TWI633245B - 諧波齒輪減速機 - Google Patents

Abstract

一種諧波齒輪減速機包含有剛性環輪、撓性環輪及波產生器。剛性環輪具有一內環齒部。撓性環輪設置於剛性環輪內且具有一外環齒部，外環齒部部分嚙合於內環齒部。撓性環輪套設於波產生器，波產生器形成有至少一緩衝空間。

Description

諧波齒輪減速機

本發明係關於一種諧波齒輪減速機，尤其關於一種具有改良後之波產生器的諧波齒輪減速機。

諧波齒輪減速機是一種具有精度高、背隙小、減速比高、重量輕、體積小、承載能力大、效率高等優點的傳動裝置，已廣泛使用在航太、機器人、工具機、光學儀器等精密機具上。

圖1顯示習知諧波齒輪減速機的分解圖。如圖1所示，習知諧波齒輪減速機100主要包含有一剛性環輪101、一撓性環輪103及一發波器102(或稱波產生器)。剛性環輪101的內側環面包含形成有多個內齒的內環齒部111。撓性環輪103的外側環面包含形成有多個外齒的外環齒部112。內環齒部111嚙合傳動地嚙合外環齒部112，發波器102(或稱波產生器)可轉動地設於撓性環輪103內。發波器102包含凸輪130及設於凸輪130外側的軸承140。

圖2顯示習知諧波齒輪減速機的平面圖。如圖2所示，發波器102的輪廓 形狀一般為橢圓形、且與動力源聯結，當動力源轉動時、撓性環輪103的內壁因與發波器102的外周輪廓結合而產生變形，使得剛性環輪101的內齒和撓性環輪103的外齒，兩者間在發波器102長軸處完全嚙合，而在發波器102短軸處完全脫離。因為剛性環輪101的內齒和撓性環輪103的外齒間存在齒數差異，故而動力源持續運轉時達到高減速比的效果。

然而，諧波齒輪減速機100因加工與組合產生的精度誤差、長期運轉磨耗的配合誤差等所產生的綜合精度誤差。這些問題，直接影響了諧波齒輪減速機100的囓合率、傳動精度、壽命等。圖3顯示習知諧波齒輪減速機之波產生器，其凸輪外環套的示意圖。為了解決上述的問題，臺灣專利號I444549提出用於諧波齒輪減速機的波產生器，包含一凸輪、一凸輪外環套120及一軸承。凸輪外環套120套設於凸輪且位於軸承與凸輪間，凸輪外環套120上形成開槽1224及1224’，可增加凸輪外環套120的撓性，使凸輪外環套120能夠產生變形，以調整凸輪外環套120之外型輪廓；以及波產生器之整體外型輪廓的效果。

然而，習知結構還有進一步的改良空間，有鑑於此，本發明對諧波齒輪減速機及波產生器結構改良，提供了一種製造簡單、低成本的解決方案。

本發明一目的在於，提供一種諧波齒輪減速機，其波產生器形成有至 少一緩衝空間。本發明另一目的在於，提供一種諧波齒輪減速機，利用至少一緩衝空間，以使其剛柔輪齒間嚙合時，保有一個自變的彈性，因此產生了囓合自調補償的效應。

依據本發明一態樣，一種諧波齒輪減速機包含有剛性環輪、撓性環輪及波產生器。剛性環輪具有一內環齒部。撓性環輪設置於剛性環輪內且具有一外環齒部，外環齒部部分嚙合於內環齒部。撓性環輪套設於波產生器，波產生器設有多個緩衝空間。

於一實施例中，波產生器包含一凸輪及一軸承。凸輪具有一長軸及一短軸。軸承設於凸輪外側。該些緩衝空間包含一第一緩衝空間及一第二緩衝空間。第一緩衝空間及第二緩衝空間的位置，分別位於長軸的兩端的位置且相互對應。

於一實施例中，波產生器更包括：一第一節點；一第二節點；一第三節點其與第一節點界定出一第一弧的弧長；以及一第四節點其與第二節點界定出一第二弧的弧長。

於一實施例中，波產生器的第一弧及第二弧，具有相同的曲率。

於一實施例中，凸輪及軸承界定出該些緩衝空間。

於一實施例中，第一節點、第二節點、第三節點及第四節點位於凸輪。第一節點及第二節點間的至少一截面與軸承，形成第一緩衝空間。

於一實施例中，第一節點、第二節點間的該至少一截面包含n個截面，第一節點是該n個截面的起點，該第二節點是該n個截面的終點，且n為大於等於1的正整數。而且第一節點、第二節點及該n個截面；與軸承形成第一緩衝空間。

