CN2352757Y - 随需组合式刚体谐波减速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种机械传动装置，其实现了整体简化、运转平稳和承载能力强，且能径、轴向随需组合的刚体谐波减速器。它主要由齿圈、复合齿轮、偏心芯件等构成，其单级和多级组合使用灵活性大，具有易小型化和通用性好等突出特点。本实用新型可应用于涉及机械传动的几乎所有领域。

Description

随需组合式刚体谐波减速器

本实用新型涉及一种机械传动装置，特别是刚体谐波减速器。

传统的谐波减速器或是零部件多、结构复杂、体积重量大，运转时传递层次和磨檫点多，导致其效率低下、承载能力差，在高速运转时振动大，耐用性差；或是制造成本高，不能多级组合使用，因而其应用极受限制。申请号为89210731.6公开的中国专利申请《滚柱(珠)谐波减速器》，其基本结构较为紧凑，主要有架轮(输出轴)、三角形内牙轮、滚柱、大挡圈、波凸轮和输入轴等，零部件相对较少。但其三角形内牙轮与滚柱组成的齿轮副啮合状态不尽理想，设计、加工也不易；《滚柱(珠)谐波减速器》虽也能靠扩充结构做多级组合使用，但扩充结构本身结构复杂，实现组合应用困难。专利号为ZL-92244297.5公开的《心轴固定变速轴承)，采用了摆线形内齿与滚子啮合的齿轮副，结构较为合理。但所采用单偏心套结构运行不平稳，其传递层次甚至多于传统谐波减速器，还对与之匹配的设备有特定要求，又不能多级组合使用。

本实用新型的目的在于：实现一种整体结构简化、容易制造，运转平稳和承载能力强，且能径、轴向随需组合的刚体谐波减速器。

本实用新型主要由齿圈、复合齿轮、偏心芯件和端盖构成，其中：

a>齿圈内圆中部有齿廓为摆线形的内齿，内齿根圆直径小于齿圈的内圆直径；

b>复合齿轮由杯形体和动齿组成，杯形体装在齿圈内，其杯足中心有孔，其杯为直壁圆筒，环筒壁均布有径向贯穿的齿孔，动齿为圆柱滚子或钢球，装在齿孔内，并能在齿孔内转动和沿杯形体直壁圆筒的径向移动；

c>偏心芯件装在所说杯形体的直壁圆筒内，其外周边为双圆饼形或跑道椭圆形；

d>端盖中心有孔，装在齿圈两端。

本实用新型所述杯足的外周边为跑道椭圆形、双圆饼形，还可以是圆形。

本实用新型所述环直壁圆筒壁均布且径向贯穿筒壁的齿孔有1～2圈，齿孔为槽形或圆形，槽形齿孔环直壁圆筒壁呈轴向均布，其轴向长度是所说钢球型动齿直径的整数倍，槽的两端可以是半圆形。

本实用新型所述偏心芯件为单件式或复合式。单件式偏心芯件的中心或是有孔，或是有与之一体的轴；复合式偏心芯件由芯圈、芯轮组成，芯圈有齿廓为摆线形的内齿，芯轮装在芯圈内，由芯轮架和动齿组成，芯轮架为一端有法兰盘的直壁圆筒，环筒壁均布有1～2圈径向贯穿筒壁的齿孔，动齿为装在齿孔内的圆柱滚子或钢球，其能在齿孔内转动和沿芯轮架直壁圆筒的径向移动。

本实用新型变速核心部分结构紧凑、合理，关键部件少，通用性和可互换性好，加工容易且易规范化；所公开的技术方案易标准化和系列化。经所述“复合齿轮”和“偏心芯件”的变换及组合，可随需装配成有极强适应性的刚体谐波减速“单元”或“复合装置”，即本实用新型既能被制成可作“部件”使用的小型化的“减速单元”，也可在有大降速比要求的场合随需组合装配成有多级减速功效的刚体减速器；根据需要，采用不同形状、尺寸的“齿孔”、“动齿”的变换组配，来满足不同承载强度的要求。本实用新型适应强、应用范围广，可渗透到涉及机械传动的各个领域。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1为嵌装型随需组合式刚体谐波减速器主视图。

