CN113374852A - 一种活齿谐波减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种活齿谐波减速器，所述机构由定位轴、柔轮、交叉轴承、螺钉、外壳、滚针、柔性轴承、输入轴等组成，外壳内圆柱面加工有多个圆弧槽齿，圆弧槽内安装有滚针，柔性轴承安装在输入轴外表面，柔性轴承安装在柔轮内，柔性轴承外表面与柔轮内表面接触，柔轮齿的分度圆为椭圆，柔轮上的齿与滚针啮合。柔轮通过螺栓与交叉轴承连接。本发明专利的优点和有益效果是：该减速器简单、紧凑易于小型化；对加工精度要求低，噪声小；同时参与啮合的齿数多，承载能力强；在啮合副径向预紧条件下，减速啮合副处于无间隙啮合状态，传动精度高；滚针与摆线齿纯滚动啮合，传动效率高，啮合面磨损率低。

Description

一种活齿谐波减速器

技术领域

本发明涉及机械传动领域，具体是指一种活齿谐波减速器。

背景技术

谐波减速器又称谐波减速机或称谐波传动减速器，是利用行星齿轮原理发展起来的一种减速器，其结构包括有带有内齿圈的刚性齿轮(相当于行星系中的中心轮刚轮)、带有外齿圈的柔性齿轮(相当于行星齿轮)和波发生器(相当于行星架)。作为减速器使用，其工作原理是波发生器是一个杆状部件，其两端装有滚动轴承构成滚轮，与柔轮的内壁相互压紧。柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的总长。波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的构件。当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入……，周而复始地进行，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器相反方向的缓慢旋转。工作时，固定刚轮，由电机带动波发生器转动，柔轮作为从动轮，输出转动，带动负载运动。

谐波减速器具有传动精密的技术效果且体积易于小型化的优点，但是柔轮的是基于筒体材料的宏观弹性变形而实现啮合传动的，因而制约了谐波减速器在大功率重负荷领域的开发应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种活齿谐波减速器，该技术方案在外壳加工多个圆弧齿，柔轮外圆柱面加工有多个齿，输入轴为轴对称结构，啮合副可达到多齿啮合的状态，结构简单、紧凑、承载能力强、效率高，能实现精密传动。

为实现上述目的，本发明的技术方案是包括有作为定位轴、柔轮、交叉轴承、外壳、滚针、柔性轴承和输入轴；

所述的输入轴上设置有实现波发生器作用的外表面，该外表面为第一椭圆曲面；

所述的输入轴上安装有柔性轴承，柔性轴承的内表面为第二椭圆曲面，该第二椭圆曲面与输入轴的第一椭圆曲面等距偏移面重合；

所述的外壳内圆柱面加工有Z₂个圆弧槽齿，直径为d₁，Z₂个圆弧槽齿均匀分布在半径为R的圆上，圆弧槽内安装有直径为d_r的滚针，d_r<d₁；

所述的柔轮包括有沿着轴向方向连接的柔轮齿部、柔轮过渡部和柔轮定位部；

所述的柔性轴承与柔轮齿部的内表面接触受力配合，柔轮齿部外表面加工Z₁个齿，柔轮齿部外表面的理论齿形为柔轮理论齿形为：

其中，

ε＝θ-φ，

a为椭圆长半轴，b为椭圆段半轴，θ根据下式求解

其中，

φ∈[0,2Z₂π)；

柔轮实际齿形为柔轮理论齿形的等距偏移线，其等距偏移距离为d_r-d₁/2；

所述柔轮齿部的齿的分度圆为椭圆；

柔性轴承安装在输入轴外表面，柔轮齿部接触受力连接于柔性轴承外，柔性轴承外表面与柔轮齿部内表面接触，柔轮上的齿与滚针接触受力形成局部啮合配合；

所述的柔轮定位部固定在所述交叉轴承的内圈上；所述的定位轴支撑定位设置于柔轮定位部以及交叉轴承内圈的内孔中，用于保证柔轮与交叉轴承的同轴度；所述交叉轴承的外圈与所述外壳端面固定连接。