於一實施例中，凸輪更包含一基準點，基準點連接第一節點的直線及基準點連接第二節點的直線形成一緩衝夾角。外環齒部與內環齒部的嚙合部分的兩個端點分別連接基準點的兩直線，形成一嚙合夾角。而且，緩衝夾角小於等於嚙合夾角。

於一實施例中，軸承與撓性環輪界定出該些緩衝空間。

於一實施例中，第一節點、第二節點、第三節點及第四節點位於軸承。第一節點及第二節點間的至少一截面與撓性環輪，形成第一緩衝空間。

第一節點、第二節點間的至少一截面包含n個截面，第一節點是該n個截面的起點，第二節點是該n個截面的終點，且n為大於等於1的正整數。第一節點、第二節點及該n個截面；與撓性環輪形成第一緩衝空間。

凸輪更包含一基準點，基準點連接第一節點的直線及基準點連接第二節點的直線形成一緩衝夾角。外環齒部與內環齒部的嚙合部分的兩個端點分別連接基準點的兩直線，形成一嚙合夾角。緩衝夾角小於等於嚙合夾角。

依據本發明一實施例，改良波產生器使其形成緩衝空間，藉以緩衝內環齒部及外環齒部間的嚙合公差。於一實施例中，將波產生器的凸輪其長軸削邊，形成一截面，故使得諧波齒輪減速機，其外環齒部及內環齒部在該長軸處嚙合時，此一削邊後截面會形成前述的緩衝空間，使得內環齒部及外環齒部間嚙合時，保有一個自變的彈性，因此產生了囓合自調補償的效應。此外，一實施例中，提供了一種製造簡單、低成本的製造方法，以獲得具有順應效果的諧波齒輪減速機。

100‧‧‧諧波齒輪減速機

101‧‧‧剛性環輪

102‧‧‧發波器

103‧‧‧撓性環輪

111‧‧‧內環齒部

112‧‧‧外環齒部

120‧‧‧凸輪外環套

1224‧‧‧開槽

1224’‧‧‧開槽

130‧‧‧凸輪

140‧‧‧軸承

200‧‧‧諧波齒輪減速機

201‧‧‧剛性環輪

202,202a,202b,202c‧‧‧波產生器

203‧‧‧撓性環輪

211‧‧‧內環齒部

212‧‧‧外環齒部

230‧‧‧凸輪

240‧‧‧軸承

251‧‧‧第一緩衝空間

252‧‧‧第二緩衝空間

253‧‧‧第一截面

254‧‧‧第二截面

255‧‧‧第三截面

256‧‧‧第四截面

291‧‧‧第一弧

292‧‧‧第二弧

511‧‧‧第一切口

512‧‧‧第二切口

521‧‧‧第三切口

522‧‧‧第四切口

從以下之詳細說明及附圖，其僅是用以說明而非本發明所限定，能夠更全面地理解本發明。

圖1顯示習知諧波齒輪減速機的分解圖。

圖2顯示習知諧波齒輪減速機的平面圖。

圖3顯示習知諧波齒輪減速機之波產生器，其凸輪外環套的示意圖。

圖4顯示本發明一實施例之諧波齒輪減速機的示意圖。

圖5a顯示本發明一實施例諧波齒輪減速機之波產生器的示意圖。

圖5b顯示本發明一實施例諧波齒輪減速機之波產生器的示意圖。

圖5c顯示本發明一實施例諧波齒輪減速機之波產生器的示意圖。

圖5d顯示本發明一實施例諧波齒輪減速機之波產生器的示意圖。

圖6顯示本發明一實施例諧波齒輪減速機之波產生器，其凸輪的示意圖。

將參照附圖，詳細地說明本發明，其中相同的標號將用於識別多個視點的相同或近似的元件。應注意的是，圖式應以標號的取向方向觀看。

圖4顯示本發明一實施例之諧波齒輪減速機的示意圖。如圖4所示，諧波齒輪減速機200包含一剛性環輪201、一撓性環輪203及一波產生器202。剛性環輪201其內側包含一具有多數咬合齒的內環齒部211。撓性環輪203設置於剛性環輪201之內且其外側包含一具有多數咬合齒的外環齒部212，外環齒部212部分嚙合於內環齒部211。波產生器202設置於撓性環輪203內，較佳地撓性環輪203套設於波產生器202，而且波產生器202形成有至少一緩衝空間。於本實施例中，至少一緩衝空間包含一第一緩衝空間251及一第二緩衝空間252。

