TWM625103U

TWM625103U - 諧波減速裝置

Info

Publication number: TWM625103U
Application number: TW110212992U
Authority: TW
Inventors: 謝昆儒; 李昌霖; 李東祐; 吳慶輝
Original assignee: 盟英科技股份有限公司
Priority date: 2021-02-04
Filing date: 2021-11-04
Publication date: 2022-04-01
Also published as: TWI811833B; TW202232012A

Abstract

本新型揭露一種諧波減速裝置，其包含波產生器、柔輪、第一剛輪及第二剛輪。波產生器能被驅動而以中心軸為中心旋轉。柔輪的外圍具有多個第一外齒狀結構、分隔槽及多個第二外齒狀結構。第一剛輪包含多個第一內齒狀結構，其用以與多個第一外齒狀結構相互嚙合。第二剛輪包含多個第二內齒狀結構，其用以與多個第二外齒狀結構相互嚙合。各個第一內齒狀結構的第一頂面與截面的第一交線與第一水平線的夾角介於0.1～5度。於截面中第一交線與中心軸之間的距離是由第一剛輪的內側向外側逐漸變小，截面的法線與中心軸相互垂直，且中心軸通過截面。

Description

諧波減速裝置

本新型涉及一種減速裝置，特別是一種具有兩個剛輪的諧波減速裝置。

請參閱圖1，其顯示為習知的雙剛輪諧波減速裝置的局部剖面示意圖。習知的雙剛輪諧波減速裝置的柔輪F，安裝於波產生器WG的外圍後，柔輪F的外齒狀結構F1將會變形，而變形後的外齒狀結構F1與兩個剛輪R1、R2所分別具有的內齒狀結構R11、R21的內側將產生干涉(即圖1中圈選處A)的問題，如此，將導致柔輪F與兩剛輪R1、R2的嚙合效率降低，進而會導致雙剛輪諧波減速裝置的使用壽命下降。

本新型公開一種諧波減速裝置，主要用以改善習知的雙剛輪諧波減速裝置，所存在的嚙合效率不佳及使用壽命低的問題。

本新型的其中一實施例公開一種諧波減速裝置包含：一波產生器、一柔輪及兩剛輪。波產生器用以連接一驅動單元，波產生器能被驅動單元帶動，而以一中心軸為中心旋轉；柔輪與波產生器的外圍相連接，柔輪的外圍具有多個第一外齒狀結構、多個第二外齒狀結構及一分隔槽，分隔槽位於各個第一外齒狀結構及各個第二外齒狀結構之間；兩剛輪分別定義為一第一剛輪及一第二剛輪，第一剛輪包含多個第一內齒狀結構，第二剛輪包含多個第二內齒狀結構，多個第一內齒狀結構用以與多個第一外齒狀結構嚙合，多個第二內齒狀結構用以與多個第二外齒狀結構嚙合；第一剛輪包含的多個第一內齒狀結構的數量與柔輪所包含的多個第一外齒狀結構的數量相同，第二剛輪包含的多個第二內齒狀結構的數量大於柔輪所包含的多個第二外齒狀結構的數量；第一剛輪的彼此相反的兩側分別定義為一內側及一外側，第二剛輪的彼此相反的兩側分別定義為一內側及一外側，第一剛輪與第二剛輪彼此相鄰地設置，且第一剛輪的內側與第二剛輪的內側彼此相面對地設置；第一剛輪的各個第一內齒狀結構包含一第一頂面及四個第一連接面，四個第一連接面與第一頂面的四邊線相連接；各個第一頂面與一截面的一第一交線，與平行於中心軸的一第一水平線的一第一夾角介於0.1～5度，且於截面中，第一交線與中心軸之間的直線距離是由第一剛輪的內側向第一剛輪的外側逐漸變小，截面的一法線方向與中心軸相互垂直，且中心軸通過截面。

