一种谐波减速器及其输入传动结构制造技术

本发明专利技术公开了一种谐波减速器输入传动结构，包括连接输入轴的凸轮，凸轮外套设有柔轮；柔轮外啮合有刚轮；柔轮上设有外齿，刚轮上设有内齿，柔轮和刚轮通过外齿和内齿啮合；柔轮和凸轮之间设有保持架，保持架内安装有圆柱滚子；柔轮的内部和凸轮的外部均外凸成形有环形凸圆，环形凸圆上成形有与圆柱滚子配合的C型槽；环形凸圆处于柔轮的外齿侧。本发明专利技术减少或消除了谐波减速器关键部位的装配应力，以及减少了刚轮与柔轮在运动过程中的啮合应力，并对谐波减速器的输入与输出结构进行了重新设计，使谐波减速器工作时运动更加平稳，延长工作寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械领域，尤其涉及一种新型谐波减速器输入传动结构及谐波减速器。
技术介绍
自从1955年美国C.W.麦塞尔专利技术了第一台谐波减速器以来，全世界主要工业国家都对其进行了全面研究，进而陆续制备出很多系列种类和尺寸规格不同的谐波减速器。谐波减速器凭借其结构简单、噪音小、传动比大、传动精度高和效率高等优点，在航空航天、仿生机械、常用军械、机床、仪表、电子设备及医疗器械等方面得到日益广泛的应用，特别是在高动态性能的伺服系统中，采用谐波齿轮传动更显示出其优越性。特别的，谐波减速器在工业机器人领域的应用十分流行，对于工业机器人而言，谐波减速器能够大大减小整体尺寸，降低噪音，提高效率和精度。目前，谐波减速器主要采用多零件装配的方式，谐波减速器主要由波发生器、柔性齿轮(柔轮)和刚性齿轮(钢轮)三个基本构件组成波发生器的凸轮与柔性齿轮通过轴承连接。将轴承套在凸轮上时，凸轮将轴承撑开成为椭圆形，这样使得轴承的装配应力很大，在转动的过程中使得轴承，尤其是轴承内圈很容易损坏使得谐波减速器的工作寿命大大降低。此外，由于柔轮要实现动力输出，因此需要一定的输出连接刚度，而柔轮的变形又需要其具有一定的柔韧度，因此现有的柔轮常用合金金属制成，但是其硬度较大，因此为了减缓柔轮与钢轮之间齿的应力，常常将齿间的配合设置为有间隙的配合从而减少旋转时的应力，但是这容易造成减速器运行不平稳。
技术实现思路
为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种新型的波发生器，减少或消除了谐波减速器关键部位的装配应力，以及减少了钢轮与柔轮在运动过程中的啮合应力，并对谐波减速器的输入与输出结构进行了重新设计，使谐波减速器工作时运动更加平稳，延长工作寿命。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种新型谐波减速器输入传动结构，包括连接输入轴的凸轮，凸轮外套设有柔轮；柔轮外啮合有钢轮；柔轮上设有外齿，钢轮上设有内齿，柔轮和钢轮通过外齿和内齿啮合；柔轮和凸轮之间设有保持架，保持架内安装有圆柱滚子；柔轮的内部和凸轮的外部均外凸成形有环形凸圆，环形凸圆上成形有与圆柱滚子配合的C型槽；环形凸圆处于柔轮的外齿侧。进一步的改进，所述柔轮由具有较高强度和塑性的工程塑料制成；工程塑料的弹性模量E为1.45GPa～1.74GPa，收缩率为1％～2.4％。进一步的改进，所述圆柱滚子的端面圆直径φ满足如下条件：φ＝Δhφ=αωrB2KZ0.2]]>其中Δh表示凸轮的长、短轴之差；α表示与端面圆直径φ有关的参数，Z表示柔轮的齿数；K表示齿厚；ω表示最大变位系数，rB表示凸轮的基圆半径；相邻圆柱滚子在柔轮与凸轮之间呈等距分布，圆柱滚子的数量N满足如下关系式：N=roundup(2πrB1.32φ,0)]]>进一步的改进，α为取值范围为：0.34～0.57。