一種具有鼓形輪齒的扁平諧波傳動(dòng)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種具有鼓形輪齒的扁平諧波傳動(dòng)裝置，包括柔輪，柔輪分為輪齒部分、筒體部分和輸出軸部分，筒體部分的長(zhǎng)徑比為1/4～1/2，輸出軸部分最大軸段的直徑小于或等于柔輪筒體部分的外圈直徑，輸出軸部分設(shè)有螺栓孔，與后續(xù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行直接連接，柔輪的輪齒部分的齒根圓直徑從筒體杯口到后端軸向非線性由小變大，而柔輪輪齒在齒長(zhǎng)方向上具有同樣的齒廓形狀，剛輪輪齒齒槽寬從柔輪筒體杯口到后端軸向方向上先連續(xù)由大變小，再連續(xù)由小變大，本發(fā)明柔輪輪齒的前端和中部同時(shí)進(jìn)入嚙合狀態(tài)，增大嚙合面積，提高強(qiáng)度和剛度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種具有鼓形輪齒的扁平諧波傳動(dòng)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及諧波減速器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種具有鼓形輪齒的扁平諧波傳動(dòng)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]諧波傳動(dòng)一般是由波發(fā)生器、柔性齒輪(簡(jiǎn)稱(chēng)柔輪)和剛性齒輪(簡(jiǎn)稱(chēng)剛輪)三大部分組成，波發(fā)生器一般由橢圓凸輪及柔性軸承組成，橢圓凸輪旋轉(zhuǎn)使柔性軸承發(fā)生周期性的彈性變形，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)諧波。柔輪是一個(gè)薄壁齒輪，內(nèi)壁與波發(fā)生器外壁緊密貼合，在波發(fā)生器的作用下柔輪產(chǎn)生彈性變形。剛性齒輪和普通內(nèi)齒輪一樣，工作時(shí)保持形狀不變。諧波齒輪傳動(dòng)是靠波發(fā)生器使柔輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛輪相嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。一般諧波齒輪的柔輪比剛輪的齒數(shù)少2或3個(gè)，所以當(dāng)波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)一周時(shí)，相對(duì)于柔輪，剛輪只轉(zhuǎn)過(guò)2或3個(gè)齒的角度，從而實(shí)現(xiàn)了大的傳動(dòng)比。目前，隨著機(jī)器人產(chǎn)品輕量化、小型化要求的提高，對(duì)扁平式諧波減速器產(chǎn)生了更大的需求，因而產(chǎn)生了具有長(zhǎng)徑比為1/2，甚至1/4柔輪筒體的諧波減速器。但是軸向尺寸的減小會(huì)使諧波減速器的柔輪產(chǎn)生很大的徑向撓曲變形，主要是沿著齒長(zhǎng)方向，柔輪輪齒的徑向直徑從柔輪筒體杯口到后端由大變小，并且這種變形由于波發(fā)生器和輪齒嚙合的共同作用而呈現(xiàn)為高度非線性，因而，柔輪輪齒和剛輪輪齒無(wú)法產(chǎn)生理想的嚙合，導(dǎo)致嚙合區(qū)域減小，不僅嚴(yán)重增大了諧波減速器的局部應(yīng)力，降低了強(qiáng)度，而且在負(fù)載作用下會(huì)產(chǎn)生較大的扭轉(zhuǎn)變形，降低了傳動(dòng)剛度。
