本發(fā)明屬于機械傳動領(lǐng)域，具體涉及一種雙傳動比少齒差-諧波齒輪減速器。

背景技術(shù)：

諧波齒輪傳動技術(shù)是美國科學家c.w.musser于1955年發(fā)明的，該傳動是一種依靠彈性變形運動來達到傳動目的的新型傳動。由于它改變了傳統(tǒng)的傳動原理，因而具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、傳動比范圍大、傳動精度高、承載能力大、齒隙小、甚至可達到無側(cè)隙傳動、同時嚙合齒數(shù)多和可實現(xiàn)向密閉空間傳遞運動及動力等許多優(yōu)點。諧波齒輪傳動被廣泛的應(yīng)用于自動控制、機電一體化、數(shù)控設(shè)備、航空航天和機器人等領(lǐng)域。

少齒差行星齒輪傳動是當內(nèi)齒輪和外齒輪齒數(shù)差較小時，按n型或nn型組成的行星齒輪機構(gòu)。這種傳動的特點是傳動比大，體積較小，重量輕，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，齒形易加工，拆裝方便。合理設(shè)計、制造和潤滑可獲得較高傳動效率。相較普通的行星齒輪傳動，少齒差行星傳動結(jié)構(gòu)更為簡潔，裝配也相對簡單。

但是，諧波齒輪傳動的傳動比下限值比較大，傳動比一般不能小于35。諧波多級傳動時，柔輪變形加大，受力更加復雜，剛度下降，整體加工和裝配都比較困難。少齒差行星齒輪傳動的單級傳動比比諧波傳動小。為增大傳動比，單獨采用行星齒輪傳動時，需增大減速器體積，增加重量，且結(jié)構(gòu)復雜，應(yīng)用范圍減小。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種雙傳動比少齒差-諧波齒輪減速器，解決諧波齒輪傳動的傳動比下限值較大和諧波多級傳動柔輪變形加大、受力復雜、剛度下降、加工裝配困難的問題，以及為獲得大傳動比時多級行星齒輪傳動體積和重量大、結(jié)構(gòu)復雜、裝配困難的問題。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種雙傳動比少齒差-諧波齒輪減速器，包括少齒差行星傳動機構(gòu)、諧波齒輪傳動機構(gòu)和內(nèi)齒輪，少齒差行星傳動機構(gòu)作為第一級減速機構(gòu)，諧波齒輪傳動機構(gòu)作為第二級減速機構(gòu)，少齒差行星傳動機構(gòu)和諧波齒輪傳動機構(gòu)通過內(nèi)齒輪連接。

所述內(nèi)齒輪為環(huán)形，兩個端面上分別設(shè)有齒圈，其中一個端面的齒圈為諧波齒輪傳動的剛輪齒圈與諧波齒輪傳動機構(gòu)嚙合，另一個齒圈為少齒差行星傳動的內(nèi)齒輪齒圈與少齒差行星傳動機構(gòu)嚙合。

所述少齒差行星傳動機構(gòu)采用漸開線少齒差行星輪系，傳動形式為n型，輸入軸為偏心軸。

所述少齒差行星傳動機構(gòu)的內(nèi)齒輪和外齒輪采用二齒差，且模數(shù)為1。

所述少齒差行星傳動機構(gòu)采用銷軸式輸出機構(gòu)，每根銷軸上均套有均載減磨軸套。

所述諧波齒輪傳動機構(gòu)包括輸出端蓋、交叉滾子軸承、柔輪、波發(fā)生器軸、柔性軸承和端蓋，柔輪采用禮帽形柔輪，輸出端蓋中心設(shè)有通孔，輸出端蓋內(nèi)壁設(shè)有軸承座，波發(fā)生器軸采用五階軸段，第一軸段為凸輪段，其端面用于與少齒差行星傳動機構(gòu)的銷盤連接，第二軸段、第三軸段、第四軸段和第五軸段為截面面積依次減小的階梯軸，第五軸段一端自輸出端蓋中心的通孔與端蓋中心孔伸出，第三軸段、第四軸段分別與軸承配合，所述軸承設(shè)置在輸出端蓋內(nèi)的軸承座內(nèi)，起到支撐限位作用，端蓋與輸出端蓋配合，限制軸承的軸向移動；波發(fā)生器軸的凸輪段與柔性軸承的內(nèi)圈配合，柔性軸承的外圈的端面與柔輪的底部端面配合，內(nèi)齒輪與交叉滾子軸承的內(nèi)圈固連，固定不動；交叉滾子軸承的外圈、端蓋與柔輪三者固連，三者一起隨著柔輪運動；少齒差行星傳動機構(gòu)減速后用銷軸式輸出機構(gòu)將運動傳遞到波發(fā)生器軸，波發(fā)生器軸轉(zhuǎn)動使得柔輪產(chǎn)生周期性的變形，進一步使得柔輪與內(nèi)齒輪另一端的齒相嚙合，實現(xiàn)第二級減速。

