CN109723802A - 一种柔轮及谐波减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔轮，柔轮呈礼帽形，柔轮圆筒部的厚度△与柔轮的内孔尺寸D之间的关系：0.001D≤△≤0.009D，柔轮圆筒部的长度L与柔轮的内孔尺寸D的关系：0.1D≤L≤0.9D。本发明还公开了一种谐波减速器，包括上述的柔轮。本发明涉及一种改进结构的礼帽形柔轮，该结构可改善在工作过程中柔轮的变形、应力分布情况及减小应力集中的问题，还可有利于提升谐波减速器整机的承载能力、工作效率及使用寿命等。

Description

一种柔轮及谐波减速器

技术领域

本发明涉及一种减速器，尤其涉及一种柔轮及谐波减速器。

背景技术

谐波齿轮传动是一种依靠柔性齿轮来传递运动的减速装置，亦称谐波减速器。谐波减速器主要由三个元件组成，即柔轮、刚轮及波发生器，通常情况下，刚轮比柔轮多2个齿。一般工作中，刚轮固定，波发生器安装在柔轮内部作为输入端，柔轮输出。电机带动波发生器旋转1周，柔轮发生2次变形，此时，变形为椭圆的柔轮长轴处与刚轮接触啮合，短轴处则与刚轮完全脱开。电机带动波发生器不断旋转，柔轮与刚轮轮齿重复进行啮入、啮合、啮出、脱开的错齿运动，从而获得较大的减速比。

如图1所示，谐波减速器在工作过程中，凸轮3.1与柔性轴承3.2构成波发生器3，波发生器3装入柔轮2的内孔，电机(未画出)带动波发生器3旋转，柔轮2在波发生器3的作用下发生弹性变形，如图2所示。柔轮2在变形过程中，若其结构设计不合理，柔轮2在很短的时间内发生断裂。由于柔轮要进行反复的弹性变形，使得其要承受较大的交变应力，因此，柔轮的寿命严重制约着整机的寿命。

为减小柔轮在工作过程中所承受的交变应力，保证谐波减速器的传动性能，有必要对柔轮的结构进行改进。

现有技术中礼帽形结构的柔轮，其改善了柔轮在实际工作中的应力分布情况，但其结构更倾向于轴向尺寸较小的柔轮，即短筒柔轮。而在工业机器人中，有的关节处所承受的力矩较大，短筒型谐波减速器无法满足使用需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种柔轮，其可有效改善传统结构的标准长度礼帽形柔轮在工作过程中的变形、应力分布情况及轮齿啮合质量。

本发明的目的之二在于提供一种谐波减速器，其可有效改善传统结构的标准长度礼帽形柔轮在工作过程中的变形、应力分布情况及轮齿啮合质量，同时，可大幅提升谐波减速器整机的承载能力、效率及寿命等。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种柔轮，所述柔轮呈礼帽形，所述柔轮圆筒部的厚度△与柔轮的内孔尺寸D之间的关系：0.001D≤△≤0.009D，所述柔轮圆筒部的长度L与柔轮的内孔尺寸D的关系：0.1D≤L≤0.9D。

进一步地，所述柔轮圆筒部的厚度△与柔轮的内孔尺寸D之间的关系：0.004D≤△≤0.005D，所述柔轮圆筒部的长度L与柔轮的内孔尺寸D的关系：0.4D≤L≤0.6D；所述柔轮法兰处最小厚度△1与柔轮圆筒部的厚度△的关系：0.6△≤△1≤0.8△。

进一步地，所述柔轮圆筒部圆弧的半径R1与柔轮的内孔尺寸D的关系：1.9D≤R1≤3.4D，圆弧的半径R1圆心位置径向定位尺寸L1与柔轮的内孔尺寸D的关系：0.5D≤L1≤0.7D。

进一步地，所述柔轮法兰处设有第一圆弧，所述第一圆弧位于柔轮法兰的外侧，所述第一圆弧的半径R2与柔轮的内孔尺寸D的关系：1.0D≤R2≤2.2D，圆弧的半径R2圆心位置径向定位尺寸L2与柔轮的内孔尺寸D的关系：0.5D≤L2≤0.7D。

