本發(fā)明涉及傳動裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種零回差諧波齒輪傳動裝置。

背景技術(shù)：

諧波齒輪傳動是二十世紀(jì)50年代末和60年代初問世的一種嶄新的齒輪傳動。它與一般齒輪傳動相比，具有傳動比大、體積小、重量輕、精度高及噪聲小等優(yōu)點。此外，還具有通過密封殼體傳動運動和動力的功能，使諧波齒輪傳動具有其他一些傳動裝置無法比擬的優(yōu)越性。近十幾年來，諧波齒輪傳動技術(shù)及傳動裝置已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于儀器儀表、汽車、機器人、精密光學(xué)設(shè)備等各個領(lǐng)域，無論是作為高靈敏度隨動系統(tǒng)的精密諧波傳動，還是作為傳遞大轉(zhuǎn)矩的動力諧波傳動，都表現(xiàn)出了良好的性能，其發(fā)展前景十分廣闊。

目前，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者幾乎對該領(lǐng)域所有問題都進行過程度不同的研究，但許多問題至今仍無定論，規(guī)律并沒有被揭示，仍有大量基礎(chǔ)性工作有待開展。傳動回差是精密諧波齒輪傳動中的一項關(guān)鍵性能指標(biāo)，在諧波齒輪傳動傳動回差方面，諧波齒輪傳動傳動回差主要源于齒側(cè)間隙，其對傳動系統(tǒng)傳動回差值的影響約占系統(tǒng)整體傳動回差值的70％以上。為達到減小傳動回差的目的，幾十年來國內(nèi)外諧波傳動領(lǐng)域的研究人員進行了許多針對消除諧波齒輪傳動齒側(cè)間隙的探索。

以2010年燕山大學(xué)殷燕的碩士畢業(yè)論文《零側(cè)隙漸開線諧波齒輪傳動的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計及有限元分析》為代表的部分學(xué)者，通過一系列優(yōu)化算法得出諧波齒輪傳動柔輪、剛輪輪齒的無側(cè)隙嚙合參數(shù)，從而在理論上可達到零傳動回差的設(shè)計要求；此外，國內(nèi)外大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的諧波齒輪傳動產(chǎn)品也試圖通過提高柔輪、剛輪輪齒嚙合齒面的加工及裝配精度來盡量消除輪齒嚙合側(cè)隙，從而試圖使得諧波傳動產(chǎn)品具有較小的傳動回差值。然而，由于實際加工水平的局限性，目前，無法通過上述方式理想化地實現(xiàn)大幅減小諧波齒輪傳動傳動回差的目的。如美國harmonicdrivellc公司生產(chǎn)的大部分產(chǎn)品傳動回差值為3′左右，國內(nèi)中技克美、諧波研究所等企業(yè)大部分產(chǎn)品傳動回差水平在3′-6′。雖然個別型號產(chǎn)品通過優(yōu)化的參數(shù)設(shè)計以及精密的加工設(shè)備使傳動回差達到1′水平，但隨著長時間工作齒面的磨損出現(xiàn)新的嚙合側(cè)隙，新的傳動回差值隨即產(chǎn)生。因此，僅從完善設(shè)計參數(shù)和提高加工水平很難實現(xiàn)諧波傳動零傳動回差的設(shè)計目標(biāo)。

2001年r.degen和r.slatter在《proceedingsofactuator》(電機論文集)上發(fā)表的論文《hollowshaftmicroservoactuatorsrealizedwiththemicroharmonicdrive》(基于微型諧波傳動的空心軸微伺服電機)中，由德國micromotiongmbh公司設(shè)計研發(fā)的微小型諧波齒輪傳動裝置通過具有彈性變形能力的行星式波發(fā)生器，對輪齒進行齒側(cè)間隙補償，從結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度出發(fā)使其實時具有零回差傳動的可能。資料表明，該公司生產(chǎn)的微型諧波齒輪傳動裝置回差可控制在10"左右，基本實現(xiàn)零回差的要求。但從結(jié)構(gòu)分析可知，具有彈性變形的行星式波發(fā)生器與柔輪接觸面積小(僅通過內(nèi)嚙合齒輪齒面接觸)，柔輪、剛輪嚙合齒數(shù)少，從而導(dǎo)致傳動負(fù)載及功率低。此結(jié)構(gòu)只適合微型諧波齒輪傳動，不適合向大型諧波齒輪傳動裝置推廣。