[0003]扁平諧波減速器因軸向尺寸的減小，導(dǎo)致柔輪發(fā)生了很大的徑向撓曲變形，在發(fā)生變形后，其杯口處輪齒會(huì)先進(jìn)入嚙合狀態(tài)，然后是輪齒中部及后端，并且在承受載荷后，輪齒后端具有較大的應(yīng)力集中。并且由于傳統(tǒng)柔輪與輸出軸的連接誤差會(huì)產(chǎn)生柔輪相對(duì)剛輪的傾斜或偏心，就會(huì)產(chǎn)生非均勻的輪齒嚙合力，使等效應(yīng)力增大。這些都降低了諧波減速器的整體強(qiáng)度和剛度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種具有鼓形輪齒的扁平諧波傳動(dòng)裝置，增大嚙合面積，提高強(qiáng)度和剛度。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取了如下的技術(shù)方案:
[0006]一種具有鼓形輪齒的扁平諧波傳動(dòng)裝置，包括剛輪1、柔輪2、波發(fā)生器3以及交叉滾子軸承6，波發(fā)生器3安裝在柔輪2筒體內(nèi)部，剛輪I套裝在柔輪2外圈上，剛輪I的輪齒與柔輪2的輪齒相嚙合，交叉滾子軸承6的外圈與剛輪I連接，柔輪2輸出軸部分D設(shè)有螺紋，交叉滾子軸承6的內(nèi)圈通過(guò)鎖緊螺母5緊固于柔輪2輸出軸上，所述的柔輪2中間為筒體部分E，筒體部分E的外圈上加工有輪齒部分F，并且筒體部分E的端部加工有輸出軸部分D0
[0007]所述的柔輪2的筒體部分E的長(zhǎng)徑比為1/4?1/2，輸出軸部分D最大軸段的直徑小于或等于柔輪2筒體部分E的外圈直徑，輸出軸部分D具有螺栓孔，與后續(xù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行直接連接。
[0008]所述的柔輪2的輪齒部分F的齒根圓直徑從筒體杯口到輪齒后端軸向非線性由小變大，而柔輪2輪齒在齒長(zhǎng)方向上具有同樣的齒廓形狀。
[0009]所述的柔輪2和剛輪I輪齒齒形是漸開(kāi)線齒形，或是雙圓弧齒形。
[0010]所述的剛輪I具有齒厚連續(xù)變化的鼓形輪齒，剛輪I輪齒中部齒形按照柔輪2齒形通過(guò)包絡(luò)法計(jì)算，剛輪I在柔輪筒體杯口處和輪齒后端處的的齒槽寬大于剛輪I輪齒中部的齒槽寬，剛輪I杯口處齒槽寬根據(jù)大變形后柔輪2的徑向位置增大齒槽寬為原來(lái)的I?1.3倍并軸向逐漸減小為剛輪I輪齒中部的齒槽寬，剛輪I輪齒后端齒槽寬進(jìn)行圓角修形，整個(gè)剛輪I輪齒齒槽寬從柔輪2筒體杯口到后端軸向方向上先連續(xù)由大變小，再連續(xù)由小變大。
[0011]本發(fā)明有益效果是:本發(fā)明讓柔輪2輪齒根部直徑從杯口到后端非線性逐漸連續(xù)變大，這與柔輪2的非線性徑向變形的方向是相反的，可讓彎曲引起的剛輪I輪齒和柔輪2輪齒之間非平行情況得到減小，尤其是減小柔輪2杯口處的徑向位置，緩解柔輪2的高度非線性撓曲變形對(duì)輪齒嚙合位置的影響。本發(fā)明讓剛輪I輪齒齒槽寬從柔輪2筒體杯口到后端軸向方向上先連續(xù)由大變小，再連續(xù)由小變大，這樣，在柔輪2杯口處，雖然柔輪2輪齒由于變形會(huì)具有較大的徑向高度，但是剛輪I齒槽寬較大，所以相比于剛輪I中部輪齒之間的嚙合，會(huì)較晚產(chǎn)生嚙合作用，使柔輪2輪齒的杯口處和中部基本同時(shí)進(jìn)入嚙合狀態(tài)，這樣便增大了輪齒的嚙合面積，提高了減速器的強(qiáng)度和剛度。