行星谐波齿轮减速器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种行星谐波齿轮减速器，包括：行星谐波内齿圈，具有刚性内齿；传动架，一侧设置有谐波耦合部；柔性齿圈，设置在行星谐波内齿圈内，谐波耦合部设置在柔性齿圈的与柔性外齿相对应的位置；输出轴，具有外齿圈，外齿圈与柔性齿圈通过柔性侧齿或柔性内齿变形后啮合，输出轴的外齿圈与柔性齿圈的柔性侧齿或柔性内齿的配合齿数相同；传动架直接带动谐波耦合部驱动柔性齿圈，从而迫使柔性齿圈变形后与行星谐波内齿圈的刚性内齿发生谐波啮合，同时柔性齿圈变形后与输出轴的外齿圈啮合，以带动输出轴完成减速传动。本发明降低柔性齿圈的工作速度，进一步提高柔性齿圈的工作寿命。
【专利说明】 行星谐波齿轮减速器
【技术领域】
[0001]本发明涉及减速器领域，特别涉及一种行星谐波齿轮减速器。
【背景技术】
[0002]谐波齿轮减速器的关键部件是柔性齿圈，其加工精度及材料要求很高，工艺也非常复杂。高速运转时柔性齿圈的快速变形很容易产生疲劳损伤，会减少使用寿命。谐波齿轮减速器的成本很高，无法广泛应用到许多实用领域。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种结构简单、成本低、体积小、使用寿命长的行星谐波齿轮减速器。
[0004]为解决上述问题，作为本发明的一个方面，提供了一种行星谐波齿轮减速器，包括:行星谐波内齿圈，具有刚性内齿；传动架，一侧设置有谐波耦合部；柔性齿圈，设置在行星谐波内齿圈内，谐波耦合部设置在柔性齿圈的与柔性齿圈的柔性外齿部相对应的位置；输出轴，具有外齿圈，外齿圈与柔性齿圈通过柔性侧齿或柔性内齿变形后啮合，输出轴的外齿圈与柔性齿圈的柔性侧齿或柔性内齿的配合齿数相同；传动架直接带动谐波耦合部驱动柔性齿圈，从而迫使柔性齿圈变形后与行星谐波内齿圈的刚性内齿发生谐波啮合，同时柔性齿圈变形后与输出轴的外齿圈啮合，以带动输出轴完成减速传动。
[0005]进一步地，谐波耦合部包括多个谐波轴承和多个拟合轴承。
[0006]进一步地，柔性齿圈与输出轴通过键齿固定连接。
[0007]进一步地，柔性齿圈包括柔性外齿部、固定环和多个传力条，柔性外齿部通过多个传力条与固定环连接，多个传力条沿柔性外齿部的周向布置，多个传力条形成柔性侧齿，柔性侧齿变形后与输出轴的外齿圈啮合以直接传递力矩，同时变形后的柔性齿圈与输出轴的外齿圈自动形成轴向定位关系。
[0008]进一步地，传动架的另一侧设置有行星齿轮组，行星齿轮组的行星齿轮与刚性内齿啮合；行星齿轮组的太阳齿轮在外部作用下驱动行星齿轮带动传动架直接带动谐波耦合部。
[0009]进一步地，传动架包括谐波耦合部的椭圆或异型谐波轴承和至少二个支撑轴，支撑轴设置在椭圆或异型谐波轴承的轴承内核上以支撑行星齿轮，行星齿轮与刚性内齿及太阳齿轮啮合；行星齿轮组的太阳齿轮在外部作用下驱动行星齿轮带动传动架直接带动谐波耦合部的椭圆或异型谐波轴承。
[0010]进一步地，行星谐波齿轮减速器还包括端盖，端盖安装在行星谐波内齿圈的靠近传动架一侧的端部。
[0011]本发明将行星齿轮减速器与谐波齿轮减速器结合为一体，使用共用的刚性内齿圈，并将行星齿轮与谐波发生器集成在一起，直接降低柔性齿圈的工作速度，进一步提高柔性齿圈的工作寿命，因此，本发明结构上得到了提升性能，减小体积，降低成本。本发明的谐波齿轮减速器无需行星齿轮部分配合即可独立工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明的结构示意图
[0013]图2是六-六剖视图；
[0014]图3是柔性齿圈与输出轴组合的径向安装示意图；
[0015]图4是柔性齿圈与输出轴组合的轴向安装示意图；
[0016]图5是柔性齿圈的轴向结构示意图；
[0017]图6是柔性齿圈的径向结构示意图；