1995年范又功和曹炳和在國防工業(yè)出版社出版的《諧波齒輪傳動技術(shù)手冊》中，提出一種可消除齒嚙合側(cè)隙的調(diào)心凸輪，其結(jié)構(gòu)分三部分，即上、下滑塊及中間塊。其中上、下滑塊由圓柱螺旋彈簧支撐在中間滑塊上，在彈簧力作用下上、下兩滑塊推動柔性軸承(3)使柔輪輪齒與剛輪輪齒緊密嚙合，從而消除嚙合側(cè)隙。此結(jié)構(gòu)雖然能夠通過波發(fā)生器的彈性裝置實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)消除側(cè)隙的功能，但結(jié)構(gòu)設(shè)計過于復(fù)雜，同時引入新的移動摩擦副，因此尚存在一定缺陷。

綜合上述分析，零回差諧波齒輪傳動的關(guān)鍵問題是如何有效消除輪齒嚙合側(cè)隙。通過分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀可知，目前國內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品傳動回差普遍較大。因此，對零回差諧波齒輪傳動的研究非常必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種零回差諧波齒輪傳動裝置，其結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，實現(xiàn)方便，不僅能夠有效消除齒側(cè)間隙，有效消除回差，而且保證了扭轉(zhuǎn)剛度，使用壽命長，應(yīng)用范圍廣，實用性強，推廣應(yīng)用價值高。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種零回差諧波齒輪傳動裝置，其特征在于：包括剛性齒輪、柔性齒輪和波發(fā)生器，所述波發(fā)生器由柔性軸承和彈性凸輪組成，所述柔性齒輪位于剛性齒輪內(nèi)，所述柔性齒輪的上下兩端與剛性齒輪的上下兩端相嚙合，所述柔性軸承位于彈性凸輪和柔性齒輪之間，所述彈性凸輪的形狀為橢圓形，所述彈性凸輪的中心部位設(shè)置有軸孔，所述彈性凸輪的長軸方向上位于軸孔的兩側(cè)各設(shè)置有一個用于在彈性凸輪的長軸方向上兩端形成凸輪薄壁的結(jié)構(gòu)孔。

上述的一種零回差諧波齒輪傳動裝置，其特征在于：所述彈性凸輪由彈性模量為180gpa～240gpa、泊松比為0.25～0.32的彈塑性材料制成。

上述的一種零回差諧波齒輪傳動裝置，其特征在于：所述彈性凸輪由合金鋼制成。

上述的一種零回差諧波齒輪傳動裝置，其特征在于：所述結(jié)構(gòu)孔的外輪廓包括一條靠近彈性凸輪的長軸方向端部的圓弧邊和一條靠近軸孔并用于連接圓弧邊的兩端的直線邊，所述直線邊的兩端分別通過兩個小圓弧與圓弧邊的兩端連接；所述圓弧邊與彈性凸輪的長軸方向端部邊緣之間的部分為凸輪薄壁。

上述的一種零回差諧波齒輪傳動裝置，其特征在于：兩個結(jié)構(gòu)孔的兩條直線邊之間的距離為l1為彈性凸輪的長軸長且l1＝dnn+2ω0+δ，其中，dnn為柔性軸承內(nèi)圈的直徑，ω0為柔性齒輪的最大變形量，δ為彈性凸輪長軸外壁相對柔性軸承內(nèi)圈過盈量且取值為2ω0～10ω0。

上述的一種零回差諧波齒輪傳動裝置，其特征在于：所述小圓弧的半徑為l2為彈性凸輪的短軸長且l2＝dnn-2ω0-δ，其中，dnn為柔性軸承內(nèi)圈的直徑，ω0為柔性齒輪的最大變形量，δ為彈性凸輪長軸外壁相對柔性軸承內(nèi)圈過盈量且取值為2ω0～10ω0。

上述的一種零回差諧波齒輪傳動裝置，其特征在于：所述凸輪薄壁的厚度為3ω0～10ω0，其中，ω0為柔性齒輪的最大變形量。

上述的一種零回差諧波齒輪傳動裝置，其特征在于：所述彈性凸輪長軸外壁相對柔性軸承內(nèi)圈過盈量為2ω0～10ω0，其中，ω0為柔性齒輪的最大變形量。

上述的一種零回差諧波齒輪傳動裝置，其特征在于：所述彈性凸輪的長軸長l1＝dnn+2ω0+δ，所述彈性凸輪的短軸長l2＝dnn-2ω0-δ，其中，dnn為柔性軸承內(nèi)圈的直徑，ω0為柔性齒輪的最大變形量，δ為彈性凸輪長軸外壁相對柔性軸承內(nèi)圈過盈量且取值為2ω0～10ω0。