在柔輪輪齒后端，剛輪I輪齒較大的齒槽寬降低了柔輪2輪齒后端的嚙合壓力，使嚙合力主要集中在柔輪2輪齒和剛輪I輪齒的中部，避免了應(yīng)力集中。并且，前后具有較大齒槽寬的剛輪I鼓形輪齒還能夠緩解由于柔輪2和剛輪I之間傾斜和偏心等裝配誤差帶來(lái)的影響。柔輪2輸出軸段部分的設(shè)計(jì)能降低由于柔輪2筒體和其他輸出軸連接過(guò)程產(chǎn)生的軸向尺寸增長(zhǎng)或裝配誤差等問(wèn)題。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是柔輪2的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3是柔輪2輪齒結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4是剛輪I輪齒結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖5是柔輪2輪齒和剛輪I輪齒的嚙合過(guò)程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0018]如圖1所示，一種具有鼓形輪齒的扁平諧波傳動(dòng)裝置，包括剛輪1、柔輪2、波發(fā)生器3以及交叉滾子軸承6，波發(fā)生器3安裝在柔輪2筒體內(nèi)部，剛輪I套裝在柔輪2外圈上，剛輪I的輪齒與柔輪2的輪齒相嚙合，交叉滾子軸承6的外圈與剛輪I通過(guò)螺栓4連接，柔輪2輸出軸部分D設(shè)有螺紋，交叉滾子軸承6的內(nèi)圈通過(guò)鎖緊螺母5緊固于柔輪2輸出軸上。如圖2所示，所述的柔輪2中間為筒體部分E，筒體部分E的外圈上加工有輪齒部分F，并且筒體部分E的端部加工有輸出軸部分D。
[0019]所述的柔輪2的筒體部分E的長(zhǎng)徑比為1/4?1/2，輸出軸部分D最大軸段的直徑小于或等于柔輪2筒體部分E的外圈直徑，輸出軸部分D具有螺栓孔，與后續(xù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行直接連接。
[0020]如圖3所示，所述的柔輪2的輪齒部分F的齒根圓直徑從柔輪I筒體杯口到輪齒后端軸向非線性由小變大，而柔輪2輪齒在齒長(zhǎng)方向上具有同樣的齒廓形狀。
[0021]所述的柔輪2和剛輪I輪齒齒形是漸開(kāi)線齒形，或是雙圓弧齒形。
[0022]如圖4所示，所述的剛輪I具有齒厚連續(xù)變化的鼓形輪齒，剛輪I輪齒中部齒形按照柔輪2齒形通過(guò)包絡(luò)法計(jì)算，剛輪I在柔輪筒體杯口處和輪齒后端處的的齒槽寬大于剛輪I輪齒中部的齒槽寬，剛輪I杯口處齒槽寬根據(jù)大變形后柔輪2的徑向位置增大齒槽寬為原來(lái)的I?1.3倍并軸向逐漸減小為剛輪I輪齒中部的齒槽寬，剛輪I輪齒后端齒槽寬進(jìn)行圓角修形，整個(gè)剛輪I輪齒齒槽寬從柔輪2筒體杯口到后端軸向方向上先連續(xù)由大變小，再連續(xù)由小變大。圖4中，A截面為剛輪I輪齒杯口處的截面，B截面為剛輪I輪齒中部截面，C截面為剛輪I輪齒后端截面。
[0023]本發(fā)明的工作原理為:
[0024]如圖3所示，讓柔輪2輪齒根部直徑從杯口到后端非線性逐漸連續(xù)變大，這與柔輪2的非線性徑向變形的方向是相反的，可讓彎曲引起的剛輪I輪齒和柔輪2輪齒之間非平行情況得到減小，尤其是減小柔輪2杯口處的徑向位置，緩解柔輪2的高度非線性撓曲變形對(duì)輪齒嚙合位置的影響。如圖4和圖5所示，取三處垂直于剛輪軸線的截面為例說(shuō)明本發(fā)明中柔輪輪齒和剛輪輪齒的嚙合過(guò)程。圖4中，A截面為剛輪輪齒杯口處的截面，B截面為剛輪輪齒中部截面，C截面為剛輪輪齒后端截面。