【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于机械传动，特别涉及一种内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，提出了两个谐波传动组件并联工作的思想，并通过分别将一些静、动零部件集成、减少柔性件非工作需要材料以降低其变形能耗和将驱动源——外转子电机内置并集成在减速器内部等方法，使有源谐波减速器结构紧凑、体积小、传动效率高。
技术介绍
1、谐波减速器具有体积小、传动比大、重量轻、传动精度高等特点，是机器人、机械装备和医疗设备等自动控制装置的核心传动部件。随着越来越多的设备向自动化和智能化方向发展，对谐波减速器的性能提出了愈来愈高的要求。与一般传动不同，谐波减速器的核心原理是利用柔性构件工作时的弹性变形产生谐波运动来传递运动和动力，其主要由波发生器、柔性轴承、口端部带齿的柔轮和有同模数内齿的刚轮等元件组成。波发生器为非圆的凸轮形状，柔性轴承安装在波发生器上并嵌入到柔轮内孔中，当波发生器运转时即可使柔轮产生可控的弹性变形，让柔轮变形后的长轴两端轮齿与刚轮内轮齿同时啮合，且因刚、柔轮间的少齿差啮合，变形柔轮短轴处的轮齿则与刚轮内轮齿完全脱开，迫使柔轮产生谐波变形运动来传递运动和力矩，达到大减速比的目的。
2、柔性轴承外圈和柔轮是谐波减速器的两核心弹性件，却分属不同的零部件来制造，两者都会保留有独立零件加工工艺所需、在工作时并不需要的弹性件壁厚材料，但这些工作时并不需要的弹性件壁厚材料在减速器工作时也会产生弹性形变而消耗能量。而柔性轴承内圈在装入波发生器之前是按圆形器制造，但装入波发生器之后，内圈变为与波发生器相同的非圆形并要承受装配弯曲应力，其上外滚道
3、现有的柔轮型谐波减速器中只有单个谐波传动组件，即柔轮的一端产生谐波减速运动并放大扭矩，而柔轮另一端的力矩输出则须靠其杯底或中空翻边等膜片结构、或者同齿数啮合刚轮起保圆约束作用，这些约束结构在工作时因产生或限制柔轮的变形而需消耗弹性变形能，这是现有的柔轮型谐波减速器传动效率低的主要原因之一，即其本质是通过牺牲传动效率，用体积小的减速器实现大减速比。
4、现有的柔轮型谐波减速器，其柔轮开口端端口圆周上各点在旋转工作时是以各自柔轮母线上的杯底截面点为圆心进行外张与内缩摆动且摆动值最大的特点，即端部直齿轮轴向各点的摆动值并不相等，但刚、柔轮上的轮齿均是按平行于轴线的直齿轮进行加工，造成刚、柔轮在长轴端啮合时产生附加弹性约束，并增大啮合齿面的滑动摩擦与磨损。
技术实现思路
1、针对现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了一种内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器。其核心原理是借助于中部等直径薄壁柔筒因两端同轴安装同结构尺寸且长轴相互垂直的波发生器产生的正交反对称变形(申请公布号 cn 117330313 a专利技术专利中的核心原理)，利用该柔筒两端的两个模数和齿数差均相同的谐波传动组件分别对同一输入源的扭矩之半进行同比例放大，两端被放大的同转向扭矩在恒圆的柔筒中截面上叠加后，由其外圆上变刚度联接件输出，这两个谐波传动组件实际上是在并联进行相同比例的减速工作。
2、减速器由集成的动部件、集成的静部件和轴向低刚度周向高刚度的弹性联接输出件在径、轴向紧凑地组成。集成的动部件由两端内表面集成了柔性轴承外圈滚道、外表面带齿轮且中部为等直径薄壁结构的柔筒，与在电机外转子两端集成了两个同结构尺寸且长轴相互垂直、外表面带柔性轴承内圈滚道的波发生器，通过两个相同的球或球面滚子保持架组件组装而成。在未装配的自由状态下，柔筒中部沿轴线的横截面为等直径圆环。
3、集成的静部件由电机内定子、与定子轴两端固联的两个端盖形刚轮组成。两组刚轮内齿轮与柔筒外齿轮的模数及齿数差相同，刚轮内齿轮与柔筒外齿轮可以平行柔筒最大外张角方式进行谐波式啮合；也可以内伞齿轮啮合方式在斜端面进行谐波式啮合。由于柔筒端口圆周上各点在旋转工作时是以各点所在柔筒母线上的中截面点为圆心进行外张与内缩摆动且摆动值最大，即平行于轴线的端部轮齿轴向各点的摆动值不等，所以平行轴谐波式啮合的刚轮齿长母线应与柔筒最大外张角平行，借助齿端倒角，用波发生器长、短轴长度差之半的2/5或更小值为脱开间隙，而用该长度差之半的3/5或以上为齿轮啮合高度。同理，且为充分利用柔筒端部复合件弹性件材料和外张角，斜端面谐波式啮合，刚轮用内伞齿轮与柔筒圆锥状齿轮啮合。
4、利用柔筒中截面在工作过程始终保持圆形，仅存在微幅不同偏转的特点，在此截面柔筒壁外侧，用近壁端轴向低刚度周向高刚度、远壁端各向高刚度的桥孔式脊片固联或齿型啮合副等方式输出转动扭矩，以减小输出联接件对柔筒中截面周向各点处不同微幅偏转变形的约束。通过变刚度联接件旋转外壳上的一对角接触球轴承，来承受转动扭矩输出端外部的径、轴向外力。