上述的一種零回差諧波齒輪傳動裝置，其特征在于：所述軸孔為圓形且一端設(shè)置有鍵槽。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明針對現(xiàn)有普通諧波齒輪傳動中剛性凸輪式波發(fā)生器無法消除由于制造、裝配以及磨損造成的齒側(cè)間隙的問題，從波發(fā)生器結(jié)構(gòu)出發(fā)，使用了彈性凸輪構(gòu)成波發(fā)生器，使波發(fā)生器在長軸方向具有向柔性齒輪內(nèi)壁提供適當(dāng)彈性變形量的柔性結(jié)構(gòu)，能夠不間斷地調(diào)整波發(fā)生器徑向輪廓線，通過波發(fā)生器不間斷地貼合柔性齒輪內(nèi)壁，迫使柔性齒輪、剛性齒輪無間隙嚙合，使本發(fā)明在制造裝配以及使用磨損后均能達到零回差傳動的要求。

2、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，實現(xiàn)方便。

3、本發(fā)明不僅能夠有效消除齒側(cè)間隙，有效消除傳動回差，而且保證了扭轉(zhuǎn)剛度。

4、本發(fā)明不易發(fā)生磨損，使用壽命長，使用過程中無需經(jīng)常維護維修。

5、本發(fā)明能夠作為高精度遙控車載武器傳動裝置，不僅能夠滿足遙控車載武器傳動裝置體積小、重量輕、傳動平穩(wěn)、承載能力強等設(shè)計要求，而且有望降低因系統(tǒng)傳動回差對遙控車載武器傳動精度的影響，滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭對于遙控車載武器的高精度要求，對提高遙控車載武器整體技術(shù)性能有重大意義；此外，本發(fā)明還能夠作為精密傳動核心部件，在精確打擊武器、微小型武器、航天飛行器等其他國防工程方面可以發(fā)揮至關(guān)重要的作用，在能源、通訊、儀器儀表、機床、汽車、造船、冶金、精密光學(xué)設(shè)備、機器人、印刷機械以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域也有著廣闊的應(yīng)用前景；本發(fā)明的應(yīng)用范圍廣，實用性強，推廣應(yīng)用價值高。

綜上所述，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，實現(xiàn)方便，不僅能夠有效消除齒側(cè)間隙，有效消除回差，而且保證了扭轉(zhuǎn)剛度，使用壽命長，應(yīng)用范圍廣，實用性強，推廣應(yīng)用價值高。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1的右視圖。

圖3為本發(fā)明彈性凸輪的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明:

1—剛性齒輪；2—柔性齒輪；3—柔性軸承；

4—彈性凸輪；5—軸孔；6—結(jié)構(gòu)孔；

6-1—圓弧邊；6-2—直線邊；6-3—小圓??；

7—凸輪薄壁；8—鍵槽。

具體實施方式

如圖1和圖2所示，本發(fā)明的零回差諧波齒輪傳動裝置，包括剛性齒輪1、柔性齒輪2和波發(fā)生器，所述波發(fā)生器由柔性軸承3和彈性凸輪4組成，所述柔性齒輪2位于剛性齒輪1內(nèi)，所述柔性齒輪2的上下兩端與剛性齒輪1的上下兩端相嚙合，所述柔性軸承3位于彈性凸輪4和柔性齒輪2之間，所述彈性凸輪4的形狀為橢圓形，所述彈性凸輪4的中心部位設(shè)置有軸孔5，所述彈性凸輪4的長軸方向上位于軸孔5的兩側(cè)各設(shè)置有一個用于在彈性凸輪4的長軸方向上兩端形成凸輪薄壁7的結(jié)構(gòu)孔6。采用橢圓形的彈性凸輪4，能夠從幾何結(jié)構(gòu)的角度使得柔性齒輪2與剛性齒輪1的嚙合齒數(shù)最多，傳動輸出扭矩最大，傳動剛度最強。

本實施例中，所述彈性凸輪4由彈性模量為180gpa～240gpa、泊松比為0.25～0.32的彈塑性材料制成。

本實施例中，所述彈性凸輪4由合金鋼制成。

結(jié)合圖3，本實施例中，所述結(jié)構(gòu)孔6的外輪廓包括一條靠近彈性凸輪4的長軸方向端部的圓弧邊6-1和一條靠近軸孔5并用于連接圓弧邊6-1的兩端的直線邊6-2，所述直線邊6-2的兩端分別通過兩個小圓弧6-3與圓弧邊6-1的兩端連接；所述圓弧邊6-1與彈性凸輪4的長軸方向端部邊緣之間的部分為凸輪薄壁7。

本實施例中，兩個結(jié)構(gòu)孔6的兩條直線邊6-2之間的距離為l1為彈性凸輪4的長軸長且l1＝dnn+2ω0+δ，其中，dnn為柔性軸承3內(nèi)圈的直徑，ω0為柔性齒輪2的最大變形量，δ為彈性凸輪4長軸外壁相對柔性軸承3內(nèi)圈過盈量且取值為2ω0～10ω0。