进一步的改进，所述柔轮上与凸轮长轴所对的外齿完全与钢轮的内齿啮合，无齿侧间隙；柔轮的外的齿形曲线沿其中轴线对称设置，其左侧的齿形曲线包括曲线R1,R2,R3；曲线R1,R2,R3的轨迹函数如下所示：R1:y＝2.59-2.56cos(1.73x)-0.33sin(1.71x)0.068≤x≤0.210R2:y＝0.2+0.09cos(28.87x)+0.06sin(28.87x)0.210≤x≤0.263R3:y＝-1.1+0.02cos(3.876x)+0.06sin(3.876x)0.263≤x≤0.346；其中，x表示横坐标数值，y表示纵坐标数值。进一步的改进，所述PA工程塑料为PA12，PA12工程塑料的弹性模量为1.646GPa，收缩率为1％～2％，优选收缩率为1.26％。进一步的改进，所述柔轮外凸成形有花键盘，输出法兰盘上设有与花键盘配合的花键槽，输出法兰盘与花键盘啮合连接，然后通过螺栓进行轴向定位，实现动力输出。进一步的改进，所述凸轮的轮廓曲线设计为满足以下方程：r＝0.5rB+ωcos(2θ)其中，θ为极半径与长轴的夹角，rB为基圆直径，ω为最大变位系数。进一步的改进，所述凸轮通过C型卡环连接轮毂，轮毂与凸轮间安装有摩擦垫圈，轮毂左端连接有镶块；柔轮连接输出法兰盘实现动力输出；输出法兰盘外套设有第一端盖和第二端盖，输出法兰盘内部设有十字交叉滚子。一种安装有上述任一所述新型谐波减速器输入传动结构的谐波减速器。本专利技术采用上述技术方案的有益效果是：本专利技术提供的谐波减速器波发生器的凸轮结构做出了相应的改进，结合谐波减速器的特殊工况，凸轮的轮廓曲线设计为满足方程r＝0.5rB+ωcos(2θ)的椭圆结构形状，并且在外端面开有C型槽，凸轮与柔轮之间通过圆柱滚子来传递力与扭矩，圆柱滚子的安装分布与位置受凸轮边缘的C型槽、保持架、柔轮内壁的C型槽约束。并且本专利技术提供的结构巧妙的简化了装配环节，使谐波加速器的结构更加紧凑，由此大大减少了整个系统中由于装配造成的应力分布，均匀分布的圆柱滚子还可以维持柔轮的形状和增强柔轮的刚度，此外，圆柱形滚子可以提高谐波工作过程中运动的平稳，柔轮材料为工程塑料的设计方法，也大大减小了因凸轮形状而受迫变形产生的应力。此外，本专利技术还提供了一种新型的谐波减速器钢轮与柔轮啮合的新齿形，当凸轮长轴方向的几对齿啮合时，本专利技术提供的齿形消除了齿侧间隙，这样的设计方法提高了柔轮与钢轮啮合时的接触刚度，使运动更加平稳，并且能有效的减少系统的传递误差，由于柔轮的齿为塑性较好的工程塑料，这样的结构设计使钢轮与柔轮的啮合应力也极大的减少。本专利技术的整个设计过程中，减少或消除了谐波减速器工作过程应力的产生，提高了谐波减少器的工作寿命。最后，针对柔轮的材料特性，本专利技术的谐波减速器输出端采用了一种花键连接的设计，这对提高输出端的连接刚度具有很大的益处。附图说明图1为本专利技术剖视图图2为本专利技术正面结构示意图图3为凸轮正面结构图；图4为凸轮侧面结构；图5本专利技术刚、柔齿轮啮合剖面图图6为柔轮剖视图图7为柔轮左视图图8为输出法兰盘左视图图9为输出法兰盘B-B剖视图图10保持架的正面结构示意图；图11为保持架的剖面结构示意图；图12为谐波减速器柔性齿轮结构左视图图13为输出法兰盘的结构示意图其中，图1中包括有：1--钢轮；2--圆柱滚子；3--保持架；4--凸轮；5---轮毂；6--C型卡环；7---摩擦垫圈；8--镶块；9--柔轮；10--螺栓A；11--法兰外圈；12—第一端盖；13--十字交叉滚子；14—第二端盖；15--输出法兰盘；16--螺栓B；17--花键盘；18--花键槽；19--环形凸圆；20--C型槽。