮，输入级减速机构的输入级刚轮(4)和输入级柔轮(5)的齿轮模数m1不等于输出级传动传动机构的输出级柔轮(6)和输出级刚轮(7)的齿轮模数m2，或者m1＞m2，或者m2＞m1。
2.根据权利要求1所述的复级谐波齿轮机构，其特征在于：所述的输出级传动机构输出级柔轮(6)的齿数小于输出级刚轮(7)的齿数，构成输出级为减速输出的复级谐波齿轮机构。
3.根据权利要求1所述的复级谐波齿轮机构，其特征在于：所述的输出级传动机构输出级柔轮(6)的齿数等于输出级刚轮(7)的齿数，构成输出级为等速输出的单级谐波齿轮机构。
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1996
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