綜上所述，本新型的諧波減速裝置通過第一夾角、第二夾角及分隔槽的設計，可以有效地提升柔輪的第一外齒狀結構與第一剛輪的第一內齒狀結構的嚙合效率，以及柔輪的第二外齒狀結構與第二剛輪的第二內齒狀結構的嚙合效率，進而可以提升諧波減速裝置的使用壽命。

為能更進一步瞭解本新型的特徵及技術內容，請參閱以下有關本新型的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本新型，而非對本新型的保護範圍作任何的限制。

於以下說明中，如有指出請參閱特定圖式或是如特定圖式所示，其僅是用以強調於後續說明中，所述及的相關內容大部份出現於該特定圖式中，但不限制該後續說明中僅可參考所述特定圖式。

請一併參閱圖2至圖6，本新型的諧波減速裝置100包含一波產生器1、一柔輪2及兩剛輪。波產生器1的外圍設置有柔輪2，柔輪2的外圍設置有兩剛輪。為利說明，於以下說明中，將兩剛輪分別定義為一第一剛輪3及一第二剛輪4，並將第一剛輪3及第二剛輪4所分別包含的多個內齒狀結構，分別定義為第一內齒狀結構31及第二內齒狀結構41。

波產生器(Wave Generator)1用以連接一驅動單元(例如馬達的轉軸、馬達的轉子等)，波產生器1能被驅動單元帶動，而以一中心軸CP為中心旋轉。

柔輪2與波產生器1的外圍相連接，柔輪2定義有一環狀本體2A，各個第一外齒狀結構21是形成於環狀本體2A的外圍，各個第二外齒狀結構22是形成於環狀本體2A的外圍，而多個第一外齒狀結構21與多個第二外齒狀結構22之間形成有一分隔槽2B。

在其中一個實施例中，各個第一外齒狀結構21的外型可以是與各個第二外齒狀結構22的外型完全相同，且柔輪2所包含的所有第一外齒狀結構21的數量及柔輪2所包含的所有第二外齒狀結構22的數量可以是完全相同，但不以此為限。在不同的實施例中，各個第一外齒狀結構21的外型，也可以是與各個第二外齒狀結構22的外型不相同，舉例來說，多個第一外齒狀結構21可以是直齒設計，而多個第二外齒狀結構22則可以是非直齒設計。

第一剛輪3包含多個第一內齒狀結構31，第一剛輪3所包含的多個第一內齒狀結構31用以與柔輪2的多個第一外齒狀結構21相互嚙合。第二剛輪4包含多個第二內齒狀結構41，第二剛輪4所包含的多個第二內齒狀結構41用以與柔輪2的多個第二外齒狀結構22相互嚙合。在實際應用中，第二剛輪4可以是與外部輸出構件相連接，舉例來說，第二剛輪4可以是直接或間接連接至輪子、手臂等構件。

第一剛輪3與第二剛輪4是相鄰地設置，且第一剛輪3的彼此相反的兩側分別定義為一內側3A及一外側3B，第二剛輪4的彼此相反的兩側分別定義為一內側4A及一外側4B，且第一剛輪3的內側3A與第二剛輪4的內側4A相面對地設置。

依上所述，在其中一個具體應用中，柔輪2所包含的多個第一外齒狀結構21的數量，可以是與柔輪2所包含的多個第二外齒狀結構22的數量相同，且第一剛輪3所包含的多個第一內齒狀結構31的數量，可以是與柔輪2的多個第一外齒狀結構21的數量相同，而第二剛輪4所包含的多個第二內齒狀結構41的數量大於柔輪2所包含的多個第二外齒狀結構22的數量。