具体实施方式以下通过具体实施方式并且结合附图对本专利技术的技术方案作具体说明。实施例1如图1和图2所示，一种新型谐波减速器输入传动结构，包括连接输入轴的凸轮4，凸轮4外套设有柔轮9；柔轮9外啮合有钢轮1；柔轮9上设有外齿，钢轮1上设有内齿，柔轮9和钢轮1通过外齿和内齿啮合；柔轮9和凸轮4之间设有保持架3，保持架3内安装有圆柱滚子2；柔轮9的内部和凸轮4的外部均外凸成形有环形凸圆19，环形凸圆19上成形有与圆柱滚子2配合的C型槽20；环形凸圆19处于柔轮9的外齿侧。本专利技术通过凸轮4与柔轮9结构的改变，取消轴承的设置，从而完全消除了轴承安装时产生的装配应力，大大提高了谐波减速器的使用寿命，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型谐波减速器输入传动结构，其特征在于，包括连接输入轴的凸轮(4)，凸轮(4)外套设有柔轮(9)；柔轮(9)外啮合有钢轮(1)；柔轮(9)上设有外齿，钢轮(1)上设有内齿，柔轮(9)和钢轮(1)通过外齿和内齿啮合；柔轮(9)和凸轮(4)之间设有保持架(3)，保持架(3)内安装有圆柱滚子(2)；柔轮(9)的内部和凸轮(4)的外部均外凸成形有环形凸圆(19)，环形凸圆(19)上成形有与圆柱滚子(2)配合的C型槽(20)；环形凸圆(19)处于柔轮(9)的外齿侧。

【技术特征摘要】
1.一种新型谐波减速器输入传动结构，其特征在于，包括连接输入轴的凸轮(4)，凸轮(4)外套设有柔轮(9)；柔轮(9)外啮合有钢轮(1)；柔轮(9)上设有外齿，钢轮(1)上设有内齿，柔轮(9)和钢轮(1)通过外齿和内齿啮合；柔轮(9)和凸轮(4)之间设有保持架(3)，保持架(3)内安装有圆柱滚子(2)；柔轮(9)的内部和凸轮(4)的外部均外凸成形有环形凸圆(19)，环形凸圆(19)上成形有与圆柱滚子(2)配合的C型槽(20)；环形凸圆(19)处于柔轮(9)的外齿侧。2.如权利要求1所述的新型谐波减速器输入传动结构，其特征在于，所述柔轮(9)由具有较高强度和塑性的工程塑料制成；工程塑料的弹性模量E为1.45GPa～1.74GPa，收缩率为1％～2.4％。3.如权利要求2所述的新型谐波减速器输入传动结构，其特征在于，所述圆柱滚子(2)的端面圆直径φ满足如下条件：φ＝Δhφ=αωrB2KZ0.2]]>其中Δh表示凸轮的长、短轴之差；α表示与端面圆直径φ有关的参数，Z表示柔轮的齿数；K表示齿厚；ω表示最大变位系数，rB表示凸轮的基圆半径；相邻圆柱滚子在柔轮与凸轮之间呈等距分布，圆柱滚子的数量N满足如下关系式：N=roundup(2πrB1.32φ,0).]]>4.如权利要求3所述的新型谐波减速器输入传动结构，其特征在于，α为取值范围为：0.34～0.57。5.如权利要求2所述的新型谐波减速器输入传动结构，其特征在于，所述柔轮(9)上与凸轮长轴所对的外齿完全与钢轮的内齿啮合，无齿侧间隙；柔轮(9)的外的齿形曲线沿其中轴线对称设置，其左侧的齿形曲线包括曲线R1,R2,R3；曲线R1,R2,R...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶南海，邓鑫，何韵，周清泉，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43