CN209587089U - 柔轮、谐波变速器和机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种柔轮、谐波变速器和机器人。该柔轮包括设置在柔轮的开口端并用于与波发生器配合的配合部(1)，配合部(1)具有第一内孔(2)，第一内孔(2)的孔壁与柔轮的中心轴线之间形成倾角α。根据本申请的柔轮，能够减小波发生器所受到的轴向力，提高波发生器的使用寿命。

Description

柔轮、谐波变速器和机器人

技术领域

本申请属于机器人技术领域，具体涉及一种柔轮、谐波变速器和机器人。

背景技术

谐波减速器具有传动精度高、速比大、体积小、结构简单，应用广泛等诸多优点。如图1和图2所示，减速器主要由刚轮、柔轮1’和波发生器2’组成。工作过程一般是刚轮固定，波发生器2’转动时，迫使柔轮1’产生弹性变形，使柔轮1’的齿与刚轮的齿进入啮合状态，从而实现传动。

如图4中a所示为柔轮1’未安装在波发生器2’上形变时的结构图，此时柔轮1’为圆形。谐波减速器的波发生器2’为椭圆结构，其椭圆长轴要比柔轮1’的内径略大，所以波发生器2’装入柔轮1’后，在柔轮1’开口端，柔轮1’将按波发生器2’的轮廓形状发生变形，如图4中的b所示。柔轮1’将在开口端波发生器2’长轴附近被撑紧向外扩张，又因为柔轮1’的周长基本不发生变化，所以在开口端波发生器2’短轴附近柔轮1’向内收缩。与此同时，柔轮1’的筒底直径大小并没有发生变化或者只有很小的一个变化量，所以柔轮1’将呈现复杂的变形形态，但在波发生器2’长轴和短轴附近分别有向外和向内的一个最大倾角值。在静止状态下，减速器各个部件受力平衡。正常工作时，波发生器2’输入转矩，柔轮1’在波发生器2’椭圆长轴(图4中柔轮扩张区域)的驱动下产生强制变形，短半轴(图4中柔轮收缩区域)受到突变的挤压力作用而产生弹性形变，波发生器2’轴承受到来自柔轮1’的反作用力F(图3)，该力可分解为轴向力F1和径向力F2，此时波发生器2’在轴向力F1的作用下有向内运动的趋势，但是波发生器2’的内孔和轴固定连接，长期运行造成柔性轴承与电机轴产生轴向位移或轴承损坏。

实用新型内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种柔轮、谐波变速器和机器人，能够减小波发生器所受到的轴向力，提高波发生器的使用寿命。

为了解决上述问题，本申请提供一种柔轮，包括设置在柔轮的开口端并用于与波发生器配合的配合部，配合部具有第一内孔，第一内孔的孔壁与柔轮的中心轴线之间形成倾角α。

优选地，倾角α的角度为0.1°～1°。

优选地，第一内孔沿着靠近开口端的方向外扩。

优选地，第一内孔沿着靠近开口端的方向内收。

优选地，柔轮还包括连接在配合部远离开口端一端的连接部，连接部具有第二内孔。

优选地，第一内孔为等径孔。

优选地，第二内孔的孔壁与第一内孔的孔壁衔接为一体。

优选地，柔轮还包括连接法兰，连接法兰设置在柔轮远离开口端的一端。

优选地，柔轮的开口端外周侧设置有用于与刚轮啮合的外齿。

优选地，外齿沿柔轮的轴向的延伸方向平行与柔轮的中心轴线。

优选地，外齿具有靠近开口端的第一齿顶圆和远离开口端的第二齿顶圆，第一齿顶圆的直径小于第二齿顶圆的直径。

优选地，外齿沿柔轮轴向的延伸方向平行与柔轮的内孔延伸方向。

根据本申请的另一方面，提供了一种谐波变速器，包括柔轮、刚轮和波发生器，该柔轮为上述的柔轮，柔轮位于刚轮和波发生器之间。

根据本申请的另一方面，提供了一种机器人，包括谐波变速器，该谐波变速器为上述的谐波变速器。

本申请提供的柔轮，包括设置在柔轮的开口端并用于与波发生器配合的配合部，配合部具有第一内孔，第一内孔的孔壁与柔轮的中心轴线之间形成倾角α。柔轮将与波发生器配合的配合部所具有的第一内孔设置为具有锥度的孔，能够在柔轮扩张或者收缩的切换过程中对柔轮的形变形成一定补偿，在柔轮从收缩状态切换为扩张状态的突变点之前，通过第一内孔的锥度在柔轮与波发生器之间预先施加一定的轴向作用力，从而在柔轮达到状态切换点时，可以减小柔轮在状态切换点切换过程中，波发生器所受到的来自于柔轮的轴向作用力，降低柔性轴承与电机轴产生轴向位移或轴承损坏的可能，增加柔性轴承的使用寿命，增加波发生器的使用寿命，进而提高谐波变速器的使用寿命。