通过上述设置，输入轴通过柔性轴承推动柔轮径向变形，柔轮外圆柱面齿与滚针啮合，输入轴转动，实现柔轮持续椭圆形变化，滚针推动柔轮转动，滚针在齿面上纯滚动，滚针在圆弧槽齿内滑动，运动轨迹为圆弧，圆弧直径为d₁-d_r。所有齿均参与啮合，实现减速器承载能力强的目的。滚针与齿面为纯滚动接触，实现传动效率高的目的。

进一步设置是所述的柔轮理论齿形的等距偏移线，使等距偏移距离小于d_r-d₁/2，实现减速器的精密传动及长寿命。

进一步设置是所述的外壳上对应滚针的内侧设置有限制滚针轴向移动的挡板，所述的外壳上对应滚针的外侧设置有限制滚针径向与轴向移动的挡环。

进一步设置是所述的输入轴的中心设置有用于接入待减速动力的键槽。

进一步设置是所述的柔轮定位部通过螺栓固定在交叉轴承的内圈端面。

进一步设置是所述交叉轴承的外圈通过螺钉固定在外壳端面。

进一步设置是所述的Z₂为100，Z₁为98，所述的a＝21.92mm，b＝21.4mm。

通过上述结构，输入轴转动，输入轴通过柔性轴承推动柔轮产生变形，柔轮推动滚针，滚针反作用柔轮，柔轮在输入轴推动及滚针限制作用下低速转动，滚针在圆弧槽内滑滚，柔轮带动交叉轴承内圈转动，输出轴动力，实现减速器的减速运动。

传动比

本发明专利的优点和有益效果是：该减速器简单、紧凑易于小型化；柔轮为弹性零件，啮合过程中产生弹性变形，对加工精度要求低，噪声小；跟锯齿形生成原理，一周期内滚针实时与柔轮齿形接触，使所有齿均参与啮合，实现承载能力强的目的；柔轮理论齿形等距偏移距离小于d_r-d₁/2，使啮合副处于预紧，消除齿侧间隙，实现精密传动及长寿命的目的；圆弧槽齿直径大于滚针直径，使滚针直径可以在圆弧槽齿内转动，实现滚针与柔轮上齿的纯滚动接触，实现传动效率高与啮合面磨损率低的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1活齿谐波减速器结构简图；

图2活齿谐波减速器减速啮合副剖面图；

图3活齿谐波减速器柔轮结构简图；

图4活齿谐波减速器外壳结构简图；

图5本发明柔轮齿部外表面的理论齿形的图；

图6活齿谐波减速器输入轴结构简图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

如图1至图6所示，为本发明实施例中，包括有作为输入轴1、柔轮2、交叉轴承3、外壳4、滚针5、柔性轴承6和定位轴7。

本实施例所述的输入轴1上设置有实现波发生器作用的外表面，该外表面为第一椭圆曲面11。所述的输入轴1上安装有柔性轴承6，柔性轴承6的内表面为第二椭圆曲面61，该第二椭圆曲面61与输入轴的第一椭圆曲面11等距偏移面重合。

本实施例所述的外壳4内圆柱面加工有Z₂个圆弧槽齿，直径为d₁，Z₂个圆弧槽齿均匀分布在半径为R的圆上，圆弧槽内安装有直径为d_r的滚针，d_r<d₁；作为优选地，本实施例外壳4内圆柱面加工有100个圆弧槽齿41，直径为1.01mm，100个圆弧槽齿41均匀分布在半径为21.656mm的圆上，圆弧槽内安装有直径为1mm的滚针5。

另外，本实施例所述的柔轮2包括有沿着轴向方向连接的柔轮齿部21、柔轮过渡部22和柔轮定位部23。

所述的柔性轴承6与柔轮齿部21的内表面接触受力配合，柔轮齿部21外表面加工Z₁个齿，本实施例所述的Z₁为98，柔轮齿部21外表面的理论齿形为柔轮理论齿形为：

其中，矢径

角差ε＝θ-φ，偏心率

a为椭圆长半轴，b为椭圆段半轴，等长角θ根据下式求解

其中，圆角

自变量φ∈[0,2Z₂π)。本实施例优选设置是a＝21.92mm，b＝21.4mm。

柔轮齿部21外表面的实际齿形为柔轮理论齿形的等距偏移线，其等距偏移距离为d_r-d₁/2；本实施例有段地，等距偏移距离为0.495mm，所述柔轮齿部的齿的分度圆为椭圆。

