CN111946796A - 一种多级齿轮传动的谐波减速器及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于谐波减速器技术领域，尤其涉及一种多级齿轮传动的谐波减速器及机器人，所述谐波减速器包括：一级行星齿轮传动机构，包括带有内齿轮的波发生器和穿设在波发生器上的输入轴，输入轴的输入端连接驱动电机，输出端设有太阳齿轮；太阳齿轮与波发生器的内齿轮之间设置行星齿轮组，行星齿轮组同时与太阳齿轮和波发生器的内齿轮啮合；二级谐波齿轮传动机构，包括柔轮，柔轮套接在波发生器的外侧壁；本发明通过在波发生器内增加一级行星齿轮传动，可有效扩大减速器的减速比范围，增强整个减速器的承载能力。

Description

一种多级齿轮传动的谐波减速器及机器人

技术领域

本发明属于谐波减速器技术领域，尤其涉及一种多级齿轮传动的谐波减速器及机器人。

背景技术

由于谐波减速器具有体积小、减速比大、同时啮合齿数多、传动平稳、承载力高、传动精度高等特点。因此被广泛应用于航天、军事、工业机器人等各方面。谐波减速器主要由三大部件组成，即波发生器、柔轮、刚轮。由于谐波传动主要是靠具有椭圆轴的波发生器迫使柔轮发生弹性变形，再与刚轮进行啮合传动，因为柔轮为薄壁结构且模数小、齿数多等原因，在进行传动过程中，柔轮2齿部及薄壁处极易发生断裂，直接影响减速机的承载能力和使用寿命。当同样体积的谐波减速器需要用到较大的减速比时，传统减速器结构只能通过增加刚轮、柔轮齿数来实现，会导致刚柔轮啮合的齿更加小，增加了设计难度和加工成本。

专利号为CN 109723799 A公开了一种将行星齿轮单元、谐波单元、电机单元在轴向集成在一起的减速方式，虽然也可以提高减速比，但是其轴向尺寸会增加，同时增加使用该减速结构时的装配空间。这种组合方式的减速装置应用于机器人等方面无疑会增大整机尺寸和重量，与目前行业轻量化、小型化的追求方向相悖。

有鉴如此，特提出本发明。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提出一种多级齿轮传动的谐波减速器，其特征在于，包括：

一级行星齿轮传动机构，包括带有内齿轮的波发生器和穿设在所述波发生器上的输入轴，所述输入轴的输入端连接驱动电机，输出端设有太阳齿轮；所述太阳齿轮与所述波发生器的内齿轮之间设置行星齿轮组，所述行星齿轮组同时与所述太阳齿轮和所述波发生器的内齿轮啮合；

二级谐波齿轮传动机构，包括柔轮，所述柔轮套接在所述波发生器的外侧壁；

所述谐波减速器运行过程中所述一级行星齿轮传动机构将由所述输入轴输入的动力通过所述太阳齿轮和所述行星齿轮组传送至所述波发生器，然后由所述波发生器将动力传送至所述二级谐波齿轮传动机构中，并由所述柔轮输出。

进一步可选地，所述太阳齿轮与所述输入轴固定配合，所述输入轴转动带动所述太阳齿轮转动。

进一步可选地，所述波发生器呈椭圆环结构，所述内齿轮沿所述椭圆环的内壁周向均布，所述行星齿轮组位于所述椭圆环结构的内壁与所述太阳齿轮之间，并同时与所述太阳齿轮和所述内齿轮啮合。

进一步可选地，所述太阳齿轮通过所述输入轴设置于所述椭圆环结构的中心，所述行星齿轮组包括多个行星齿轮，所述多个行星齿轮沿太阳齿轮的周向均匀分布。

进一步可选地，所述行星齿轮有两个，所述两个行星齿轮沿所述太阳齿轮的径向对称分布。

进一步可选地，所述谐波减速器还包括刚轮和刚性轴承，所述刚轮套设在所述柔轮的外侧壁与所述柔轮齿配合；所述刚性轴承包括刚性轴承内圈和刚性轴承外圈，所述刚轮与所述刚性轴承内圈连接作为所述谐波减速器的固定部分，所述柔轮与所述刚性轴承外圈连接作为所述谐波减速器的输出部分。

进一步可选地，所述一级行星齿轮传动机构还包括行星架，所述行星架包括行星架底盘，所述输入轴的输出端穿过所述行星架底盘后伸入所述波发生器内，且所述输入轴与所述行星架底盘间隙设置；

