具有固定齒輪的諧波減速器的製作方法
2023-09-18 05:45:25 1
專利名稱：具有固定齒輪的諧波減速器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種諧波減速器，特別是一種關於其中所包含的固定齒輪與柔輪嚙合時不產生相對旋轉的配合結構。
背景技術：
諧波減速器是一種利用柔性組件產生彈性機械波來傳遞動力和運動的一種齒輪傳動，亦稱為「諧波齒輪傳動(簡稱諧波傳動)」。圖I為顯示現有的諧波減速器結構，主要包含有三個組件一個具有內齒輪的剛輪A、一個具有外齒輪的柔輪B，以及一個波發生器C。做為減速器使用時，一般都是採用剛 輪A固定、波發生器C主動運轉、柔輪B輸出動力的形式。柔輪B則是一種可產生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內徑等於或略大于波發生器的總外徑。波發生器C是使柔輪B產生可控彈性變形的構件；波發生器C具有一中心軸，該中心軸裝有可形變滾動軸承而構成滾輪，波發生器C組合於柔輪B內部，使其外徑與柔輪B的內壁相互壓緊，且波發生器C連接動力源(一般為馬達)。當波發生器C裝入柔輪B後，迫使柔輪的端面由原先的圓形變成橢圓形，進而使其橢圓形的長軸兩端附近的外輪齒與剛輪A的內輪齒完全嚙合,而短軸兩端附近的外輪齒則與剛輪的內輪齒完全脫開；而周長上其它區段的外輪齒則處於和剛輪的內輪齒嚙合和脫離的過渡狀態。當波發生器連續轉動時，柔輪的變形會不斷改變，使柔輪B與剛輪A的嚙合狀態也不斷改變，產生齧入、嚙合、齧
出、脫開、再齧入......，周而復始地進行，從而實現柔輪相對剛輪沿波發生器C相反方向
的緩慢旋轉。在傳動過程中，波發生器C旋轉一周，柔輪B上某點變形的循環次數稱為波數，以η表示。常用的是雙波傳動，其柔輪應力較小，結構比較簡單，易於獲得大的傳動比，故為目前應用最廣的一種。諧波齒輪傳動的柔輪和剛輪的周節相同，但齒數不等。當剛輪固定、波發生器主動旋轉、柔輪從動旋轉時，諧波齒輪傳動的傳動比為i=-BI/(Al-Bl)式中A1、B1分別為剛輪A與柔輪B的齒數。由於柔輪齒數很多，因此，諧波減速器可獲得很大的傳動比。諧波減速器在諧波傳動中，由於齒與齒的哨合是面接觸，加上同時哨合齒數較多，因而單位面積的負荷小，使得承載能力較其它傳動形式高，且傳動比大，單級諧波齒輪傳動的傳動比可達i = 70 500 ;再加上,具有體積小、重量輕、傳動效率高、壽命長、傳動平穩、無衝擊、無噪音、運動精度高等特點，因此是一種應用十分廣泛的減速器。由於柔輪在減速傳動過程中需要承受較大的交變負荷，致使柔輪較容易損壞，因而對柔輪材料的抗疲勞強度、加工和熱處理技術要求較高，製程技術也較複雜；另外，傳統諧波減速器的剛輪與柔輪嚙合位置與輸出軸的距離較遠，因而容易產生不同軸晃動的狀況，增加了摩擦發熱及噪音等問題。為了解決前述的問題，本案申請人所提出的第101210934號的諧波減速器申請案，則是將波發生器組合於柔輪與一動力源，使柔輪產生變形而局部嚙合剛輪，剛輪則連接一輸出軸；藉由動力源驅動波發生器旋轉時,經由柔輪帶動該剛輪與輸出軸同步旋轉。但是現有的諧波減速器只有剛輪及柔輪相互配合，當固定剛輪使柔輪產生輸出時，柔輪呈帽狀或杯狀結構，由於柔輪在減速傳動過程中需要承受較大的交變負荷，轉折處會產生應力，致使柔輪較容易損壞，所以對柔輪材料的抗疲勞強度、加工和熱處理技術要求較高，製程技術也較複雜。且剛輪與柔輪嚙合位置與輸出軸的距離較遠，因而容易產生不同軸晃動的狀況，增加了摩擦發熱及噪音等問題。又或固定柔輪以使剛輪產生輸出時，若對柔輪增加環狀固定邊或於柔輪本體上增加固定孔，易使柔輪在形變嚙合過程中，產生轉折處應力，或開孔處應力，造成柔輪抗疲勞強度低，易於破裂而使機構失效。
