一种短筒谐波精密传动装置的制作方法

本发明涉及一种机器人关节传动使用的短筒谐波精密传动装置，属于机器人关节精密减速传动技术领域。

背景技术：

精密减速器传动装置是机器人关节传动使用的核心部件。然而，在机器人的实际应用中，正常比例的谐波减速器通常不满足机器人减速环节的安装空间要求。实际经验表明，需要在保持谐波减速器的性能不变的情况下，使用短筒柔轮谐波减速器。短筒柔轮谐波减速器相比正常的谐波减速器结构更紧凑，体积更小，质量更轻。同时短筒柔轮谐波减速器不单单在机器人上，在其他领域，如航空航天领域，也有日益增长的需求。

目前，国内的短筒谐波减速器在设计加工中仍存在很多没有解决的问题，主要表现在传动效率低、承载能力低、寿命短、精度差。因此，国内现有的谐波齿轮传动装置还无法同时满足航空航天机器人关节处对谐波齿轮传动装置在安装空间、质量、传动扭矩等各方面极苛刻的要求。

现有的谐波减速传动装置存在的问题，成为近年来谐波传动领域内的热点问题，是本领域技术人员致力于解决的重要问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种满足航空航天机器人关节处对谐波齿轮传动装置要求的，轴向尺寸小、传动精度高、且承载能力强的谐波减速传动装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种短筒谐波精密传动装置，其特征在于：包括双联柔轮，双联柔轮沿齿长方向由减速部齿段和输出部齿段两部分组成；

柔性轴承的内圈设于激波器上，双联柔轮的减速部齿段设于柔性轴承的外圈上，双联柔轮的输出部齿段通过内啮合零齿差传动和输出盘上的内齿圈形成啮合传动；输出盘和十字交叉轴承的内圈联接，十字交叉轴承的外圈固定在刚轮上，刚轮的内齿圈和双联柔轮的减速部齿段形成啮合传动。

优选地，所述柔性轴承的两侧分别通过内挡片和外挡片固定于激波器上。

优选地，所述减速部齿段与输出部齿段之间由一梯形截面的沟槽分开；所述沟槽深度为一个全齿高尺寸。

更优选地，所述梯形截面的两腰夹角为55°～65°。

优选地，所述减速部齿段为抛物线齿廓、“s型”齿廓、圆弧形齿廓或者渐开线齿廓；所述输出部齿段为渐开线齿廓，且和减速部齿段的齿数相同。

优选地，所述减速部齿段的齿向尺寸为柔性轴承外圈宽度的1.1～1.2倍，所述减速部齿段的齿向尺寸为输出部齿段的齿向尺寸的1/3～1/2。

优选地，所述输出盘包括盘面，盘面外沿设有内齿圈，盘面中心设有圆柱形的联接法兰，联接法兰中心设有中心孔，联接法兰上沿周向均布有联接孔。

更优选地，所述内齿圈的齿数等同于双联柔轮的齿数。

更优选地，所述输出盘的内齿圈和双联柔轮的输出部齿段形成零齿差内啮合关系；输出盘通过中心孔伸出缘和十字交叉轴承的轴承孔形成过渡配合；输出盘通过联接孔和螺钉固定联接在十字交叉轴承的内圈上，并与十字交叉轴承的外圈保持0.5～1mm的安装间隙。

优选地，工作时，激波器在外界输入作用下，通过安装在其上的柔性轴承的传动，将运动传递给双联柔轮；双联柔轮的减速部齿段在激波作用下产生变形，双联柔轮的输出部齿段和减速部齿段产生同步变形，输出部齿段的同步变形和与其相啮合的输出盘的内齿圈形成零齿差传动行为，该零齿差传动行为过滤了双联柔轮的公转行为，将双联柔轮的自转行为通过输出盘输出，并通过与输出盘相连的十字交叉轴承将运动输送给执行件，实现谐波传动的输出行为。

更优选地，所述内齿圈齿顶距离联接法兰圆柱面径向距离为双联柔轮径向变形量的2～3倍述。

本发明提供的短筒谐波精密传动装置与传统的谐波齿轮传动装置相比，由于采用零齿差谐波传动，其结构更加紧凑，轴向尺寸也大大减小；同时，由于零齿差谐波传动具有谐波齿轮传动的特点，使得本装置的传动精度比较高、承载能力也比较强，满足航空航天机器人关节处对谐波齿轮传动装置的要求。

附图说明

图1为本实施例提供的短筒谐波精密传动装置示意图；

(图1上标了b-b剖线，并未用到，用删去b-b剖线)