图2为嵌装型随需组合式刚体谐波减速器侧视图。

图3为杯足外周边是“跑道椭圆形”的杯形体立体图。

图4为单层双圆柱滚子型动齿在槽形齿孔内的装配示意图。

图5为双层圆柱滚子型动齿在槽形齿孔内的装配示意图。

图6为单钢球型动齿在圆形齿孔内的装配示意图。

图7为单层多钢球型动齿在槽形齿孔内的装配示意图。

图8为单层圆柱滚子与钢球动齿混装在槽形齿孔内的装配示意图。

图9是外周边为双圆饼形、中心有圆孔单件式偏心芯件的主视图。

图10是外周边为双圆饼形、中心有圆孔单件式偏心芯件的侧视图。

图11是外周边为跑道椭圆形芯圈的主视图。

图12是外周边为跑道椭圆形芯圈的侧视图。

图13为芯轮架的主视图。

图14为芯轮架的侧视图。

图15为轴向单级随需组合式刚体谐波减速器侧剖图。

图16为轴向双级随需组合式刚体谐波减速器侧剖图。

图17为径向双级随需组合式刚体谐波减速器侧剖图。

图18为轴、径向混合多级随需组合式刚体谐波减速器侧剖图。

图19为落地式多级随需组合式刚体谐波减速器外形侧视图。

图20为落地式多级随需组合式刚体谐波减速器外形主视图。

图中：1-端盖，1.1-法兰盘形端盖，1.2-轴承盖式端盖，2-齿圈，2.1-齿圈内齿，3-杯形体，3.1-杯形体直壁圆筒(杯)，3.2-杯足，3.3-杯足外周边，4-动齿，4.1-圆柱滚子(动齿)，4.2-钢球(动齿)，5-齿孔，5.1-圆形齿孔，5.2-槽形齿孔，6-单件式偏心芯件，6.1-双圆饼形外周边，6.2-跑道椭圆形外周边，6.3-单件式偏心芯件轴，7-螺栓，8-输出轴，9-定位销，10-轴承，11-输入轴，12-芯轮架直壁圆筒，12.1-芯轮架法兰盘，13-芯圈，13.1-芯圈内齿，13.2-芯圈外周边，14-支脚，15-弹性挡圈，16-减速单元。

实施例1：实施例1由图1、图2构成。

如图所示，嵌装型随需组合式刚体谐波减速器由齿圈(2)、复合齿轮、单件式偏心芯件(6)、端盖(1)和弹性挡圈(15)等构成。齿圈(2)的外周边为圆形；环杯形体(3)直壁圆筒(3.1)杯壁有1圈径向贯穿的槽形齿孔(5)，其沿直壁圆筒(3.1)轴向均布；单个安装在其中的动齿为圆柱滚子(4.1)，其长度与直径比为1。在齿孔内，动齿除能转动外，还能沿直壁圆筒(3.1)的径向移动；单件式偏心芯件(6)外周边(6.2)为跑道椭圆形(即外周边(6.2)形如田径场的“跑道”，是由两相对平行线和两相对半圆共同封闭形成的“跑道椭圆”)，其是中心有孔的单件式偏心芯件(6)；端盖(1)装在齿圈(2)内。齿圈(2)两端有挡圈槽，弹性挡圈(15)装在挡圈槽内。“嵌装型随需组合式刚体谐波减速器”组装好后，其复合齿轮的各圆柱滚子(4.1)型动齿在直壁圆筒(3.1)内、外不同的啮合点上，与单件式偏心芯件(6)跑道椭圆形的外周边(6.2)和齿圈(2)的摆线形内齿(2.1)啮合接触。

取消图1、图2所示“嵌装型随需组合式刚体谐波减速器”的弹性挡圈(15)和端盖(1)，即构成本实用新型的“轴向减速基本单元”，其可以多个轴向串装使用。

本实施例及以下实施例的齿孔还可以是圆形齿孔(5.1)，其中装配钢球(4.2)型动齿(如图6所示)；齿孔环直壁圆筒(3.1)壁可均布有2圈。槽形齿孔(5.2)轴向长度还可以是所说钢球(4.2)型动齿直径的整数倍(如图4、图5、图、7和图8所示)，两端可以是半圆形(如图3所示)。装在槽形齿孔(5.2)内的圆柱滚子(4.1)型动齿的长度与直径比还可以是1以外的整数(如图4、图5和图8所示)，圆柱滚子(4.1)型动齿两端可以是半球体(如图4所示)、锥体(如图5所示)或是半椭圆体。动齿在齿孔内还可以是多个、单层安装(如图4、图7所示)，或是双层安装(如图5所示)的；圆柱滚子(4.1)型动齿在槽形齿孔(5.2)内呈轴向安装(如图2、图4、图5和图8所示)，并可与钢球(4.1)型动齿两端可以是半球体(如图4所示)、锥体(如图5所示)或是半椭圆体。动齿在齿孔内还可以是多个、单层安装(如图4、图7所示)，或是双层安装(如图5所示)的；圆柱滚子(4.1)型动齿在槽形齿孔(5.2)内呈轴向安装(如图2、图4、图5和图8所示)，并可与钢球(4.2)型动齿混合安装在齿孔内(如图8所示)。

