CN202707948U - 具有固定齿轮的谐波减速器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种具有固定齿轮的谐波减速器，包括有一固定齿轮、一刚轮、一柔轮与一波发生器；所述固定齿轮与刚轮分别设有第一内齿轮与第二内齿轮；所述柔轮则设有外齿轮，该外齿轮与第一内齿轮的齿数相同，但与第二内齿轮的齿数不相同；该波发生器组合于柔轮与一动力源，并使柔轮组合于该固定齿轮与刚轮，使柔轮产生变形而令其局部外齿轮同时啮合固定齿轮的第一内齿轮与刚轮的第二内齿轮；固定齿轮被固定不动，藉由动力源驱动波发生器旋转时，柔轮相对于固定齿轮仅产生形变但不相对旋转，柔轮相对于刚轮则同时产生形变与相对旋转，进而使该刚轮与输出轴同步减速旋转。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种谐波减速器，特别是一种关于其中所包含的固定齿轮与柔轮啮合时不产生相对旋转的配合结构。
背景技术
谐波减速器是一种利用柔性组件产生弹性机械波来传递动力和运动的一种齿轮传动，亦称为“谐波齿轮传动(简称谐波传动)”。
图1为显示现有的谐波减速器结构，主要包含有三个组件：一个具有内齿轮的刚轮A、一个具有外齿轮的柔轮B，以及一个波发生器C。做为减速器使用时，一般都是采用刚轮A固定、波发生器C主动运转、柔轮B输出动力的形式。
柔轮B则是一种可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内径等于或略大于波发生器的总外径。波发生器C是使柔轮B产生可控弹性变形的构件；波发生器C具有一中心轴，该中心轴装有可形变滚动轴承而构成滚轮，波发生器C组合于柔轮B内部，使其外径与柔轮B的内壁相互压紧，且波发生器C连接动力源(一般为马达)。当波发生器C装入柔轮B后，迫使柔轮的端面由原先的圆形变成椭圆形，进而使其椭圆形的长轴两端附近的外轮齿与刚轮A的内轮齿完全啮合，而短轴两端附近的外轮齿则与刚轮的内轮齿完全脱开；而周长上其它区段的外轮齿则处于和刚轮的内轮齿啮合和脱离的过渡状态。当波发生器连续转动时，柔轮的变形会不断改变，使柔轮B与刚轮A的啮合状态也不断改变，产生啮入、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C相反方向的缓慢旋转。
在传动过程中，波发生器C旋转一周，柔轮B上某点变形的循环次数称为波数，以n表示。常用的是双波传动，其柔轮应力较小，结构比较简单，易于获得大的传动比，故为目前应用最广的一种。谐波齿轮传动的柔轮和刚轮的周节相同，但齿数不等。
当刚轮固定、波发生器主动旋转、柔轮从动旋转时，谐波齿轮传动的传动比为i＝-B1/(A1-B1)
式中A1、B1分别为刚轮A与柔轮B的齿数。
由于柔轮齿数很多，因此，谐波减速器可获得很大的传动比。
谐波减速器在谐波传动中，由于齿与齿的啮合是面接触，加上同时啮合齿数较多，因而单位面积的负荷小，使得承载能力较其它传动形式高，且传动比大，单级谐波齿轮传动的传动比可达i＝70～500；再加上，具有体积小、重量轻、传动效率高、寿命长、传动平稳、无冲击、无噪音、运动精度高等特点，因此是一种应用十分广泛的减速器。
由于柔轮在减速传动过程中需要承受较大的交变负荷，致使柔轮较容易损坏，因而对柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理技术要求较高，制程技术也较复杂；另外，传统谐波减速器的刚轮与柔轮啮合位置与输出轴的距离较远，因而容易产生不同轴晃动的状况，增加了摩擦发热及噪音等问题。