本實施例中，所述小圓弧6-3的半徑為l2為彈性凸輪4的短軸長且l2＝dnn-2ω0-δ，其中，dnn為柔性軸承3內(nèi)圈的直徑，ω0為柔性齒輪2的最大變形量，δ為彈性凸輪4長軸外壁相對柔性軸承3內(nèi)圈過盈量且取值為2ω0～10ω0。小圓弧6-3的半徑選取合適，能夠有效減小凸輪薄壁7時小圓弧6-3處的應(yīng)力大小。

本實施例中，所述凸輪薄壁7的厚度為3ω0～10ω0，其中，ω0為柔性齒輪2的最大變形量。所述凸輪薄壁7的厚度選取合適，能夠有效消除齒側(cè)間隙，有效消除回差，且保證了扭轉(zhuǎn)剛度。

本實施例中，所述彈性凸輪4長軸外壁相對柔性軸承3內(nèi)圈過盈量為2ω0～10ω0，其中，ω0為柔性齒輪2的最大變形量。當(dāng)彈性凸輪4未與柔性軸承3裝配時，彈性凸輪4長軸外壁相對柔性軸承內(nèi)圈3存在過盈量；當(dāng)彈性凸輪4與柔性軸承3裝配但未與剛性齒輪1時，彈性凸輪4長軸使柔性軸承3產(chǎn)生徑向變形，柔性軸承3具有足夠的過盈量來保證柔性齒輪2齒廓相對于剛性齒輪1齒廓產(chǎn)生沿長軸方向的過盈；因此，當(dāng)彈性凸輪4、柔性軸承3、柔性齒輪2及剛性齒輪1均完成裝配后，柔性齒輪2齒廓與剛性齒輪1齒廓緊密貼合，齒側(cè)間隙消除，實現(xiàn)無側(cè)隙嚙合。

本實施例中，所述彈性凸輪4的長軸長l1＝dnn+2ω0+δ，所述彈性凸輪4的短軸長l2＝dnn-2ω0-δ，其中，dnn為柔性軸承3內(nèi)圈的直徑，ω0為柔性齒輪2的最大變形量，δ為彈性凸輪4長軸外壁相對柔性軸承3內(nèi)圈過盈量且取值為2ω0～10ω0。

本實施例中，所述軸孔5為圓形且一端設(shè)置有鍵槽8。軸孔5內(nèi)外接轉(zhuǎn)動軸時，通過設(shè)置在鍵槽8內(nèi)的鍵連接。

本發(fā)明使用時的工作原理為：在軸孔5內(nèi)外接轉(zhuǎn)動軸，令波發(fā)生器為主動，當(dāng)它在柔性齒輪2內(nèi)旋轉(zhuǎn)時，就迫使柔性齒輪2產(chǎn)生變形，于是柔性齒輪2的齒就在變形的過程中進入或退出剛性齒輪1的齒間；在彈性凸輪4的長軸方向，剛性齒輪1和柔性齒輪2的齒完全嚙合；而在彈性凸輪4的短軸方向，剛性齒輪1和柔性齒輪2的齒則處于完全脫開狀態(tài)；處于彈性凸輪4長軸和短軸之間(如45°方向)的齒，沿周長的不同區(qū)段內(nèi)有的逐漸進入剛性齒輪1齒間，處于半嚙合狀態(tài)，稱為嚙入；有的則逐漸退出剛性齒輪1齒間，處于半脫開狀態(tài)，成為嚙出；由于波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動，就使得嚙入、嚙合、嚙出、脫開這四種情況不斷的改變著各自原來的工作狀態(tài)，即嚙入變?yōu)閲Ш?，嚙合變?yōu)閲С?，嚙出變?yōu)槊撻_，脫開變?yōu)閲?；這種現(xiàn)象，稱之為錯齒運動；正是這種錯齒運動，把輸入轉(zhuǎn)動變?yōu)檩敵鲛D(zhuǎn)動。由于采用了彈性凸輪4構(gòu)成波發(fā)生器，使波發(fā)生器在長軸方向具有向柔性齒輪內(nèi)壁提供適當(dāng)彈性變形量的柔性結(jié)構(gòu)，能夠不間斷地調(diào)整波發(fā)生器徑向輪廓線，通過波發(fā)生器不間斷地貼合柔性齒輪2內(nèi)壁，迫使柔性齒輪2、剛性齒輪1無間隙嚙合，使本發(fā)明在制造裝配以及使用磨損后均能達到零回差傳動的要求。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。