專利名稱：一種短筒柔輪諧波傳動減速器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種諧波傳動減速器，特別是涉及一種短筒柔輪諧波傳動減速器。
背景技術：
諧波傳動減速器是依靠柔性零件產(chǎn)生彈性變形來傳遞動力和運動的一種機械傳動減速器。諧波傳動具有傳動比大、精度高、承載能力大、體積小、重量輕、傳動效率高、傳動平穩(wěn)、噪聲小、可向密閉空間傳遞運動等優(yōu)點，近年來應用越來越廣泛。圖1示出了一種常見的諧波傳動減速器，諧波傳動減速器的核心件是柔輪1、剛輪 2和波發(fā)生器3，俗稱三大件。柔輪1設置在波發(fā)生器3的外周，而剛輪2設置在柔輪的外周，并且，剛輪2和柔輪1通過齒輪嚙合。柔輪1在波發(fā)生器3作用下產(chǎn)生變形，在波發(fā)生器 3長軸兩端處的柔輪輪齒與剛輪輪齒完全嚙合；在短軸兩端處的柔輪輪齒和剛輪輪齒完全脫開；在波發(fā)生器3長軸和短軸的區(qū)間，柔輪輪齒與剛輪輪齒有的處于半嚙合狀態(tài)；有的則逐漸退出嚙合處于半脫開狀態(tài)。柔輪主要受到彎曲交變應力和扭轉剪切應力的共同作用。如圖3所示，現(xiàn)有技術中的諧波傳動減速器中的柔輪的軸向長度比較長，也就是軸向長度和直徑的比比較大。這樣導致整個諧波傳動減速器都比較長?，F(xiàn)有技術中的長筒諧波傳動減速器的缺點是軸向尺寸較長(主要由柔輪1長度決定)，在一些安裝空間受限制的場合無法適用，比如航空航天、機器人制造等領域，因此有必要進行改進。然而單純的縮短柔輪的軸向尺寸會增加柔輪筒體和齒部的變形應力，導致柔輪輪齒、柔輪筒底易斷裂。
發(fā)明內(nèi)容為此，本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的弊端，提出了一種短筒柔輪諧波傳動減速器。本發(fā)明的一個目的在于提供一種短筒柔輪諧波傳動減速器，其軸向長度較短，而卻能夠確保獲得良好的強度和應力，滿足實際使用的壽命需求。本發(fā)明的又一目的在于提供一種生產(chǎn)短筒柔輪的材料，通過這種材料生產(chǎn)的減速器能夠滿足短筒柔輪諧波傳動減速器的要求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種短筒柔輪諧波傳動減速器，包括波發(fā)生器， 其具有橢圓形結構；柔輪，其環(huán)設在所述波發(fā)生器的外周，所述柔輪包括柔輪筒體、位于柔輪筒體一側的柔輪凸緣、以及連接柔輪筒體和柔輪凸緣的柔輪筒底，且所述柔輪筒體的外周設置有柔輪齒圈；剛輪，其環(huán)設在所述柔輪的外周，且所述剛輪的內(nèi)周設置有剛輪齒圈， 所述剛輪齒圈與所述柔輪齒圈能夠相互嚙合；其中，所述柔輪的軸向長度是其內(nèi)圈直徑的 0. 55 0. 65倍，且所述柔輪的柔輪齒圈的軸向長度為柔輪筒體的軸向長度的1/2 4/5之間，這樣能夠確保柔輪齒圈上的齒輪強度。優(yōu)選的是，所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪齒圈與筒體的過渡圓角的半徑為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 30 0. 40倍。[0012]優(yōu)選的是，所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪筒體與柔輪筒底的過渡圓角的半徑為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 05 0. 15倍。優(yōu)選的是，所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪筒底的厚度由柔輪凸緣側向柔輪筒體側向逐漸變薄。優(yōu)選的是，所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪筒底的外表面由柔輪凸緣側向柔輪筒體側向內(nèi)逐漸傾斜，斜度為1 36 1 37。優(yōu)選的是，所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪筒體的未設置有剛輪齒圈的部分的厚度，由剛輪齒圈側向柔輪筒底側向逐漸變薄。