更具體而言，當內環齒部211及外環齒部212的咬合齒，因製造公差無法完全嚙合時，亦即內環齒部211及外環齒部212的嚙合部分無法完全地互 相嵌入，內環齒部211及外環齒部212的嚙合部分間的間隙空間會擴大，剛性環輪201及撓性環輪203形成卡合而摩擦力大，造成轉動的停頓或不順暢現象，而使諧波減速機200無法順暢地轉動。由於波產生器202形成有至少一緩衝空間，能夠提供彈性，用以順應內環齒部211及外環齒部212的嚙合部分間的間隙空間，讓內環齒部211及外環齒部212間之嚙合部分能夠被擠壓入緩衝空間，減少剛性環輪201及撓性環輪203卡合時的摩擦力。

於一實施例中，波產生器202包含一凸輪230及軸承240。軸承240設於凸輪230外側且具有撓性。凸輪230的外圍形成近似橢圓的形狀，而具有一長軸及一短軸。由於軸承240及撓性環輪203具有撓性，外環齒部212的外形會配合凸輪230的外形，因此位於凸輪230之長軸兩端側的外環齒部212的數個咬合齒，嚙合於內環齒部211；而位於凸輪230之短軸兩端側的外環齒部212的咬合齒遠離內環齒部211。

如圖4所示，較佳的情況是，第一緩衝空間251及第二緩衝空間252的位置，分別對應於凸輪230之長軸兩端的位置。更具體而言，第一緩衝空間251及第二緩衝空間252的位置分別靠近凸輪230之長軸兩端而遠離短軸兩端的位置，使得內環齒部211及外環齒部212的嚙合部分靠近第一緩衝空間251及第二緩衝空間252，便於緩衝被擠壓的內環齒部211及外環齒部212間之前述嚙合部分。

本發明不限定第一緩衝空間251及第二緩衝空間252的形成方式，只要 能緩衝內環齒部211及外環齒部212間之嚙合部分的公差即可。如圖4所示，於一實施例中，在波產生器之凸輪230的外周表面上進行平面削邊，而於凸輪230的外周表面上形成至少一截面。較佳地，軸承240的內周長大於凸輪230的外周長，藉以形成該至少一截面。本實施例中，至少一截面包含第一截面253及第二截面254，而且第一截面253及第二截面254的位置位於凸輪230之長軸的兩端的頂端。軸承240分別與凸輪230的第一截面253及第二截面254界定第一緩衝空間251及第二緩衝空間252。利用截面來形成緩衝空間的優點在於製造簡單而且成本低。

於一實施例中，亦可以在凸輪230之外周側設置至少一凹槽，來形成前述至少一緩衝空間。圖5a顯示本發明一實施例諧波齒輪減速機之波產生器的示意圖。如圖5a所示，於一實施例中，依據波產生器202a，在凸輪230之長軸的兩端側分別形成由凸輪230所界定的一通孔，且此兩通孔之由凸輪230所界定的內部空間即為該第一緩衝空間251及第二緩衝空間252。

圖5b顯示本發明一實施例諧波齒輪減速機之波產生器的示意圖。如圖5b所示，於一實施例中，依據波產生器202b，在凸輪230之長軸的一端側分別形成由凸輪230所界定的第一切口511及第二切口512。於一實施例中，第一切口511及第二切口512從外表面向內延伸，兩者間隔著連接部，並且沿凸輪230之長軸對稱。凸輪230的第一切口511及第二切口512的壁面與軸承240所界定出的空間，組合成第一緩衝空間251。在凸輪230之長軸的另一端側分別形成由凸輪230所界定的第三切口521及第四切口522。於一實施例 中，第三切口521及第四切口522從外表面向內延伸，兩者間隔著連接部，並且沿凸輪230之長軸對稱。凸輪230的第三切口521及第四切口522的壁面與軸承240所界定出的空間，組合成第二緩衝空間252。