承上，當驅動單元帶動波產生器1作動時，波產生器1將帶動柔輪2反覆地撓性變形，而柔輪2的多個第一外齒狀結構21的一部分將與第一剛輪3的多個第一內齒狀結構31的一部分相互嚙合，由於第一剛輪3所包含的第一內齒狀結構31的數量與柔輪2所包含的第一外齒狀結構21的數量相同，因此，柔輪2反覆地撓性變形時，柔輪2不會相對於第一剛輪3旋轉，而反覆地撓性變形的柔輪2的部分第二外齒狀結構22將會與第二剛輪4的部分第二內齒狀結構41相互嚙合，由於柔輪2所包含的第二外齒狀結構22的數量與第二剛輪4的第二內齒狀結構41的數量不相同，因此，第二剛輪4將被反覆地撓性變形的柔輪2帶動而旋轉，如此，驅動單元所輸入的高轉速動力，將由第二剛輪4以相對較低的轉速輸出。

請一併參閱圖4至圖8，第一剛輪3的各個第一內齒狀結構31包含一頂面311及四個連接面312，四個連接面312與頂面311的四邊線相連接。各個頂面311與一截面S的一交線3111，與平行於中心軸CP的一第一水平線H1的一第一夾角θ1介於0.1～5度，且於截面S中交線3111與中心軸CP之間的直線距離是由內側3A向外側3B逐漸變小；其中，截面S的一法線方向N與中心軸CP相互垂直，且中心軸CP通過截面S。

相同地，第二剛輪4的各個第二內齒狀結構41包含一頂面411及四個連接面412，四個連接面412與頂面411的四邊線相連接。各個頂面411與截面S的一交線4111，與平行於中心軸CP的一第二水平線H2的一第二夾角θ2介於0.1～5度，且於截面S中交線4111與中心軸CP之間的直線距離D2是由內側4A向外側4B逐漸變小。

依上所述，通過第一夾角θ1、第二夾角θ2及分隔槽2B等設計，可以使柔輪2保持軸向定位，而可有效地提升柔輪2與兩剛輪彼此間的嚙合效率(Mesh Efficiency)及諧波減速裝置100的承載能力，且還可以進一步延長諧波減速裝置100整體的使用壽命。

如圖1、圖2、圖4及圖5所示，在習知的諧波減速裝置Q中，柔輪F的外圍不具有本新型的柔輪2所具有的分隔槽2B，而習知的柔輪F安裝於波產生器WG的外圍時，柔輪F的外齒狀結構F1將發生相對明顯的變形的情況，且兩個剛輪R1、R2與柔輪F相互組合後，因為，柔輪F的外齒狀結構F1已經變形，所以柔輪F容易軸向位移，為此，將造成兩個剛輪R1、R2的內齒狀結構R11、R21與柔輪F的外齒狀結構F1的嚙合效率不佳的問題，進而可能導致諧波減速裝置Q整體的使用壽命下降。

另外，習知的諧波減速裝置Q由於柔輪F的外齒狀結構F1發生相對明顯的變形的情況，因此，習知的諧波減速裝置Q在運作時，柔輪F將容易發生左右晃動的問題。反觀，本新型的諧波減速裝置100，通過使柔輪2具有分隔槽2B、第一夾角θ1(如圖8所示)及第二夾角θ2(如圖9所示)等設計，在諧波減速裝置100在運作時，柔輪2相對不容易發生左右晃動的問題。

請一併參閱圖7至圖12，在較佳的實施例中，柔輪2被波產生器帶動而變形的最大徑向尺寸定義為一柔輪長軸，柔輪2被波產生器帶動而變形的最小徑向尺寸定義為一柔輪短軸；假設柔輪長軸定義為C _L，柔輪短軸定義為C _S，各個第一內齒狀結構31的一第一齒面寬定義為L ₁，第一夾角定義為θ ₁，各個第二內齒狀結構41的一第二齒面寬定義為L ₂，第二夾角定義為θ ₂，則C _L、C _S、L ₁、θ ₁符合θ ₁=C ₁*tan ^-1((C _L-C _S)/(4*L ₁))的關係式，其中，0.08≦C ₁≦0.45；C _L、C _S、L ₂、θ ₂符合θ ₂=C ₂*tan ^-1((C _L-C _S)/(4*L ₂))的關係式，其中0.08≦C ₂≦0.45，如此，將可以使柔輪2、第一剛輪3及第二剛輪4能夠達到相對較佳的嚙合效率。