进一步地，所述柔轮法兰处还设有第二圆弧，所述第二圆弧位于柔轮法兰的内侧，所述第二圆弧的半径r1与柔轮圆筒部的厚度△的关系：0.7△≤r1≤1.0△。

进一步地，所述柔轮法兰处还设有第三圆弧，所述第三圆弧与第二圆弧相连，所述第三圆弧的半径r2与柔轮圆筒部的厚度△的关系：3.0△≤r2≤3.7△。

进一步地，所述柔轮法兰处还设有第四圆弧，所述第四圆弧与第三圆弧相连，且所述第三圆弧位于第二圆弧与第四圆弧之间，所述第四圆弧的半径r3与柔轮圆筒部的厚度△的关系：12.0△≤r3≤15.0△。

进一步地，所述柔轮法兰转角处设有第五圆弧，所述第五圆弧位于柔轮的内孔内，所述第五圆弧的半径R3与柔轮圆筒部的厚度△的关系：4.5△≤R3≤5.6△。

进一步地，所述柔轮法兰转角处还设有第六圆弧，所述第六圆弧位于第五圆弧的外侧，所述第六圆弧的半径R4与柔轮圆筒部的厚度△的关系：3.7△≤R4≤4.6△。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种谐波减速器，包括上述的柔轮。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明涉及一种改进结构的礼帽形柔轮。更具体，该结构可改善在工作过程中柔轮的变形、应力分布情况及减小应力集中的问题，还可有利于提升谐波减速器整机的承载能力、工作效率及使用寿命等。

附图说明

图1为本发明谐波减速器的结构示意图；

图2为本发明柔轮受力变形后的结构示意图；

图3为本发明柔轮的结构示意图；

图4为图3中A的结构放大示意图。

图中：1、刚轮；2、柔轮；3、波发生器；3.1、凸轮；3.2、柔性轴承。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1-4所示，本实施例公开了一种柔轮2及包含该柔轮2的谐波减速器。

谐波齿轮传动是二十世纪五十年代在薄壳弹性变形的理论基础上发展而来的传动技术。谐波齿轮借助其传动比大、体积小、重量轻、承载能力高、传动精度高等优点，广泛应用于机器人、仪器仪表、航空航天和卫星通讯等众多领域。谐波齿轮包括刚轮1和柔轮2。

目前谐波齿轮传动中常见的柔轮筒体结构有：杯形(cup-shaped)、礼帽形(silk-hat-shaped)、圆环形，其中杯形柔轮和礼帽形柔轮在波发生器作用下都会产生锥度变形。圆环形柔轮由于没有杯底，不会产生锥度变形。作为谐波齿轮传动中的关键构件——柔轮在传动过程中始终处于波动变形状态。同时由于柔轮的锥度变形导致偏离计算截面的齿间侧隙过大或齿廓干涉。故在杯形或礼帽形谐波齿轮的齿廓设计中，必须考虑柔轮的筒体形状及其在波发生器作用下的锥度变形，才能使柔轮2齿廓和刚轮1齿廓在整个啮合区间上实现连续共轭啮合。

进一步地，由于谐波减速器在工作过程中，凸轮3.1与柔性轴承3.2构成波发生器3，波发生器3装入柔轮2的内孔，电机带动波发生器3旋转，柔轮2在波发生器3的作用下发生弹性变形。柔轮2在变形过程中，若其结构设计不合理，柔轮2在很短的时间内发生断裂。故本实施例提供一种谐波减速器，包括下面描述的柔轮2，以达到解决上述问题的目的。

