變速裝置的齒型加工法的製作方法

2023-06-22 14:15:47 1

本發明有關一種變速裝置的齒型加工法，尤指一種以工程塑料材質來模製成形出諧和式減速機的特殊齒型，使諧和式減速機各式齒比的齒型易於成形併兼具輕量化目的的加工法。

背景技術：

眾所周知，機械自動化領域中，機械手臂(robotic arm)是具有模仿人類手臂功能並可完成各種作業的自動控制設備，這種機器人系統有多關節連接，並允許在平面或三度空間進行運動或使用線性位移移動。目前機械手臂在機械人技術領域中得到最廣泛實際應用的自動化機械裝置，除了主要用於工業製造上，商業農業、醫療救援、娛樂服務、軍事保全甚至在太空探索等領域都可以發現其應用裝置。

而此機械手臂的軸部關節，多以傳統應用金屬彈性力學的諧和式減速機(Harmonic Drive，以下簡稱HD)予以施作，該HD所應用的柔性齒條(Flex Spline)，為一杯型或帽型的金屬薄殼彈性體，在其外周開口部分切割有齒型，而於齒型的底部為一膜片(Diaphrgam)。由於該柔性齒條由疲勞性強度極高的特殊鋼所製成，且諧和式減速機傳動方式與一般齒輪的嚙合動力傳達方式相異，其齒型背隙值極小，因此其金屬齒型的加工，必須以特製刀具施作，除了刀具及特殊鋼素材取得不易之外，造價亦不斐，如果遇到成型齒型所在的位置不適合以刀具來施作時，則增添了加工的難度及製作成本。此外，由於此一HD整體結構均由金屬材質組合構成，因此，對於組裝在機械手臂中段及末端部位時，乃會增加手臂前端關節處的負荷扭矩，致使機械手臂的有效負載值不佳。

技術實現要素：

本發明針對諧和式減速機的齒型，進行了材質與加工法的創新設計，提供一種變速裝置的齒型加工法，利用工程塑料以模具直接成型製造出內齒差環，使齒型於傳統工法的複雜加工因素完全屏除。

本發明的目的在於提供一種變速裝置的齒型加工法，其通過塑料射出成形工法，進而達到變速裝置構件的降低重量及快速生產的目的。

為達上述目的，本發明變速裝置的齒型加工法，用於諧和式減速機的齒型加工成型，該減速機主要構件包含：至少一外齒差環，由輕質金屬材構成環體，於該環體內環面以包覆射出成型方式將工程塑料模製成型出的齒型予以結合，建構出該外齒差環的內齒；一內齒差環，其以工程塑料模製成型，其外環面具有外齒，該外齒齒數少於該外齒差環的內齒齒數而形成齒數差；一諧波產生器，其包含一凸輪及一軸承，該軸承套設於該凸輪外表面，該諧波產生器與外齒差環同軸設置。如此，使該內齒差環套結於諧波產生器的軸承外圍，使內齒差環的外齒與外齒差環的內齒呈局部區段嚙合狀態，以此架構組成的變速裝置，即能達到輕量化及齒型快速製成的設計目的。

其中，該外齒差環為鋁合金金屬環體。

其中，該外齒差環的環體內圈設有嵌槽，該內齒的工程塑料附著在該嵌槽。

其中，該內齒差環的環體軸向側端成型有一彈性折邊。

本發明具有的優點在於：

本發明針對諧和式減速機的齒型，進行了材質與加工法的創新設計，利用工程塑料以模具直接成型製造出內齒差環，使齒型於傳統工法的複雜加工因素完全屏除，同時通過齒寬的增加來克服材質強度的差異性，致使齒嚙合傳動的抗扭矩強度獲得提升。此外，原HD設計中與該內齒差環相互嚙合的外齒差環部分，本發明以包覆射出成形的工法，將工程塑料披覆於外齒差環內圈的嚙合面上，使其與內齒差環以相同的材質相互嚙合，以獲取最佳的磨合配置。