優(yōu)選的是，所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪筒體的未設置有剛輪齒圈的部分的厚度在剛輪齒圈側為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 009 0. 011倍，而在柔輪筒底側則為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 007 0. 0094倍。優(yōu)選的是，所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪齒圈的齒高為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 016 0. 018倍。優(yōu)選的是，所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪齒圈的齒厚為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 015 0. 020倍。優(yōu)選的是，所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪齒圈的柔輪輪齒壓力角為 30°。本發(fā)明所述的短筒柔輪諧波傳動減速器，通過減速器結構的改變，能夠實現(xiàn)短筒柔輪的利用，從而縮短了柔輪諧波傳動減速器的軸向長度。特別是，本發(fā)明中的短筒柔輪可以利用特定的鋼材制成，通過這種鋼材制造的短筒柔輪既能夠確保柔輪變形量，又能夠確保柔輪上齒輪的耐磨性，是本發(fā)明人經(jīng)過大量的試驗，研制出的材料。特別是，本發(fā)明的短筒柔輪諧波傳動減速器在縮短了柔輪諧波傳動減速器的軸向長度的情況下，還能夠確保柔輪諧波傳動減速器的結構長度和使用壽命。本發(fā)明的又一個有益效果在于，諧波傳動減速器的軸向尺寸縮短，而柔輪的使用壽命不會降低，并且還能提高扭轉剛度，運動精度和減小回差。因此除了能廣泛應用于諧波傳動減速器傳統(tǒng)的領域外，還特別適用于受安裝空間限制的航空航天、軍事工業(yè)、機器人制造等領域，是長筒柔輪的更新?lián)Q代產(chǎn)品。

圖1為現(xiàn)有技術中長筒柔輪諧波傳動減速器的結構示意圖；圖2為本發(fā)明所述的短筒柔輪諧波傳動減速器的結構示意圖；圖3為現(xiàn)有技術中的長筒柔輪諧波傳動減速器中的柔輪的結構示意圖；圖4為本發(fā)明的短筒柔輪諧波傳動減速器中的柔輪的結構示意圖；圖5為圖4中圈A部分的結構放大示意圖；圖6為左側的現(xiàn)有技術的柔輪輪齒與右側的本發(fā)明的柔輪輪齒的對比示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。[0030]如圖2所示，圖2為本發(fā)明所述的短筒柔輪諧波傳動減速器的結構示意圖。為了解決現(xiàn)有技術中的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種短筒諧波傳動減速器，使得諧波傳動減速器的軸向尺寸縮短，而柔輪的使用壽命不會降低，能廣泛應用于受安裝空間限制的領域。諧波傳動減速器的薄弱件是柔輪，因此有必要對柔輪的結構進行改進。柔輪筒體結構的改進請參見圖2、圖4和圖5。柔輪筒體應力分布是不均勻的，在底部靠近凸緣處應力最大，靠近齒圈處次之，其它部位沿軸向(遠離齒圈)逐漸減小。根據(jù)受力特點，對結構進行如下改進(1)將筒底設計成斜面，斜度一般為1 36 1 37( 齒圈與筒體過渡處采取大圓弧過渡，是現(xiàn)有技術中長筒柔輪的13 15倍C3)筒體壁厚減薄，是現(xiàn)有技術中長筒柔輪的0. 65 0. 84倍 (4)減小筒體與筒底的過渡圓角，是現(xiàn)有技術中長筒的0.5 0.6倍。改進后柔輪筒體接近了等強度設計，從而充分發(fā)揮了材料效能。柔輪輪齒的改進請參見圖6，圖6為左側的現(xiàn)有技術的柔輪輪齒與右側的本發(fā)明的柔輪輪齒的對比示意圖。根據(jù)受力特點，對輪齒結構進行如下改進(1)降低齒高，本發(fā)明柔輪齒高為現(xiàn)有技術長筒柔輪尺高的0. 55 0. 68倍；(2)減薄齒厚，本發(fā)明柔輪齒厚為現(xiàn)有技術長筒柔輪齒厚的0. 45 0. 