專利名稱：復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)屬于應(yīng)用廣泛的齒輪傳動裝置。
諧波齒輪傳動一般有單級諧波齒輪機構(gòu)和復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)，單級諧波齒輪機構(gòu)速比通常在70～200左右。復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)速比正?？稍?000～100000。
對于單級諧波齒輪機構(gòu)而言，如果要求更大的速比，由于齒的模數(shù)較小，二個齒輪間的嚙合深度不夠，加之構(gòu)件的彈性變形及不可避免的制造誤差，會使傳動機構(gòu)在受載后出現(xiàn)滑齒現(xiàn)象，傳動機構(gòu)不能正常工作，即使較大規(guī)格的單級減速機，雖然大規(guī)格容易實現(xiàn)較大的速比，若是使速比大于200也是困難的，較小規(guī)格的單級減速機受到尺寸的限制，更無法達(dá)到大于200速比，有的達(dá)到150速比也是困難的。
傳統(tǒng)復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)有輸入級和輸出級，輸入級剛輪的齒與柔輪的齒相嚙合，輸入級柔輪與輸出級柔輪為一體的環(huán)狀柔輪，輸入級柔輪的齒與輸出級柔輪的齒分布在環(huán)狀柔輪兩端的柱面上，輸出級柔輪的齒與輸出級剛輪的齒相嚙合，在諧波發(fā)生器作用下實現(xiàn)減速傳動。這種傳統(tǒng)復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)目前都為單模數(shù)的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)，實現(xiàn)的傳動速比正常在2000～100000，如果希望速比小于2000，受到疲勞強度及傳動原理的制約是無法實現(xiàn)的。但是，在實際工程應(yīng)用當(dāng)中要求速比在150～2000這個范圍是相當(dāng)多的。
本實用新型的目的是要提供一種傳動速比在150～2000的諧波齒輪機構(gòu)。
實現(xiàn)本實用新型的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)的方案是采用雙模數(shù)復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)，輸入級和輸出級的齒輪模數(shù)不同，或者是輸出級齒輪的大于輸入級齒輪的模數(shù)，或者是輸出級齒輪的小于輸入級齒輪的模數(shù)。
本實用新型的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)的優(yōu)點能夠?qū)崿F(xiàn)諧波齒輪機構(gòu)的傳動速比在150～2000的諧波齒輪傳動。


圖1本實用新型的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)剖視圖。
以下結(jié)合附圖和實施例對實現(xiàn)本實用新型的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)的方案進(jìn)行詳細(xì)描述。
傳統(tǒng)的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)設(shè)計均是采用輸入級齒輪的模數(shù)與輸出級齒輪的模數(shù)相同。為了保證一定的疲勞強度及承載能力，齒輪的模數(shù)不可能選得較大，因此，無法實現(xiàn)小于2000的速比。
例如，柔輪內(nèi)孔直徑do＝＝100mm齒輪的模數(shù)m＝0.7mm，求速比i輸入級柔輪齒數(shù)Z1＝143， 輸入級剛輪齒數(shù)Z2＝145則輸入級速比 i1＝Z1/(Z2-Z1)＝143/2＝71.5輸出級柔輪齒數(shù)Z3＝139，輸出級剛輪齒數(shù)Z4＝141則輸出級速比 i2＝Z4/(Z4-Z3)＝141/2＝70.5復(fù)級傳動的速比 i＝(i1×i2)/(i1+1-i2)＝(71.5×70.5)/(72.5-70.5)＝2520上述情況表明，傳統(tǒng)的設(shè)計單級最小速比不可能小于70，因而復(fù)級的最小速比都要大于2000，不可能再小，否則疲勞強度降低，影響柔輪的壽命，這是不允許的。
為實現(xiàn)150～2000的速比，由公式i＝(i1×i2)/(i1+1-i2)可見，若想i小，則可增大分母，即增大i1，而i2不變；或者減小i2，而i1不變，比較起來，后者的效果明顯，這一點從公式上不難發(fā)現(xiàn)。
如何減小i2，由i2＝Z4/2可知，這只能使Z4(輸出級剛輪齒數(shù))減小，而對于分度圓直徑一定的齒輪而言，d4＝m×Z4(分度圓直徑等于齒的模數(shù)與齒數(shù)之積)，這樣只有增大齒輪的模數(shù)m，才能使齒數(shù)4減少，即兩級選用不同的模數(shù)，這就從原理上分析了輸出級齒輪模數(shù)選用與輸入級齒輪不同的模數(shù)是可行的。并達(dá)到使復(fù)級諧波傳動速比i減少的目的。
