TWI750491B - 諧波減速裝置 - Google Patents

Abstract

一種諧波減速裝置，係剛性的傳動，與撓性傳動的技術不同，沒有柔輪、沒有撓性軸承、更沒有橢圓凸輪。本發明係由激波器、剛性杯環及剛性環輪等三項基本零件構成；該激波器，係由一雙圓弧偏心凸輪與鋼性滾珠軸承組成；該剛性杯環，係在開口端外環凸起部銑製形成一雙擺線行星齒輪，杯底的凸緣環列複數鋼珠弧槽，通常以鋼珠與輸出軸連結；該剛性環輪，係在內周銑製形成一太陽齒輪，兩側可與外殼連結固定。本發明目的在改善撓性諧波減速裝置的缺陷，使製造簡單，成本更進一步降低，產品更實用普及。

Description

諧波減速裝置

本發明與諧波減速裝置有關，尤其一種剛性的諧波減速裝置。

請參閱第一圖，先前技術的諧波減速機，係一種應用金屬彈性力學的減速裝置，僅由波產生器01、彈性杯環02、剛性環輪03等三項基本零件構成。其中，該波產生器01，係由橢圓凸輪01-3與外環的撓性滾珠軸承01-1構成，軸承的內環固定於橢圓凸輪01-3上，利用滾珠介於其中之故，產生外環彈性變形；該彈性杯環02，係一杯狀薄壁的金屬彈性體，在外周開口端局部形成漸開線外齒輪02-1，杯底凸緣02-2用來連結輸出軸；該剛性環輪03，在其內周形成漸開線內齒輪03-1，內齒數比外齒數多2齒，該剛性環輪03，可與外殼連結固定；請參閱第二圖，該波產生器01利用凸輪的撓曲，使彈性杯環02跟隨撓曲，使在長軸位置與剛性環輪03的內齒輪嚙合，但在短軸位置的齒輪處於脫離狀態；當波產生器01轉一圈，彈性杯環02反向轉兩圈，構造簡單，但僅適用於高減速比傳動，背隙小，廣泛用於精密機器，例如機器人第4、第5關節及輕負荷機械手臂等。

然而，彈性杯環02及撓性滾珠軸承01-1材料的選擇，及成形技術難度頗高，且需模組化量產，損益纔能平衡，成本高就較難普及推 廣，而薄型滾珠軸承、彈性杯環，嚙合時的反覆擠壓，總是容易金屬疲勞，或在彈力不均下，且該撓性外齒輪韌度比鋼性內齒輪差，極易磨損，尤其在油脂潤滑的高速運轉更甚，使用壽命縮短，且高減速比傳動齒輪小，但容許扭矩相對需要較大，反其道而行，加速齒輪崩損，且適用減速比範圍，僅能高減速比使用；因此，需要一可適量生產，製造簡單，成本低，又可改善該撓形傳動瑕疵的諧波減速裝置。

基於上述，本發明提供一種諧波減速裝置，是以剛性傳動取代撓性傳動，以擺線齒輪取代漸開線齒輪，以雙圓弧偏心凸輪取代橢圓凸輪，捨棄彈性杯環、撓性滾珠軸承、以及橢圓凸輪等撓性傳動的基本零件，請參閱第三圖，包括：一激波器04，係由雙圓弧偏心凸輪04-6與剛性滾珠軸承04-7構成；一剛性環輪03，於內周銑製一羣擺線內齒03-3形成的太陽齒輪04-13，通常與外殼連結固定；一剛性杯環04-10、係杯形環狀金屬體，在開口端外周凸起部銑製一羣擺線外齒04-1形成的雙擺線行星齒輪04-12，該剛性滾珠軸承04-7連同雙圓弧偏心凸輪04-6，套設在剛性杯環04-內的階梯部04-11，杯底凸緣02-2設有複數鋼珠弧槽04-3，係以剛珠04-5與輸出軸連結。

前述雙圓弧偏心凸輪04-12，加工方便且精準，可獲得極高的幾何精度，且比橢圓凸輪01-3嚙合區更大，運轉更圓滑順暢，而該雙擺線行星齒輪04-12，係一羣擺線外齒04-1，依雙圓弧偏心凸輪04-12的外廓銑成，其與外環太陽齒輪04-13的擺線內齒03-3嚙合，極類似橢圓凸輪01-3撓曲漸開線外齒輪02-1與外環漸開線內齒輪03-1嚙合的樣態。