56倍；(3)本發(fā)明柔輪輪齒增大了漸開線齒廓的壓力角，避免輪齒嚙合干涉，改善受力狀況，現(xiàn)有技術中長筒柔輪輪齒的壓力角為20°，本發(fā)明改進后的柔輪輪齒壓力角為30°。通過上述的改進措施，本發(fā)明生產(chǎn)的短筒柔輪諧波傳動減速器，利用試驗進行分析，疲勞強度完全達到了設計要求，并在實際應用中得到驗證。特別是，在采用以下材料制造柔輪時，即所述柔輪的材料為鋼材，所述剛材包含0. 31% 0. 45%的(^2^-3.5^^3 Α1、0· 16% 0. 18% 的 Si、0. 8% 0. 9% 的Mg、0. 5% 0. 6% 的Μη、0· 03% 0. 04% 的 Cr、 0. 1% 0· 11_Μο、0· 03% 0. 05%的Ti，0. 04% 0. 05%的P，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)，本發(fā)明的短筒諧波傳動減速器的使用壽命和同規(guī)格長筒諧波傳動減速器相比并沒有降低，扭轉剛度，精度等指標也得到了提高。具體而言，本發(fā)明提供了一種短筒柔輪諧波傳動減速器，如圖2所示，包括波發(fā)生器3a，其具有橢圓形結構；波發(fā)生器在電機輸出軸的帶動下，快速旋轉，從而用其橢圓形的外形抵頂柔輪Ia圓形的內(nèi)圈，造成柔輪Ia變形，通過柔輪Ia變形量，使得柔輪齒圈與剛輪齒圈齒輪嚙合減速。柔輪la，其環(huán)設在所述波發(fā)生器3a的外周，所述柔輪Ia包括柔輪筒體4、位于柔輪筒體一側的柔輪凸緣5、以及連接柔輪筒體和柔輪凸緣的柔輪筒底6 (如圖4 所示)，且所述柔輪筒體的外周設置有柔輪齒圈。剛輪加，其環(huán)設在所述柔輪Ia的外周，且所述剛輪加的內(nèi)周設置有剛輪齒圈，所述剛輪齒圈與所述柔輪齒圈能夠相互嚙合；其中， 所述柔輪Ia的軸向長度是其內(nèi)圈直徑的0. 45 0. 75倍。內(nèi)圈直徑就是柔輪筒體的內(nèi)腔的直徑。優(yōu)選的是，所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪的軸向長度是其內(nèi)圈直徑的0. 5 0. 6倍。將本發(fā)明與現(xiàn)有技術中的長筒柔輪諧波傳動減速器進行比較圖3是現(xiàn)有技術中的諧波減速器的柔輪，其中的Ll是現(xiàn)有技術的柔輪的軸向長度，圖4中的L2是本發(fā)明的柔輪的軸向長度，其中，L2為Ll的0. 55 0. 65倍。或者說，柔輪Ia的軸向長度是其內(nèi)圈直徑的0. 45 0. 75倍。進一步，其中，所述柔輪的軸向長度是其內(nèi)圈直徑的0. 55 0. 65倍，且所述柔輪的柔輪齒圈的軸向長度為柔輪筒體的軸向長度的1/2 4/5之間，這樣能夠確保柔輪齒圈上的齒輪強度。并且，本發(fā)明所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪齒圈與筒體的過渡圓角的半徑為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 25 0. 40倍。將本發(fā)明與現(xiàn)有技術中的長筒柔輪諧波傳動減速器進行比較圖3是現(xiàn)有技術中的諧波減速器的柔輪，其中的Rl是現(xiàn)有技術的柔輪齒圈與筒體的過渡圓角的半徑，圖4中的R3是本發(fā)明的柔輪齒圈與筒體的過渡圓角的半徑， 其中，R3是Rl的13 15倍?；蛘哒f，所述柔輪齒圈與筒體的過渡圓角的半徑為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 25 0. 40倍。所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪筒體與柔輪筒底的過渡圓角的半徑為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 05 0. 15倍。將本發(fā)明與現(xiàn)有技術中的長筒柔輪諧波傳動減速器進行比較圖3是現(xiàn)有技術中的諧波減速器的柔輪，其中的R2是現(xiàn)有技術的柔輪筒體與柔輪筒底的過渡圓角的半徑，圖4中的R4是本發(fā)明的柔輪筒體與柔輪筒底的過渡圓角的半徑， 其中，R4是R2的0. 5 0. 6倍。