例如，m1--輸入級齒輪的模數(shù)m2--輸出級齒輪的模數(shù)輸入級m1＝0.7mm Z1＝143 Z2＝145 i1＝Z1/2＝71.5輸出級m2＝0.8mm Z3＝120 Z4＝122 i2＝Z4/2＝61復(fù)級的速比 i＝(i1×i2)/(i1+1-i2)＝(71.5×61)/(72.5-61)＝379由上述例子可知，只要使輸出級的模數(shù)有不大的變化，由m2＝0.7mm變到m2＝0.8mm，就可使速比有較大的變化由i＝2520而變化為i＝380左右?？傊?，可以這樣認(rèn)為，傳統(tǒng)的復(fù)級諧波傳動可稱之為單模數(shù)復(fù)級諧波傳動，單模數(shù)復(fù)級諧波傳動無法實現(xiàn)速比小于2000的傳動要求。而本實用新型提出的復(fù)級諧波傳動，填補了傳統(tǒng)的諧波傳動無法實現(xiàn)速比在150～2000范圍的諧波減速機，擴大了諧波齒輪機構(gòu)的應(yīng)用范圍。
圖1給出了本實用新型的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)剖視圖。復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)由端蓋(1)、輸入軸(2)、諧波發(fā)生器(3)、輸入級剛輪(4)、輸入級柔輪(5)、輸出級柔輪(6)、輸出級剛輪(7)、殼體(8)、輸出軸(9)、軸承(10)、以及軸端密封(11)組成，輸入級剛輪(4)和輸入級柔輪(5)構(gòu)成輸入級減速機構(gòu)，輸出級柔輪(6)和輸出級剛輪(7)構(gòu)成輸出級傳動機構(gòu)，輸入級減速機構(gòu)和輸出級傳動機構(gòu)形成復(fù)級諧波齒輪傳動機構(gòu)，輸入級柔輪(5)和輸出級柔輪(6)為一體的環(huán)狀柔輪，輸入級柔輪(5)的齒和輸出級柔輪(6)的齒分布在環(huán)狀柔輪兩端的柱面上。工作時，輸入軸(2)帶動凸輪機構(gòu)的諧波發(fā)生器(3)，使輸入級柔輪(5)的齒與輸入級剛輪(4)的齒嚙合，則實現(xiàn)了輸入級的減速傳動，由于輸入級柔輪(5)和輸出級柔輪(6)為一體的環(huán)狀柔輪，所以輸出級柔輪(6)與輸入級柔輪(5)同速轉(zhuǎn)動，同理，輸出級柔輪(6)的齒與輸出級剛輪(7)的齒嚙合，形成了輸出級的減速傳動。如果輸入級柔輪(5)的齒數(shù)小于輸入級剛輪(4)的齒數(shù)，輸出級柔輪(6)的齒數(shù)小于輸出級剛輪(7)的齒數(shù)，則輸入級傳動機構(gòu)和輸出級傳動機構(gòu)都為減速傳動機構(gòu)，在輸入級的減速傳動和輸出級的減速傳動共同作用下完成了復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)的大速比減速傳動。前面說過，這種傳統(tǒng)的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)的輸入級和輸出級都是采用同模數(shù)的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)。不能得到速比在150～2000的諧波齒輪傳動。本實用新型的特征在于采用輸入級和輸出級是不同模數(shù)的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)，即，構(gòu)成輸入級減速傳動的輸入級剛輪(4)和輸入級柔輪(5)的模數(shù)為m1，而構(gòu)成輸出級減速傳動機構(gòu)的輸出級柔輪(6)和輸出級剛輪(7)的模數(shù)為m2，且m2不等于m1，或者m1＞m2，或者m2＞m1。實際上第二級減速機構(gòu)齒輪模數(shù)m2略大于第一級齒輪的模數(shù)m1即可。
根據(jù)同樣原理，可設(shè)計出雙模數(shù)齒嚙輸出的單級諧波齒輪(環(huán)狀柔輪)機構(gòu)。即減速級的模數(shù)與齒式聯(lián)軸節(jié)(齒嚙級)的模數(shù)不同。如果輸入級柔輪(5)的齒數(shù)小于輸入級剛輪(4)的齒數(shù)，輸出級柔輪(6)的齒數(shù)等于輸出級剛輪(7)的齒數(shù)，則輸入級傳動機構(gòu)為減速傳動機構(gòu)，輸出級傳動機構(gòu)為等速傳動機構(gòu)，在輸入級的減速傳動和輸出級的等速傳動共同作用下完成了齒嚙式輸出諧波齒輪裝置。這樣做的好處是可節(jié)約價格較高的模數(shù)小于0.3mm的齒輪加工刀具，從而降低加工成本。
本實用新型的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)的實施例根據(jù)上述原理設(shè)計制造一臺柔輪內(nèi)孔直徑do＝100mm的雙模復(fù)級諧波齒輪減速機。第二級模數(shù)m2＞第一級模數(shù)m1第一級 m1＝0.4mm Z1＝252 Z2＝254 i1＝Z1/2＝252/2＝126第二級 m2＝0.6mm Z3＝166 Z4＝168 i2＝Z4/2＝168/2＝84復(fù)級的速比 i＝(i1×i2)/(i1+1-i2)＝(126×84)/(127-84)＝246.14本實用新型的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)的第二個實施例為m1＞m2 柔輪內(nèi)孔直徑do＝80mm的雙模復(fù)級諧波齒輪減速機。
