[发明专利]柔性齿轮及其组件、采用该组件的减速器及减速比算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种减速器，尤其是涉及一种使用于驱动电机的旋转速度减速需要减速器的齿轮及其组件、采用该组件的减速器及减速比算法。

背景技术

通常对驱动电机的旋转速度减速控制需要使用到减速器来实现减速比控制，而通常对驱动电机的减速控制采用谐波传动减速器进行减速传动控制，现有谐波减速器是通过具有一定弹性变形来实现得到高减少比，存在着减速比高、反弹少、位置精度和旋转精度高、高转矩传达能力等优点。也因这样的优点而被广泛使用于机器人、数控机床、医疗器械、宇宙船等诸多精密产品产业上。现有谐波传动减速器一般是在椭圆形凸轮外侧上装入滚珠轴承的波动发生器，在外周上带有齿面的薄壁形状弹性体柔性齿轮、内周上带有齿面和刚体环形状的刚性齿轮等3个基本构件构成柔性齿轮结构。现有柔性齿轮结构为薄壁齿轮结构，所以减速器在动力传达构成上诱发弹性变形上与现有减速器存在区别，也即依靠柔性齿轮的弹性变形与刚性齿轮接合，减速比算法上跟柔性齿轮与刚性齿轮的齿数差相关联。假设一般刚性齿轮的齿数是N个，柔性齿轮的齿数是n个时，减速比算法则按的算法进行；跟上述算法一样带减速比的谐波传动减速器运行过程如下：输入轴的旋转使波动发生器被旋转，柔性齿轮是靠波动发生器外周的滚珠轴承，波动发生器的椭圆形状而变成弹性变形，与刚性齿轮的齿轮吻合。这时柔性齿轮与刚性齿轮的齿轮是椭圆的长轴部分啮合，剩余的部分脱开。凸轮的旋转使得啮合的部分依序变化，脱开部分也依序变化。波动发生器旋转一周，其柔性齿轮的刚性齿轮的齿数差反方向被旋转使造成减速。这样的谐波传动减速器是构造上有很多优点，齿型是微细的加工时容易得比较大的减速比的段。齿轮吻合做相对运动时，为了顺畅的运行弹力是必须要素，谐波传动减速器是可以通过一个齿轮组合反弹降低到最小化。而且上面原因使旋转精密度也很高。

谐波传动减速器虽然具有上述多种优秀特性，然而现有谐波传动减速器仍然存在的问题是：由于现有谐波传动减速器的柔性齿轮是带有薄壁形状结构，所以无法缩短减速器的全体长度。为了缩短减速器的长度增加柔性齿轮的弹性变形，因而降低谐波传动减速器的减速效率。而且过分的反复变形造成薄壁齿轮的寿命急速下降。谐波传动减速器上使用的柔性齿轮是因薄壁齿轮又出现另一个问题，输出轴上惯性力矩等原因造成超过预想的旋转负荷时，柔性齿轮的旋转方向而造成扭曲变形出现控制角度上误差。

发明内容

本发明为解决现有谐波传动减速器存在着减速效率低，薄壁齿轮寿命短，易发生扭曲变形，控制角度误差大、使用耐久性低等现状而提供的一种可提高减速效率，受扭曲变形长度短，控制角度误差小，使用耐久性高的柔性齿轮及其组件、采用该组件的减速器及减速比算法。

本发明为解决上述技术问题所采用的具体技术方案为：一种柔性齿轮，包括柔性齿轮本体，其特征在于：柔性齿轮本体采用管状结构，在管状结构的柔性齿轮本体外部上开有两列轮齿，两列轮齿在管状结构外部上形成具有两级外齿的管状柔性齿轮结构。不易发生扭曲变形，质量稳定更容量控制，可改变常规薄壁齿轮为防止变形而使用倾斜形齿型齿轮的特殊齿型，齿轮弹性变低，传动效率高，两级齿轮传动结构降低齿轮整体变形可能性，提高齿轮使用寿命及使用稳定可靠性。

作为优选，所述的两级外齿为具有阶梯分级的大小两级外齿结构，两级外齿具有不同的齿轮数。提高两级外齿的结构设置灵活性，降低齿轮弹性变形。

作为优选，所述的两级外齿为具有相同的齿顶圆直径尺寸，两级外齿具有不同的齿轮数。提高两级外齿的结构设置简单灵活性，降低齿轮弹性变形能量。

作为优选，在两级外齿之间位置处设有外定位连接槽。提高柔性齿轮与固定刚性齿轮和旋转刚性齿轮之间的组装定位有效性，提高能量传递有效稳定性。

作为优选，所述的两级外齿均为直齿结构。提高齿轮齿型结构简单性，齿轮齿型结构更加简单稳定，齿型加工成本低。

本发明的另一个发明目的在于提供一种柔性齿轮组件，其特征在于：包括一个固定刚性齿轮、一个旋转刚性齿轮和具有上述技术方案之一两级外齿结构的管状柔性齿轮，两级外齿中的一级外齿与固定刚性齿轮内齿相啮合，另一级外齿与旋转刚性齿轮内齿相啮合。不易发生扭曲变形，齿轮齿型结构更加简单，质量稳定更容量控制，可改变常规薄壁齿轮为防止变形而使用倾斜形齿型齿轮的特殊齿型，固定刚性齿轮和旋转刚性齿轮分别与柔性齿轮相配合的柔性齿轮组件可使齿轮弹性变形能量得到极大程度上的降低，能量传递效率高，使弹性变形只出现一个方向，提高减速使用的耐久稳定性。