也就是說，本發(fā)明的柔輪筒體與柔輪筒底的過渡圓角的半徑比現(xiàn)有技術的半徑小?；蛘哒f，柔輪筒體與柔輪筒底的過渡圓角的半徑為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 05 0. 15倍。所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪筒底6的厚度由柔輪凸緣5側向柔輪筒體4側向逐漸變薄，如圖4所示。所述的短筒柔輪諧波傳動減速器，其中，所述柔輪筒底的外表面由柔輪凸緣側向柔輪筒體側向內(nèi)逐漸傾斜，斜度為1 36 1 37。所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪筒體4的未設置有剛輪齒圈的部分的厚度，由剛輪齒圈側向柔輪筒底側向逐漸變薄。未設置有剛輪齒圈的部分也就是圖4中過渡圓角R3過渡結束處至過渡圓角R4處的部分，這部分從圖上可以明顯看出是傾斜的。此處設計，有助于消除應力。所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪筒體的未設置有剛輪齒圈的部分的厚度在剛輪齒圈側為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 009 0. 011倍，而在柔輪筒底側則為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 007 0. 0094倍。將本發(fā)明與現(xiàn)有技術中的長筒柔輪諧波傳動減速器進行比較圖 3是現(xiàn)有技術中的諧波減速器的柔輪，其中的δ 1是現(xiàn)有技術的柔輪筒體的厚度，圖5是為圖4中圈A部分的結構放大示意圖，圖5中的δ 2是所述柔輪筒體的未設置有剛輪齒圈的部分在剛輪齒圈側的厚度，而S 3是在柔輪筒底側的厚度，其中，δ 2是δ 1的0.65 0.84 倍，而S3是δ2的0.78 0.86倍?；蛘哒f，所述柔輪筒體的未設置有剛輪齒圈的部分的厚度在剛輪齒圈側為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 009 0. 011倍，而在柔輪筒底側則為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 007 0. 0094倍。所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪的材料為鋼材，所述鋼材包含質(zhì)量百分比0. 31% 0. 45% 的 C、2% 3. 5% 的 A1、0. 16% 0. 18% 的 Si、0. 8% 0. 9% 的 Mg、0. 5% 0. 6% 的 Μη、0· 03% 0. 04% 的 Cr、0. 0. 11% 的 Μο、0· 03% 0. 05% 的 Ti，0. 04% 0. 05%的P，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。發(fā)明人通過反復的試驗發(fā)現(xiàn)，這種鋼材能夠實現(xiàn)良好的工作效果。所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪鋼材，所述柔輪筒體的柔輪齒圈部的剛材的表層硬度介于HV450 HV470之間，抗拉強度介于1700N/mm2 1750N/mm2之間； 所述柔輪筒體的非柔輪齒圈部的鋼材的表層硬度介于HV430 HV450之間，抗拉強度介于 1500N/mm2 1550N/mm2之間，且鋼材的有效優(yōu)化深度為不含柔輪齒圈的柔輪筒體的內(nèi)圈直徑的0. 3 0. 35之間。所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪齒圈的齒高為柔輪內(nèi)圈直徑的 0. 016 0. 018倍。如圖6所示，圖6左側為現(xiàn)有技術的柔輪輪齒，而右側為本發(fā)明的柔輪輪齒，兩者進行了對比。如圖6所示，左側圖中，Hl為現(xiàn)有技術中柔輪上齒輪的高度，而右側圖中，H2為本發(fā)明中的柔輪上齒輪的高度，通常H2為Hl的0. 55 0. 68倍。所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪齒圈的齒厚為柔輪內(nèi)圈直徑的 0. 