第一級 m1＝0.75mm Z1＝102 Z2＝104 i1＝Z1/2＝102/2＝51第二級 m2＝0.5mm Z3＝162 Z4＝164 i2＝Z4/2 164/2＝82
復(fù)級的速比 i＝(i1×i2)/(i1+1-i2)＝(51×82)/(51+1-82)＝139.4(不考慮轉(zhuǎn)向)本實用新型的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)的第三個實施例為m1＜m2 柔輪內(nèi)孔直徑do＝250mm的雙模復(fù)級諧波齒輪減速機。
第一級 m1＝0.6mm Z1＝418 Z2＝420 i1＝Z1/2＝209第二級 m2＝0.7mm Z3＝362 Z4＝364 i2＝Z4/2＝182復(fù)級的速比 i＝(i1×i2)/(i1+1-i2)＝(209×182)/(209+1-182)＝1358.5上述三個實施例的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)經(jīng)跑合，加載壽命實驗等達(dá)到了設(shè)計要求。試驗情況如下1.壽命試驗加載M＝240牛頓米，轉(zhuǎn)速n＝3000轉(zhuǎn)/分共運轉(zhuǎn)502小時2.效率n＝1500轉(zhuǎn)/分 油潤滑 加載M＝240牛頓米效率為47％，(與計算值48％接近)3.最高溫升n＝3000轉(zhuǎn)/分，M＝240牛頓米 自然空氣冷卻，最高溫升36度。
4.運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲小。
本實用新型的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)的優(yōu)點使復(fù)級(單模數(shù)、雙模數(shù))諧波傳動速比在150～100000范圍內(nèi)變化，而150～1500速比應(yīng)用較多。如果計及雙模數(shù)齒嚙輸出(環(huán)狀柔輪)諧波傳動裝置，則速比覆蓋范圍可達(dá)50～100000(變化到2000多倍)。這樣大的速比范圍，而減速機的體積不變，其它任何傳動裝置是不可能實現(xiàn)的。在減速機外形尺寸基本不變的條件下，只適當(dāng)更換不同的剛輪、柔輪和凸輪(諧波發(fā)生器)即可實現(xiàn)速比的大范圍變化，有利于減速機的互換，及配套產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的改善。
權(quán)利要求1.一種復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)，它由端蓋(1)、輸入軸(2)、諧波發(fā)生器(3)、輸入級剛輪(4)、輸入級柔輪(5)、輸出級柔輪(6)、輸出級剛輪(7)、殼體(8)、輸出軸(9)、軸承(10)、以及軸端密封件(11)組成，輸入級剛輪(4)和輸入級柔輪(5)構(gòu)成輸入級減速機構(gòu)，輸出級柔輪(6)和輸出級剛輪(7)構(gòu)成輸出級傳動機構(gòu)，形成復(fù)級諧波齒輪傳動機構(gòu)，輸入級柔輪(5)和輸出級柔輪(6)為一體的環(huán)狀柔輪，輸入級柔輪(5)的齒和輸出級柔輪(6)的齒分布在環(huán)狀柔輪兩端的柱面上，本實用新型的特征在于輸入級減速機構(gòu)的齒輪和輸出級傳動機構(gòu)的齒輪采用不同模數(shù)的齒輪，輸入級減速機構(gòu)的輸入級剛輪(4)和輸入級柔輪(5)的齒輪模數(shù)m1不等于輸出級傳動傳動機構(gòu)的輸出級柔輪(6)和輸出級剛輪(7)的齒輪模數(shù)m2，或者m1＞m2，或者m2＞m1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)，其特征在于所述的輸出級傳動機構(gòu)輸出級柔輪(6)的齒數(shù)小于輸出級剛輪(7)的齒數(shù)，構(gòu)成輸出級為減速輸出的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)，其特征在于所述的輸出級傳動機構(gòu)輸出級柔輪(6)的齒數(shù)等于輸出級剛輪(7)的齒數(shù)，構(gòu)成輸出級為等速輸出的單級諧波齒輪機構(gòu)。
專利摘要本實用新型的復(fù)級諧波齒輪機構(gòu)屬于齒輪機械傳動,解決諧波齒輪機構(gòu)傳動速比在150～2000的變化問題。實現(xiàn)的辦法是采用雙模數(shù)復(fù)級諧波齒輪機構(gòu),輸入級和輸出級的齒輪模數(shù)不同,或者是輸出級齒輪的模數(shù)大于輸入線齒輪的模數(shù),或者是輸出級齒輪的模數(shù)小于輸入級齒輪的模數(shù)。用于減速機的機械傳動中,實現(xiàn)傳動比在150～100000范圍內(nèi)連續(xù)變化。
文檔編號F16H1/28GK2290729SQ9621177
公開日1998年9月9日 申請日期1996年5月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月28日
發(fā)明者黃明瑞, 張如江 申請人:中國人民解放軍國防科工委后勤部應(yīng)用技術(shù)研究所