依此，本發明沒有材料選擇，沒有成型技術的困擾，沒有彈性疲勞，容易崩損等撓性傳動的缺陷，少量多樣或多樣少量生產，隨心所欲，製造成本當然可進一步的降低，且無論高或低減速比都可適用，減速比傳動範圍廣泛，而且鋼性的擺線齒型，齒腹短重心低，所以耐衝擊，耐磨耗，不易崩損，承受扭矩自然增加，壽命長，背隙小，小型化。

01:波產生器

01-1:撓性滾珠軸承

01-2:入力軸套

01-3:橢圓凸輪

01-5:軸用扣環

01-6:迫緊插件

02:彈性杯環

02-1:漸開線外齒輪

02-2:凸緣

02-3:凸緣螺孔

03:剛性環輪

03-1:漸開線內齒輪

03-2:環輪螺孔

03-3:擺線內齒

04:激波器

04-1:擺線外齒

04-2:圓板墊片

04-3:鋼珠弧槽

04-4:凸輪軸套

04-5:鋼珠

04-6:雙圓弧偏心凸輪

04-7:剛性滾珠軸承

04-8:鍵槽

04-13‧‧‧太陽齒輪

L‧‧‧杯環深度

261‧‧‧第一滾珠軸承

262‧‧‧第二滾珠軸承

27‧‧‧機壁

251‧‧‧第一行星齒輪

252‧‧‧第二行星齒

291‧‧‧第一軸銷孔

292‧‧‧第二軸銷孔

293‧‧‧輸出軸

294‧‧‧間隔環

295‧‧‧油封軸套

296‧‧‧馬達蓋板

297‧‧‧出力軸殼

298‧‧‧馬達

299‧‧‧六角承窩螺栓

300‧‧‧油封

301‧‧‧孔用扣環

e‧‧‧偏心距

第一圖係先前技術諧波減速裝置三構件的傳動示意圖。

第二圖係第一圖先前技術諧波減速裝置在B-B位置的剖面示意圖。

第三圖係本發明諧波減速裝置三構件的傳動示意圖。

第四圖係本發明第三圖諧波減速裝置在A-A位置的剖面意圖。

第五圖係習用的擺線行星齒輪傳動示意圖。

第六圖係本發明根據第五圖建構形成的雙擺線行星齒輪示意圖。

第七圖係本發明出力軸型諧波減速裝置的實施例。

以下依所附圖示，詳細說明本發明實施例其中一例，三項基本零件，的實施型態。

請參閱第三圖，一種諧波減速裝置，包括：一激波器04，一剛性杯環04-10，及一剛性環輪03等三項基本零件構成；其中，該激波器04，係由雙圓弧偏心凸輪04-6與剛性滾珠軸承04-7構成，套設在剛性杯環04-10開口端內的階梯部04-11；一剛性杯環04-10，係杯狀環型剛性金屬體，在開口端外周凸起部，銑製一羣擺線外齒04-1形成的雙擺線行星齒輪04 -12，底部凸緣02-2，環列複數鋼珠弧槽04-3，該鋼珠弧槽04-3深度略少於鋼珠半徑，外徑略大於鋼珠直徑加兩倍偏心距，係以剛珠與輸出軸連結；一剛性環輪03，該剛性環輪03兩側通常與外殼連結固定，其在內周銑製一羣擺線內齒03-3形成的太陽齒輪04-13，環列在雙擺線行星齒輪04-12外環，其中，該擺線內齒03-3與擺線外齒04-1的齒徑相同，且內齒數比外齒數略多，在高減比傳動為2齒，在低減速比傳動至少2齒以上，該太陽齒輪04-13寬度略大於雙擺線行星齒輪04-12寬度，而且都是剛性的齒輪。

請參閱第四圖，其中，該激波器04，係利用雙圓弧偏心凸輪04-6的激動，使剛性杯環04-10外周凸起部雙擺線行星齒輪04-12的擺線外齒04-1，嚙合外環剛性環輪03內周太陽齒輪04-13的擺線內齒03-3，進行多齒差傳動，使該剛性杯環03反向產生擺動旋轉，在A和C區範圍內，該擺線外齒04-1與擺線內齒03-3接觸嚙合，而於B和D區範圍內，該擺線外齒04-1與擺線內齒03-3則處於脫離狀態，嚙合狀態極似橢圓凸輪01-3，使漸開線外齒輪02-1撓曲嚙合該漸開線外齒輪03-1之樣態；在高減速比傳動，擺線內齒多於擺線外齒2齒，當激波器04轉1圈，鋼性杯環04-10反向轉2圈，在低減速比傳動，設若擺線內齒大於擺線外齒3齒，當激波器04轉1圈，該剛性杯環04-10反向轉3圈，依此類推，構造精簡。

