CN113309842A - 摆线针轮谐波减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种摆线针轮谐波减速器，包括定位轴、柔轮、交叉轴承、外壳、滚针、柔性轴承和输入轴；输入轴上安装有柔性轴承，柔性轴承外表面与柔轮内表面接触，柔轮通过螺栓固定在交叉轴承端面，外壳每个圆弧槽内均安装滚针，多个滚针与柔轮上的齿啮合，输入轴旋转，输入轴圆柱面推动柔性轴承径向移动，径向移动的柔性轴承推动柔轮径向移动，径向移动的柔轮上的齿与滚针啮合，滚针推动柔轮低速转动，实现转速的变化。该专利减速器简单、紧凑易于小型化；对加工精度要求低，噪声小；同时参与啮合的齿数多，承载能力强；在啮合副径向预紧条件下，减速啮合副处于无间隙啮合状态，传动精度高；滚针与摆线齿纯滚动啮合，传动效率高，啮合面磨损率低。

Description

摆线针轮谐波减速器

技术领域

本发明涉及机械传动领域，具体是指一种谐波减速器，特别是指摆线针轮谐波减速器。

背景技术

谐波减速器又称谐波减速机或称谐波传动减速器，是利用行星齿轮原理发展起来的一种减速器，其结构包括有带有内齿圈的刚性齿轮(相当于行星系中的中心轮刚轮)、带有外齿圈的柔性齿轮(相当于行星齿轮)和波发生器(相当于行星架)。作为减速器使用，其工作原理是波发生器是一个杆状部件，其两端装有滚动轴承构成滚轮，与柔轮的内壁相互压紧。柔轮为可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内孔直径略小于波发生器的总长。波发生器是使柔轮产生可控弹性变形的构件。当波发生器装入柔轮后，迫使柔轮的剖面由原先的圆形变成椭圆形，其长轴两端附近的齿与刚轮的齿完全啮合，而短轴两端附近的齿则与刚轮完全脱开。周长上其他区段的齿处于啮合和脱离的过渡状态。当波发生器沿图示方向连续转动时，柔轮的变形不断改变，使柔轮与刚轮的啮合状态也不断改变，由啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入……，周而复始地进行，从而实现柔轮相对刚轮沿波发生器相反方向的缓慢旋转。工作时，固定刚轮，由电机带动波发生器转动，柔轮作为从动轮，输出转动，带动负载运动。

谐波减速器具有传动精密的技术效果且体积易于小型化的优点，但是柔轮是基于筒体材料的宏观弹性变形而实现啮合传动的，因而制约了谐波减速器在大功率重负荷领域的开发应用。

现有技术中，还有一种摆线针轮减速器，其采用差齿减速传动原理实现减速传动，即转动的摆线盘比固定的针齿少一齿，偏心轮装在摆线盘中心，当偏心轮转一圈，摆线盘在固定的针齿上走动一个齿，因此可以获得很大的减速比。摆线针轮减速器相较于谐波减速器具有更好的承载能力和更大的传动比。但是传动精密度相对较差，且体积较大。

现代高精密传动机构承载能力有限，其传动性能必然受到影响，不能同时满足工业生产中对传动精度和承载能力的要求。基于此，本申请发明人经过创新性研究，获得本申请的摆线针轮谐波减速器的技术方案，解决该技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种摆线针轮谐波减速器，其取谐波减速器和摆线针轮减速器的各自长处，从而能实现精密传动，参与啮合的齿对数较多，承载能力强，传动效率高，且易于小型化。

为实现上述目的，本发明的技术方案是包括有作为定位轴、柔轮、交叉轴承、外壳、滚针、柔性轴承和输入轴；

所述的输入轴上设置有实现波发生器作用的外表面，该外表面为轴对称曲面，其由上下设置两个第一圆柱面、两个左右设置的第一支撑曲面、以及设置在第一圆柱面和第一支撑曲面相邻位置的总计四个第一过渡曲面组成，所述的两个第一圆柱面的中心线关于输入轴几何中心线对称设置，两个第一圆柱面的圆柱中心线与输入轴的几何中心线之间均偏移设置一段距离(e)；

