CN116357717B - 谐波减速器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及谐波减速器，现有的谐波减速器面对减速比小于30的需求时，波发生器必须令柔轮及柔性轴承的椭圆长短轴落差更大，因此容易过度形变而损坏；本申请即用于解决此问题，本申请包括外部内齿刚轮、内部外齿刚轮、具有内外齿的柔轮和波发生器；柔轮的一端设置在波发生器上并产生形变，使其具有长轴和短轴；在长轴处,柔轮外齿与外部内齿刚轮啮合，在短轴处，柔轮内齿与内部外齿刚轮啮合；外部内齿刚轮与柔轮外齿存在齿差，内部外齿刚轮与柔轮内齿也存在齿差；外部内齿刚轮与内部外齿刚轮中的一个刚轮始终固定，则另一个刚轮连接输出端来输出；本申请满足谐波减速器用于低减速比的情况下，可减少柔轮或柔性轴承的损坏。

Description

谐波减速器

技术领域

本申请涉及减速器的领域，尤其是涉及谐波减速器。

背景技术

谐波减速器的主要功能是在降低速度、提高扭矩的同时，确保设备能够可靠地完成工艺任务。

传统谐波减速器组装后由内而外依序是波发生器、柔性轴承、柔轮和刚轮，此时柔轮为外齿轮，刚轮为内齿轮；波发生器(外径椭圆)中空轴与输入动力连接，帽状柔轮与壳体固定不转动，刚轮(输出端)与交叉滚子轴承锁固。

内齿柔轮谐波减速器组装顺序由内而外是刚轮、柔轮、柔性轴承(或替代轴承)、波发生器；波发生器为中空，内孔为椭圆；刚轮为外齿轮，可与输出轴一体化或锁固在输出法兰上；柔轮为内齿轮，可与壳体一体化或锁固在壳上；此时波发生器在外侧挤压柔轮变成椭圆形，使短轴位置的齿与刚轮啮合，长轴的齿脱开。

上述谐波减速器均通过波发生器令柔轮发生形变，波发生器长轴和短轴之间的齿，沿柔轮和刚轮周长的不同区段处于逐渐进入啮合的半啮合状态，称为啮入；处于逐渐退出啮合的半啮合状态，称为啮出；当波发生器连续转动时，柔轮不断产生形变，使两轮轮齿在啮入、啮合、啮出和脱开四种运动不断改变各自原来的工作状态，产生错齿运动，实现了波发生器到柔轮的运动传递，以实现最终的减速。

但现有的谐波减速器的减速比基本都在50-100，谐波减速器面对减速比小于30的需求时，由于波发生器必须令柔轮及柔性轴承的椭圆长短轴落差更大，因此容易过度形变而损坏，故有待改善。

申请内容

为了降低减速比的情况下减少柔轮的损坏，本申请提供谐波减速器。

本申请提供的谐波减速器采用如下的技术方案：

谐波减速器，包括波发生器和柔轮，所述柔轮设置在所述波发生器上并产生形变，形变后的所述柔轮具有至少两个长轴与至少两个短轴，其特征在于：所述长轴在所述波发生器的转动过程中沿所述柔轮周向蠕动，所述短轴在所述波发生器的转动过程中沿所述柔轮周向蠕动，且所述长轴与短轴同步蠕动；

所述柔轮具有内齿和外齿，所述柔轮外侧设置有外部内齿刚轮，在所述柔轮的长轴处，所述柔轮的外齿与所述外部内齿刚轮啮合，在所述柔轮的短轴处，所述柔轮的所述外齿与所述外部内齿刚轮脱离；