5、内置在柔筒内部的电机外转子因集成动部件中的两个同结构尺寸且长轴相互垂直的波发生器之故，借助两个有相同变形量的球或球面滚子保持架组件，被柔筒长轴两端的轮齿啮合支承或悬挂在两刚轮齿中，且与两刚轮同轴；而球或球面滚子保持架组件的轴向位移则被柔筒端口相互垂直的外张与内缩变形所约束，以及轴对称的刚轮、柔筒轮齿间非平行轴啮合约束；加之角接触球轴承支承的刚性旋转外壳可通过柔筒中截面外的变刚度联接件经由柔筒辅助约束外转子的径、轴向位移，故内置外转子电机的定、转子间无需用轴承支承，整个减速器如同外壳转动的低速大扭矩电机。
6、由于柔筒中截面在工作过程始终自然保持圆形，而变刚度联接输出件对该截面周向各点不同微幅偏转变形约束作用小，故减速器输出端工作时的耗能极小；也因将柔筒与柔性轴承外圈这两个柔性件合二为一，而大大减小原两分立零件因加工工艺所需、但在工作时并不需要的弹性件壁厚，故也可大幅度减少谐波减速器中最为核心的弹性件工作时的变形能损耗；两个并联工作的谐波传动组件因受载降低一半，在相同柔性件抗弯刚度壁厚条件下，并联式高效复合柔筒型谐波减速器的弹性件壁厚可小于单谐波传动组件之半，所以减速器的传动效率高且柔性件的失效率低。
7、即使减速器的动部件和静部件是用分立的零部件组装成而无相应集成，则名称中可去掉复合两字，但该柔筒型谐波减速器的功能和优点均在，只是径向尺寸略大些，传动效率降低些，力或扭矩传递路径中的界面数多几个，而其制造工艺会则相对更为成熟与简单。
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1.内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，借助于中部等直径薄壁柔筒因两端同轴安装长轴相互垂直的波发生器产生的正交反对称变形，利用该柔筒两端的两个模数和齿数差均相同的谐波传动组件分别对同一输入源的扭矩之半进行同比例放大，两端被放大的同转向扭矩在恒圆的柔筒中截面上叠加后，由其外圆上变刚度联接件输出，这两个谐波传动组件实际上是并联进行相同比例的减速工作。
2.如权利要求1所述的内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，该减速器由集成的动部件、集成的静部件和轴向低刚度周向高刚度的弹性联接输出件在径、轴向紧凑地组成。集成的动部件由两端内表面集成了柔性轴承外圈滚道、外表面带齿轮且中部等直径的柔筒，与在电机外转子两端集成了两个同结构尺寸且长轴相互垂直、外表面带柔性轴承内圈滚道的波发生器，通过两个相同的球或球面滚子保持架组件组装而成。
3.如权利要求1、2所述的内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，所述的集成静部件由电机内定子、与定子轴两端固联的两个端盖形刚轮组成。两组刚轮内齿轮与柔筒外齿轮的模数及齿数差相同，
4.如权利要求1、2所述的内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，利用柔筒中截面在工作过程始终保持圆形，即此截面筒壁圆周上的各点没有径向位移、仅存在微幅不同偏转的特点，在此截面柔筒壁外侧，用近壁端轴向低刚度周向高刚度、远壁端各向高刚度的桥孔式脊片固联或齿型啮合副等方式输出转动扭矩，以减小输出联接件对柔筒中截面周向各点处不同微幅偏转变形的约束，有效降低此处的约束能耗。转动扭矩输出端外部的径、轴向外力则通过变刚度联接件的旋转外壳，由一对角接触球轴承来承受。
5.如权利要求1和3所述的内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，利用柔筒端口圆周上各点在旋转工作时是以各点所在母线上的中截面点为圆心进行外张与内缩摆动且摆动值最大的特点，即平行于轴线的端部直齿轮轮齿轴向各点的摆动值不等，所以平行轴谐波式啮合的刚轮齿长母线应与柔筒最大外张角平行，此种情况下，借助齿端倒角，用波发生器长、短轴长度差之半的2/5或更小值为脱开间隙，而用该长度差之半的3/5或以上为齿轮啮合高度，以增加啮合面积。同理，且为充分利用柔筒端部复合件弹性件材料和外张角，斜端面谐波式啮合，可用内伞齿轮啮合，柔筒齿轮呈圆锥状，因借用柔性轴承外滚道的部分挡边材料而减少了柔筒端部材料，以最大限度地提高啮合面积并降低此处柔筒的形变能耗。
6.如权利要求1~5所述的内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，电机的外转子因集成动部件中的两个同结构尺寸且长轴相互垂直的波发生器之故，借助两个有相同变形量的球或球面滚子保持架组件，被柔筒长轴两端的轮齿啮合支承或悬挂在两刚轮齿中，且与两刚轮同轴；而球或球面滚子保持架组件的轴向位移则被柔筒端口相互垂直的外张与内缩变形所约束，以及轴对称的刚轮、柔筒轮齿间非平行轴啮合约束；加之角接触球轴承支承的刚性旋转外壳可通过柔筒中截面外的变刚度联接件经由柔筒辅助约束外转子的径、轴向位移，故内置外转子电机的定、转子间无需用轴承支承。