图2为图1中的a-a剖视图，即零齿差输出机构示意图；

图3为双联柔轮的三维轴测视图；

图4为输出盘的三维轴测视图；

附图标记说明：

1-联接螺钉；2-垫片；3-十字交叉轴承；4-刚轮；5-双联柔轮；6-内挡片；7-挡片螺钉；8-柔性轴承；9-激波器；10-外挡片；11-输出盘；12-轴承螺钉。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

图1为本实施例提供的短筒谐波精密传动装置示意图，所述的短筒谐波精密传动装置由联接螺钉1、垫片2、十字交叉轴承3、刚轮4、双联柔轮5、内挡片6、挡片螺钉7、柔性轴承8、激波器9、外挡片10、输出盘11、轴承螺钉12等组成。

柔性轴承8的内圈安装在激波器9上，并通过内挡片6和外挡片10将柔性轴承8固定在激波器上9，双联柔轮5安装在柔性轴承8的外圈上，其中柔性轴承8的外圈对应双联柔轮5的减速部齿段，双联柔轮5的输出部齿段通过内啮合零齿差传动和输出盘11上的内齿圈形成啮合传动，输出盘11通过螺钉和十字交叉轴承3的内圈联接，十字交叉轴承3的外圈通过联接螺钉1固定在刚轮4上，刚轮4的内齿圈和双联柔轮5的减速部齿段形成啮合传动，形成各零件联接的闭合回路。

本实施例提供的短筒谐波精密传动装置工作时，激波器9在外界输入作用下，通过安装在其上的柔性轴承8的传动，将运动传递给双联柔轮5；双联柔轮5在少齿差传动的驱动下，过滤其公转作用，形成5双联柔轮的自转作用，变形的双联柔轮5通过输出部齿段和输出盘11上内齿圈的零齿差传动，过滤掉双联柔轮5的变形行为，将其自转输出给与其相联的十字交叉轴承3的内圈，从而将运动输出，实现一个运动循环。

图1显示了整个设计的结构图及各零件间的安装联接关系，轴向尺寸大幅缩短，结构紧凑，内部空间利用率高。

图2显示了零齿差输出机构的结构特征，从图示的情况可以看出，此零齿差输出机构的内齿轮是圆形的，外齿轮即是双联柔轮5的减速部齿段。它过滤了双联柔轮5的变形行为，是一种特殊的具有谐波齿轮特点的零齿差输出机构。

图3所示为双联柔轮5的结构形式。从图示情况可以看出，双联柔轮5沿齿长方向由两部分组成，一部分是安装在柔性轴承8上、且与刚轮4啮合的减速部齿段51，此部分占双联柔轮总长的65％；另一部分是与输出盘11内齿圈相啮合的输出部齿段52，此部分占双联柔轮总长的35％。减速部齿段51与输出部齿段52之间由一梯形截面的沟槽53分开，梯形截面的两腰夹角约为55°～65°，沟槽53深度为一个全齿高尺寸。

双联柔轮5的减速部齿段51可以是抛物线齿廓、“s型”齿廓、圆弧形齿廓或者渐开线齿廓。双联柔轮5的输出部齿段52是渐开线齿廓，且和减速部齿段51的齿数相同。

双联柔轮5的减速部齿段和输出部齿段采用935～955℃淬火+600℃回火混合热处理工艺完成。

图4所示为输出盘11的结构形式，输出盘11主要由盘面、内齿圈111、联接法兰112、中心孔113和联接孔114组成。盘面外沿设有内齿圈111，盘面中心设有圆柱形的联接法兰112，联接法兰112中心设有中心孔113，联接法兰112上沿周向均布有联接孔114，联接孔114的孔数和位置对应于十字交叉轴承3上的联接孔。

其中，内齿圈111的齿数等同于双联柔轮5的齿数，内齿圈111齿顶距离联接法兰112圆柱面径向距离约为双联柔轮5径向变形量的2～3倍。

输出盘11的内齿圈111和双联柔轮5的输出部齿段52形成零齿差内啮合关系，输出盘11通过中心孔113伸出缘和十字交叉轴承3的轴承孔形成过渡配合，输出盘11通过联接孔114和螺钉固定联接在十字交叉轴承3的内圈上，并与十字交叉轴承3的外圈保持0.5～1mm的安装间隙。

本实施例中，输出盘的内齿圈进行渗氮工艺处理。输出盘11的中心孔113的直径为22mm，中心孔111外周还均布有8个联接孔114。输出盘11上的圆环槽内径为64mm。

本实施例提供的短筒谐波精密传动装置与传统的谐波齿轮传动装置相比，由于采用零齿差谐波传动作为输出机构，其结构更加紧凑，轴向尺寸也大大减小，缩短了约45％～55％；同时，由于此零齿差谐波传动输出机构具有谐波齿轮传动的特点，使得此零齿差输出机构的传动精度比较高，承载能力也比较强。这对谐波齿轮传动装置在机器人关节及航空航天领域的应用具有重要意义。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。