固定“嵌装型随需组合式刚体谐波减速器”的齿圈(2)，让输入轴带动单件式偏心芯件(6)旋转，其跑道椭圆形外周边(6.2)会带动复合齿轮的各动齿在齿孔内作径向往复运动；当动齿被偏心芯件跑道椭圆形外周边(6.2)顶向齿圈(2)内齿(2.1)的摆线形曲面时，动齿会受到来自该曲面的切向反作用力，在该反作用力的作用下，复合齿轮在齿圈(2)内会相对偏心芯件及输入轴作减速旋转运动，即复合齿轮杯形体(3)的杯足(3.2)相对输入轴和偏心芯件作减速旋转运动。反之，若以主动轴带动杯形体(3)的杯足(3.2)旋转，则偏心芯件会相对主动轴作增速旋转运动。

实施例2：实施例2由图9、图10和图15构成。

如图所示，轴向单级随需组合式刚体谐波减速器主要有齿圈(2)、复合齿轮、单件式偏心芯件(6)、定位销(9)、端盖(1.1)、(1.2)、轴承(10)、螺拴(7)和弹性挡圈(15)等。齿圈(2)的外周边为圆形，周边有螺拴孔；环杯形体(3)直壁圆筒(3.1)杯壁沿轴向均布有2圈径向贯穿的槽形齿孔，其中单个安装有圆柱滚子(4.1)型动齿，圆柱滚子(4.1)的长度与直径比为1。单件式偏心芯件(6)的外周边(6.1)为双圆饼形(形如两叠靠成一体的“圆饼”，两“圆心”错开)；端盖(1)的外周边为圆形并有螺拴孔，其一为发兰盘形(1.1)，另一个为中心镶有轴承(10)的轴承盖式(1.2)。“轴向单级随需组合式刚体谐波减速器”组装完并由螺拴(7)固定后，其复合齿轮的各圆柱滚子(4.1)型动齿在直壁圆筒(3.1)杯内、外不同的啮合点上，与偏心芯件(6)双圆饼形外周边(6.1)和齿圈(2)的摆线形内齿(2.1)啮合接触。

止电机(输入)轴(11)经发兰盘形端盖(1.1)中心孔插入单件式偏心芯件(6)的中心孔，并将发兰盘形端盖(1.1)固定于电机输出端。当电机轴(11)带动单件式偏心芯件(6)一起旋转时，偏心芯件的双圆饼形外周边(6.1)会带动复合齿轮的各动齿在齿孔内作径向往复运动；同前，在来自摆线形曲面切向反作用力的作用下，整个复合齿轮在齿圈(2)内会相对电机轴(11)作减速旋转运动，即复合齿轮杯形体(3)的杯足(3.2)及插入其中心孔的输出轴(8)相对电机(输入)轴(11)作减速旋转运动。

本实施例可直接装在电机端盖等输出端，作减速输出机构。

实施例3：实施例3由图16构成。

如图所示，轴向双级随需组合式刚体谐波减速器主要由中间的双“轴向减速基本单元”、端盖(1.1)和(1.2)，以及轴承(10)、螺拴(7)和弹性挡圈(15)等构成。其两端结构及固定方式与实施例2类似。所谓双“轴向减速基本单元”，是由两个装在法兰盘形端盖(1.1)与轴承盖式端盖(1.2)之间、轴向串接的“轴向减速基本单元”所组成。靠法兰盘形端盖(1.1)的“轴向减速基本单元”，其偏心芯件为中心有轴(6.3)的单件式偏心芯件(6),(6)的外周边为跑道椭圆形，该单元复合齿轮杯形体(3)杯足(3.2)的外周边也为跑道椭圆形，杯足(3.2)作为另一“轴向减速基本单元”的“偏心芯件”装在另一复合齿轮的杯形体(3)内，经圆柱滚子(4.1)形动齿与套装其外的杯形体(3)和齿圈(2)的内齿啮合，即其既是前一级“轴向减速基本单元”的输出端，同时也是后一级“轴向减速基本单元”的输入端。作“偏心芯件”的杯足(3.2)作为另一“轴向减速基本单元”的“偏心芯件”装在另一复合齿轮的杯形体(3)内，经圆柱滚子(4.1)形动齿与套装其外的杯形体(3)和齿圈(2)的内齿啮合，即其既是前一级“轴向减速基本单元”的输出端，同时也是后一级“轴向减速基本单元”的输入端。作“偏心芯件”的杯足(3.2)的中心孔经滚针轴承(10)与插入其中的输出轴(8)连接。