7.如权利要求1~6所述的内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，因动力源——外转子电机被内置在柔筒内部，在减速器外部只有扭矩输出端，整个减速器如同外壳转动的低速大扭矩电机；因电机的定、转子间无滚动轴承；且静、动部件相较于原柔轮型谐波减速器均有高的集成度，不仅减少了零件数量，也减少了力或扭矩传递路径中的界面数，使各零件间的约束简化，提高了各零件的结构强度，减少了摩擦磨损，故此型谐波减速器的结构简单、紧凑、体积小。
8.如权利要求1~7所述的内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，因少了原柔轮型谐波减速器中在柔轮输出端的杯底或中空翻边等起保圆输出作用的结构约束，故没有了它们在工作时的耗能；也因将柔筒与柔性轴承外圈这两个柔性件合二为一，而大大减小原两独立零件因加工工艺所需、但在工作时并不需要的弹性件壁厚，故也可大幅度减少谐波减速器中最为核心的弹性件工作时的变形能损耗；相比只有单个谐波传动组件的柔轮型谐波减速器，在相同输入功率下，两个并联工作的谐波传动组件因受载降低一半，在相同柔性件抗弯刚度壁厚条件下，并联式高效复合柔筒型谐波减速器的弹性件壁厚可小于前者之半。上述各特征均能提高减速器的传动效率和降低柔性件的失效率。
9.如权利要求1...
【技术特征摘要】
1.内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，借助于中部等直径薄壁柔筒因两端同轴安装长轴相互垂直的波发生器产生的正交反对称变形，利用该柔筒两端的两个模数和齿数差均相同的谐波传动组件分别对同一输入源的扭矩之半进行同比例放大，两端被放大的同转向扭矩在恒圆的柔筒中截面上叠加后，由其外圆上变刚度联接件输出，这两个谐波传动组件实际上是并联进行相同比例的减速工作。
2.如权利要求1所述的内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，该减速器由集成的动部件、集成的静部件和轴向低刚度周向高刚度的弹性联接输出件在径、轴向紧凑地组成。集成的动部件由两端内表面集成了柔性轴承外圈滚道、外表面带齿轮且中部等直径的柔筒，与在电机外转子两端集成了两个同结构尺寸且长轴相互垂直、外表面带柔性轴承内圈滚道的波发生器，通过两个相同的球或球面滚子保持架组件组装而成。
3.如权利要求1、2所述的内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，所述的集成静部件由电机内定子、与定子轴两端固联的两个端盖形刚轮组成。两组刚轮内齿轮与柔筒外齿轮的模数及齿数差相同，刚轮齿与柔筒齿轮可以平行柔筒最大外张角方式进行谐波式啮合；也可以内伞齿轮啮合方式在斜端面进行谐波式啮合，以充分利用柔筒端部弹性材料、提高啮合面积并降低此处的形变能耗。
4.如权利要求1、2所述的内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，利用柔筒中截面在工作过程始终保持圆形，即此截面筒壁圆周上的各点没有径向位移、仅存在微幅不同偏转的特点，在此截面柔筒壁外侧，用近壁端轴向低刚度周向高刚度、远壁端各向高刚度的桥孔式脊片固联或齿型啮合副等方式输出转动扭矩，以减小输出联接件对柔筒中截面周向各点处不同微幅偏转变形的约束，有效降低此处的约束能耗。转动扭矩输出端外部的径、轴向外力则通过变刚度联接件的旋转外壳，由一对角接触球轴承来承受。
5.如权利要求1和3所述的内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，利用柔筒端口圆周上各点在旋转工作时是以各点所在母线上的中截面点为圆心进行外张与内缩摆动且摆动值最大的特点，即平行于轴线的端部直齿轮轮齿轴向各点的摆动值不等，所以平行轴谐波式啮合的刚轮齿长母线应与柔筒最大外张角平行，此种情况下，借助齿端倒角，用波发生器长、短轴长度差之半的2/5或更小值为脱开间隙，而用该长度差之半的3/5或以上为齿轮啮合高度，以增加啮合面积。同理，且为充分利用柔筒端部复合件弹性件材料和外张角，斜端面谐波式啮合，可用内伞齿轮啮合，柔筒齿轮呈圆锥状，因借用柔性轴承外滚道的部分挡边材料而减少了柔筒端部材料，以最大限度地提高啮合面积并降低此处柔筒的形变能耗。
6.如权利要求1~5所述的内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓阳，陈翔宇，沈雪瑾，邱良伟，
申请(专利权)人：上海进顺机电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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