一种双弧曲面谐波传动减速器
阅读说明：本技术 一种双弧曲面谐波传动减速器 (Double-arc curved surface harmonic drive speed reducer ) 是由 侯国兴 王伟 于 2021-08-25 设计创作，主要内容包括：本申请涉及减速器技术领域,公开了一种双弧曲面谐波传动减速器,包括柔轮、输入钢轮、输出钢轮和波发生器,波发生器设置在柔轮内侧,具有双弧曲面齿廓的柔轮外侧设有外齿,柔轮的外齿包括第一级外齿和第二级外齿,第一级外齿和第二级外齿分别位于柔轮外壁两侧,第一级外齿与钢轮的内齿啮合,第二级外齿与输出钢轮的内齿啮合,波发生器与电机的输出轴固定连接,输入钢轮固定连接于双弧曲面谐波传动减速器的机座,输出钢轮固定连接输出轴；第一级外齿和第二级外齿的齿数不同,模数不同,并分布在同一分度圆上。本申请的速比可在300-900之间,工作噪音低,承载能力强。(The utility model relates to the technical field of speed reducer, a double-arc curved surface harmonic drive speed reducer is disclosed, including the flexbile gear, the input steel wheel, output steel wheel and wave generator, the wave generator sets up at the flexbile gear inboard, the flexbile gear outside that has double-arc curved surface profile of tooth is equipped with the external tooth, the external tooth of flexbile gear includes first order external tooth and second level external tooth, first order external tooth and second level external tooth are located flexbile gear outer wall both sides respectively, first order external tooth and the internal gearing of steel wheel, the internal gearing of second level external tooth and output steel wheel, the output shaft fixed connection of wave generator and motor, input steel wheel fixed connection is in double-arc curved surface harmonic drive speed reducer's frame, output steel wheel fixed connection output shaft; the first-stage external teeth and the second-stage external teeth have different tooth numbers and different modulus and are distributed on the same reference circle. The speed ratio of the application can be between 300 and 900, the working noise is low, and the bearing capacity is strong.)
技术领域
本申请涉及减速器技术领域，尤其是涉及一种双弧曲面谐波传动减速器。
背景技术
谐波传动减速器传动技术和传动装置已被广泛应用于多种领域。谐波传动减速器的核心件是柔轮、刚轮和波发生器，柔轮在波发生器作用下产生变形，在波发生器长轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿完全啮合；在短轴两端处的柔轮轮齿和刚轮轮齿完全脱开；在波发生器长轴和短轴的区间，柔轮轮齿与刚轮轮齿有的处于半啮合状态；有的则逐渐退出啮合处于半脱开状态。
谐波传动减速器在单级减速的减速比通常在50-300之间，在双级减速的减速比范围在1000-50000之间，受到疲劳强度机传动原理的制约，无法满足客户对谐波传动减速器的速比在300-900之间的需求，限制了谐波传动减速器的应用范围。