所述行星齿轮组包括多个行星齿轮，所述行星架底盘上设有多个行星齿轮安装位，所述多个行星齿轮可转动的设置在所述多个行星齿轮安装位上，并同时与所述太阳齿轮和所述波发生器的内齿轮啮合。

进一步可选地，所述行星齿轮安装位为所述行星架底盘朝所述波发生器的内部延伸形成的连接轴，所述行星齿轮与所述连接轴可转动连接。

进一步可选地，所述行星架底盘的形状呈圆盘状，且所述行星架底盘的尺寸大于所述波发生器的尺寸；

所述行星架还包括围绕所述行星架底盘设置的行星架侧壁，所述波发生器设置在所述行星架底盘与所述行星架侧壁所形成的腔体内；所述行星架侧壁与所述波发生器的外侧壁之间形成一定间隙，所述柔轮位于所述间隙中并套设在所述波发生器的外侧壁上与所述波发生器的外侧壁固定配合，所述行星架侧壁固定在刚轮上，刚轮套设在柔轮的外侧与柔轮齿配合。

进一步可选地，所述行星架侧壁的端面由外至内包括外端面和内端面，所述内端面下沉设置与所述外端面之间形成一定的高度差，所述刚轮固定在所述内端面上。

进一步可选地，所述外端面与所述内端面的高度差小于或等于所述刚轮的厚度；

和/或，所述内端面的宽度小于或等于所述刚轮的宽度。

本发明还提出了一种机器人,其具上述谐波减速器。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明通过设计具有内齿轮的波发生器，增加了一级行星齿轮传动，可有效扩大减速器的减速比范围；用于常规机器人的情况下，通过增加一级行星齿轮减速，达到减小电机负载扭矩的效果，可以选择更小型电机，降低负载惯量、实现轻量化；由于将一级行星齿轮传动设计在波发生器内，在增大减速比的同时，可有效减小整机轴向尺寸、降低生产加工成本。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1：为本发明实施例的谐波减速器的整体结构图；

图2：为图1的剖视图；

图3：为本发明实施的一级行星齿轮传动机构的立体图；

图4：为本发明实施的一级行星齿轮传动机构的平面图；

图5：为本发明实施例的二级谐波齿轮传动原理图。

其中：1、波发生器；2、柔轮；3、刚轮；4、刚性轴承内圈；5、刚性轴承外圈；6、输入轴；7、太阳齿轮；8、行星齿轮；11、内齿轮；91、行星架底盘；911、安装位；921、外端面；922、内端面；9221、螺孔。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“接触”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

目前，谐波减速器一般的传动方式为：波发生器1通过电机驱动作为整机的输入，刚轮3与刚性轴承内圈4连接作为整机的固定部分，柔轮2与刚性轴承外圈5连接，作为整机的输出部分。一种具体的实施方式中刚性轴承内圈4和刚性轴承内圈5为十字交叉滚子轴承。由于该方式是通过柔轮2不断的发生弹性变形与刚轮3啮合进行扭矩传递的，导致对柔轮2的材料性能要求很高，整机的刚度因为这种特殊传递运动而受到限制。针对以上问题，本实施例提出了一种多级齿轮传动的谐波减速器，如图1-4所示，包括一级行星齿轮传动机构和二级谐波齿轮传动机构。

其中，如图3和图4所示，一级行星齿轮传动机构包括带有内齿轮11的波发生器1和穿设在所述波发生器1上的输入轴6，输入轴6的输入端连接驱动电机，输出端设有太阳齿轮7；一种可实施的方式为输入轴6的输出端一体形成有太阳齿轮7，另一种可实施的方式为太阳齿轮7套设在输入轴6的输出端并与输入轴固定连接。太阳齿轮7与波发生器1的内齿轮11之间设置行星齿轮组，行星齿轮组同时与太阳齿轮7和波发生器1的内齿轮11啮合；优选的，波发生器1呈椭圆环结构，内齿轮11沿椭圆环的内壁周向均布，太阳齿轮7通过输入轴6设置于椭圆环结构的中心，行星齿轮组位于椭圆环结构的内壁与太阳齿轮7之间，并同时与太阳齿轮7和内齿轮11啮合。如图1和图2所示，二级谐波齿轮传动机构包括带有外齿圈柔轮2和带有内齿圈的刚轮3；柔轮2和刚轮3从内向外依次套接在波发生器1的外侧壁；

谐波减速器运行过程中一级行星齿轮传动机构将由输入轴6输入的动力通过太阳齿轮7和行星齿轮组传送至波发生器1，然后由波发生器1将动力传送至二级谐波齿轮传动机构中，并由柔轮2输出。