所述柔轮内侧设置有内部外齿刚轮，在所述柔轮的短轴处，所述柔轮的内齿与所述内部外齿刚轮啮合，在所述柔轮的长轴处，所述柔轮的内齿与所述内部外齿刚轮脱离；

所述外部内齿刚轮固定，所述内部外齿刚轮转动并连接输出端；

或，所述内部外齿刚轮固定，所述外部内齿刚轮转动并连接输出端。

传统的单向传动，即波发生器转动，令固定的柔轮长轴蠕动，从而带动刚轮转动，以实现减速的效果；通过采用上述技术方案，当波发生器接入马达后，柔轮与外部内齿刚轮进行相对传动的过程中，柔轮在椭圆长轴方向的外齿与外部内齿刚轮的部分内齿啮合，柔轮在椭圆短轴方向的外齿与外部内齿刚轮的部分内齿分离，所以会产生减速运行。与此同时，柔轮在椭圆的长轴方向与内部外齿刚轮完全分离，柔轮在椭圆的短轴方向与内部外齿刚轮完全啮合，所以也会产生减速运行；动力在输入后，在波发生器经外部内齿刚轮、柔轮及内部外齿刚轮的动力传输中，柔轮通过其外齿与外部内齿刚轮配合产生了减速运行，与柔轮啮合的外部内齿刚轮相对输入动力反向转动，且柔轮通过其内齿与内部外齿刚轮配合也产生了减速运行，与柔轮啮合的内部外齿刚轮相对输入动力也反向转动，因此两者的减速运行的输出可以叠加，造成输出的转速变快，因而降低了整体减速比；改变传统单个刚轮与单个柔轮组合，在柔轮内圈和外圈均设置刚轮，采用特殊结构，满足谐波减速机用于低减速比的情况下,并可减少柔轮的损坏。

可选的，所述柔轮外齿上齿数与所述外部内齿刚轮齿数存在齿数差；所述柔轮内齿齿数与所述内部外齿刚轮齿数存在齿数差。

可选的，所述柔轮外齿齿数与所述外部内齿刚轮齿数的齿数差等同于所述柔轮内齿齿数与所述内部外齿刚轮齿数的齿数差。

可选的，所述柔轮外齿齿数与所述外部内齿刚轮齿数的齿数差不等同于所述柔轮内齿齿数与所述内部外齿刚轮齿数的齿数差；

且所述柔轮外齿齿数与所述外部内齿刚轮齿数的齿数差与所述柔轮内齿齿数与所述内部外齿刚轮齿数的齿数差之间成整数倍。

可选的，所述柔轮内齿齿数与所述柔轮外齿齿数相等；

或，所述柔轮内齿齿数与所述柔轮外齿齿数不相等。

可选的，所述柔轮在所述波发生器上形变轮廓为椭圆，所述柔轮有且仅有两个长轴和两个短轴；

所述柔轮外齿齿数与所述外部内齿刚轮齿数的齿数差、所述柔轮内齿齿数与所述内部外齿刚轮齿数的齿数差均为2的整数倍。

可选的，所述柔轮外齿齿数与所述外部内齿刚轮内齿齿数的齿数差为2，所述柔轮内齿齿数与所述内部外齿刚轮外齿齿数的齿数差为2。

可选的，所述波发生器包括本体和用以使所述柔轮发生形变的挤压组件，所述挤压组件安装在所述本体上；

所述本体连接有输入端。

可选的，所述挤压组件包括若干个内部轴承和若干个外部轴承，所述内部轴承抵触在柔轮的内圈侧壁上，所述外部轴承抵触在柔轮的外圈侧壁上；

其中，连续多个所述内部轴承与连续多个所述外部轴承交替设置在所述柔轮的内外侧；

所述内部轴承和所述外部轴承均安装在本体上。

通过采用上述技术方案，内部轴承和外部轴承配合，令柔轮在发生弹性形变时的长轴和短轴处均产生挤压力和支撑力，不仅令柔轮的形变更加精准，同时减轻了柔轮崩开的情况。

可选的，所述挤压组件包括用以使所述柔轮发生形变的柔性轴承，所述柔性轴承安装在本体上。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益效果：