[0018]图7是输出轴的轴向结构示意图；
[0019]图8是输出轴的径向结构示意图；
[0020]图9是传动架及谐波轴承、拟合轴承一侧的轴向视图；
[0021]图10是传动架的结构剖视示意图；
[0022]图11是传动架及行星齿轮、太阳齿轮一侧的轴向结构剖视图；
[0023]图12是柔性齿圈和输出轴结构发明基础演变的径向结构示意图；
[0024]图13是柔性齿圈和输出轴无固定结构的径向结构示意图；
[0025]图14是柔性齿圈和输出轴无固定结构的行星谐波齿轮减速器结构示意图；
[0026]图15是图14的8-8剖视图；
[0027]图16是图14中传动架及谐波轴承，行星齿轮及太阳齿轮的轴向组合结构示意图。
[0028]图中附图标记:1、柔性齿圈；2、输出轴；3、行星谐波内齿圈；4、传动架；5、行星齿轮；6、谐波轴承；7、拟合轴承；8、刚性内齿；9、端盖；10、柔性外齿部；11、柔性侧齿；12、外齿圈；13、键齿；14、固定环；15、柔性内齿；16、太阳齿轮。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0030]请参考图1至图11，本发明提供了一种行星谐波齿轮减速器，包括:行星谐波内齿圈3，具有刚性内齿8 ；传动架4，一侧设置有谐波耦合部；柔性齿圈1，设置在行星谐波内齿圈3内，谐波耦合部设置在柔性齿圈1的与柔性齿圈的柔性外齿部10相对应的位置；输出轴2，具有外齿圈12，外齿圈12与柔性齿圈1通过柔性侧齿11或柔性内齿15变形后啮合，输出轴2的外齿圈12与柔性齿圈1的柔性侧齿11或柔性内齿15的配合齿数相同；传动架4直接带动谐波耦合部驱动柔性齿圈1，从而迫使柔性齿圈1变形后与行星谐波内齿圈3的刚性内齿8发生谐波啮合，同时柔性齿圈1变形后与输出轴2的外齿圈12啮合，以带动输出轴2完成减速传动。优选地，行星谐波内齿圈采用金属粉末注射成型(1頂)制成。
[0031]本发明增加了行星齿轮减速器，因而可以减少谐波齿轮减速器的传动比，降低柔性齿轮的工作速度，从而大大延长柔性齿轮的使用寿命。行星齿轮减速器容易调整减速比，与谐波齿轮减速器结合也提高了系统减速比的调整范围。
[0032]本发明将行星齿轮减速器与谐波齿轮减速器结合为一体，使用共用的行星谐波内齿圈3，并将齿轮架与谐波发生器集成在一起形成传动架4，因此本发明结构上得高度集成，共用资源减小体积，降低成本。本发明的结构使多级谐波齿轮减速及多级行星齿轮减速可以在同一个行星谐波内齿圈中组合，提高系统性能，减少总体尺寸。
[0033]优选地，谐波耦合部包括多个谐波轴承6和多个拟合轴承7，以取代椭圆形谐波轴承或异型谐波轴承。
[0034]在一个实施例中，谐波发生器使用二个或多个普通谐波轴承6固定在行星齿轮架，，即传动架4的另一侧，形成谐波发生器，并用多个辅助小拟合轴承7来模拟椭圆轴承或异型复杂柔性轴承支撑柔性齿圈，改善谐波发生器的工作特性，可以达到比椭圆轴承或异型复杂柔性轴承更好的实际效果。
[0035]现有技术中的简单谐波发生器一般由二个或多个普通谐波轴承驱动柔性齿圈，柔性齿圈无法象使用椭圆轴承那样得到全周圈的支撑，本发明在这二个或多个普通谐波轴承6之间的空档中增加最少一个或多个辅助的拟合轴承7来模拟椭圆轴承或异型复杂柔性轴承支撑柔性齿圈，并配合如图12所示的输出轴结构，支撑变形后的柔性齿圈1，从而改善了本发明中谐波发生器的工作特性。
[0036]优选地，柔性齿圈1与述输出轴2通过键齿13固定连接。