所述的输入轴上安装有柔性轴承，柔性轴承内表面由第二圆柱面、第二过渡曲面、第二支撑曲面组成，柔性轴承外表面由第三圆柱面、第三过渡曲面、第三支撑曲面组成，柔性轴承的第二圆柱面与输入轴第一圆柱面等距偏移面重合，输入轴的第一过渡曲面的等距偏移面与柔性轴承的第二过渡曲面重合；

所述的柔轮包括有沿着轴向方向连接的柔轮齿部、柔轮过渡部和柔轮定位部；

所述的柔性轴承与柔轮齿部的内表面接触受力配合，该柔轮齿部的内表面由第四圆柱面、第四过渡曲面、第四支撑曲面组成，柔轮齿部的第四圆柱面与柔性轴承外表面的第三圆柱面接触受力配合；

所述的柔轮定位部固定在所述交叉轴承的内圈上；所述的定位轴支撑定位设置于柔轮定位部以及交叉轴承内圈的内孔中，用于保证柔轮与交叉轴承的同轴度；所述交叉轴承的外圈与所述外壳端面固定连接；

所述的外壳的内圆柱面加工有n₁个圆弧槽，起到刚性齿轮作用，圆弧槽直径为d₁，n₁个圆弧槽均匀分布在直径为D₁的圆上，圆弧槽内安装有直径为d_r的滚针，d_r<d₁；

柔轮齿部的外表面加工n₂个与所述滚针啮合的齿，n₂<n₁，n₂个齿均匀分布在柔轮齿部的外表面；柔轮齿部外表面在装配状态下受柔性轴承作用力下形成由第五圆柱面、第五过渡曲面、第五支撑曲面组成的形状；

柔轮外表面的第五圆柱面所在的柔轮壳体部分的外表面的齿与所述滚针啮合，参与啮合的齿形为外摆线等距偏移线，等距偏移距离为d_r-d₁/2。

D₁为圆弧槽分布圆直径，e为第一圆柱面的圆柱中心线与输入轴的几何中心线之间的距离，n₂为柔轮齿数，外摆线与D₁、e、n₂之间的关系为：

式中θ为自变量；

该减速器的传动比i＝n₂/(n₂-n₁)，n₂为柔轮齿部的外表面加工的齿的个数；n₁为外壳的内圆柱面加工的圆弧槽。

进一步设置是所述的外壳上对应滚针的内侧设置有限制滚针轴向移动的挡板，所述的外壳上对应滚针的外侧设置有限制滚针径向与轴向移动的挡环。

进一步设置是所述的输入轴的中心设置有用于接入待减速动力的键槽。

进一步设置是所述的柔轮定位部通过螺栓固定在交叉轴承的内圈端面。

进一步设置是所述交叉轴承的外圈通过螺钉固定在外壳端面。

进一步设置是所述的e为0.16mm，所述的n₁为100，n₂为98，D₁为42.99mm。

本发明专利的优点和有益效果是：该减速器简单、紧凑易于小型化；对加工精度要求低，噪声小；通过设置最大化的圆柱面，实现多齿参与啮合的效果，打到承载能力强的目的；设置等距偏移距离小于d_r-d₁/2，使啮合副处于预紧情况下，实现减速啮合副无间隙啮合运动，传动精度高；通过设置滚针与外壳圆弧槽之间差值,使滚针在圆弧槽内的滑滚，实现滚针与摆线齿纯滚动啮合，传动效率高，啮合面磨损率低；通过对称设置输入轴上两圆柱面，利用双激波原理，使柔轮不同方向的齿与滚针啮合，实现柔轮的受力平衡；通过柔性轴承内表面周长与输入轴外表面周长相等，以及柔性轴承外表面周长与柔轮内表面周长相等的设置，使装配体中柔轮外表面、柔轮内表面均为输入轴外表面的等距偏移线，使柔轮上参与啮合的齿均匀分布在一段圆弧上，实现齿与滚针得啮合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1是摆线针轮谐波减速器结构简图；