圖5c顯示本發明一實施例諧波齒輪減速機之波產生器的示意圖。如圖5c所示，於一實施例中，依據波產生器202c，亦可以直接於軸承240的外周表面上進行平面削邊，而於軸承240的外周表面上形成至少一第一截面，本實施例中，至少一截面包含第三截面255及第四截面256。撓性環輪203分別與軸承240的第三截面255及第四截面256界定第一緩衝空間251及第二緩衝空間252。此外，亦可以於軸承240上形成如圖5a及5b所示的通孔及切口(未圖示)，來形成緩衝空間。於一實施例中，軸承240可以包含一軸承本體及一軸承外套，分別製造後再將軸承外套套設於軸承本體，其中於軸承外套的外周面上形成前述截面、切口或通孔等。

圖5d顯示本發明一實施例諧波齒輪減速機之波產生器的示意圖。如圖5d所示，於一實施例中，於凸輪230的外周表面上形成二截面，而且該些截面的位置位於凸輪230之短軸的兩端的頂端，藉以使第一緩衝空間251及第二緩衝空間252靠近凸輪230之短軸的兩端側。圖5d實施例的第一緩衝空間251及第二緩衝空間252，相較於圖4實施例，較遠離於內環齒部211及外環齒部212間的嚙合部分。此時，可以透過撓性環輪203的撓性，讓嚙合部分間的公差間接地在第一緩衝空間251及第二緩衝空間252得到緩衝。此外，亦可以於軸承240上形成如圖5d所示位置的截面來形成緩衝空間。

圖5c實施例之緩衝空間能夠提供較高彈性。相異於此，從內環齒部211及外環齒部212間的嚙合狀態或程度的角度來看，除了撓性環輪203的支撐外，還包含軸承240的支撐，因此圖4、圖5a及圖5b實施例之內環齒部211及外環齒部212間的嚙合力較大。

請參照圖4，內環齒部211及外環齒部212間的嚙合部分的兩端與一基準點間，形成一夾角，以下稱為嚙合夾角A。第一緩衝空間251及第二緩衝空間252之沿凸輪230的外周方向的兩端點與該基準點間，形成另一夾角，以下稱為緩衝夾角a。為了確保內環齒部211及外環齒部212間的嚙合狀態或程度，較佳地使嚙合夾角A大於緩衝夾角a。於本實施例，基準點設於凸輪230之長軸及短軸的交叉點。一實施例中，基準點可以為凸輪230的旋轉軸心，而且內環齒部211及外環齒部212間所產生相對嚙合部分的最外側的2個咬合齒至旋轉軸心間所形成的夾角，為嚙合夾角A。第一緩衝空間251及第二緩衝空間252之沿凸輪230的外周方向的兩端點與該旋轉軸心間，形成緩衝夾角a，且使嚙合夾角A大於緩衝夾角a。

圖6顯示本發明一實施例諧波齒輪減速機之波產生器，其凸輪的示意圖。如圖6所示，波產生器202的凸輪230(或軸承240)更包括第一節點E、第二節點F、第三節點G及第四節點H。第一節點E與第三節點G界定出一第一弧291的弧長，且第二節點F與第四節點H界定出一第二弧292的弧長。於一實施例中，第一弧291及第二弧292具有相同的曲率。

第一節點E及第二節點F間形成至少一截面。於本實施例中，該至少一截面包含6個截面，且凸輪230的該些截面與軸承240(或軸承240的該些截面與撓性環輪203)，形成一第一緩衝空間251。此外，第三節點G及第四節點H間形成至另一截面。於本實施例中，該至少另一截面包含3個截面，且該些截面與軸承240，形成一第二緩衝空間252。本發明不限定截面的形狀也不限定截面的數量。於一實施例中，該至少一截面或另一截面可以包含n個截面，第一節點E是該n個截面的起點而第二節點F是該n個截面的終點；或者第三節點G是該n個截面的起點而第四節點H是該n個截面的終點，且n為大於等於1的正整數。當n為無窮大時，第一節點E及第二節點F間形成弧面；或者第三節點G及第四節點H形成弧面。

依據本發明一實施例，波產生器凸輪與柔性軸承成非全周接觸。並且，對諧波減速機及其波產生器進行改良，在諧波減速機上突破以往觀念，使用改良的波產生器，其與撓性環輪間形成緩衝空間，提供了一種製造簡單、低成本的解決方案。更具體而言，於一實施例中，橢圓的波產生器因其凸輪長軸削邊，故使得諧波齒輪減速機在長軸處嚙合時，此一平面削邊會形成前述的“緩衝空間”使得剛柔輪齒間嚙合時，保有一個自變的彈性，因此，產生了囓合自調補償的效應，而能夠提高剛柔輪的嚙合數量。

