一种紧凑型摆线行星谐波变速装置的制作方法

本实用新型涉及一种摆线行星传动和谐波传动集成变速装置的改进。该变速装置具有高刚性、低背隙、传动精度高、运转平稳等特点，属于减速器设备技术领域。

背景技术：

现有的摆线行星减速器经过偏心曲轴、摆线与销轴啮合后，具有承载能力大，扭转刚性大、振动小、传动精度高和抗冲击性好等特点，主要应用在工业机器、医疗器械等行业，谐波减速器通过刚轮和柔轮的啮合实现高精度的运动，具有无背隙、噪音小、精度高等特点，主要应用在航空航天、协作机器人、电子行业等。不论是摆线行星减速器还是谐波减速器都是单输入单输出的结构，即使为了达到更大速比的增减速需要，也只是简单地进行串联组合，这样的结构较冗繁，安装空间要求高，轴向尺寸大，传动精度变化大、同心度装配要求高等，无法满足不同速比的增减速多输出要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服摆线行星结构和谐波传动结构简单串联组合形式，提供了一种紧凑型摆线行星谐波传动结构，使得组合结构变得紧凑、满足对不同刚度要求的多输出需求。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

紧凑型摆线行星谐波变速装置包括摆线行星变速结构和谐波变速结构；所述的谐波变速结构包括刚轮、与刚轮配合的柔轮和位于柔轮内的波发生器；所述柔轮与摆线行星变速结构的行星架集成或固连为一体，所述谐波变速结构的刚轮与摆线行星变速结构的针齿壳集成或固连为一体；波发生器由凸轮与柔性轴承构成；行星架与针齿壳之间通过角接触球轴承连接。

优选的，所述摆线行星变速结构包括针齿壳，针齿壳齿槽内安装若干销轴，行星架连接角接触球轴承的内圈，针齿壳连接角接触球轴承的外圈，偏心曲轴与行星轮相连，偏心曲轴通过滚针轴承与两片摆线轮配合；齿轮轴、行星轮和偏心曲轴组成行星运动组件；偏心曲轴、滚针轴承、摆线轮和销轴组成摆线运动组件；偏心曲轴通过圆锥滚子轴承安装在行星架上，行星架作为摆线行星变速结构的输入或输出部件。

优选的，所述谐波变速结构的刚轮为柔性结构，刚轮啮合齿部位的外圆进行减薄，刚轮的厚度与外圆直径D比值范围为1:(45-60)。

优选的，采用内六角螺钉连接针齿壳和刚轮，然后一起固定到外支架上；或者将针齿壳和刚轮分开各自连接到对应的外支架上。

优选的，根据速比不同和使用要求不同，所述的齿轮轴从摆线行星谐波变速装置一侧穿过内部中空结构与行星轮啮合；或者为缩短输入长度，提高输入刚性，从另一侧与行星轮啮合。

本实用新型公开了一种所述紧凑型摆线行星谐波变速装置的输入输出方法：

连接外部支架的针齿壳固定，齿轮轴插入到电机上，电机驱动齿轮轴，与行星轮啮合，作为第一级行星传动；

行星轮带动偏心曲轴，两片摆线轮作180°相位差的偏摆运动，行星架输出，整个摆线行星变速结构作减速运动；

同时作为输出的行星架又充当了谐波传动的输入，由于刚轮固定，凸轮输出，故谐波传动是无背隙的增速运动；整个运动过程是针齿壳和刚轮一并固定，齿轮轴输入，经过减速后行星架左部件输出，再经过谐波啮合增速后波发生器输出。

本实用新型还公开了另一种所述紧凑型摆线行星谐波变速装置的输入输出方法：

固定针齿壳和刚轮，行星架左部件与电机接口连接作为输入端，经过摆线行星变速结构后，齿轮轴作增速运动输出；行星架右部件作为谐波传动的柔轮齿，与刚轮啮合运动后凸轮也作增速运动输出；整个运动过程中针齿壳和刚轮固定，行星架作为摆线行星传动和谐波传动的输入，齿轮轴和凸轮都作增速运动输出。