谐波传动减速器的柔轮主要受到弯曲交变应力和扭转剪切应力的共同作用，现有渐开线齿形在传动中,齿顶与齿廓的交接处是尖角,柔轮轮齿在与刚轮轮齿啮入、啮出的过程中，容易产生齿廓干涉和齿顶干涉，产生噪音；柔轮是薄壁件，渐开线齿形齿根过渡圆角小，易应力集中，造成齿根断裂，承载能力受到限制。
发明内容
为了提高谐波传动减速器的应用范围，满足速比在300-900之间的要求，降低谐波传动减速器的工作噪音，提高承载能力，本申请提供了一种双弧曲面谐波传动减速器。
本申请的上述申请目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种双弧曲面谐波传动减速器，包括柔轮、输入钢轮、输出钢轮和波发生器，所述波发生器设置在柔轮内侧，所述柔轮外侧设有外齿，所述柔轮的外齿包括同轴的第一级外齿和第二级外齿，所述第一级外齿和第二级外齿分别位于柔轮外壁两侧，所述第一级外齿与输入钢轮的内齿啮合，所述第二级外齿与输出钢轮的内齿啮合，所述波发生器与电机的输入轴固定连接，所述输入钢轮固定连接于双弧曲面谐波传动减速器的机座，所述输出钢轮固定连接输出轴；所述第一级外齿和第二级外齿分布在同一分度圆上，且齿数不同，模数不同。
通过采用上述技术方案，柔轮设置成同轴的第一级外齿和第二级外齿，并具有不同的齿数和模数，在实现变速的过程中有不同的变形波，输入刚轮固定在壳体上，输出刚轮连接输出轴，减速器采用谐波传动进行两级减速，从而实现300-900的减速比在之间的要求。
优选的，所述第一级外齿的齿数小于输入钢轮的齿数，所述第二级外齿的齿数小于输出钢轮的齿数。
通过采用上述技术方案，第一级外齿的齿数小于输入钢轮的齿数，输入钢轮固连在机座上，能够实现一级减速传动；第二级外齿的齿数小于输出钢轮的齿数，能够实现二级减速传动；从而实现减速器的谐波传动减速。
优选的，所述第一级外齿、第二级外齿的齿廓均为渐开线齿形，所述渐开线齿形的齿顶和齿根均为圆弧过渡。
通过采用上述技术方案，可以防止柔轮上的第一级外齿在与输入钢轮的啮入过程中，以及第二级外齿在与输出钢轮的啮入过程中发生齿顶或齿根干涉现象，降低双弧曲面谐波传动减速器的噪音，提高承载能力，柔轮的传动精度高，使用寿。
优选的，所述第一级外齿的齿顶圆弧半径与其模数比，所述第二级外齿的齿顶圆弧半径与其模数比均为0.2-0.3。
通过采用上述技术方案，避免了啮入、啮出的过程中，产生齿顶干涉，使啮入、啮出更加顺畅，降低了啮合噪音。
优选的，所述第一级外齿的齿根圆弧半径与其模数比，所述第二级外齿的齿根圆弧半径与其模数比均为0.3-0.5。
通过采用上述技术方案，避免了应力集中，减少了齿根断裂的可能性，提高了承载能力。
优选的，所述第一级外齿的齿顶圆弧半径与其齿根圆弧半径比，所述第二级外齿的齿顶圆弧半径与其齿根圆弧半径比均为1.2-1.3。
通过采用上述技术方案，避免了啮入、啮出的过程中，齿廓发生干涉现象，使啮入、啮出更加顺畅，并能降低了啮合产生的噪音。
优选的，所述第一级外齿的齿宽小于输入钢轮的齿宽1-2mm，所述第二级外齿的齿宽小于输出钢轮的齿宽1-2mm
通过采用上述技术方案，能够保证第一级外齿与输入钢轮，以及第二级外齿与输出钢轮良好的啮合，并能较小柔轮的体积。
优选的，所述第一级外齿完全啮入输入钢轮时的啮合深度与第一级外齿的模数比，所述第二级外齿完全啮入输出钢轮时的啮合深度与第二级外齿的模数比均为1.1-1.3。
通过采用上述技术方案，提高第一级外齿完全啮入输入钢轮，以及第二级外齿完全啮入输出钢轮的啮合齿数，增大减速器的承载能力。
综上所述，本申请的有益技术效果为：
本申请通过在柔轮外侧设置第一级外齿和第二级外齿，第一级外齿与钢轮的内齿啮合，第二级外齿与输出钢轮的内齿啮合，波发生器与电机的输出轴固定连接，输入钢轮固定连接于双弧曲面谐波传动减速器的机座，输出钢轮固定连接输出轴，第一级外齿和第二级外齿分布在同一分度圆上，且齿数不同，模数不同。能够实现双弧曲面谐波传动减速器的速比在300-900之间的需求，适用的行业和场景更广。
本申请通过在柔轮的第一级外齿和第二级外齿的齿顶和齿根设置圆弧过渡，柔轮与输入钢轮及输出钢轮啮合时，避免发生齿顶或齿根干涉现象，能够降低双弧曲面谐波传动减速器的噪音，提高承载能力，提高传动精度高，延长使用寿命。
附图说明
图1是本申请的剖视图；
图2是图1的A向视图；
图3是图2的B部放大图。
图示，1、柔轮；11、第一级外齿；12、第二级外齿；13、圆弧过渡；2、输入钢轮；3、输出钢轮；4、波发生器。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