一种柔轮2，具体地，该柔轮2的形状呈礼帽形，即为礼帽形柔轮2；本实施例中，礼帽形柔轮2的设计如图3所示。设礼帽形柔轮2的内孔尺寸为D，上述柔轮2的中轴线为a，具体参见图3中的直线a，该直线a过该柔轮2的内孔，该柔轮2关于直线a对称，柔轮2圆筒部的厚度为△，进而，该柔轮2圆筒部的厚度△与柔轮2的内孔尺寸D之间的关系：0.001D≤△≤0.009D，柔轮2圆筒部的长度L与柔轮2的内孔尺寸D的关系：0.1D≤L≤0.9D。

在上述结构的基础上，可以理解的是，上述柔轮2圆筒部的厚度△的取值范围可以进一步缩小，即该柔轮2圆筒部的厚度△与柔轮2的内孔尺寸D之间的关系为：0.002D≤△≤0.008D，柔轮2圆筒部的长度L与柔轮2的内孔尺寸D的关系：0.2D≤L≤0.8D。

当然，上述柔轮2圆筒部的厚度△的取值范围可以再进一步缩小，即该柔轮2圆筒部的厚度△与柔轮2的内孔尺寸D之间的关系为：0.003D≤△≤0.007D，柔轮2圆筒部的长度L与柔轮2的内孔尺寸D的关系：0.3D≤L≤0.7D。

优选地，还可以将上述柔轮2圆筒部的厚度△的取值范围更进一步地缩小，即该柔轮2圆筒部的厚度△与柔轮2的内孔尺寸D之间的关系为：0.004D≤△≤0.006D，柔轮2圆筒部的长度L与柔轮2的内孔尺寸D的关系：0.4D≤L≤0.6D。

作为本实施例中一种较佳的实施方式，柔轮2圆筒部的厚度△与柔轮2的内孔尺寸D之间的关系：0.004D≤△≤0.005D，柔轮2圆筒部的长度L与柔轮2的内孔尺寸D的关系：0.4D≤L≤0.6D。

另外，柔轮2的其余尺寸与柔轮2圆筒部的厚度△、柔轮2的内孔尺寸D的关系如下：

本实施例中，使该柔轮2法兰处最小厚度为△1，柔轮2法兰处最小厚度△1与柔轮2圆筒部的厚度△的关系：0.6△≤△1≤0.8△。

需要说明的是，在本实施例中，柔轮2圆筒部圆弧的半径取为R1，柔轮2圆筒部圆弧的半径R1与柔轮2的内孔尺寸D的关系：1.9D≤R1≤3.4D，圆弧的半径R1圆心位置径向定位尺寸L1与柔轮2的内孔尺寸D的关系：0.5D≤L1≤0.7D。

需要强调的是，柔轮2法兰处设有第一圆弧，该第一圆弧位于柔轮2法兰的外侧，使上述第一圆弧的半径取为R2，则第一圆弧的半径R2与柔轮2的内孔尺寸D的关系：1.0D≤R2≤2.2D，圆弧的半径R2圆心位置径向定位尺寸L2与柔轮2的内孔尺寸D的关系：0.5D≤L2≤0.7D。

进一步地，柔轮2法兰处还设有第二圆弧，第二圆弧位于柔轮2法兰的内侧，使上述第二圆弧的半径取为r1，则第二圆弧的半径r1与柔轮2圆筒部的厚度△的关系：0.7△≤r1≤1.0△。

更进一步地，柔轮2法兰处还设有第三圆弧，使第三圆弧与第二圆弧相连，再使上述第三圆弧的半径取为r2，则第三圆弧的半径r2与柔轮2圆筒部的厚度△的关系：3.0△≤r2≤3.7△。

更进一步地，柔轮2法兰处还设有第四圆弧，第四圆弧与第三圆弧相连，且该第三圆弧位于上述第二圆弧与第四圆弧之间，使上述第四圆弧的半径取为r3，则第四圆弧的半径r3与柔轮2圆筒部的厚度△的关系：12.0△≤r3≤15.0△。

值得一提的是，柔轮2法兰转角处设有第五圆弧，第五圆弧位于柔轮2的内孔内，使上述第五圆弧的半径取为R3，则第五圆弧的半径R3与柔轮2圆筒部的厚度△的关系：4.5△≤R3≤5.6△。