为了解决前述的问题，本案申请人所提出的第101210934号的谐波减速器申请案，则是将波发生器组合于柔轮与一动力源，使柔轮产生变形而局部啮合刚轮，刚轮则连接一输出轴；藉由动力源驱动波发生器旋转时，经由柔轮带动该刚轮与输出轴同步旋转。
但是现有的谐波减速器只有刚轮及柔轮相互配合，当固定刚轮使柔轮产生输出时，柔轮呈帽状或杯状结构，由于柔轮在减速传动过程中需要承受较大的交变负荷，转折处会产生应力，致使柔轮较容易损坏，所以对柔轮材料的抗疲劳强度、加工和热处理技术要求较高，制程技术也较复杂。且刚轮与柔轮啮合位置与输出轴的距离较远，因而容易产生不同轴晃动的状况，增加了摩擦发热及噪音等问题。
又或固定柔轮以使刚轮产生输出时，若对柔轮增加环状固定边或于柔轮本体上增加固定孔，易使柔轮在形变啮合过程中，产生转折处应力，或开孔处应力，造成柔轮抗疲劳强度低，易于破裂而使机构失效。
实用新型内容
本实用新型的目的在于解决现有谐波减速器的刚轮与柔轮配合结构，在传动过程中，柔轮在减速传动过程中需要承受较大的交变负荷，以及因柔轮结构所产生的内应力而降低使用寿命，以及零件数量较繁多，制造成本较高的问题。
本实用新型提供的固定齿轮式谐波减速器，其主要特征是增加一固定齿轮，柔轮则同时配合于该固定齿轮及刚轮；柔轮被波发生器驱动旋转时，与固定齿轮不产生相对速度差，藉此提供柔轮额外稳定的支撑，使柔轮虽形变却不转动，同时柔轮与刚轮啮合产生相对速度差，藉此提供该刚轮减速旋转作用，使得设于轮出刚轮的输出轴减速输出。
本实用新型的技术手段，包括有一固定齿轮、一刚轮、一柔轮与一波发生器；所述固定齿轮与刚轮分别设有第一内齿轮与第二内齿轮；所述柔轮则设有外齿轮，该外齿轮与第一内齿轮的齿数相同，但与第二内齿轮的齿数不相同；该波发生器组合于柔轮与一动力源，并使柔轮组合于该固定齿轮与刚轮，使柔轮产生变形而令其局部外齿轮同时啮合固定齿轮的第一内齿轮与刚轮的第二内齿轮；固定齿轮被固定不动，藉由动力源驱动波发生器旋转时，柔轮相对于固定齿轮仅产生形变但不相对旋转，柔轮相对于刚轮则同时产生形变与相对旋转，进而使柔轮带动该刚轮与输出轴同步减速旋转。
本实用新型是将固定齿轮与刚轮呈轴向靠合，柔轮则同时配合于轴向连结的固定齿轮与刚轮内。
藉由前述的结构，本实用新型的谐波减速器在传动过程中，齿轮的负荷可以平均分散而降低负荷且受力更均匀，从而降低噪音与轮齿磨损，提升使用寿命，更能减少整体零件，降低制造成本。
附图说明
图1为显示现有谐波减速器结构的平面剖视图；
图2为显示本实用新型谐波减速器的组件组合关系的立体分解图；
图3为显示本实用新型谐波减速器结构的平面剖视图；以及
图4为显示本实用新型谐波减速器结构的端面平面示意图。
主要组件符号说明
1谐波减速器
11A固定齿轮
11A1第一内齿轮
11B刚轮
11B1第二内齿轮
11B2输出轴
12柔轮
121外齿轮
13波发生器
131中心轴
132外环体
A刚轮
B柔轮
C波发生器
具体实施方式
以下配合图式及组件符号对本实用新型的实施方式做更详细的说明，以使本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。
如图2与图3所示，本实用新型提供的谐波减速器1，包括有一固定齿轮11A、一刚轮11B、一柔轮12与一波发生器13；其中，固定齿轮11A与刚轮11B均具有内空间，固定齿轮11A的内空间内壁面圆周形成有由多个第一内轮齿构成的第一内齿轮11A1，刚轮11B的内空间内壁面圆周则形成有由多个第二内轮齿构成的第二内齿轮11B1；刚轮11B还轴向连接有一输出轴11B2。固定齿轮11A与刚轮11B呈轴向相互靠合，且固定齿轮11A被固定于减速器的机壳(图未显示)，刚轮11B则可相对于固定齿轮11A旋转。