如上，依據本發明一實施例，能夠提供一種具自調性的剛柔輪囓合補償與順應效果的諧波齒輪減速機及其波產生器，可補償諧波齒輪減速機因 加工與組合精度誤差以及長期運轉磨耗的配合誤差，所產生的綜合精度誤差。以此針對諧波齒輪減速機的囓合率、傳動精度、壽命，降低噪音、背隙、遲滯、啟動扭矩等工作效能，進行改善。

已詳細地說明本發明，相同的方法還能夠用很多種方法來改變，這是很明顯的。該些變形不應視為脫離本發明的精神和範圍。所有該些對於本領域具有通常知識者為明顯的修正，皆包含在本說明書之申請專利範圍中。

Claims (12)

1. 一種諧波齒輪減速機，其包含：一剛性環輪，具有一內環齒部；一撓性環輪，設置於該剛性環輪之內且具有一外環齒部，該外環齒部部分嚙合於該內環齒部；以及一波產生器，包含；一凸輪，其中該凸輪的壁面的至少一截面形成有至少一切口；以及一軸承，設於該凸輪外側，其中，該撓性環輪套設於該波產生器，且該軸承與形成該凸輪的該至少一切口的壁面的該至少一截面，界定出至少一緩衝空間。
2. 如請求項1所述的諧波齒輪減速機，其中，該波產生器的該凸輪，具有一長軸及一短軸，該至少一切口包含一第一切口及一第二切口；以及該至少一緩衝空間包含一第一緩衝空間及一第二緩衝空間，該至少一截面包含一第一截面及一第二截面，該軸承與該第一截面及該第二截面，界定出該第一緩衝空間及該第二緩衝空間，而且該第一緩衝空間及該第二緩衝空間的位置，分別位於該長軸的兩端的位置且相互對應。
3. 如請求項2所述的諧波齒輪減速機，其中該波產生器更包括：一第一節點E；一第二節點F； 一第三節點G，其與該第一節點E界定出一第一弧的弧長；以及一第四節點H，其與該第二節點F界定出一第二弧的弧長。
4. 如請求項3所述的諧波齒輪減速機，其中該波產生器的該第一弧及該第二弧，具有相同的曲率。
5. 如請求項2-4任一項所述的諧波齒輪減速機，其中該凸輪及該軸承界定出該些緩衝空間。
6. 如請求項5所述的諧波齒輪減速機，其中，該第一節點E、該第二節點F、該第三節點G及該第四節點H位於該凸輪，且該第一節點E及該第二節點F間的至少一截面與該軸承，形成該第一緩衝空間。
7. 如請求項6所述的諧波齒輪減速機，其中，該第一節點E、該第二節點F間的該至少一截面包含n個截面，該第一節點E是該n個截面的起點，該第二節點F是該n個截面的終點，且n為大於等於1的正整數；而且，該第一節點E、該第二節點F及該n個截面，與該軸承形成該第一緩衝空間。
8. 如請求項6所述的諧波齒輪減速機，其中，該凸輪更包含一基準點，該基準點連接該第一節點E的直線及該基準點連接該第二節點F的直線形成一緩衝夾角，該外環齒部與該內環齒部的嚙合部分的兩個端點分別連接該基準點的兩直線，形成一嚙合夾角， 而且該緩衝夾角小於等於該嚙合夾角。
9. 如請求項2-4任一項所述的諧波齒輪減速機，其中該軸承與該撓性環輪界定出該些緩衝空間。
10. 如請求項9所述的諧波齒輪減速機，其中，該第一節點E、該第二節點F、該第三節點G及該第四節點H位於該軸承，且該第一節點E及該第二節點F間的至少一截面與該撓性環輪，形成該第一緩衝空間。
11. 如請求項10所述的諧波齒輪減速機，其中，該第一節點E、該第二節點F間的該至少一截面包含n個截面，該第一節點E是該n個截面的起點，該第二節點F是該n個截面的終點，且n為大於等於1的正整數；而且，該第一節點E、該第二節點F及該n個截面，與該撓性環輪形成該第一緩衝空間。
12. 如請求項10所述的諧波齒輪減速機，其中，該凸輪更包含一基準點，該基準點連接該第一節點E的直線及該基準點連接該第二節點F的直線形成一緩衝夾角，該外環齒部與該內環齒部的嚙合部分的兩個端點分別連接該基準點的兩直線，形成一嚙合夾角，其中該緩衝夾角小於等於該嚙合夾角。