請一併參閱圖7至圖13，在較佳的實施例中，柔輪2的環狀本體2A可以定義有一第一環狀部2A1、一第二環狀部2A2及一連接環狀部2A3，第一環狀部2A1的一側與連接環狀部2A3相連接，連接環狀部2A3的另一側與第二環狀部2A2相連接，多個第一外齒狀結構21形成於第一環狀部2A1的外圍，多個第二外齒狀結構22形成於第二環狀部2A2的外圍，連接環狀部2A3的外圍、多個第一外齒狀結構21及多個第二外齒狀結構22共同形成分隔槽2B。第一外齒狀結構21的齒頂圓(Addendum Circle)直徑定義為D _a1，第一外齒狀結構21的齒根圓(Dedendum Circle)直徑定義為D _f1，第二外齒狀結構22的齒頂圓(Addendum Circle)直徑定義為D _a2，第二外齒狀結構22的齒根圓(Dedendum Circle)直徑定義為D _f2，分隔槽2B的寬度定義為W _G；其中，在D _f1＜D _f2時，D _f1、D _a2、W _G符合以下關係式：

，3.5≦R≦20.8；

其中，在D _f1＞D _f2時，D _f2、D _a1、W _G符合以下關係式：

，3.5≦R≦20.8；

其中，第一環狀部2A1的厚度定義為t ₁，第二環狀部2A2的厚度定義為t ₂，連接環狀部2A3的厚度定義為t ₃，柔輪2的內徑定義為D _b；其中，t ₁=(D _f1-D _b)/2，t ₂=(D _f2-D _b)/2；當t ₁＜t ₂時，則t ₁≦t ₃≦t ₂；當t ₁＞t ₂時，t ₂≦t ₃≦t ₁。

依上所述，通過上述設計，可以使柔輪2、第一剛輪3及第二剛輪4能夠達到相對較佳的嚙合效率。

綜上所述，本新型的諧波減速裝置通過第一夾角、第二夾角及分隔槽的設計，可以有效地提升柔輪的第一外齒狀結構與第一剛輪的第一內齒狀結構的嚙合效率，以及柔輪的第二外齒狀結構與第二剛輪的第二內齒狀結構的嚙合效率，進而可以提升諧波減速裝置的使用壽命。另外，通過使第一夾角、第二夾角及柔輪符合上述關係式，還可以更進一步地提升柔輪與第一剛輪的嚙合效率，以及柔輪與第二剛輪的嚙合效率。

以上僅為本新型的較佳可行實施例，非因此侷限本新型的專利範圍，故舉凡運用本新型說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本新型的保護範圍內。

習知Q :諧波減速裝置 F:柔輪 F1:外齒狀結構 WG:波產生器 R1、R2:剛輪 R11、R21:內齒狀結構 A:圈選處 本新型100:諧波減速裝置 1:波產生器 2:柔輪 2A:環狀本體 2A1:第一環狀部 2A2:第二環狀部 2A3:連接環狀部 2B:分隔槽 21:第一外齒狀結構 22:第二外齒狀結構 3:第一剛輪 3A:內側 3B:外側 31:第一內齒狀結構 311:頂面 3111:交線 312:連接面 4:第二剛輪 4A:內側 4B:外側 41:第二內齒狀結構 411:頂面 4111:交線 412:連接面 CP:中心軸 S:截面 N:法線方向 H1:第一水平線 H2:第二水平線 θ1:第一夾角 θ2:第二夾角 D1:直線距離 D2:直線距離 C _L:柔輪長軸 C _S:柔輪短軸 D _b:柔輪的內徑 D _a1:第一外齒狀結構的齒頂圓直徑 D _f1:第一外齒狀結構的齒根圓直徑 D _a2:第二外齒狀結構的齒頂圓直徑 D _f2:第二外齒狀結構的齒根圓直徑 L ₁:第一齒面寬 L ₂:第二齒面寬 t ₁:第一環狀部的厚度 t ₂:第二環狀部的厚度 t ₃:連接環狀部的厚度 W _G:分隔槽的寬度