本实施例通过在波发生器1内增加一级行星齿轮8传动，可有效扩大减速器的减速比范围，增强整个减速器的承载能力；用于常规机器人的情况下，通过增加一级行星齿轮减速，达到减小电机负载扭矩的效果，可以选择更小型电机，降低负载惯量、实现轻量化；由于将一级行星齿轮传动设计在波发生器内，在增大减速比的同时，可有效减小整机轴向尺寸、降低生产加工成本。

其中，在一级行星齿轮8传动中，太阳齿轮7通过输入轴6与电机连接，太阳齿轮7与输入轴6固定配合，输入轴6转动带动太阳齿轮7转动，作为整机的输入部分。

行星齿轮8作为中间的传递结构与太阳轮啮合传动的同时将动力传递给具有内齿圈的波发生器1。在一级行星齿轮8传动中，太阳齿轮7为输入部分，具有内齿圈的波发生器1作为第一级传动的输出部分；如图5所示，在二级谐波齿轮传动中，椭圆形波发生器1为输入部分，刚轮3为固定部分，柔轮2为输出部分。在进行传动时，由第一级的输出部分波发生器1作为第二级的输入部分，由于波发生器1是具有长、短轴的椭圆轴或者其它不规则形状的轴，其会迫使薄壁柔轮2发生相对应的变形，进而同与其具有齿数差的刚轮3进行啮合，由于将刚轮3进行固定，所以刚轮3反作用于柔轮2使柔轮2输出动力。柔轮2和刚轮3的齿距相同，但齿数不等，波发生器1迫使柔轮2在长轴处的齿相对于刚轮3齿进行啮入、啮出的状态，由于柔轮2齿与刚轮3齿存在一定量的齿数差，进而达到差齿减速的效果。

进一步可选地，如图3和图4所示，一级行星齿轮传动机构还包括行星架，行星架固定在刚轮3上。行星架与刚轮3连接作为整个谐波减速器的固定部分，具有内齿圈的波发生器1作为第一级传动的输出部分及第二级传动的输入部分，柔轮2作为第二级传动的输出部分。

行星架包括行星架底盘91，输入轴6的输出端穿过行星架底盘91后伸入波发生器1内，且输入轴6与行星架底盘91间隙设置，输入轴6在转动过程中行星架不会对输入轴6的转动造成干扰，从而保证输入轴6将电机产生的动力顺利输入。

行星齿轮组包括多个行星齿轮8，行星架底盘91上设有多个行星齿轮8安装位911，多个行星齿轮8可转动的设置在多个行星齿轮8安装位911上，并同时与太阳齿轮7和波发生器1的内齿轮11啮合。多个行星齿轮8与多个行星齿轮8安装位911一一对应设置，优选的，行星齿轮8安装位911为行星架底盘91朝波发生器1的内部延伸形成的连接轴，行星齿轮8与连接轴可转动连接。优选的，多个行星齿轮8沿太阳齿轮7的周向均匀分布。进一步优选的，行星齿轮8有两个，两个行星齿轮8沿太阳齿轮7的径向对称分布。

进一步可选地，行星架底盘91的形状呈圆盘状，且行星架底盘91的尺寸大于波发生器1的尺寸；行星架还包括围绕行星架底盘91设置的行星架侧壁，波发生器1设置在所述行星架底盘91与所述行星架侧壁所形成的腔体内。行星架侧壁与波发生器1的外侧壁之间形成一定间隙，柔轮2位于间隙中并套设在波发生器1的外侧壁上与波发生器1的外侧壁固定配合，行星架固定在刚轮3上，刚轮3套设在柔轮2的外侧与柔轮2配合。

进一步可选地，如图3和图4所示，行星架侧壁的端面由外至内包括外端面921和内端面922，内端面922下沉设置与外端面921之间形成一定的高度差，刚轮3固定在内端面922上。内端面上开设有多个螺孔9221，刚轮3的对应位置设有与螺孔9221配合的配合孔，通过螺钉依次穿过配合孔和螺孔将刚轮3固定在内端面922上。优选的，外端面921与内端面922的高度差小于或等于刚轮(3)的厚度；，使得刚轮3固定在行星架上时与行星架很好的契合；和/或，内端面922的宽度小于等于刚轮3的宽度，从而保证行星架固定在刚轮3上的稳定性。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (12)

1.一种多级齿轮传动的谐波减速器，其特征在于，包括：

一级行星齿轮传动机构，包括带有内齿轮(11)的波发生器(1)和穿设在所述波发生器(1)上的输入轴(6)，所述输入轴(6)的输入端连接驱动电机，输出端设有太阳齿轮(7)；所述太阳齿轮(7)与所述波发生器(1)的内齿轮(11)之间设置行星齿轮组，所述行星齿轮组同时与所述太阳齿轮(7)和所述波发生器(1)的内齿轮(11)啮合；