图2摆线针轮谐波减速器减速啮合副剖面图；

图3摆线针轮谐波减速器柔轮在自由状态下结构简图；

图4摆线针轮谐波减速器输入轴结构简图；

图5图2的I部放大图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。

本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

如图1至图5所示，为本发明实施例中，包括有作为输入轴1、柔轮2、交叉轴承3、外壳4、滚针5、柔性轴承6和定位轴7。

本实施例所述的输入轴1上设置有实现波发生器作用的外表面，该外表面为轴对称曲面，其由上下设置两个第一圆柱面11、两个左右设置的第一支撑曲面12、以及设置在第一圆柱面11和第一支撑曲面12相邻位置的总计四个第一过渡曲面13组成，所述的两个第一圆柱面11的中心线a1和a2关于输入轴几何中心线a0对称设置，两个第一圆柱面11的圆柱中心线与输入轴的几何中心线之间均偏移设置一段距离e；本实施例优选地e为0.16mm。

此外，本实施例所述的输入轴1上安装有柔性轴承6，柔性轴承6内表面由第二圆柱面61、第二过渡曲面62、第二支撑曲面63组成，柔性轴承6外表面由第三圆柱面64、第三过渡曲面65、第三支撑曲面66组成，柔性轴承6的第二圆柱面61与输入轴的第一圆柱面11等距偏移面重合，输入轴1的第一过渡曲面13的等距偏移面与柔性轴承的第二过渡曲面62重合。

所述的柔轮2包括有沿着轴向方向连接的柔轮齿部21、柔轮过渡部22和柔轮定位部23。

所述的柔性轴承6与柔轮齿部21的内表面接触受力配合，该柔轮齿部21的内表面由第四圆柱面211、第四过渡曲面212、第四支撑曲面213组成，柔轮齿部21的第四圆柱面211与柔性轴承6外表面的第三圆柱面64接触受力配合。

所述的柔轮定位部23通过螺栓81固定在所述交叉轴承3的内圈上；所述的定位轴7支撑定位设置于柔轮定位部23以及交叉轴承3内圈的内孔中，用于保证柔轮2与交叉轴承3的同轴度；所述交叉轴承3的外圈通过螺钉82与所述外壳4端面固定连接。

本实施例所述的外壳4的内圆柱面加工有n₁个圆弧槽，本实施例所述的n₁为100，起到刚性齿轮作用，圆弧槽直径为d₁，n₁个圆弧槽均匀分布在直径为D₁的内圆柱面上，本实施例所述的D₁为42.99mm，圆弧槽内安装有直径为d_r的滚针5，d_r<d₁。

另外，本实施例柔轮齿部21的外表面加工n₂个与所述滚针5啮合的齿214，本实施例n₂为98，n₂个齿均匀分布在柔轮齿部的外表面；柔轮齿部21外表面在装配状态下受柔性轴承作用力下形成由第五圆柱面215、第五过渡曲面216、第五支撑曲面217组成的形状。

柔轮外表面的第五圆柱面215所在的柔轮壳体部分的外表面的齿与所述滚针5啮合，参与啮合的齿形为外摆线等距偏移线，等距偏移距离为d_r-d₁/2。

D₁为圆弧槽分布圆直径，e为第一圆柱面的圆柱中心线与输入轴的几何中心线之间的距离，n₂为柔轮齿数，外摆线与D₁、e、n₂之间的关系为：

式中θ为自变量；

该减速器的传动比i＝n₂/(n₂-n₁)，n₂为柔轮齿部的外表面加工的齿的个数；n₁为外壳的内圆柱面加工的圆弧槽。对于本实施例优选设置而言，传动比i＝-49。

输入轴1旋转，输入轴1圆柱面推动柔性轴承6径向移动，径向移动的柔性轴承6部分推动柔轮2径向移动，径向移动的柔轮2上的齿与滚针5啮合，滚针5推动柔轮2低速转动，实现转速的变化。

此外，本实施例所述的外壳4上对应滚针的内侧设置有限制滚针5轴向移动的挡板83，所述的外壳4上对应滚针的外侧设置有限制滚针5径向与轴向移动的挡环84。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种摆线针轮谐波减速器，其特征在于：