所述諧波齒輪傳動機構(gòu)的柔輪采用漸開線直齒圓柱齒輪。

所述內(nèi)齒輪采用漸開線直齒圓柱齒輪。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于：(1)具有高低兩種傳動比輸出，且傳動比范圍較大，最低傳動比為7，最大可達數(shù)萬，兩種傳動比可同軸線相反方向輸出；(2)整機結(jié)構(gòu)緊湊、零部件數(shù)量少、整機體積較小，應(yīng)用范圍更加廣泛。

附圖說明

圖1為本發(fā)明雙傳動比少齒差-諧波齒輪減速器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明雙傳動比少齒差-諧波齒輪減速器的輸出機構(gòu)與行星外齒輪的配合關(guān)系示意圖。

圖3為本發(fā)明雙傳動比少齒差-諧波齒輪減速器的波發(fā)生器軸與輸出機構(gòu)的裝配示意圖。

圖4為本發(fā)明雙傳動比少齒差-諧波齒輪減速器的少齒差行星傳動機構(gòu)的運動簡圖。

圖5為本發(fā)明雙傳動比少齒差-諧波齒輪減速器的諧波齒輪傳動機構(gòu)的運動簡圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。

結(jié)合圖1至圖5，本發(fā)明所述的一種雙傳動比少齒差-諧波齒輪減速器，包括少齒差行星傳動機構(gòu)、諧波齒輪傳動機構(gòu)和內(nèi)齒輪4，少齒差行星傳動機構(gòu)作為第一級減速機構(gòu)，諧波齒輪傳動機構(gòu)作為第二級減速機構(gòu)，少齒差行星傳動機構(gòu)和諧波齒輪傳動機構(gòu)通過內(nèi)齒輪4連接。諧波齒輪傳動機構(gòu)的波發(fā)生器軸5的輸入端中心設(shè)有凹槽，少齒差行星傳動機構(gòu)的偏心軸7的一端通過軸承與波發(fā)生器軸5的輸入端中心的凹槽配合，所述偏心軸7的一端為套有銷盤12的一端，所述波發(fā)生器軸5的輸入端端面通過螺栓與銷盤12固連。

少齒差行星傳動機構(gòu)采用漸開線少齒差行星輪系，k-h-v(n型)傳動形式，包括軸承座6、偏心軸7、端蓋8、行星外齒輪9和輸出機構(gòu)。輸出機構(gòu)包括銷軸10、軸套11和銷盤12，為減小銷軸10與行星外齒輪9之間的摩擦，并且使銷軸10的受力更加均勻，在每個銷軸10上都加裝了軸套11。如圖2所示，銷盤12上均布的銷軸10和軸套11擰入行星外齒輪9上相應(yīng)的均布孔內(nèi)。偏心軸7為輸入軸，同時具有支撐輸出機構(gòu)的作用。內(nèi)齒輪4固定不動，行星外齒輪9與偏心軸7的偏心軸段通過軸承相互配合，行星外齒輪9位于內(nèi)齒輪4內(nèi)。輸入端的端蓋8位于軸承座6端面，偏心軸7的階梯軸段穿過支撐座6和端蓋8，偏心軸7和軸承座6兩者之間設(shè)有軸承，通過端蓋8限位。

當偏心軸7接收動力轉(zhuǎn)動時，帶動行星外齒輪9運動，使得行星外齒輪9與內(nèi)齒輪4一端的齒圈嚙合，從而使得外齒輪9做平面運動，即外齒輪9既繞內(nèi)齒輪4軸線作圓周平移運動，又繞自身軸線作回轉(zhuǎn)運動。繞自身軸線轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)運動通過輸出機構(gòu)轉(zhuǎn)換為繞固定軸線轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)運動，此時通過波發(fā)生器軸5輸出的運動即為經(jīng)過第一組傳動比減速后的運動。其運動簡圖如圖4所示。

第一級減速獲得的傳動比i1計算公式為

式中z9為行星外齒輪9齒數(shù)，z41為內(nèi)齒輪4與行星外齒輪9嚙合處齒圈的齒數(shù)。

銷盤12上的銷軸10所在中心圓直徑和行星外齒輪9上相應(yīng)的均布孔中心圓直徑均為dw，行星外齒輪9上均布孔的直徑d與軸套11的外圓直徑dw應(yīng)滿足下式：