1、当波发生器接入马达后，柔轮与外部内齿刚轮进行相对传动的过程中，柔轮在椭圆长轴方向的外齿与外部内齿刚轮的部分内齿啮合，柔轮在椭圆短轴方向的外齿与外部内齿刚轮的部分内齿分离，所以会产生减速运行。与此同时，柔轮在椭圆的长轴方向与内部外齿刚轮完全分离，柔轮在椭圆的短轴方向与内部外齿刚轮完全啮合，所以也会产生减速运行；动力在输入后，在波发生器经外部内齿刚轮、柔轮及内部外齿刚轮的动力传输中，柔轮通过其外齿与外部内齿刚轮配合产生了减速运行，与柔轮啮合的外部内齿刚轮相对输入动力反向转动，且柔轮通过其内齿与内部外齿刚轮配合也产生了减速运行，与柔轮啮合的内部外齿刚轮相对输入动力也反向转动，因此两者的减速运行的输出可以叠加，造成输出的转速变快，因而降低了整体减速比；改变传统单个刚轮与单个柔轮组合，在柔轮内圈和外圈均设置刚轮，采用特殊结构，满足谐波减速机用于低减速比的情况下,并可减少柔轮的损坏；

2、内部轴承和外部轴承配合，令柔轮在发生弹性形变时的长轴和短轴处均产生挤压力和支撑力，不仅令柔轮的形变更加精准，同时减轻了柔轮崩开的情况。

附图说明

图1是本申请实施例1中谐波减速器的结构示意图。

图2是本申请实施例1中用于体现谐波减速器内部结构的剖面示意图。

图3是本申请实施例1中用于体现波发生器、柔轮、外齿刚轮和内齿刚轮之间安装关系的***示图。

图4是本申请实施例1中一级传动原理示意图。

图5是本申请实施例1中二级传动原理示意图。

图6为本申请实施例5用于体现波发生器、柔轮、外齿刚轮和内齿刚轮之间安装关系的***示图。

图中：1、波发生器；11、本体；111、本体外环；112、本体内管；12、挤压组件；121、内部轴承；122、外部轴承；123、柔性轴承；2、柔轮；21、光滑面；3、输入端；4、内齿刚轮；5、外齿刚轮；6、输出端；7、顶壳；8、底壳；9、环形壳。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开谐波减速器。

实施例1

参照图1，谐波减速器包括顶壳7、底壳8和环形壳9，环形壳9通过螺栓分别与顶壳7和底壳8相连；此时顶壳7、底壳8和环形壳9围绕形成放置区域。

参照图2和图3，放置区域内设置有波发生器1，具有内齿和外齿的环状柔轮2、外部内齿刚轮4和内部外齿刚轮5。其中，波发生器1通过轴承转动安装在底壳8上，且波发生器1的结构在本实施例中具备椭圆特性，柔轮2安装在波发生器1上，外部内齿刚轮4安装在柔轮2的外部，内部外齿刚轮5安装在柔轮2的内部。

波发生器1还与输入端3相连，输入端3在本实施例中为马达，马达为波发生器1提供动力令波发生器1在放置区域内转动。在本实施例中，顶壳7通过螺栓与外部内齿刚轮4相连，令外部内齿刚轮4固定，且外部内齿刚轮4靠近底壳8的一端与底壳8存在空隙，此时安装在放置区域内的波发生器1的外圈部分位于外部内齿刚轮4与底壳8之间。

内部外齿刚轮5通过环形轴承转动连接在顶壳7上，内部外齿刚轮5与输出端6相连，以将动力输出，在另一实施例中输出端6可一体成型在内部外齿刚轮5上。

在本实施例中，柔轮2经具备椭圆特性的波发生器1的作用发生弹性形变，以形变成椭圆轮廓的柔轮2，此时柔轮2上形成了两个长轴和两个短轴，长轴具体为椭圆的长轴，短轴为椭圆的短轴。

具体的，波发生器1包括本体11，本体11为帽型，即本体11包括本体内管112和本体外环111，本体外环111通过环形轴承安装在底壳8上，本体内管112两端开口，且一体成型在本体外环111的内侧壁上，从而使得本体外环111和本体内管112组合呈帽型。

本体外环111上安装有挤压组件12，挤压组件12包括若干内部轴承121和若干外部轴承122，在本实施例中，内部轴承121有两组，每组内有三个连续设置的轴承，外部轴承122有两组，每组内有三个连续设置的轴承。两组内部轴承121和两组外部轴承122交替安装在本体外环111顶壁上，且两组内部轴承121以本体外环111的虚拟轴心中心对称，同样的，两组外部轴承122以本体外环111的虚拟轴心中心对称。