更佳的实施方式是，柔轮2法兰转角处还设有第六圆弧，第六圆弧位于第五圆弧的外侧，使上述第六圆弧的半径取为R4，则第六圆弧的半径R4与柔轮2圆筒部的厚度△的关系：3.7△≤R4≤4.6△。

本发明至少具有以下有益效果：

1.设计出一种礼帽形柔轮2，达到改善柔性轴承3.2的变形与受力情况的目的。

2.通过优化礼帽形柔轮2关键位置的参数取值，可改善礼帽形柔轮2的应力值和啮合质量。

综上所述，本发明涉及一种改进结构的礼帽形柔轮2。更具体，该结构可改善在工作过程中柔轮2的变形、应力分布情况及减小应力集中的问题，还可有利于提升谐波减速器整机的承载能力、工作效率及使用寿命等。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种柔轮，其特征在于：所述柔轮呈礼帽形，所述柔轮圆筒部的厚度△与柔轮的内孔尺寸D之间的关系：0.001D≤△≤0.009D，所述柔轮圆筒部的长度L与柔轮的内孔尺寸D的关系：0.1D≤L≤0.9D。

2.如权利要求1所述的柔轮，其特征在于：所述柔轮圆筒部的厚度△与柔轮的内孔尺寸D之间的关系：0.004D≤△≤0.005D，所述柔轮圆筒部的长度L与柔轮的内孔尺寸D的关系：0.4D≤L≤0.6D；所述柔轮法兰处最小厚度△1与柔轮圆筒部的厚度△的关系：0.6△≤△1≤0.8△。

3.如权利要求1所述的柔轮，其特征在于：所述柔轮圆筒部圆弧的半径R1与柔轮的内孔尺寸D的关系：1.9D≤R1≤3.4D，圆弧的半径R1圆心位置径向定位尺寸L1与柔轮的内孔尺寸D的关系：0.5D≤L1≤0.7D。

4.如权利要求1所述的柔轮，其特征在于：所述柔轮法兰处设有第一圆弧，所述第一圆弧位于柔轮法兰的外侧，所述第一圆弧的半径R2与柔轮的内孔尺寸D的关系：1.0D≤R2≤2.2D，圆弧的半径R2圆心位置径向定位尺寸L2与柔轮的内孔尺寸D的关系：0.5D≤L2≤0.7D。

5.如权利要求4所述的柔轮，其特征在于：所述柔轮法兰处还设有第二圆弧，所述第二圆弧位于柔轮法兰的内侧，所述第二圆弧的半径r1与柔轮圆筒部的厚度△的关系：0.7△≤r1≤1.0△。

6.如权利要求5所述的柔轮，其特征在于：所述柔轮法兰处还设有第三圆弧，所述第三圆弧与第二圆弧相连，所述第三圆弧的半径r2与柔轮圆筒部的厚度△的关系：3.0△≤r2≤3.7△。

7.如权利要求6所述的柔轮，其特征在于：所述柔轮法兰处还设有第四圆弧，所述第四圆弧与第三圆弧相连，且所述第三圆弧位于第二圆弧与第四圆弧之间，所述第四圆弧的半径r3与柔轮圆筒部的厚度△的关系：12.0△≤r3≤15.0△。

8.如权利要求1所述的柔轮，其特征在于：所述柔轮法兰转角处设有第五圆弧，所述第五圆弧位于柔轮的内孔内，所述第五圆弧的半径R3与柔轮圆筒部的厚度△的关系：4.5△≤R3≤5.6△。

9.如权利要求8所述的柔轮，其特征在于：所述柔轮法兰转角处还设有第六圆弧，所述第六圆弧位于第五圆弧的外侧，所述第六圆弧的半径R4与柔轮圆筒部的厚度△的关系：3.7△≤R4≤4.6△。

10.一种谐波减速器，其特征在于：包括如权利要求1-9中任意一项所述的柔轮。