本实施例柔性轴承6安装在输入轴1外表面，柔轮齿部21接触受力连接于柔性轴承6外，柔性轴承6外表面与柔轮齿部21内表面接触，柔轮2上的齿与滚针5接触受力形成局部啮合配合。

另外，本实施例所述的柔轮定位部23通过螺栓81固定在所述交叉轴承3的内圈上；所述的定位轴7支撑定位设置于柔轮定位部23以及交叉轴承3内圈的内孔中，用于保证柔轮2与交叉轴承3的同轴度；所述交叉轴承3的外圈通过螺钉82与所述外壳4端面固定连接，所述的外壳4上对应滚针5的内侧设置有限制滚针轴向移动的挡板83，所述的外壳4上对应滚针5的外侧设置有限制滚针5径向与轴向移动的挡环84，所述的输入轴1的中心设置有用于接入待减速动力的键槽12。

通过上述设置，输入轴1转动，输入轴1通过柔性轴承6推动柔轮2产生变形，柔轮2推动滚针5，滚针5反作用柔轮2，柔轮2在输入轴1推动及滚针5限制作用下低速转动，滚针5在圆弧槽内滑滚，柔轮2带动交叉轴承内圈转动，输出轴动力，实现减速器的减速运动。

其传动比

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种活齿谐波减速器，其特征在于：

包括有作为定位轴、柔轮、交叉轴承、外壳、滚针、柔性轴承和输入轴；

所述的输入轴上设置有实现波发生器作用的外表面，该外表面为第一椭圆曲面；

所述的输入轴上安装有柔性轴承，柔性轴承的内表面为第二椭圆曲面，该第二椭圆曲面与输入轴的第一椭圆曲面等距偏移面重合；

所述的外壳内圆柱面加工有Z₂个圆弧槽齿，直径为d₁，Z₂个圆弧槽齿均匀分布在半径为R的圆上，圆弧槽内安装有直径为d_r的滚针，d_r<d₁；

所述的柔轮包括有沿着轴向方向连接的柔轮齿部、柔轮过渡部和柔轮定位部；

所述的柔性轴承与柔轮齿部的内表面接触受力配合，柔轮齿部外表面加工Z₁个齿，柔轮齿部外表面的理论齿形为柔轮理论齿形为：

其中，

ε＝θ-φ，

a为椭圆长半轴，b为椭圆段半轴，θ根据下式求解

其中，

φ∈[0,2Z₂π)；

柔轮实际齿形为柔轮理论齿形的等距偏移线，其等距偏移距离为d_r-d₁/2；

所述柔轮齿部的齿的分度圆为椭圆；

柔性轴承安装在输入轴外表面，柔轮齿部接触受力连接于柔性轴承外，柔性轴承外表面与柔轮齿部内表面接触，柔轮上的齿与滚针接触受力形成局部啮合配合；

所述的柔轮定位部固定在所述交叉轴承的内圈上；所述的定位轴支撑定位设置于柔轮定位部以及交叉轴承内圈的内孔中，用于保证柔轮与交叉轴承的同轴度；所述交叉轴承的外圈与所述外壳端面固定连接。

2.根据权利要求1所述的活齿谐波减速器，其特征在于：所述的外壳上对应滚针的内侧设置有限制滚针轴向移动的挡板，所述的外壳上对应滚针的外侧设置有限制滚针径向与轴向移动的挡环。

3.根据权利要求1所述的活齿谐波减速器，其特征在于：所述的输入轴的中心设置有用于接入待减速动力的键槽。

4.根据权利要求1所述的活齿谐波减速器，其特征在于：所述的柔轮定位部通过螺栓固定在交叉轴承的内圈端面。

5.根据权利要求1所述的活齿谐波减速器，其特征在于：所述交叉轴承的外圈通过螺钉固定在外壳端面。

6.根据权利要求1所述的活齿谐波减速器，其特征在于：所述的Z₂为100，Z₁为98，所述的a＝21.92mm，b＝21.4mm。

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