圖1為習知的雙剛輪諧波減速裝置的局部剖面示意圖。

圖2為本新型的諧波減速裝置的示意圖。

圖3為本新型的諧波減速裝置的剖面示意圖。

圖4為本新型的諧波減速裝置的分解示意圖。

圖5為沿圖2的剖線V-V的剖面示意圖。

圖6為圖5的局部放大示意圖。

圖7為本新型的諧波減速裝置的第一剛輪及第二剛輪的局部剖面示意圖。

圖8為本新型的諧波減速裝置的第一剛輪的局部截面示意圖。

圖9為本新型的諧波減速裝置的第二剛輪的局部截面示意圖。

圖10為本新型的諧波減速裝置的柔輪的局部剖面示意圖。

圖11為本新型的諧波減速裝置的柔輪變形前、後的示意圖。

圖12為本新型的諧波減速裝置的柔輪的局部剖面示意圖。

圖13為本新型的諧波減速裝置的柔輪的剖面示意圖。

1:波產生器

2:柔輪

2A:環狀本體

2B:分隔槽

21:第一外齒狀結構

22:第二外齒狀結構

3:第一剛輪

3A:內側

3B:外側

31:第一內齒狀結構

3111:交線

4:第二剛輪

4A:內側

4B:外側

41:第二內齒狀結構

4111:交線

Claims

一種諧波減速裝置，其包含：一波產生器，其用以連接一驅動單元，所述波產生器能被所述驅動單元帶動，而以一中心軸為中心旋轉；一柔輪，其與所述波產生器的外圍相連接，所述柔輪的外圍具有多個第一外齒狀結構、多個第二外齒狀結構及一分隔槽，所述分隔槽位於各個第一外齒狀結構及各個第二外齒狀結構之間；兩剛輪，其分別定義為一第一剛輪及一第二剛輪，所述第一剛輪包含多個第一內齒狀結構，所述第二剛輪包含多個第二內齒狀結構，多個所述第一內齒狀結構用以與多個所述第一外齒狀結構嚙合，多個所述第二內齒狀結構用以與多個所述第二外齒狀結構嚙合；所述第一剛輪包含的多個所述第一內齒狀結構的數量與所述柔輪所包含的多個所述第一外齒狀結構的數量相同，所述第二剛輪包含的多個所述第二內齒狀結構的數量大於所述柔輪所包含的多個所述第二外齒狀結構的數量；所述第一剛輪的彼此相反的兩側分別定義為一內側及一外側，所述第二剛輪的彼此相反的兩側分別定義為一內側及一外側，所述第一剛輪與所述第二剛輪彼此相鄰地設置，且所述第一剛輪的所述內側與所述第二剛輪的所述內側彼此相面對地設置；所述第一剛輪的各個所述第一內齒狀結構包含一第一頂面及四個第一連接面，四個所述第一連接面與所述第一頂面的四邊線相連接；各個所述第一頂面與一截面的一第一交線，與平行於所述中心軸的一第一水平線的一第一夾角介於0.1～5度，且於所述截面中，所述第一交線與所述中心軸之間的直線距離是由所述第一剛輪的所述內側向所述第一剛輪的所述外側逐漸變小，所述截面的一法線方向與所述中心軸相互垂直，且所述中心軸通過所述截面。
如請求項1所述的諧波減速裝置，其中，所述柔輪被所述波產生器帶動而變形的最大徑向尺寸定義為一柔輪長軸，所述柔輪被所述波產生器帶動而變形的最小徑向尺寸定義為一柔輪短軸；其中，所述柔輪長軸定義為C _L，所述柔輪短軸定義為C _S，各個所述第一內齒狀結構的一第一齒面寬定義為L ₁，所述第一夾角定義為θ ₁，且C _L、C _S、L ₁、θ ₁符合θ ₁=C ₁*tan ^-1((C _L-C _S)/(4*L ₁))的關係式，其中0.08≦C ₁≦0.45。