经轴(6.3)带动单件式偏心芯件(6)旋转时，在前述实施例所述作用力的作用下，紧靠法兰盘形端盖(1.1)的“轴向减速基本单元”的杯形体(3)杯足(3.2)相对输入转速作减速旋转运动，并经与之啮合的动齿带动另一“轴向减速基本单元”的复合齿轮和输出轴(8)作更低速的旋转运动。经过两串接的“轴向减速基本单元”的两级减速，输出轴(8)的旋转速度相对单件式偏心芯件(6)的轴(6.3)有很大的降速比。要获得比此更大的速比，可比照本实施例“轴向串装”多个“轴向减速基本单元”达到相应目的。

实施例4：实施例4由图17构成。

如图所示，径向双级随需组合式刚体谐波减速器主要由齿圈(2)、复合齿轮及杯形体(3)中的双偏心芯件，以及端盖(1.1)、(1.2)、轴承(10)和螺拴(7)等构成。其两端盖、齿圈、复合齿轮的结构及固定方式与实施例2类似。所谓“双偏心芯件”为复合齿轮杯形体(3)杯内两层套装的偏心芯件。其核心的偏心芯件为中心有孔的单件式偏心芯件(6)，外周边为双圆饼形；套装其外的为复合式偏心芯件，由芯圈(13)和芯轮组成，芯圈(13)有齿廓为摆线形的内齿(13.1)，其外周边也为双圆饼形，芯轮架(12)的直壁圆筒装在芯圈(13)内，芯轮架(12)一端的法兰盘(12.1)紧靠法兰盘形端盖(1.1)，环芯轮架(12)直壁圆筒壁均布有2圈径向贯穿的槽形齿孔，装在其中的动齿为圆柱滚子(4.1)，其长度与直径比为1。核心的偏心芯件，经芯轮架(12)上的圆柱滚子(4.1)型动齿与套装其外的复合式偏心芯件啮合，复合式偏心芯件再经复合齿轮的动齿(4.1)与复合齿轮啮合。所述芯轮架(12)法兰盘(12.1)的中心还装有轴承(10)，端面有螺拴孔。

输入(如电机)轴(11)插装到“径向双级随需组合式刚体谐波减速器”核心的单件式偏心芯件(6)的中心孔中，当其带动核心的偏心芯件旋转时，核心偏心芯件带动套装其外、与之啮合的复合式偏心芯件的芯圈(13)相对输入(如电机)轴(11)作减速旋转，复合式偏心芯件同时又带动输出轴(8)在外经复合齿轮相对复合式偏心芯件作更减速的旋转，即经“双偏心芯件”两级减速后，复合齿轮杯形体(3)的杯足相对输入轴(11)得到一个很大的降速比。同样地，要获得更大的速比，可比照本实施例“多层”套装“偏心芯件”达到相应目的。与实施例3“轴向串装”不同的是，本实施例是用“径向套装”加级的方式来获得大降速比，即在不增加轴向尺寸的前提下增加减速比，使其可以“薄型化”。

本实施例所述芯圈(13)的外周边还可以是跑道椭圆形(如图11所示)：一端有法兰盘(12.1)的芯轮架(12)的直壁圆筒(如图13、图14所示)，环其筒壁均布、径向贯穿筒壁的齿孔还可是仅有1圈，齿孔也可以是圆形齿孔(5.1)、其中能装配钢球(4.2)型动齿(如图6所示)：若是槽形齿孔，其轴向长度还可以是所说钢球(4.2)型动齿直径的整数倍(如图4、图5、图7和图8所示)，两端可以是半圆形(如图14所示)。装在槽形齿孔(5.2)内的圆柱滚子(4.1)型动齿的长度与直径比还可以是1以外的整数(如图4、图5和图8所示)，圆柱滚子(4.1)型动齿两端可以是半球体(如图4所示)、锥体(如图5所示)或是半椭圆体。动齿在齿孔内还可以是多个、单层安装(如图4、图7所示)，或是双层安装(如图5所示)的；圆柱滚子(4.1)型动齿在槽形齿孔(5.2)内呈轴向安装(如图2、图4、图5和图8所示)，并可与钢球(4.2)型动齿混合安装在齿孔内(如图8所示)。