所述柔轮12为可以采用具有适当厚度的管材制成的薄壁圆筒，或是利用锻造技术配合车床切削而制成薄壁圆筒，再利用滚齿机将其外表面圆周成型出外齿轮121，该外齿轮121的齿数相同于固定齿轮11A的第一内齿轮11A1的齿数，但外齿轮121的齿数不相同于刚轮11B的第二内齿轮11B1的齿数，亦即具有齿数差；柔轮12被组合于固定刚轮11A与刚轮11B的内空间。
所述波发生器13为具有一中心轴131与一外环体132的可形变轴承，该中心轴131为接近正圆形的椭圆形，使得外环体132与中心轴131可以相对旋转；该中心轴131用来连接一动力源(图未显示)，一般而言，所述动力源是一种马达。
本实用新型的谐波减速器1的组件组合方式，是将柔轮12组合于轴向靠合的固定齿轮11A与刚轮11B的内空间，而波发生器13则组合于柔轮12内径中；柔轮12是一种可产生较大弹性变形的薄壁齿轮，其内径等于或略大于波发生器13的总外径；波发生器13则是使柔轮12产生可控弹性变形的构件，当波发生器13装入柔轮12后，迫使柔轮12的端面由原先的圆形变成椭圆形(如图4所示)，进而使其椭圆形的长轴两端附近的部分外齿轮121同时与固定齿轮11A的第一内齿轮11A1与刚轮11B的第二内齿轮11B1完全啮合，而短轴两端附近的外齿轮则均与固定齿轮的第一内齿轮及刚轮的第二内齿轮完全脱开；而周长上其它区段的外齿轮则处于和固定齿轮11A的第一内齿轮11A1及刚轮11B的第二内齿轮11B1啮合和脱离的过渡状态。当波发生器13连续转动时，柔轮12的变形会不断改变，使柔轮12与固定齿轮11A及刚轮11B的啮合状态也不断改变，产生啮入、啮合、啮出、脱开、再啮入......，周而复始地进行，从而实现柔轮12相对刚轮11B沿波发生器相反方向的缓慢旋转。由于柔轮12的外齿轮121齿数和固定齿轮11A的第一内齿轮11A1齿数相同，因此，柔轮12相对于固定齿轮11A仅产生形变而不会相对旋转，亦即柔轮12和固定齿轮11A之间不会产生相对旋转速度差；但因柔轮12的外齿轮121齿数和刚轮11B的第二内齿轮11B1齿数不相同，因此，柔轮12相对于刚轮11B同时产生形变以及相对旋转，亦即柔轮12和刚轮11B之间会产生相对旋转速度差，因而使连接于刚轮11B的输出轴11B2获得减速旋转输出。
藉由前述的结构，本实用新型的谐波减速器在传动过程中，齿轮的负荷可以平均分散而降低负荷且受力更均匀，从而降低噪音与轮齿磨损，提升使用寿命，更能减少整体零件，降低制造成本。
以上所述者仅为用以解释本实用新型的较佳实施例，并非企图据以对本实用新型做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的创作精神下所作有关本实用新型的任何修饰或变更，皆仍应包括在本实用新型意图保护的范畴。
Claims (2)
1.一种具有固定齿轮的谐波减速器，其特征在于，包括有：
一固定齿轮，具有内空间，该内空间的内壁面圆周形成有第一内齿轮；
一刚轮，具有内空间，该内空间的内壁面圆周形成有第二内齿轮，该刚轮连接有一输出轴；
一柔轮，为一薄壁圆筒，该柔轮的外表面圆周形成有外齿轮，该外齿轮的齿数相同于该第一内齿轮的齿数，但不相同于该第二内齿轮的齿数，该柔轮组合于该固定刚轮与刚轮；
一波发生器，组合于该柔轮的内径，使该柔轮产生变形而使部分所述外齿轮同时啮合该第一内齿轮与该第二内齿轮，该波发生器连接一动力源以被驱动旋转，进而经由该柔轮驱动该刚轮旋转。
2.如权利要求1所述的具有固定齿轮的谐波减速器，其特征在于，所述固定齿轮与刚轮轴向相互靠合。
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Cited By (4)
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