[发明专利]谐波齿形链减速器

说明书

本发明属于工程元件或部件技术领域。

本发明是应用谐波传动原理设计的一种新型减速装置。

谐波齿轮传动是建立在薄壳弹性变形理论基础上的一种新型传动，被认为是机械传动中的一个重大突破。

谐波齿轮传动具有传动比大，传动精度和平稳性好以及结构简单，重量轻，体积小等优点。

谐波齿轮传动是靠薄壁筒形柔轮的径向变形产生的机械谐波来传递运动和动力的。其中薄壁筒形柔轮因弯曲应力过大而引起的疲劳破裂是此传动的主要失效形式。柔轮中的弯曲应力与径向变形量和壁厚成正比。柔轮径向变形量与传动比有关，传动比越小，径向变形量越大，传动的寿命越短。因此谐波齿轮传动比一般不宜小于80。

柔轮壁厚增大，弯曲应力增大，寿命降低。反之，壁厚减小，柔轮的刚度降低，轮齿应力集中加大，甚至出现轮齿干涉，从而加剧传动装置的失效，因此谐波齿轮传动目前只用于传递较小的功率（国产谐波齿轮减速器的功率均在3KW以下）。

柔轮强度和寿命的提高还与其材料和加工工艺等因素有关，通常需采用30CrMnSiR或GCr15等优质合金钢材料，并进行调质、渗氮、渗碳和喷丸处理，并严格控制零件的尺寸精度，形状精度和表面质量。由此可知谐波齿轮传动装置的制造工艺相当复杂，制造成本较高，一般厂均难以达到其技术性能。

针对谐波齿轮传动存在的上述问题，近30年来，国内外作了大量研究，其目的均在于保持谐波传动的优点的基础上，改进和创新，以提高传动装置的传动功率，传动比范围并改进制造工艺，降低生产成本。研究工作主要围绕以下两个方面。

1.改进谐波齿轮传动本身的结构。如苏联专利SU1442770，提出在齿面上加工辅助环形槽以提高承载能力，工作平稳性与工作寿命。苏联专利SU1427114，提出以控制装在刚轮两侧的环形挡块接触表面直径的方法来保持传动装置中的间隙，从而提高谐波齿轮的承载能力。此类研究很多，但都是在谐波齿轮传动的基础上作些局部改进，其效果有限，都不能从根本上解决谐波齿轮传动所存在的上述问题。

2.改变谐波齿轮传动中柔轮和刚轮的啮合方式，如国外已有产品生产的滚子链减速器，（如苏联“机械制造通报”№9·1971），以套筒滚子链代替柔轮，与刚轮啮合传递动力。该方案简化了谐波传动的结构，提高了承载能力，降低了制造成本。由于该结构中，刚轮齿廓采用变幅外摆线，啮合压力角大，故传动效率较低，传递功率的提高受到限制。加之套筒滚子链容易因磨损而伸长，造成传动的失效，故使用寿命低。

我国专利F16H49/00·85200606则采用一组活动齿轮代替柔轮，活齿在凸轮的作用下与刚轮啮合。此发明曾获国际发明金奖，它的最大特点是有效地降低了谐波传动的结构，降低了制造成本，实现了传动比小于80的传动。但该方案因活齿的体积较大，机构内的摩擦较大，因此传递功率较小（3KW以下）效率较低，传动比亦较小。

我国专利F16H7/06  87208342，以套筒滚子链作为基本传动元件，构成圆弧齿行星减速器，有效地提高了传动比和工作寿命，但传递功率的提高不大，且圆弧齿轮加工困难，成本较高。

本发明综合、吸取了上述各种传动装置的优点，以齿形链（亦称无声链）作为谐波传动的柔轮，既避免了筒形柔轮的高频弹性变形，又实现了齿形链与刚轮齿的共轭啮合，从而有效地增大了传递功率、传动的平稳性和传动效率，简化了结构和制造工艺，提高了装置的可靠性和使用寿命，并大大降低了制造成本。

本发明（见图1）主要由刚轮4，齿形链3，输出轮5，波发生器2，输入轴1和输出轴6组成。齿形链在波发生器的作用下，在与刚轮啮合的过程中，产生连续移动的谐波推动输出轮运动。

本发明的主要内容是：1.以内侧为渐开线齿廓的变节距齿形链作柔轮。2.齿形链反向安装与刚轮和输出轮构成内侧共轭内啮合，见图2、3刚轮采用齿圈式结构，4.采用三圆盘式波发生器。

变节距链可以补偿链条因磨损而产生的节距伸长，避免跳齿现象，保证啮合的精度和传动的可靠性。

刚轮和输出轮采用渐开线变位齿，可以与链齿实现共轭啮合，以保证传动的平稳性，减少啮合面之间的相对滑动，提高传动效率。

齿形链承载能力高，与刚轮和输出轮为内啮合面接触，受力均匀，摩擦小无噪声，且为多齿啮合，故传递功率大，使用寿命长。

刚轮采用齿圈结构，可以节省优质材料，简化加工工艺，降低制造成本。