實用新型內容本實用新型的目的在於解決現有諧波減速器的剛輪與柔輪配合結構，在傳動過程中，柔輪在減速傳動過程中需要承受較大的交變負荷，以及因柔輪結構所產生的內應力而·降低使用壽命，以及零件數量較繁多，製造成本較高的問題。本實用新型提供的固定齒輪式諧波減速器，其主要特徵是增加一固定齒輪，柔輪則同時配合於該固定齒輪及剛輪；柔輪被波發生器驅動旋轉時，與固定齒輪不產生相對速度差，藉此提供柔輪額外穩定的支撐，使柔輪雖形變卻不轉動，同時柔輪與剛輪嚙合產生相對速度差，藉此提供該剛輪減速旋轉作用，使得設於輪出剛輪的輸出軸減速輸出。本實用新型的技術手段，包括有一固定齒輪、一剛輪、一柔輪與一波發生器；所述固定齒輪與剛輪分別設有第一內齒輪與第二內齒輪；所述柔輪則設有外齒輪，該外齒輪與第一內齒輪的齒數相同，但與第二內齒輪的齒數不相同；該波發生器組合於柔輪與一動力源，並使柔輪組合於該固定齒輪與剛輪，使柔輪產生變形而令其局部外齒輪同時嚙合固定齒輪的第一內齒輪與剛輪的第二內齒輪；固定齒輪被固定不動，藉由動力源驅動波發生器旋轉時，柔輪相對於固定齒輪僅產生形變但不相對旋轉，柔輪相對於剛輪則同時產生形變與相對旋轉，進而使柔輪帶動該剛輪與輸出軸同步減速旋轉。本實用新型是將固定齒輪與剛輪呈軸向靠合，柔輪則同時配合於軸向連結的固定齒輪與剛輪內。藉由前述的結構，本實用新型的諧波減速器在傳動過程中，齒輪的負荷可以平均分散而降低負荷且受力更均勻，從而降低噪音與輪齒磨損，提升使用壽命，更能減少整體零件，降低製造成本。
圖I為顯示現有諧波減速器結構的平面剖視圖；圖2為顯示本實用新型諧波減速器的組件組合關係的立體分解圖；圖3為顯示本實用新型諧波減速器結構的平面剖視圖；以及圖4為顯示本實用新型諧波減速器結構的端面平面示意圖。主要組件符號說明I諧波減速器[0025]IlA固定齒輪IlAl第一內齒輪IlB 剛輪IlBl第二內齒輪IlB2 輸出軸12 柔輪121外齒輪13波發生器 131中心軸132外環體A 剛輪B 柔輪C波發生器
具體實施方式
以下配合圖式及組件符號對本實用新型的實施方式做更詳細的說明，以使本領域技術人員在研讀本說明書後能據以實施。如圖2與圖3所示，本實用新型提供的諧波減速器1，包括有一固定齒輪11A、一剛輪11B、一柔輪12與一波發生器13 ;其中，固定齒輪IlA與剛輪IlB均具有內空間，固定齒輪IlA的內空間內壁面圓周形成有由多個第一內輪齒構成的第一內齒輪IIAl，剛輪IlB的內空間內壁面圓周則形成有由多個第二內輪齒構成的第二內齒輪IlBl ;剛輪IlB還軸向連接有一輸出軸11B2。固定齒輪IlA與剛輪IlB呈軸向相互靠合，且固定齒輪IlA被固定於減速器的機殼(圖未顯示)，剛輪IlB則可相對於固定齒輪IlA旋轉。所述柔輪12為可以採用具有適當厚度的管材製成的薄壁圓筒，或是利用鍛造技術配合車床切削而製成薄壁圓筒，再利用滾齒機將其外表面圓周成型出外齒輪121，該外齒輪121的齒數相同於固定齒輪IlA的第一內齒輪IlAl的齒數,但外齒輪121的齒數不相同於剛輪IlB的第二內齒輪IlBl的齒數，亦即具有齒數差；柔輪12被組合於固定剛輪IlA與剛輪IlB的內空間。所述波發生器13為具有一中心軸131與一外環體132的可形變軸承，該中心軸131為接近正圓形的橢圓形，使得外環體132與中心軸131可以相對旋轉；該中心軸131用來連接一動力源(圖未顯示)，一般而言，所述動力源是一種馬達。