附图说明

图1为现有技术中的柔轮的结构示意图；

图2为现有技术中的柔轮在波发生器的椭圆长半轴的受力分析图；

图3为现有技术中的柔轮在波发生器的椭圆短半轴的受力分析图；

图4为现有技术中的柔轮的强迫变形分析图；

图5为本申请实施例的柔轮的结构示意图；

图6为本申请实施例的柔轮的立体结构示意图。

附图标记表示为：

1、配合部；2、第一内孔；3、连接部；4、第二内孔；5、连接法兰；6、外齿；7、第一齿顶圆；8、第二齿顶圆。

具体实施方式

结合参见图5至图6所示，根据本申请的实施例，柔轮包括设置在柔轮的开口端并用于与波发生器配合的配合部1，配合部1具有第一内孔2，第一内孔2的孔壁与柔轮的中心轴线之间形成倾角α。

柔轮将与波发生器配合的配合部1所具有的第一内孔2设置为具有锥度的孔，能够在柔轮扩张或者收缩的切换过程中对柔轮的形变形成一定补偿，在柔轮从收缩状态切换为扩张状态的突变点之前，通过第一内孔2的锥度在柔轮与波发生器之间预先施加一定的轴向作用力，从而在柔轮达到状态切换点时，可以减小柔轮在状态切换点切换过程中，波发生器所受到的来自于柔轮的轴向作用力，降低柔性轴承与电机轴产生轴向位移或轴承损坏的可能，增加柔性轴承的使用寿命，增加波发生器的使用寿命，进而提高谐波变速器的使用寿命。

倾角α的角度为0.1°～1°。

根据谐波变速器的类型不同，第一内孔2的锥度也不相同。

具体而言，当谐波变速器为谐波减速器时，第一内孔2沿着靠近开口端的方向外扩。

当谐波变速器为谐波增速器时，第一内孔2沿着靠近开口端的方向内收。

结合参见图2和图3所示，以谐波减速器为例，在柔轮与波发生器相互配合的过程中，当柔轮处于柔轮扩张区域时，会受到刚轮的挤压作用力，从而向波发生器施加较大的轴向作用力，当柔轮处于柔轮收缩区域时，此时柔轮不与刚轮接触，因此不会受到挤压作用力，柔轮施加至波发生器的轴向作用力也较小。当柔轮从柔轮收缩区域向柔轮扩张区域切换时，会经过强迫变形驱动点，柔轮施加至波发生器的轴向作用力方向会发生突变，导致轴向作用力发生突变，波发生器所受到的轴向作用力冲击较大，进而传递至柔性轴承的冲击作用力较大，容易导致柔性轴承损坏，或者是与电机轴之间发生轴向位移，影响谐波减速器的使用性能。

而通过将与波发生器进行配合的第一内孔2设计为沿着靠近开口端的方向外扩的结构，在柔轮由柔轮收缩区域切换至柔轮扩张区域的过程中，柔轮达到强迫变形驱动点之前，柔轮施加至波发生器的轴向作用力的方向就已经发生了改变，因此在达到强迫变形驱动点时，即使仍然会产生一定的突变轴向作用力，但该轴向作用力也已经被大幅度减小，因此传递至波发生器的轴向作用力也大幅减小，可以有效降低波发生器在柔轮进行状态切换过程中所受到的突变轴向作用力，避免柔性轴承与电机轴之间轴向位移，对减速器整机性能造成的影响，同时，波发生器轴向力减小，有利于提高波发生器的使用寿命，从而提高减速器整机的寿命。

谐波增速器利用柔轮减小轴向作用力的原理与谐波减速器相同，只是作用力的传递方向不同，因此需要调整第一内孔2的倾斜方向。

柔轮还包括连接在配合部1远离开口端一端的连接部3，连接部3具有第二内孔4。

第一内孔2可以为等径孔。

第二内孔4的孔壁也可以与第一内孔2的孔壁衔接为一体。具体而言，第二内孔4可以具有与第一内孔2相同的锥度，且第二内孔4的内壁与第一内孔2的内壁齐平，从而可以使得第一内孔2和第二内孔4形成一体，降低加工难度，减小加工成本，提高加工效率。