柔轮2安装在波发生器1上，并位于内部轴承121和外部轴承122之间，内部轴承121抵触在柔轮2的内圈侧壁上，外部轴承122抵触在柔轮2的外圈侧壁上，使得柔轮2发生弹性形变，从而形成椭圆轮廓的柔轮2。

此时，输入端3与本体内管112相连，当马达启动时带动整个本体11转动，长轴在波发生器1的转动过程中沿柔轮2周向蠕动，短轴也在波发生器1的转动过程中沿柔轮2周向蠕动，且长轴与短轴同步蠕动；与此同时柔轮2自身也在波发生器1的作用下转动。

柔轮2与内部轴承121或者外部轴承122的接触区域设置为光滑面21，光滑面21的设置，令柔轮2在转动时减少对内部轴承121和外部轴承122的磨损。

柔轮2安装在波发生器1上后，柔轮2内圈放置内部外齿刚轮5，内部外齿刚轮5与本体内管112之间安装环形轴承，且环形轴承以对内部外齿刚轮5起到支撑限位作用。同时，外部内齿刚轮4的底部被外部轴承122支撑限位，从而使得这个谐波减速器稳定运行。

再参照图2和图3，柔轮2具有内齿和外齿，柔轮2的外齿与外部内齿刚轮4内齿相对应，柔轮2的内齿与内部外齿刚轮5外齿相对应。柔轮2外齿齿数与外部内齿刚轮4内齿齿数存在齿数差，设齿数差为差值a；柔轮2内齿齿数与内部外齿刚轮5外齿齿数存在齿数差，设齿数差为差值b。

在本实施例中，柔轮2外齿齿数和柔轮2内齿齿数相等，齿数均设有n个，在其他实施例中，柔轮2内齿齿数与外齿齿数不相等。

此时外部内齿刚轮4内齿齿数设有n+a个，内部外齿刚轮5外齿齿数设有n-b个。在本实施例中，谐波减速器为双波传动，差值a与差值b相等，且差值a＝差值b＝2，外部内齿刚轮4内齿齿数设有n+2个，内部外齿刚轮5外齿齿数设有n-2个。

当波发生器1接入马达后，柔轮2与外部内齿刚轮4进行相对传动的过程中，柔轮2在椭圆长轴方向的外齿与外部内齿刚轮4的部分内齿啮合，柔轮2在椭圆短轴方向的外齿与外部内齿刚轮4的部分内齿完全分离，所以会产生减速运行。与此同时，柔轮2在椭圆长轴方向的内齿与内部外齿刚轮5的部分外齿完全分离，柔轮2在椭圆短轴方向内齿与内部外齿刚轮5的部分外齿完全啮合，所以也会产生减速运行。

动力在输入后，在波发生器1经外部内齿刚轮4、柔轮2及内部外齿刚轮5的动力传输中，柔轮2通过其外齿与外部内齿刚轮4配合产生了减速运行，与柔轮2啮合的外部内齿刚轮4相对输入动力反向转动，且柔轮2通过其内齿与内部外齿刚轮5配合也产生了减速运行，与柔轮2啮合的内部外齿刚轮5相对输入动力也反向转动，因此两者的减速运行的输出可以叠加，造成输出的转速变快，因而降低了整体减速比。

再参照图4和图5，在谐波减速器未装配前，柔轮2及其内孔呈圆形，当波发生器1装入柔轮2的内孔后，柔轮2形变成椭圆形；此时波发生器1在转动过程中，柔轮2本身在固定的外部内齿刚轮4的左右下随着波发生器1反向转动，其中一个齿从与外部内齿刚轮4的一个齿啮合到再一次与外部内齿刚轮4上的这个齿相啮合时，柔轮2恰好旋转一周，而此时波发生器1旋转了很多圈，波发生器1的旋转圈数与柔轮2旋转圈数(1圈)之比，即为谐波齿轮减速器一级传动时的减速比。