本实用新型还公开了另一种所述紧凑型摆线行星谐波变速装置的输入输出方法：

固定针齿壳和刚轮，凸轮与电机输入端连接，经过谐波传动后行星架左部件作减速运动输出，同时行星架作为摆线行星运动的输入，经过摆线行星变速结构的增速运动后由齿轮轴输出；整个运动过程中针齿壳和刚轮固定，凸轮作为输入，行星架经过谐波传动作减速输出并且作为摆线行星传动的输入，最终齿轮轴作增速输出。

本实用新型的创新点在于：一是将谐波传动的柔性轮体与行星架加工成一体，把柔性轮齿集成到摆线行星架上，相当于摆线行星传动中的行星架当做轴承内圈，针齿壳当做轴承外圈，左右两轴承当做轴承滚动体，具有传统谐波减速器中的十字交叉轴承功能，增加了谐波传动柔轮输入或输出的刚性，改善了谐波传动与摆线行星传动组合的同心度，提高了传递精度。二是谐波啮合传动的刚轮连接在针齿壳上，传统谐波减速器的刚轮是刚性的，这里对刚轮啮合齿部位的外圆进行减薄，设计为柔性化的，在柔轮与柔性刚轮齿啮合时，刚轮也会发生柔性变形，输入输出的变化也会引起刚轮柔性部位相应程度的变形，从而增加啮合齿数，提高承载能力，传动更平稳，寿命更长。三是相比较于传统摆线行星减速器和谐波减速器的串联组合，凸轮置于行星架空间内，也省去了连接柔轮和刚轮的交叉滚子轴承，使得整个传动结构扁平化，轴向尺寸减小，显得更加紧凑。四是该传动结构可以实现一端输入两端输出功能，比如固定针齿壳，齿轮轴输入，行星架和凸轮输出。五是充分利用摆线减速器的刚性和谐波减速器无背隙传动的优点，可以提高传动精度，增加结构的承载性能。

由于上述技术方案的特点，本实用新型相对于现有技术而言具有以下优点：

1)将摆线行星传动的行星架和谐波传动的柔轮加工成一体，继承了摆线传动的刚性和谐波传动的柔性，结构轴向尺寸变化小，紧凑化和精度高等特点。

2)谐波传动的刚轮设计成柔性的，在柔轮和刚轮啮合过程中外界载荷的变化，啮合齿数也随着发生变化，齿部的接触变形也自动进行调整，对外界变化的适应能力更强，有助于寿命的提高。

3)有效地结合了摆线行星传动和谐波传动的特点，整个传动可以实现一端输入两端输出的需求，输出端可以同时获得增速运动、减速运动或一增一减运动，更好地适应不同工况的输出需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例的主视图；

图2为本实用新型实施例的内部结构视图；

图中：1-齿轮轴；2-偏心曲轴；3-摆线轮；4-销轴；5-针齿壳；6-内六角圆柱头螺钉；7-柔性刚轮；8-柔性轴承；9-柔性齿行星架；10-角接触球轴承；11-行星轮；12-圆锥滚子轴承；13-滚针轴承；14-轴用弹性挡圈；15-凸轮。

图3为本实用新型实施例的行星架组合示意图；

图中：9.1-行星架左部件；9.2-行星架右部件。

图4为本实用新型实施例的行星架组合主视图；

图5为本实用新型实施例的刚轮示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1和图2所示，紧凑型摆线行星谐波变速装置包括摆线行星变速结构和谐波变速结构；所述的谐波变速结构包括刚轮、与刚轮配合的柔轮和位于柔轮内的波发生器；所述柔轮与摆线行星变速结构的行星架9集成或固连为一体，所述谐波变速结构的刚轮与摆线行星变速结构的针齿壳5集成或固连为一体；波发生器由凸轮15与柔性轴承8构成；行星架9与针齿壳5之间通过角接触球轴承10 连接。其中，所述摆线行星变速结构包括针齿壳5，针齿壳齿槽内安装若干销轴 4，行星架9连接角接触球轴承10的内圈，针齿壳5连接角接触球轴承10的外圈，偏心曲轴2与行星轮11相连，偏心曲轴2通过滚针轴承13与两片摆线轮3 配合；齿轮轴1、行星轮11和偏心曲轴2组成行星运动组件；偏心曲轴2、滚针轴承13、摆线轮3和销轴4组成摆线运动组件；偏心曲轴2通过圆锥滚子轴承 12安装在行星架9上，行星架9作为摆线行星变速结构的输入或输出部件。