如請求項1所述的諧波減速裝置，其中，所述第二剛輪的各個所述第二內齒狀結構包含一第二頂面及四個第二連接面，四個所述第二連接面與所述第二頂面的四邊線相連接；各個所述第二頂面與所述截面的一第二交線，與平行於所述中心軸的一第二水平線的一第二夾角介於0.1～5度，且於所述截面中，所述第二交線與所述中心軸之間的直線距離是由所述第二剛輪的所述內側向所述第二剛輪的所述外側逐漸變小。
如請求項3所述的諧波減速裝置，其中，所述柔輪被所述波產生器帶動而變形的最大徑向尺寸定義為一柔輪長軸，所述柔輪被所述波產生器帶動而變形的最小徑向尺寸定義為一柔輪短軸；其中，所述柔輪長軸定義為C _L，所述柔輪短軸定義為C _S，各個所述第二內齒狀結構的一第二齒面寬定義為L ₂，所述第二夾角定義為θ ₂，且C _L、C _S、L ₂、θ ₂符合θ ₂=C ₂*tan ^-1((C _L-C _S)/(4*L ₂))的關係式，其中0.08≦C ₂≦0.45。
如請求項1所述的諧波減速裝置，其中，所述柔輪定義有一環狀本體，各個所述第一外齒狀結構是形成於所述環狀本體的外圍，各個所述第二外齒狀結構是形成於所述環狀本體的外圍，而多個所述第一外齒狀結構與多個所述第二外齒狀結構之間形成有所述分隔槽。
如請求項5所述的諧波減速裝置，其中，所述第一外齒狀結構的齒頂圓(Addendum Circle)直徑定義為D _a1，所述第一外齒狀結構的齒根圓(Dedendum Circle)直徑定義為D _f1，所述第二外齒狀結構的齒頂圓(Addendum Circle)直徑定義為D _a2，所述第二外齒狀結構的齒根圓(Dedendum Circle)直徑定義為D _f2，所述分隔槽的寬度定義為W _G；其中，在D _f1＜D _f2時，D _f1、D _a2、W _G符合以下關係式：
，3.5≦R≦20.8；其中，在D _f1＞D _f2時，D _a1、D _f2、W _G符合以下關係式：
，3.5≦R≦20.8；其中，所述柔輪定義有一第一環狀部、一第二環狀部及一連接環狀部，所述第一環狀部的一側與所述連接環狀部相連接，所述連接環狀部的另一側與所述第二環狀部相連接，多個所述第一外齒狀結構形成於所述第一環狀部的外圍，多個所述第二外齒狀結構形成於所述第二環狀部的外圍，所述連接環狀部的外圍、多個所述第一外齒狀結構及多個所述第二外齒狀結構共同形成所述分隔槽；其中，所述第一環狀部的厚度定義為t ₁，所述第二環狀部的厚度定義為t ₂，所述連接環狀部的厚度定義為t ₃，所述柔輪的內徑定義為D _b；其中，t ₁=(D _f1-D _b)/2，t ₂=(D _f2-D _b)/2；當t ₁＜t ₂時，則t ₁≦t ₃≦t ₂；當t ₁＞t ₂時，t ₂≦t ₃≦t ₁。
如請求項1所述的諧波減速裝置，其中，各個第一外齒狀結構及各個所述第二外齒狀結構具有相同的外型。
如請求項1所述的諧波減速裝置，其中，各個所述第一外齒狀結構與各個所述第二外齒狀結構具有不相同的外型，各個所述第一外齒狀結構或各個所述第二外齒狀結構為直齒結構。