与此同时，内部外齿刚轮5在柔轮2的内圈转动，假设柔轮2相对内部外齿刚轮5固定时，内部外齿刚轮5作与波发生器1转动相反方向的转动，内部外齿刚轮5的其中一个齿与柔轮2的一个齿啮合到再一次与柔轮2上的这个齿啮合时，内部外齿刚轮5也恰好旋转一周，而此时波发生器1旋转了很多圈，即为谐波齿轮减速器二级传动时的减速比。

但柔轮2实际是转动的，因此内部外齿刚轮5的实际旋转圈数是其相对于柔轮2的转速与柔轮2转速之和。

因此，波发生器1的旋转圈数与内部外齿刚轮5实际旋转圈数之比即为实际的减速比，通过两者减速运行的输出叠加，达到了低减速比。

本实施例中，双波传动的谐波减速器的公式表达为：

输入的转速为x；

柔轮2内齿齿数和外齿齿数均设有n个；

外部内齿刚轮4的内齿齿数设有n+2个；

内部外齿刚轮5的外齿齿数设有n-2个；

其中-(负号)表示输出与输入反向；

减速器的基础公式为：减速比＝转动件齿数/(转动件齿数-固定件齿数)；

一级传动说明：

波发生器1转动，波发生器1带动柔轮2转动，外部内齿刚轮4固定。

二级传动说明：

波发生器1转动，假设柔轮2静止；

但

相当于输入转速为RPM_柔+x；

因此，相对于柔轮2：RPM_{外部内齿刚轮相对}＝(RPM_柔+x)/i₂；

故，总和减速比说明：

即

此时：

综上可知，i_总的数值<i₁的数值<i₂的数值，即，本实施中谐波减速器的总和减速比，小于谐波减速器中一级传动的减速比，且小于谐波减速器中二级传动的减速比，实现了更小的减速比。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于，柔轮2外齿的齿单元数量与外部内齿刚轮4内齿的齿单元数量之间存在齿数差，设齿数差为差值a；柔轮2内齿的齿单元数量与内部外齿刚轮5外齿的齿单元数量之间存在齿数差，设齿数差为差值b；

其中，差值a与差值b不相等，且差值a与差值b均为2的整数倍，如差值a＝2，差值b＝4；柔轮2在波发生器1的作用下形变为椭圆形，具有两个长轴和两个短轴，长轴和短轴交替设置。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于，谐波减速器为三波传动(图中未示出)。

柔轮外齿的齿单元数量与外部内齿刚轮内齿的齿单元数量之间存在齿数差，设齿数差为差值a；柔轮内齿的齿单元数量与内部外齿刚轮外齿的齿单元数量之间存在齿数差，设齿数差为差值b。

其中，差值a与差值b均为3的整数倍；

柔轮在波发生器的作用下形变为圆角三角形(梨形)，具有三个长轴和三个短轴，长轴和短轴交替设置。

差值a与差值b相等；或，差值a与差值b不相等。

实施例4

本实施例与实施例1的不同之处在于，谐波减速器为四波传动(图中未示出)。

柔轮外齿的齿单元数量与外部内齿刚轮内齿的齿单元数量之间存在齿数差，设齿数差为差值a；柔轮内齿的齿单元数量与内部外齿刚轮外齿的齿单元数量之间存在齿数差，设齿数差为差值b。

其中，差值a与差值b均为4的整数倍；

柔轮在波发生器的作用下形变为圆角四边形，具有四个长轴和四个短轴，长轴和短轴交替设置。

差值a与差值b相等；或，差值a与差值b不相等。

实施例5

参照图6，本实施例与实施例1的不同之处在于，挤压组件12包括使柔轮发生形变的柔性轴承123，柔性轴承123安装在本体11上，柔轮2的侧壁与柔性轴承14相贴，柔性轴承14形变带动柔轮2形变，使得柔轮2形变后的轮廓为椭圆。