如图5所示，在本实用新型的一个具体实施例中，所述的刚轮为柔性结构，厚度与外圆直径D比值范围为1:(45-60)；其中，厚度＝(D-d)/2，d为内孔直径；刚轮的材料可选用合金钢。该设计使得柔轮和刚轮啮合过程中外界载荷的变化，啮合齿数也随着发生变化，齿部的接触变形也自动进行调整，对外界变化的适应能力更强，有助于寿命的提高。

本实用新型的紧凑型摆线行星谐波变速装置可以实现多种形式的变速，根据输入输出方式的不同，以下以三个具体实施方式作为说明。

具体实施方式一：

如图3-4所示，本实施例将摆线行星传动的整个行星架9标记为行星架左部件9.1和行星架右部件9.2，两者是集成为一体的。行星架右部件9.2和谐波传动的柔性轮齿加工成一体，整个行星架9对摆线行星传动和谐波传动就起到了衔接作用，有助于整个传动在轴向尺寸方面的优化。角接触球轴承10和圆锥滚子轴承12分别装配到行星架9的左右两部件上。以行星架左部件9.1为基体，依次装入针齿壳5、偏心曲轴2、滚针轴承13、摆线轮3和销轴4，摆线轮3呈180°相位错开分布，与相差两个齿的销轴4发生相对运动，然后将装有角接触球轴承带有柔性齿的行星架右部件9.2组合连接到行星架左部件9.1上，为保证整个运动的平顺性，角接触球轴承10的预紧程度很关键。采用轴用弹性挡圈14固定行星轮11到偏心曲轴2上。把谐波传动的凸轮15和柔性轴承8组合成的波发生器一并装入到带有柔性轮齿的行星架右部件9.2上，最后将柔性的刚轮7用内六角圆柱头螺钉连接到针齿壳5上，整个结构就可安装到外部支架了。

连接外部支架的针齿壳5固定，齿轮轴1插入到电机上，电机驱动齿轮轴1，与行星轮11啮合，作为第一级行星传动，带动摆线运动中的偏心曲轴2，两片摆线轮3作180°相位差的偏摆运动，行星架9输出，整个摆线行星运动作减速运动，输出刚性大，承载能力大。同时作为输出的行星架也充当了谐波传动的输入，由于刚轮7固定，凸轮15输出，故谐波传动是无背隙的增速运动。整个运动过程是针齿壳5和刚轮7一并固定，齿轮轴1输入，经过减速后行星架左部件 9.1输出，再经过谐波啮合增速后波发生器输出。

具体实施方式二：固定针齿壳5和刚轮7，行星架左部件9.1与电机接口连接作为输入端，经过摆线和行星运动后，齿轮轴1作增速运动输出，而行星架右部件9.2作为谐波传动的柔轮齿，与刚轮7啮合运动后凸轮15也作增速运动输出。整个运动过程中针齿壳5和刚轮7固定，行星架9作为摆线行星传动和谐波传动的输入，齿轮轴1和凸轮15都作增速运动输出。

具体实施方式三：固定针齿壳5和刚轮7，凸轮15与电机输入端连接，经过谐波传动后行星架左部件9.1作减速运动输出，同时行星架9作为摆线行星运动的输入，经过增速运动后由齿轮轴1输出。整个运动过程中针齿壳5和刚轮7 固定，凸轮15作为输入，行星架9经过谐波传动作减速输出并且作为摆线行星传动的输入，最终齿轮轴1作增速输出。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。