如图1所示，本申请的一种双弧曲面谐波传动减速器，包括柔轮1、输入钢轮2、输出钢轮3和波发生器4，波发生器4设置在柔轮1内侧，柔轮1采用双弧曲面齿廓，柔轮1的外侧设有外齿，柔轮1的外齿包括同轴的第一级外齿11和第二级外齿12，第一级外齿11和第二级外齿12分别位于柔轮1的两侧，柔轮1的第一级外齿11与输入钢轮2的内齿啮合，柔轮1的第二级外齿12与输出钢轮3的内齿啮合，波发生器4与电机的输入轴通过键固定连接，输入钢轮2固定连接于双弧曲面谐波传动减速器的机座，输出钢轮3固定连接输出轴，通过输出轴传递力矩，实现减速；第一级外齿11和第二级外齿12分布在同一分度圆上，且齿数不同，模数不同。
具体的，当电机的输入轴高速运转时，输入轴带动波发生器4旋转，使具有双弧曲面齿廓的柔轮1产生变形转动，柔轮1上的第一级外齿11与输入钢轮2的内齿啮合，进行错齿运动，实现一级谐波减速，同时，柔轮1另一侧的第二级外齿12同样进行变形转动，第二级外齿12与输出钢轮3产生错齿运动，通过输出钢轮3连接的输出轴传递扭矩，实现二级谐波减速。柔轮1与输入钢轮2、输出钢轮3采用双弧曲面
双弧曲面谐波传动减速器的速比为 其中，i为总速比，i= i1（i2+1）/（i1 -i2），Z柔1为第一级外齿11的齿数，i1为一级速比，i1= Z柔1/2 ；Z柔2为第二级外齿12的齿数，i2为二级速比， i2= Z柔2/2 。
柔轮1分度圆d=mz，d为分度圆直径，m为模数，Z为齿数。
本申请的第一级外齿11与第二级外齿12分布在同一分度圆上，第一级外齿11与第二级外齿12的模数不同、齿数不同，使柔轮1在与输入钢轮2和输出钢轮3啮合时，通过不同的变形波来实现谐波的两级减速，可以在较大范围内改变两级齿数差和速比差，达到谐波减速器的速比变小的目的，即满足速比在300-900范围。
在一实施例中，对于双弧曲面谐波传动减速器的分度圆d=100，设定柔轮1第一级外齿11，Z柔1=250，柔轮1第二级外齿12，Z i2=200，则i1= Z柔1/2=125，m1= d/Z柔1=0.4，i2=Z柔2/2=100，m2=d/ Z柔2=0.5，i=125×（100+1）/（125-100）=505。
如图2所示，图中示出了柔轮1的第一级外齿11与输入钢轮2的整体啮合示意图。
如图3所示，图中示出了柔轮1的第一级外齿11与输入钢轮2的局部啮合，可以看到第一级外齿11的齿廓与输入钢轮2的齿廓啮入过程的放大图。
输入钢轮2固连在机座上，第一级外齿11的齿数小于输入钢轮2的齿数，能够实现一级减速传动；第二级外齿12的齿数小于输出钢轮3的齿数，能够实现二级减速传动，从而实现减速器的谐波传动减速。
本设施例的第一级外齿11、第二级外齿12的齿廓均为渐开线齿形，渐开线齿形的齿顶和齿根均为圆弧过渡13。 圆弧过渡13可以防止柔轮1上的第一级外齿11在与输入钢轮2的啮入过程中，以及第二级外齿12在与输出钢轮3的啮入过程中齿廓干涉现象，降低双弧曲面谐波传动减速器的噪音，提高承载能力，提高传动精度高，延长使用寿命。
第一级外齿11的齿顶圆弧半径与其模数比，第二级外齿12的齿顶圆弧半径与其模数比均为0.2-0.3。
为了避免了啮入、啮出的过程中，产生齿顶干涉，提高柔轮1与输入钢轮2和输出钢轮3啮合的顺畅性，降低了啮合噪音，第一级外齿11的齿根圆弧半径与其模数比为0.3-0.5；第二级外齿12的齿根圆弧半径与其模数比为0.3-0.5。
避免了应力集中，减少了齿根断裂的可能性，提高了承载能力，第一级外齿11的齿顶圆弧半径与其齿根圆弧半径比为1.2-1.3；第二级外齿12的齿顶圆弧半径与其齿根圆弧半径比为1.2-1.3。
为了保证第一级外齿11与输入钢轮2，以及第二级外齿12与输出钢轮3良好的啮合，减小柔轮1的体积，第一级外齿11的齿宽小于输入钢轮2的齿宽1-2mm，第二级外齿12的齿宽小于输出钢轮3的齿宽1-2mm
为了提高第一级外齿11完全啮入输入钢轮2时的啮合齿数，以及第二级外齿12完全啮入输出钢轮3时的啮合齿数，增大减速器的承载能力，第一级外齿11完全啮入输入钢轮2时的啮合深度与第一级外齿11的模数比，第二级外齿12完全啮入输出钢轮3时的啮合深度与第二级外齿12的模数比均为1.1-1.3。
具有双弧曲面齿廓的柔轮1齿顶、齿根采用上述圆弧过渡13，适用于结构紧凑的双弧曲面谐波传动减速器，便于加工，柔轮1采用圆弧齿形,还降低了波高，波高降低可提高柔轮1的第一级外齿11与输入与刚轮的啮合齿数，减少齿根应力，对其材质及热处理要求也相应降低，可降低制造成本，提高柔轮1疲劳寿命，从而增大减速器承载能力
另一方面，柔轮1采用圆弧齿形,还降低了波高，波高降低可提高柔轮1的第一级外齿11与输入与刚轮的啮合齿数，减少齿根应力，对其材质及热处理要求也相应降低，可降低制造成本，提高柔轮1疲劳寿命，从而增大减速器承载能力。
本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
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