实施例6

本实施例与实施例1的不同之处在于(图中未示出)，内部外齿刚轮通过螺栓固定在顶壳上，此时外部内齿刚轮与输出端相连，以将动力输出。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.谐波减速器，包括波发生器(1)和柔轮(2)，所述柔轮(2)的设置在所述波发生器(1)上并产生形变，形变后的所述柔轮(2)上具有至少两个长轴和至少两个短轴，其特征在于：所述长轴在所述波发生器(1)的转动过程中沿所述柔轮(2)周向蠕动，所述短轴在所述波发生器(1)的转动过程中沿所述柔轮(2)周向蠕动，且所述长轴与短轴同步蠕动；

所述波发生器(1)包括本体(11)和用以使所述柔轮(2)发生形变的挤压组件(12)，所述挤压组件(12)安装在所述本体(11)上；

所述本体(11)连接有输入端(3)；所述挤压组件(12)包括若干个内部轴承(121)和若干个外部轴承(122)，所述内部轴承(121)和所述外部轴承(122)均安装在本体(11)上；所述内部轴承(121)抵触在柔轮(2)的内圈侧壁上，所述外部轴承(122)抵触在柔轮(2)的外圈侧壁上；其中，连续多个所述内部轴承(121)与连续多个所述外部轴承(122)交替设置在所述柔轮(2)的内外侧，使得所述柔轮(2)发生弹性形变，从而形成椭圆轮廓的柔轮(2)；

所述柔轮(2)具有内齿和外齿；

所述柔轮(2)外侧设置有外部内齿刚轮(4)，在所述柔轮(2)的长轴处，所述柔轮(2)的外齿与所述外部内齿刚轮(4)啮合，在所述柔轮(2)的短轴处，所述柔轮(2)的外齿与所述外部内齿刚轮(4)脱离；

所述柔轮(2)内侧设置有内部外齿刚轮(5)，在所述柔轮(2)的短轴处，所述柔轮(2)的内齿与所述内部外齿刚轮(5)啮合，在所述柔轮(2)的长轴处，所述柔轮(2)的内齿与所述内部外齿刚轮(5)脱离；

所述外部内齿刚轮(4)固定，所述内部外齿刚轮(5)转动并连接输出端(6)；

或，所述内部外齿刚轮(5)固定，所述外部内齿刚轮(4)转动并连接输出端(6)。

2.根据权利要求1所述的谐波减速器，其特征在于：所述柔轮(2)外齿齿数与所述外部内齿刚轮(4)内齿齿数存在齿数差；所述柔轮(2)内齿齿数与所述内部外齿刚轮(5)外齿齿数存在齿数差。

3.根据权利要求2所述的谐波减速器，其特征在于：所述柔轮(2)外齿齿数与所述外部内齿刚轮(4)内齿齿数的齿数差等同于所述柔轮(2)内齿齿数与所述内部外齿刚轮(5)外齿齿数之间的齿数差。

4.根据权利要求2所述的谐波减速器，其特征在于：所述柔轮(2)外齿齿数与所述外部内齿刚轮(4)内齿齿数的齿数差不等同于所述柔轮(2)内齿齿数与所述内部外齿刚轮(5)外齿齿数的齿数差；

且，所述柔轮(2)外齿齿数与所述外部内齿刚轮(4)内齿齿数的齿数差，和所述柔轮(2)内齿齿数与所述内部外齿刚轮(5)外齿齿数的齿数差之间成整数倍。

5.根据权利要求2-4任一所述的谐波减速器，其特征在于：所述柔轮(2)内齿齿数与所述柔轮(2)外齿齿数相等；

或，所述柔轮(2)内齿齿数与所述柔轮(2)外齿齿数不相等。

6.根据权利要求5所述的谐波减速器，其特征在于：所述柔轮(2)在所述波发生器(1)上形变轮廓为椭圆，所述柔轮(2)有且仅有两个长轴和两个短轴；

所述柔轮(2)外齿齿数与所述外部内齿刚轮(4)内齿齿数的齿数差、所述柔轮(2)内齿齿数与所述内部外齿刚轮(5)外齿齿数的齿数差均为2的整数倍。

7.根据权利要求6所述的谐波减速器，其特征在于：所述柔轮(2)外齿齿数与所述外部内齿刚轮(4)内齿齿数的齿数差为2，所述柔轮(2)内齿齿数与所述内部外齿刚轮(5)外齿齿数的齿数差为2。