在A截面中，雖然柔輪2輪齒由于變形會(huì)具有較大的徑向高度，但是剛輪I齒槽寬較大，所以相比于B截面中輪齒之間的作用，會(huì)較晚產(chǎn)生嚙合，使柔輪2輪齒的杯口處和中部基本同時(shí)進(jìn)入嚙合狀態(tài)，這樣便增大了輪齒的嚙合面積，提高了減速器的強(qiáng)度和剛度。在C截面中，剛輪I輪齒較大的齒槽寬降低了柔輪2輪齒后端的嚙合壓力，使嚙合力主要集中在柔輪2輪齒和剛輪I輪齒的中部，避免應(yīng)力集中。并且，前后具有較大齒槽寬的剛輪I輪齒還能夠減緩由于柔輪2和剛輪I之間傾斜和偏心等裝配誤差帶來(lái)的影響。柔輪2輸出軸段部分的設(shè)計(jì)能降低由于柔輪2筒體和其他輸出軸連接過(guò)程產(chǎn)生的軸向尺寸增長(zhǎng)或裝配誤差等問(wèn)題。
【權(quán)利要求】
1.一種具有鼓形輪齒的扁平諧波傳動(dòng)裝置，包括剛輪(I)、柔輪(2)、波發(fā)生器(3)以及交叉滾子軸承￠)，其特征在于:波發(fā)生器(3)安裝在柔輪(2)筒體內(nèi)部，剛輪(I)套裝在柔輪(2)外圈上，剛輪(I)的輪齒與柔輪(2)的輪齒相嚙合，交叉滾子軸承(6)的外圈與剛輪(I)連接，柔輪(2)輸出軸部分(D)設(shè)有螺紋，交叉滾子軸承￠)的內(nèi)圈通過(guò)鎖緊螺母(5)緊固于柔輪(2)輸出軸上，所述的柔輪(2)中間為筒體部分(E)，筒體部分(E)的外圈上加工有輪齒部分(F)，并且筒體部分(E)的端部加工有輸出軸部分(D)，所述的柔輪(2)的筒體部分(E)的長(zhǎng)徑比為1/4?1/2，輸出軸部分(D)最大軸段的直徑小于或等于柔輪(2)筒體部分(E)的外圈直徑，輸出軸部分(D)具有螺栓孔，與后續(xù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行直接連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有鼓形輪齒的扁平諧波傳動(dòng)裝置，其特征在于:所述的柔輪(2)的輪齒部分(F)的齒根圓直徑從筒體杯口到輪齒后端軸向非線性由小變大，柔輪(2)輪齒在齒長(zhǎng)方向上具有同樣的齒廓形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有鼓形輪齒的扁平諧波傳動(dòng)裝置，其特征在于:所述的柔輪(2)和剛輪(I)輪齒齒形是漸開(kāi)線齒形，或是雙圓弧齒形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有鼓形輪齒的扁平諧波傳動(dòng)裝置，其特征在于:所述的剛輪(I)具有齒厚連續(xù)變化的鼓形輪齒，剛輪(I)輪齒中部齒形按照柔輪(2)齒形通過(guò)包絡(luò)法計(jì)算，剛輪(I)在柔輪筒體杯口處和輪齒后端處的的齒槽寬大于剛輪(I)輪齒中部的齒槽寬，剛輪(I)杯口處齒槽寬根據(jù)大變形后柔輪(2)的徑向位置增大齒槽寬為原來(lái)的I?1.3倍并軸向逐漸減小為剛輪(I)輪齒中部的齒槽寬，剛輪(I)輪齒后端齒槽寬進(jìn)行圓角修形，整個(gè)剛輪(I)輪齒齒槽寬從柔輪(2)筒體杯口到后端軸向方向上先連續(xù)由大變小，再連續(xù)由小變大。
【文檔編號(hào)】F16H55/17GK104514847SQ201410803071
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】姜歌東, 鄒創(chuàng), 陶濤, 梅雪松, 吳俊慧, 張弦 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)