[0037]优选地，柔性齿圈1包括柔性外齿部10、固定环14和多个传力条，柔性外齿部10通过多个传力条与固定环14连接，多个传力条沿柔性外齿部10的周向布置，多个传力条形成柔性侧齿11，柔性侧齿11变形后与输出轴2的外齿圈12啮合以直接传递力矩，同时变形后的柔性齿圈1与输出轴2的外齿圈12自动形成轴向定位关系。这种结构降低了柔性齿圈的刚度，改变了柔性齿圈向输出轴的力矩传输形式，取消了柔性传力环，也因此避免了传统柔性传力环的疲劳破坏，降低了对柔性齿圈材料的要求，提高了系统的可靠性，改善了系统的性能，延长了系统的寿命。因此本发明的谐波齿轮减速器不再单纯依靠薄壁的柔性环传递力矩，而是利用柔性齿圈的柔性内齿或侧齿直接向输出轴传递部分或全部力矩。
[0038]优选地，传动架4的另一侧设置有行星齿轮组，行星齿轮组的行星齿轮5与刚性内齿8啮合；行星齿轮组的太阳齿轮16在外部作用下驱动行星齿轮5带动传动架4直接带动谐波稱合部。
[0039]优选地，传动架4包括谐波耦合部的椭圆或异型谐波轴承和至少二个支撑轴，支撑轴设置在椭圆或异型谐波轴承的轴承内核上以支撑行星齿轮5，行星齿轮5与刚性内齿8及太阳齿轮16啮合；行星齿轮组的太阳齿轮16在外部作用下驱动行星齿轮5带动传动架4直接带动谐波耦合部的椭圆或异型谐波轴承。
[0040]优选地，行星谐波齿轮减速器还包括端盖9，端盖安装在行星谐波内齿圈3的靠近传动架4 一侧的端部。
[0041]优选地，柔性齿圈采用金属粉末注射成型(1頂)制成。利用111加工特殊结构的柔性齿圈，改变了柔性齿圈的传力结构，减小柔性齿圈的变形力，降低柔性齿圈的加工精度要求，提高柔性齿圈的工作寿命，具有体积小的特点。然而，使用传统加工很难实现在柔性传力环内部增加键齿，在输出轴上增加键齿也有一定难度。
[0042]无论是柔性传力环或柔性传力条，都可以将扭力通过远端的固定环14直接传给输出轴2，不过柔性传力条传递相同的扭力时可能产生更大的变形，这个变形量使得柔性传力条形成的柔性侧齿11更容易直接向输出轴2传递更多扭力。因此，在扭力很小的情况，柔性传力环或柔性传力条的变形很小，相应的柔性内齿15或柔性侧齿11与输出轴2的外齿圈12可以没有任何扭力传递，形成松配合的键齿轮啮合，也因此可以没有传递损耗。柔性齿圈的柔性传力条既可以减少结构的刚度，有利于柔性齿圈的工作变形，也能直接形成键齿结构，键齿传递扭力也避免了柔性传力条或柔性传力环传递扭力时可能产生的撕扯。
[0043]由此也可以看出，传统谐波齿轮减速器的一个弱点，即为了追求柔性齿圈的柔性，柔性齿圈及柔性传力环的厚度很薄，在大扭力的作用下容易撕裂，然而，本发明在柔性齿内侧或近端侧面将大部分扭力直接传递给输出轴，就可以克服这个弱点，提高谐波齿轮减速器的可靠性。
[0044]使用椭圆轴承的传统谐波齿轮减速器不能单纯使用本发明提出的近端支撑输出轴，如图12所示；如果使用近端支撑输出轴，并且起到作用，它就破坏了椭圆轴承的工作结构，反之就没有作用。进一步地，输出轴与柔性齿圈的柔性内齿耦合不会影响椭圆轴承的正常工作，柔性内齿可以只传递扭力，而不产生径向支撑力，因此可以单独用来改善使用椭圆谐波轴承或异型谐波轴承的谐波齿轮减速器。
[0045]本发明中，柔性齿圈1固定在输出轴2上，并通过其柔性侧齿11与外齿圈12的动态配合来保证固定关系，当柔性齿圈1变形之后其柔性侧齿11就会从轴向顶压在输出轴2的外齿圈12靠近柔性外齿10的侧端面上，形成可靠的动态配合互锁结构，保证固定关系，无须多余的固定结构。
[0046]本发明利用输出轴盘直接从柔性齿内侧支撑柔性齿圈，并由键齿将扭力直接传给输出轴盘，这样就可以降低或取消传力环的作用；一个内齿圈和一个传动架均做为谐波传动和行星传动的共享部件，直接进行力矩耦合，发挥各自功能，大大减少结构尺寸，降低结构成本。
[0047]请参考图13至图16本发明的另一个例子，在柔性齿圈1的内侧增加柔性内齿15，当柔性齿圈1受谐波发生器驱动变形后，柔性内齿15可以与输出轴2上的外齿圈12啮合并直接驱动输出轴2。这个例子的谐波传动级采用三个谐波轴承6，其刚性内齿8共有180个齿牙，柔性外齿10及柔性内齿15均有177个齿牙，因此谐波级的减速比为1:60，这里的柔性齿圈1和输出轴2之间没有固定连接，完全依靠柔性齿圈1变形后柔性内齿15与输出轴2上的外齿圈12啮合进行力矩传递；行星齿轮减速级也使用三个行星齿轮的结构，能够与相应的谐波传动级更好地配合，改善传动架4的力学性能。