包括有作为定位轴、柔轮、交叉轴承、外壳、滚针、柔性轴承和输入轴；

所述的输入轴上设置有实现波发生器作用的外表面，该外表面为轴对称曲面，其由上下设置两个第一圆柱面、两个左右设置的第一支撑曲面、以及设置在第一圆柱面和第一支撑曲面相邻位置的总计四个第一过渡曲面组成，所述的两个第一圆柱面的中心线关于输入轴几何中心线对称设置，两个第一圆柱面的圆柱中心线与输入轴的几何中心线之间均偏移设置一段距离(e)；

所述的输入轴上安装有柔性轴承，柔性轴承内表面由第二圆柱面、第二过渡曲面、第二支撑曲面组成，柔性轴承外表面由第三圆柱面、第三过渡曲面、第三支撑曲面组成，柔性轴承的第二圆柱面与输入轴第一圆柱面等距偏移面重合，输入轴的第一过渡曲面的等距偏移面与柔性轴承的第二过渡曲面重合；

所述的柔轮包括有沿着轴向方向连接的柔轮齿部、柔轮过渡部和柔轮定位部；

所述的柔性轴承与柔轮齿部的内表面接触受力配合，该柔轮齿部的内表面由第四圆柱面、第四过渡曲面、第四支撑曲面组成，柔轮齿部的第四圆柱面与柔性轴承外表面的第三圆柱面接触受力配合；

所述的柔轮定位部固定在所述交叉轴承的内圈上；所述的定位轴支撑定位设置于柔轮定位部以及交叉轴承内圈的内孔中，用于保证柔轮与交叉轴承的同轴度；所述交叉轴承的外圈与所述外壳端面固定连接；

所述的外壳的内圆柱面加工有n₁个圆弧槽，起到刚性齿轮作用，圆弧槽直径为d₁，n₁个圆弧槽均匀分布在直径为D₁的圆上，外壳内圆柱面直径为D₂，D₂>D₁，圆弧槽内安装有直径为d_r的滚针，d_r<d₁；

柔轮齿部的外表面加工n₂个与所述滚针啮合的齿，n₂＝n₁-2，n₂个齿均匀分布在柔轮齿部的外表面；柔轮齿部外表面在装配状态下受柔性轴承作用力下形成由第五圆柱面、第五过渡曲面、第五支撑曲面组成的形状；

柔轮外表面的第五圆柱面所在的柔轮壳体部分的外表面的齿与所述滚针啮合，参与啮合的齿形为外摆线等距偏移线，等距偏移距离为d_r-d₁/2；

D₁为圆弧槽分布圆直径，e为第一圆柱面的圆柱中心线与输入轴的几何中心线之间的距离，n₂为柔轮齿数，外摆线与D₁、e、n₂之间的关系为：

式中θ为自变量；

该减速器的传动比i＝n₂/(n₂-n₁)，n₂为柔轮齿部的外表面加工的齿的个数；n₁为外壳的内圆柱面加工的圆弧槽。

2.根据权利要求1所述的摆线针轮谐波减速器，其特征在于：所述的外壳上对应滚针的内侧设置有限制滚针轴向移动的挡板，所述的外壳上对应滚针的外侧设置有限制滚针径向与轴向移动的挡环。

3.根据权利要求1所述的摆线针轮谐波减速器，其特征在于：所述的输入轴的中心设置有用于接入待减速动力的键槽。

4.根据权利要求1所述的摆线针轮谐波减速器，其特征在于：所述的柔轮定位部通过螺栓固定在交叉轴承的内圈端面。

5.根据权利要求1所述的摆线针轮谐波减速器，其特征在于：所述交叉轴承的外圈通过螺钉固定在外壳端面。

6.根据权利要求1所述的摆线针轮谐波减速器，其特征在于：所述的e为0.16mm，所述的n₁为100，n₂为98，D₁为42.99mm。

7.根据权利要求1所述的摆线针轮谐波减速器，其特征在于：外摆线等距偏移线等距偏移距离小于d_r-d₁/2。

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