式中e為偏心軸7的偏心距。

銷盤12與波發(fā)生器軸5通過螺釘固連在一起，其連接形式如圖3所示。

所述諧波齒輪傳動機構(gòu)包括輸出端蓋1、交叉滾子軸承2、柔輪3、波發(fā)生器軸5、柔性軸承13和端蓋14，柔輪3采用禮帽形柔輪，輸出端蓋1中心設(shè)有通孔，輸出端蓋1內(nèi)壁設(shè)有軸承座，波發(fā)生器軸5采用五階軸段，第一軸段為凸輪段，其端面用于與少齒差行星傳動機構(gòu)的銷盤12連接，第二軸段、第三軸段、第四軸段和第五軸段為截面面積依次減小的階梯軸，第五軸段一端自輸出端蓋1中心的通孔與端蓋14中心孔伸出，第三軸段、第四軸段分別與軸承配合，所述軸承設(shè)置在輸出端蓋1內(nèi)的軸承座內(nèi)，起到支撐限位作用。端蓋14與輸出端蓋1配合，限制軸承的軸向移動。

波發(fā)生器采用凸輪軸式波發(fā)生器，波發(fā)生器軸5的凸輪段與柔性軸承13的內(nèi)圈配合，柔性軸承13的外圈的端面與柔輪3的底部端面配合。內(nèi)齒輪4與交叉滾子軸承2的內(nèi)圈固連，固定不動。交叉滾子軸承2的外圈、端蓋1與柔輪3三者固連，三者一起隨著柔輪3運動。少齒差行星傳動機構(gòu)減速后用銷軸式輸出機構(gòu)將運動傳遞到波發(fā)生器軸5，波發(fā)生器軸5轉(zhuǎn)動使得柔輪3產(chǎn)生周期性的變形，進一步使得柔輪3與內(nèi)齒輪4另一端的齒相嚙合，實現(xiàn)第二級減速。其運動簡圖如圖5所示。

第二級減速獲得的傳動比i2計算公式為：

式中z3為柔輪3的齒數(shù)，z42為內(nèi)齒輪4與柔輪嚙合處齒圈的齒數(shù)。

所述內(nèi)齒輪4、少齒差行星輪系的行星外齒輪9和諧波齒輪機構(gòu)的柔輪3均采用漸開線直齒圓柱齒輪。

所述內(nèi)齒輪4為環(huán)形，兩個端面上分別設(shè)有齒圈，其中一個端面的齒圈為諧波齒輪傳動的剛輪齒圈與柔輪3嚙合，另一端齒圈為少齒差行星傳動的內(nèi)齒輪齒圈與行星外齒輪9嚙合。所述內(nèi)齒輪4相當于把諧波齒輪傳動機構(gòu)的剛輪與少齒差行星傳動機構(gòu)的內(nèi)齒輪整合為一體，且其與行星外齒輪9嚙合的齒圈端面設(shè)有法蘭盤和凹槽，法蘭盤用于與機架固連，凹槽與軸承座6配合。所述內(nèi)齒輪4的另一端面還設(shè)有凸緣與交叉滾子軸承2的內(nèi)圈配合。以上所述內(nèi)齒輪4與軸承座6和交叉滾子軸承2的內(nèi)圈的配合都是通過螺釘連接固定。

本發(fā)明所述的雙傳動比少齒差-諧波齒輪減速器所得的第一組傳動比可通過聯(lián)軸器將波發(fā)生器軸5與工作機連接輸出運動；第二組傳動比可通過輸出法蘭將端蓋1與工作機連接輸出運動。

少齒差行星傳動機構(gòu)的單級傳動比約為7-100，諧波齒輪傳動機構(gòu)的單級傳動比可達300，所以本發(fā)明所述的雙傳動比少齒差-諧波齒輪減速器的第一組傳動比范圍約為7-100，第二組傳動比可達數(shù)千，甚至數(shù)萬。

本發(fā)明充分利用諧波齒輪傳動機構(gòu)和少齒差行星傳動機構(gòu)的優(yōu)點，其傳動比可變范圍大，且兩種傳動比可以同軸線輸出，結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計較大傳動比時也不會使體積過分增大，齒輪容易加工，結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便。本發(fā)明有效避免了諧波齒輪傳動傳動比下限值較大及多級傳動加工裝配困難的缺點和少齒差行星傳動多級傳動體積較大及結(jié)構(gòu)復雜的缺點。