本實用新型的諧波減速器I的組件組合方式，是將柔輪12組合於軸向靠合的固定齒輪IlA與剛輪IlB的內空間，而波發生器13則組合於柔輪12內徑中；柔輪12是一種可產生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內徑等於或略大于波發生器13的總外徑；波發生器13則是使柔輪12產生可控彈性變形的構件，當波發生器13裝入柔輪12後，迫使柔輪12的端面由原先的圓形變成橢圓形(如圖4所示)，進而使其橢圓形的長軸兩端附近的部分外齒輪121同時與固定齒輪IlA的第一內齒輪IlAl與剛輪IlB的第二內齒輪IlBl完全嚙合，而短軸兩端附近的外齒輪則均與固定齒輪的第一內齒輪及剛輪的第二內齒輪完全脫開；而周長上其它區段的外齒輪則處於和固定齒輪IlA的第一內齒輪IlAl及剛輪IlB的第二內齒輪IlBl嚙合和脫離的過渡狀態。當波發生器13連續轉動時，柔輪12的變形會不斷改變，使柔輪12與固定齒輪IlA及剛輪IlB的嚙合狀態也不斷改變，產生齧入、嚙合、齧出、脫開、再齧
入......，周而復始地進行，從而實現柔輪12相對剛輪IlB沿波發生器相反方向的緩慢旋
轉。由於柔輪12的外齒輪121齒數和固定齒輪IlA的第一內齒輪IlAl齒數相同，因此,柔輪12相對於固定齒輪IlA僅產生形變而不會相對旋轉，亦即柔輪12和固定齒輪IlA之間不會產生相對旋轉速度差；但因柔輪12的外齒輪121齒數和剛輪IlB的第二內齒輪IlBl齒數不相同，因此，柔輪12相對於剛輪IlB同時產生形變以及相對旋轉，亦即柔輪12和剛輪IlB之間會產生相對旋轉速度差，因而使連接於剛輪IlB的輸出軸11B2獲得減速旋轉輸出。藉由前述的結構，本實用新型的諧波減速器在傳動過程中，齒輪的負荷可以平均分散而降低負荷且受力更均勻，從而降低噪音與輪齒磨損，提升使用壽命，更能減少整體零件，降低製造成本。 以上所述者僅為用以解釋本實用新型的較佳實施例，並非企圖據以對本實用新型做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的創作精神下所作有關本實用新型的任何修飾或變更，皆仍應包括在本實用新型意圖保護的範疇。
權利要求1.一種具有固定齒輪的諧波減速器，其特徵在於，包括有 一固定齒輪，具有內空間，該內空間的內壁面圓周形成有第一內齒輪； 一剛輪，具有內空間，該內空間的內壁面圓周形成有第二內齒輪，該剛輪連接有一輸出軸； 一柔輪，為一薄壁圓筒，該柔輪的外表面圓周形成有外齒輪，該外齒輪的齒數相同於該第一內齒輪的齒數，但不相同於該第二內齒輪的齒數，該柔輪組合於該固定剛輪與剛輪；一波發生器，組合於該柔輪的內徑，使該柔輪產生變形而使部分所述外齒輪同時嚙合該第一內齒輪與該第二內齒輪，該波發生器連接一動力源以被驅動旋轉，進而經由該柔輪驅動該剛輪旋轉。
2.如權利要求I所述的具有固定齒輪的諧波減速器，其特徵在於，所述固定齒輪與剛輪軸向相互靠合。
專利摘要本實用新型提供了一種具有固定齒輪的諧波減速器，包括有一固定齒輪、一剛輪、一柔輪與一波發生器；所述固定齒輪與剛輪分別設有第一內齒輪與第二內齒輪；所述柔輪則設有外齒輪，該外齒輪與第一內齒輪的齒數相同，但與第二內齒輪的齒數不相同；該波發生器組合於柔輪與一動力源，並使柔輪組合於該固定齒輪與剛輪，使柔輪產生變形而令其局部外齒輪同時嚙合固定齒輪的第一內齒輪與剛輪的第二內齒輪；固定齒輪被固定不動，藉由動力源驅動波發生器旋轉時，柔輪相對於固定齒輪僅產生形變但不相對旋轉，柔輪相對於剛輪則同時產生形變與相對旋轉，進而使該剛輪與輸出軸同步減速旋轉。
文檔編號F16H57/023GK202707948SQ20122029118
公開日2013年1月30日 申請日期2012年6月20日 優先權日2012年6月20日
發明者葉駿紳 申請人:蘇州悍猛諧波機電有限公司