請參閱第五圖，係習用二擺線行星齒輪251、252的傳動示意圖，該二擺線行星齒輪251、252同時擺動旋轉，各自在對稱嚙合區與外環擺線內齒03-3接觸嚙合，但二擺線行星齒輪251、252所占軸向空間大，且同心度容或有些落差，不若單一的雙擺線行星齒輪04-12精準，例如第六圖的雙擺線行星齒輪04-12，係擺線外齒04-1，依雙圓弧偏心凸輪04-6的外廓對 稱排列銑成，雙圓弧即為該二擺線行星齒輪的節圓直徑，請參閱第六圖，將二排行星齒輪251；252轉換形成一排04-12，可保持原有二排行星齒輪對稱嚙合的傳動效果，具有相同的中心、節徑、偏心距、功能等，所形成的雙擺線行星齒輪04-12自然精確，且軸向長度約略可縮短一半，是一種新式的雙擺線行星齒輪04-12，同樣可應用在他種減速傳動裝置。

請參閱第四圖，該雙圓弧偏心凸輪，外周套設一凸輪軸套，係利用該凸輪軸套04-4外周為真圓狀，可被套設進雙圓弧偏心凸輪04-6外周形成一體；該雙圓弧偏心凸輪04-6，外周銑有雙圓弧偏心凸輪04-6外廓，而配套的凸輪軸套04-4，在其內周也銑有相同的雙圓弧偏心凸輪04-6外廓，使該凸輪軸套04-4能配合套進行成一體，該凸輪中心為貫穿孔附有鍵槽04-8，用來承接馬達輸出軸驅動使用；由於該剛性滾珠軸承04-7內環是真圓形狀，且為剛性體，而雙圓弧偏心凸輪外廓，並非真圓形狀，設若直接套進鋼性滾珠軸承04-7內環，外圓將無法完全接觸鋼性滾珠軸承04-7內環，將使凸輪無法完成確切動作，為此，本發明特將該雙圓弧偏心凸輪04-6外廓，套設該凸輪軸套，並不影響傳動精度。

請參閱第三圖，其中，該剛性杯環04-10，不具彈性金屬特性，隸屬普通金屬材質，選材單純，可藉熱鍛粗坯成形後加工，若少量多樣生產，則可直接車削成型，製造簡單，打樣容易，儲料方便，成本自然會降低，而且杯環深度L可根據需要伸縮，軸向長度可更短，且該嚙合的擺線齒型均具短幅圓弧狀，齒腹短重心低，不易崩毀，耐衝擊耐磨耗，而在高減速比傳動之齒徑小，尤其二齒差傳動更小，銑製有困難時，可逕行採用線切割成形，省卻硬化後的研磨處理，精準快速，價位也合理。

請參閱第七圖，下述說明係利用前述，三項基本零件，衍生出的商品實施例其中一例，出力軸型諧波減速裝置，的實施形態。

本實施例的組裝過程如下：該出力軸殼297先壓進第一滾珠軸承261，置放間隔環294後，壓進第二滾珠軸承262，並在第二滾珠軸承262外環置入孔用扣環301，然後將該輸出軸293壓進該第二滾珠軸承262內，當壓進第二滾珠軸承262時，應將間隔環294對準輸出軸293，通常該間隔環294是鬆動配合容易套進，然後再壓進到底，完成輸出軸段工作，本說明在安裝時應以直立方式進行，接著將複數剛珠04-5置放入在輸出軸293凸緣上環列的剛珠孔內，使剛性杯環04-10凸緣的鋼珠弧槽04-3對準前述複數鋼珠04-5，並將圓板墊片04-2套進輸出軸293右端貫穿凸緣02-2內孔突出部分，對準螺絲孔02-3，以六角承窩螺栓299鎖緊連結輸出軸293與該圓板墊片04-2，該圓板墊片04-2與凸緣02-2內面並未接觸，且鎖緊的六角承窩螺栓299也未與凸緣螺孔02-3接觸，僅作為該複數鋼珠04-5齒隙調整使用，使輸出軸293與圓板墊片04-2可同步旋轉，而凸緣02-2僅在兩者間擺動低速旋轉，然後依序套進剛性環輪03、馬達蓋板296、馬達或其他動力系統，再以六角承窩螺栓299連結固定，最後從該輸出軸293左端，壓進油封301及油封軸套295，完成該，出力軸型諧波減速裝置，的組裝工作。