柔轮还包括连接法兰5，连接法兰5设置在柔轮远离开口端的一端。连接法兰5可以实现柔轮与其他结构之间的固定连接。

柔轮的开口端外周侧设置有用于与刚轮啮合的外齿6。

优选地，外齿6沿柔轮的轴向的延伸方向平行与柔轮的中心轴线，可以简化外齿6的结构复杂度，降低外齿6的加工难度，提高外齿6的加工效率。

优选地，外齿6具有靠近开口端的第一齿顶圆7和远离开口端的第二齿顶圆8，第一齿顶圆7的直径小于第二齿顶圆8的直径。当柔轮的第一内孔2做成一定倾角后，柔轮齿顶和刚轮啮合时会产生干涉，因此，适当缩小柔轮开口端端口处的齿顶圆直径，可以避免柔轮和刚轮啮合时产生干涉。滚齿加工时，保证开口端和远离开口端的齿形一致，有利于增加柔轮和刚轮的有效啮合接触面积，增加谐波变速器刚度。

优选地，外齿6沿柔轮轴向的延伸方向平行与柔轮的内孔延伸方向，从而可以通过设置外齿6的倾斜角度来避免外齿6与刚轮之间发生干涉，同时无需对齿顶圆再进行进一步的处理。

根据本申请的实施例，谐波变速器包括柔轮、刚轮和波发生器，柔轮为上述的柔轮，柔轮位于刚轮和波发生器之间。

当外齿6沿柔轮的轴向的延伸方向平行与柔轮的中心轴线时，刚轮的内齿也可以做出与第一内孔2相同的倾角，从而避免本申请中的柔轮与刚轮之间发生干涉。

根据本申请的实施例，机器人包括谐波变速器，该谐波变速器为上述的谐波变速器。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。以上仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本申请的保护范围。

Claims (14)

1.一种柔轮，其特征在于，包括设置在所述柔轮的开口端并用于与波发生器配合的配合部(1)，所述配合部(1)具有第一内孔(2)，所述第一内孔(2)的孔壁与所述柔轮的中心轴线之间形成倾角α。

2.根据权利要求1所述的柔轮，其特征在于，所述倾角α的角度为0.1°～1°。

3.根据权利要求1所述的柔轮，其特征在于，所述第一内孔(2)沿着靠近开口端的方向外扩。

4.根据权利要求1所述的柔轮，其特征在于，所述第一内孔(2)沿着靠近开口端的方向内收。

5.根据权利要求1所述的柔轮，其特征在于，所述柔轮还包括连接在所述配合部(1)远离所述开口端一端的连接部(3)，所述连接部(3)具有第二内孔(4)。

6.根据权利要求5所述的柔轮，其特征在于，所述第一内孔(2)为等径孔。

7.根据权利要求5所述的柔轮，其特征在于，所述第二内孔(4)的孔壁与所述第一内孔(2)的孔壁衔接为一体。

8.根据权利要求1所述的柔轮，其特征在于，所述柔轮还包括连接法兰(5)，所述连接法兰(5)设置在所述柔轮远离所述开口端的一端。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的柔轮，其特征在于，所述柔轮的开口端外周侧设置有用于与刚轮啮合的外齿(6)。

10.根据权利要求9所述的柔轮，其特征在于，所述外齿(6)沿所述柔轮的轴向的延伸方向平行与所述柔轮的中心轴线。

11.根据权利要求10所述的柔轮，其特征在于，所述外齿(6)具有靠近所述开口端的第一齿顶圆(7)和远离所述开口端的第二齿顶圆(8)，所述第一齿顶圆(7)的直径小于第二齿顶圆(8)的直径。

12.根据权利要求9所述的柔轮，其特征在于，所述外齿(6)沿所述柔轮轴向的延伸方向平行与所述柔轮的内孔延伸方向。

13.一种谐波变速器，包括柔轮、刚轮和波发生器，其特征在于，所述柔轮为权利要求1至12中任一项所述的柔轮，所述柔轮位于所述刚轮和所述波发生器之间。

14.一种机器人，包括谐波变速器，其特征在于，所述谐波变速器为权利要求13所述的谐波变速器。