[0048]优选地，柔性齿圈1采用塑胶材料制成。由于扭力可以直接传递给输出轴2的外齿圈12，降低了对材料强度的要求，简化的柔性齿圈1可以使用塑胶材料生产，既可以保持谐波齿轮传动的许多优点，又可以大大降低成本。
[0049]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种行星谐波齿轮减速器，其特征在于，包括: 行星谐波内齿圈(3)，具有刚性内齿(8)； 传动架(4)，一侧设置有谐波耦合部； 柔性齿圈(I)，设置在所述行星谐波内齿圈(3)内，所述谐波耦合部设置在所述柔性齿圈(I)的与所述柔性齿圈(I)的柔性外齿部(10)相对应的位置； 输出轴(2)，具有外齿圈(12)，所述外齿圈(12)与所述柔性齿圈(I)通过柔性侧齿(11)或柔性内齿(15)变形后啮合，输出轴(2)的外齿圈(12)与柔性齿圈⑴的柔性侧齿(11)或柔性内齿(15)的配合齿数相同； 所述传动架(4)直接带动所述谐波耦合部驱动所述柔性齿圈(I)，从而迫使所述柔性齿圈(I)变形后与所述行星谐波内齿圈(3)的刚性内齿(8)发生谐波啮合，同时所述柔性齿圈(I)变形后与所述输出轴(2)的外齿圈(12)啮合，以带动所述输出轴(2)完成减速传动。
2.根据权利要求1所述的行星谐波齿轮减速器，其特征在于，所述谐波耦合部包括多个谐波轴承(6)和多个拟合轴承(7)。
3.根据权利要求1或2所述的行星谐波齿轮减速器，其特征在于，所述柔性齿圈(I)与所述输出轴(2)通过键齿(13)固定连接。
4.根据权利要求3所述的行星谐波齿轮减速器，其特征在于，所述柔性齿圈(I)包括柔性外齿部(10)、固定环(14)和多个传力条，所述柔性外齿部(10)通过所述多个传力条与所述固定环(14)连接，所述多个传力条沿所述柔性外齿部(10)的周向布置，所述多个传力条形成柔性侧齿(11)，所述柔性侧齿(11)变形后与所述输出轴⑵的外齿圈(12)啮合以直接传递力矩，同时变形后的所述柔性齿圈(I)与所述输出轴(2)的外齿圈(12)自动形成轴向定位关系。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的行星谐波齿轮减速器，其特征在于，所述传动架(4)的另一侧设置有行星齿轮组，所述行星齿轮组的行星齿轮(5)与所述刚性内齿(8)啮合； 所述行星齿轮组的太阳齿轮(16)在外部作用下驱动所述行星齿轮(5)带动所述传动架(4)直接带动所述谐波耦合部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的行星谐波齿轮减速器，其特征在于，所述传动架(4)包括谐波耦合部的椭圆或异型谐波轴承和至少二个支撑轴，所述支撑轴设置在所述椭圆或异型谐波轴承的轴承内核上以支撑行星齿轮(5)，所述行星齿轮(5)与所述刚性内齿⑶及太阳齿轮(16)啮合； 所述行星齿轮组的太阳齿轮(16)在外部作用下驱动所述行星齿轮(5)带动所述传动架(4)直接带动所述谐波耦合部的椭圆或异型谐波轴承。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的行星谐波齿轮减速器，其特征在于，所述行星谐波齿轮减速器还包括端盖(9)，所述端盖安装在所述行星谐波内齿圈(3)的靠近所述传动架(4) 一侧的端部。
【文档编号】F16H49/00GK104500689SQ201410778459
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月15日 优先权日:2014年12月15日
【发明者】张东宁, 朱祖良 申请人:朱祖良