015 0. 020倍。如圖6所示，圖6左側為現(xiàn)有技術的柔輪輪齒，而右側為本發(fā)明的柔輪輪齒，兩者進行了對比。如圖6所示，左側圖中，Sl為現(xiàn)有技術中柔輪上齒輪的厚度，而右側圖中，S2為本發(fā)明中的柔輪上齒輪的厚度，通常S2為Sl的0. 45 0. 56倍。所述的短筒柔輪諧波傳動減速器中，所述柔輪齒圈的柔輪輪齒壓力角為30°。如圖6所示，左側圖中，α 為現(xiàn)有技術中柔輪輪齒壓力角，而右側圖中，α 2為本發(fā)明中的柔輪輪齒壓力角，通常α 1為20°。盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。
權利要求1.一種短筒柔輪諧波傳動減速器，包括波發(fā)生器，其具有橢圓形結構；柔輪，其環(huán)設在所述波發(fā)生器的外周，所述柔輪包括柔輪筒體、位于柔輪筒體一側的柔輪凸緣、以及連接柔輪筒體和柔輪凸緣的柔輪筒底，且所述柔輪筒體的外周設置有柔輪齒圈；剛輪，其環(huán)設在所述柔輪的外周，且所述剛輪的內(nèi)周設置有剛輪齒圈，所述剛輪齒圈與所述柔輪齒圈能夠相互嚙合；其中，所述柔輪的軸向長度是其內(nèi)圈直徑的0. 55 0. 65倍，且所述柔輪的柔輪齒圈的軸向長度為柔輪筒體的軸向長度的1/2 4/5之間。
2.如權利要求1所述的短筒柔輪諧波傳動減速器，其中，所述柔輪齒圈與筒體的過渡圓角的半徑為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 30 0. 40倍。
3.如權利要求1所述的短筒柔輪諧波傳動減速器，其中，所述柔輪筒體與柔輪筒底的過渡圓角的半徑為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 05 0. 15倍。
4.如權利要求1所述的短筒柔輪諧波傳動減速器，其中，所述柔輪筒底的厚度由柔輪凸緣側向柔輪筒體側向逐漸變薄。
5.如權利要求4所述的短筒柔輪諧波傳動減速器，其中，所述柔輪筒底的外表面由柔輪凸緣側向柔輪筒體側向內(nèi)逐漸傾斜，斜度為1 36 1 37。
6.如權利要求1所述的短筒柔輪諧波傳動減速器，其中，所述柔輪筒體的未設置有剛輪齒圈的部分的厚度，由剛輪齒圈側向柔輪筒底側向逐漸變薄。
7.如權利要求6所述的短筒柔輪諧波傳動減速器，其中，所述柔輪筒體的未設置有剛輪齒圈的部分的厚度在剛輪齒圈側為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 009 0. 011倍，而在柔輪筒底側則為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 007 0. 0094倍。
8.如權利要求7所述的短筒柔輪諧波傳動減速器，其中，所述柔輪齒圈的齒高為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 016 0. 018倍。
9.如權利要求7所述的短筒柔輪諧波傳動減速器，其中，所述柔輪齒圈的齒厚為柔輪內(nèi)圈直徑的0. 015 0. 020倍。
10.如權利要求7所述的短筒柔輪諧波傳動減速器，其中，所述柔輪齒圈的柔輪輪齒壓力角為30°。
專利摘要本實用新型公開了一種短筒柔輪諧波傳動減速器，包括波發(fā)生器，其具有橢圓形結構；柔輪，其環(huán)設在所述波發(fā)生器的外周，所述柔輪包括柔輪筒體、位于柔輪筒體一側的柔輪凸緣、以及連接柔輪筒體和柔輪凸緣的柔輪筒底，且所述柔輪筒體的外周設置有柔輪齒圈；剛輪，其環(huán)設在所述柔輪的外周，且所述剛輪的內(nèi)周設置有剛輪齒圈，所述剛輪齒圈與所述柔輪齒圈能夠相互嚙合；其中，所述柔輪的軸向長度是其內(nèi)圈直徑的0.45～0.75倍。本實用新型的柔輪諧波傳動減速器前后距離比一般的減速器短，能夠適應一些空間不足位置的安裝需求，并且能夠確保柔輪的強度和工作性能的穩(wěn)定。
文檔編號F16H1/10GK202203340SQ20112024606
公開日2012年4月25日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權日2011年7月12日
發(fā)明者潘永輝, 王偉 申請人:潘永輝