附圖說明

圖１為本發明變速裝置的齒型加工法的應用實施例分解狀態參考圖。

圖２為本發明中外齒差環的結構局部剖視示意圖。

圖３為本發明外齒差環的另一結構局部剖視示意圖。

圖４為本發明變速裝置的齒型加工法的應用實施例組合狀態示意圖。

圖５為本發明中內齒差環的另一結構實施例局部剖面示意圖。

圖６為本發明的應用實施例組合狀態示意圖。

圖中：

外齒差環1； 環體11；

嵌槽111； 內齒12；

內齒差環2； 外齒21；

諧波產生器3； 凸輪31；

軸承32； 固定外環4；

滾柱41。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明並能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。

如圖１至圖４所示，本發明的變速裝置的齒型加工法，應用於諧和式減速機的齒型加工成型，而該諧和式減速機10其較佳的實施例包含至少一外齒差環1、一內齒差環2及諧波產生器3所組成，其中:

外齒差環1，以質輕的鋁金屬材質為環體11基材，通過塑料包覆成型工法，將工程塑料模製成型出的齒型建構於環體的內環面，形成外齒差環1的內齒12，而該環體11的內圈面設有嵌槽111，以供內齒12模製成型時可依附固定。

內齒差環2，以工程塑料一體射出模製成型，其於外環面上具有有外齒21，該外齒21齒數少於對應該外齒差環1的內齒12齒數而形成齒數差。

諧波產生器3，主要連接動力輸入端，包含一凸輪31及一軸承32，該軸承32套設於該凸輪31外表面，諧波產生器3與外齒差環1同軸設置。

利用上述構件，使內齒差環2套結於諧波產生器3的軸承32外圍，使內齒差環2的外齒21與外齒差環1的內齒12呈局部區段嚙合狀態，以此架構組成的變速裝置，即能達到輕量化及齒型快速製成的設計目的。

再者，該外齒差環1與內齒差環2與減速裝置的固定端或出力端相結合傳動，因此，此兩環體可通過一固定外環4予以支撐伺服(請參考如圖６所示)，該固定外環4以質輕的鋁金屬材質製成，其與外齒差環1之間設有交叉排列的滾柱41予以支撐，使外齒差環1可獲得軸、徑兩向的穩定伺服，從而使減速裝置運用到機械手臂時，達到高剛性支撐及定位確實的優點，以能提升機械手臂定位精度。

請參考如圖５所示，該內齒差環2可於環體軸向側端一體成型有彈性折邊22，利用該彈性折邊22使內齒差環2在與外齒差環1呈多區段嚙合時，可更具有徑向的彈性作用，且得與固定外環4相結合，如圖５及圖６所示的應用實施例，該內齒差環2由諧波產生器3的撐頂，而以180度的對向兩側區段同時與該外齒差環1嚙合，由於內齒差環2以工程塑料一體成型，其除了在材質上具有可彈性的特性，更可通過結構性的彈性折邊22來輔助多區段嚙合時的齒差蠕動迴轉，且該外齒21與內齒12的嚙合傳動的抗扭矩強度，亦可通過嚙合齒寬的加寬而獲得提升。因此，本發明中該內齒差環2於諧和式減速機上所欲達成的功能，可完整呈現應用無虞，同時，亦因輕量材質的選用，致使此變速裝置能輕易達到輕量化的目的，且不因取材的選擇而喪失強度的要求，在輕量化及強度要求兩者之間獲取一最佳的平衡。

此外，由於該外齒差環1的內齒12及內齒差環2的外齒21齒型，均事先成型於模具中，如需變動內齒12及外齒21的齒型，則僅需更替模具的線割模仁即可輕易達成，此一方式，乃使製造時的製程獲得簡化、成本降低。勿須如傳統以金屬製造的齒型，要備齊各型的齒加工成型刀具，才能應付各型齒比的所需，致使製造成本無法降低。

以上所述實施例僅是為充分說明本發明而所舉的較佳的實施例，本發明的保護範圍不限於此。本技術領域的技術人員在本發明基礎上所作的等同替代或變換，均在本發明的保護範圍之內。本發明的保護範圍以權利要求書為準。