二级谐波齿轮传动机构，包括柔轮(2)，所述柔轮(2)套接在所述波发生器(1)的外侧壁；

所述谐波减速器运行过程中所述一级行星齿轮传动机构将由所述输入轴(6)输入的动力通过所述太阳齿轮(7)和所述行星齿轮组传送至所述波发生器(1)，然后由所述波发生器(1)将动力传送至所述二级谐波齿轮传动机构中，并由所述柔轮(2)输出。

2.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，所述太阳齿轮(7)与所述输入轴(6)固定配合，所述输入轴(6)转动带动所述太阳齿轮(7)转动。

3.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于，所述波发生器(1)呈椭圆环结构，所述内齿轮(11)沿所述椭圆环的内壁周向均布，所述行星齿轮组位于所述椭圆环结构的内壁与所述太阳齿轮(7)之间，并同时与所述太阳齿轮(7)和所述内齿轮(11)啮合。

4.根据权利要求3所述的谐波减速器，其特征在于，所述太阳齿轮(7)通过所述输入轴(6)设置于所述椭圆环结构的中心，所述行星齿轮组包括多个行星齿轮(8)，所述多个行星齿轮(8)沿太阳齿轮(7)的周向均匀分布。

5.根据权利要求4所述的谐波减速器，其特征在于，所述行星齿轮(8)有两个，所述两个行星齿轮(8)沿所述太阳齿轮(7)的径向对称分布。

6.根据权利要求1-5任一所述的谐波减速器，其特征在于，所述谐波减速器还包括刚轮(3)和刚性轴承，所述刚轮(3)套设在所述柔轮(2)的外侧壁与所述柔轮(2)齿配合；所述刚性轴承包括刚性轴承内圈(4)和刚性轴承外圈(5)，所述刚轮(3)与所述刚性轴承内圈(4)连接作为所述谐波减速器的固定部分，所述柔轮(2)与所述刚性轴承外圈(5)连接作为所述谐波减速器的输出部分。

7.根据权利要求6所述的谐波减速器，其特征在于，所述一级行星齿轮传动机构还包括行星架，所述行星架包括行星架底盘(91)，所述输入轴(6)的输出端穿过所述行星架底盘(91)后伸入所述波发生器(1)内，且所述输入轴(6)与所述行星架底盘(91)间隙设置；

所述行星齿轮组包括多个行星齿轮(8)，所述行星架底盘(91)上设有多个行星齿轮(8)安装位(911)，所述多个行星齿轮(8)可转动的设置在所述多个行星齿轮(8)安装位(911)上，并同时与所述太阳齿轮(7)和所述波发生器(1)的内齿轮(11)啮合。

8.根据权利要求7所述的谐波减速器，其特征在于，所述行星齿轮(8)安装位(911)为所述行星架底盘(91)朝所述波发生器(1)的内部延伸形成的连接轴，所述行星齿轮(8)与所述连接轴可转动连接。

9.根据权利要求8所述的谐波减速器，其特征在于，所述行星架底盘(91)的形状呈圆盘状，且所述行星架底盘(91)的尺寸大于所述波发生器(1)的尺寸；

所述行星架还包括围绕所述行星架底盘(91)设置的行星架侧壁，所述波发生器(1)设置在所述行星架底盘(91)与所述行星架侧壁所形成的腔体内；所述行星架侧壁与所述波发生器(1)的外侧壁之间形成一定间隙，所述柔轮(2)位于所述间隙中并套设在所述波发生器(1)的外侧壁上与所述波发生器(1)的外侧壁固定配合，所述行星架侧壁固定在刚轮(3)上，刚轮(3)套设在柔轮(2)的外侧与柔轮(2)齿配合。

10.根据权利要求9所述的谐波减速器，其特征在于，所述行星架侧壁的端面由外至内包括外端面(921)和内端面(922)，所述内端面(922)下沉设置与所述外端面(921)之间形成一定的高度差，所述刚轮(3)固定在所述内端面(922)上。

11.根据权利要求10所述的谐波减速器，其特征在于，所述外端面(921)与所述内端面(922)的高度差小于或等于所述刚轮(3)的厚度；

和/或，所述内端面(922)的宽度小于或等于所述刚轮(3)的宽度。

12.一种机器人,其具有权利要求1-11任一所述的谐波减速器。

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