实施例5：实施例5由图18构成。

轴、径向混合多级随需组合式刚体谐波减速器，是前述的轴向单级与径向双级随需组合式刚体谐波减速器的组合体。其“输入级”(与输入轴(11)连接的减速器)为“径向双级减速器”，输入轴(11)插入该级偏心芯件(6)的中心孔，装在偏心芯件(6)外的复合齿轮杯形体(3)的杯足(3.2)插入作“输出级”的“轴向单级减速器”的偏心芯件(6)的中心孔中，本实施例中，“输入级”和“输出级”的偏心芯件(6)均为中心有孔的单件式，外周边也都为跑道椭圆形。作“输出级”的轴向单级减速器，其复合齿轮杯形体(3)的杯足(3.2)与输出轴连为一体。本实施例还可以多级随需组合，组装更多级(层)的刚体谐波减速器。

实施例6：实施例6由图19、图20构成。

如图所示，落地式多级随需组合式刚体谐波减速器的端盖(1)有支脚(14)。其中(16)可以是“轴向减速基本单元”，或是“径向双级”的减速单元，还可以是“轴、径向混合多级”的减速单元。

Claims (9)

1一种随需组合式刚体谐波减速器，其特征在于它由齿圈(2)、复合齿轮、偏心芯件和端盖(1)构成，其中：

a>齿圈(2)内圆中部有齿廓为摆线形的内齿(2.1)，内齿(2.1)根圆直径小于齿圈(2)的内圆直径；

b>复合齿轮由杯形体(3)和动齿(4)组成，杯形体(3)装在齿圈(2)内，其杯足(3.2)中心有孔，杯为直壁圆筒(3.1)，环筒壁均布有径向贯穿的齿孔(5)，动齿(4)为圆柱滚子(4.1)或钢球(4.2)，装在齿孔(5)内，并能在齿孔(5)内转动和沿杯形体(3)直壁圆筒(3.1)的径向移动；

c>偏心芯件装在所说杯形体(3)的直壁圆筒(3.1)内，其外周边为双圆饼形或跑道椭圆形；

d>端盖(1)中心有孔，装在齿圈(2)两端。

2如权利要求1所说的随需组合式刚体谐波减速器，其特征在于所述杯足(3.2)的外周边为跑道椭圆形、双圆饼形或是圆形。

3如权利要求1所说的随需组合式刚体谐波减速器，其特征在于所述齿孔(5)环直壁圆筒(3.1)筒壁均布且有1～2圈，齿孔(5)为槽形或圆形，槽形齿孔环直壁圆筒(3.1)壁呈轴向均布，其轴向长度是所说钢球(4.2)型动齿直径的整数倍，槽的两端可以是半圆形。

4如权利要求1所说的随需组合式刚体谐波减速器，其特征在于所述圆柱滚子(4.1)型动齿的长度与直径比为1或是整数，其两端可以是半球体、锥体或是半椭圆体。

5如权利要求1所说的随需组合式刚体谐波减速器，其特征在于所述动齿(4)在齿孔(5)内是一个或多个、单层或双层安装的，圆柱滚子(4.1)型动齿在齿孔(5)内呈轴向安装，并可与钢球(4.2)型动齿混合安装齿孔(5)内。

6如权利要求1所说的随需组合式刚体谐波减速器，其特征在于所述偏心芯件为单件式偏心芯件(6)，其中心或是有孔，或是有轴(6.3)。

7如权利要求1所说的随需组合式刚体谐波减速器，其特征在于所述偏心芯件还可以是由芯圈(13)、芯轮组成的复合式偏心芯件，芯圈(13)有齿廓为摆线形的内齿(13.1)，芯轮装在芯圈(13)内，由芯轮架(12)和动齿(4)组成，芯轮架(12)为一端有法兰盘(12.1)的直壁圆筒，环筒壁均布有1～2圈径向贯穿的齿孔(5)，动齿(4)为装在齿孔(5)内的圆柱滚子(4.1)或钢球(4.2)，其能在齿孔(5)内转动和沿芯轮架(12)直壁圆筒的径向移动。

8如权利要求1所说的随需组合式刚体谐波减速器，其特征在于所述齿圈(2)的外周边为圆形、方形或梅花形，齿圈壁可以有若干轴向通孔。

9如权利要求1所说的随需组合式刚体谐波减速器，其特征在于所述端盖的外周边可以是圆形、方形、梅花形，还可以有支脚(14)，其端面还可以有通孔。

Images