上述該，出力軸型諧波減速裝置，之動態說明如下：首先，啟動馬達使輸出軸轉動，激動該雙圓弧偏心凸輪04-6，驅動剛性杯環04-10外周雙擺線行星齒輪04-12的擺線外齒04-1嚙合太陽齒輪04-13的擺線03-3，使該剛性杯環04-10反向擺動旋轉，擺動凸緣02-2鋼珠弧槽04-3嚙合輸出軸293凸緣部環列的複數鋼珠04-5，並對鋼珠中心，進行偏心旋轉，無齒隙的 傳輸減速後的相對位移及其扭矩。

本發明係利用雙圓弧偏心凸輪，來激動外環雙擺線行星齒輪嚙合太陽齒輪，進行剛性傳動的諧波減速裝置，容許扭矩大，耐衝擊耐磨耗，減速比範圍廣，製造簡單，成本低，適用需要高精度精密減速裝置的自動化設備。

01-6‧‧‧迫緊插件

02-2‧‧‧凸緣

02-3‧‧‧凸緣螺孔

03‧‧‧剛性環輪

03-2‧‧‧環輪螺孔

04‧‧‧激波器

04-3‧‧‧鋼珠弧槽

04-4‧‧‧凸輪軸套

04-6‧‧‧雙圓弧偏心凸輪

04-7‧‧‧滾珠軸承

04-8‧‧‧鍵槽

04-9‧‧‧軸用扣環

04-10‧‧‧剛性杯環

04-11‧‧‧階梯部

04-12‧‧‧雙擺線行星齒輪

04-13‧‧‧太陽齒輪

L‧‧‧杯環深度

Claims (8)

1. 一種諧波減速裝置，包括：一剛性杯環，係杯狀環型剛性金屬體，在開口端外周凸起部，銑製一羣擺線外齒形成的雙擺線行星齒輪，底部凸緣，環列複數鋼珠弧槽，係以鋼珠與輸出軸連結；一激波器，係由雙圓弧偏心凸輪與剛性滾珠軸承構成；套設在剛性杯環開口端內的階梯部；一剛性環輪，該剛性環輪兩側可與外殼連結固定，其在內周銑製一羣擺線內齒形成的太陽齒輪，環列在所述雙擺線行星齒輪外環；其中，該激波器，係利用該雙圓弧偏心凸輪的激動，使該剛性杯環外周凸起部所述雙擺線行星齒輪的該擺線外齒，嚙合外環該剛性環輪內周所述太陽齒輪的該擺線內齒，進行多齒差傳動，使該剛性杯環反向產生擺動旋轉。
2. 如申請專利範圍第1項所述之諧波減速裝置，其中，該雙圓弧偏心凸輪，外周套設一凸輪軸套，係利用該凸輪軸套外周為真圓狀，可被套設進該雙圓弧偏心凸輪外周形成一體。
3. 如申請專利範圍第1項所述之諧波減速裝置，其中，內齒數比外齒齒數略多，在高減比傳動為2齒，在低減速比傳動至少2齒以上。
4. 如申請專利範圍第1項所述之諧波減速裝置，其中，該擺線內齒與擺線外齒的齒徑相同。
5. 如申請專利範圍第1項所述之諧波減速裝置，其中，該雙擺線行星齒輪的行成，係擺線外齒，依雙圓弧偏心凸輪的外廓對稱排列銑成，雙圓弧即為該二擺線行星齒輪的節圓直徑。
6. 如申請專利範圍第2項所述之諧波減速裝置，其中，該雙圓弧偏心凸輪，外周銑有雙圓弧偏心凸輪外廓，而配套的凸輪軸套，在內周也銑有相同的雙圓弧偏心凸輪外廓。
7. 如申請專利範圍第1項所述之諧波減速裝置，其中，該太陽齒輪寬度略大於雙擺線行星齒輪寬度，而且都是剛性的齒輪。
8. 如申請專利範圍第1項所述之諧波減速裝置，其中，該剛性杯環，不具性金屬特性，隸屬普通金屬材質，而且杯環深度L可根據需要伸縮，軸向長度可更短。

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