[发明专利]刚轮轮齿有倾角的短筒柔轮谐波减速器及其传动刚度测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种短筒柔轮谐波减速器及其传动刚度测试装置，涉及谐波减速器技术领域。

背景技术

谐波齿轮传动是一种依靠柔性齿轮的弹性变形来实现力和运动传递的减速器。筒型谐波减速器由波发生器、刚轮和柔轮三个元件组成。通常情况下，刚轮固定，波发生器为椭圆构件，安装在柔轮内部，迫使柔轮按照一定规律在长轴端产生径向变形成为椭圆状。当波发生器在原动机驱动下旋转时，使得柔轮不断产生变形，柔轮轮齿也在变形过程中逐渐进入刚轮齿间，与刚轮轮齿发生啮合，然后逐渐退出，直至完全脱开。波发生器不断旋转，柔轮轮齿不断和刚轮轮齿重复进行啮入、啮合、啮出、脱开的循环相互错齿运动。这种错齿运动将波发生器的输入转化为柔轮的输出实现减速传动。

随着机器人技术和航空航天技术的发展，对谐波减速器的轴向尺寸大小提出了更高的要求。目前被广泛使用的是长径比为1/2和1/4比例的谐波减速器(短筒柔轮谐波减速器)。但是，轴向尺寸减小会带来应力急剧增大和柔轮张角变大导致轮齿啮合区减小的问题。啮合区域减小，谐波齿轮传动的重合度随之降低，严重影响了谐波减速器的传动刚度。为了克服这种缺点，现在采用的方式有(1)对柔轮轮齿进行修形(一种渐开线齿廓三维修形的谐波传动装置，申请号：200610127982.6)。(2)从减速器整体结构上进行改进：谐波减速器壳体中的轴承选用及其支撑方式(薄型谐波减速器，专利号：200520108605.9)(谐波传动减速器，专利号：02261809.0)；对谐波减速器三元件进行结构上的改进(一种短杯型谐波减速器，专利号：200820089409.5)但是对柔轮进行修形的方法在工艺上并不容易实现。对整体结构和三元件的结构改进具有一定的局限性。

目前对谐波传动刚度的测试不能通过推广普通齿轮的计算公式，而主要依赖于实验法来进行。目前，使用的实验测试装置用砝码进行加载，其得到的数据较为离散，而且需要人工反复操作，比较繁琐。并且在输出端的测量扭转角需要复杂的光学测量装置。据此开发了简单、快速、有效的测试谐波传动刚度的装置。

发明内容

本发明为了短筒柔轮谐波减速器因轴向尺寸减小而导致的柔轮轮齿的偏斜从而引起刚轮轮齿和柔轮轮齿间的接触面积减小，导致其传动刚度降低的问题；本发明还为了解决现有的谐波传动刚度实验测试装置用砝码进行加载存在操作过程复杂的问题；进而提供了一种刚轮轮齿有倾角的短筒柔轮谐波减速器及其传动刚度测试装置。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明所述的刚轮轮齿有倾角的短筒柔轮谐波减速器包括轮齿具有倾角的刚轮、柔轮和波发生器，波发生器安装在柔轮内部，轮齿具有倾角的刚轮套在柔轮上，轮齿具有倾角的刚轮上的内齿与柔轮上的外齿相啮合；柔轮为长径比为1/4～3/5的短筒柔轮，轮齿具有倾角的刚轮的内齿为沿着刚轮轴线方向具有倾角的轮齿，倾角倾斜方向与柔轮在长轴处的张角方向一致，倾角为0.1°～1°。

上述短筒柔轮谐波减速器的传动刚度测试装置，所述传动刚度测试装置包括底板、电机支撑座、伺服电机、刚性联轴器、谐波减速器支撑座、左抱死夹紧端和右夹紧抱死端，电机支撑座固定在底板上，伺服电机固定在电机支撑座上，伺服电机的电机轴通过刚性联轴器与输入轴相固连，所述谐波减速器固定在谐波减速器支撑座上，谐波减速器支撑座固定在底板上，所述谐波减速器的输出轴被左抱死夹紧端和右夹紧抱死端通过下夹紧螺钉和下夹紧螺钉夹紧抱死，完全不能转动。

本发明的有益效果是：

本发明的1/4～3/5比例短筒柔轮谐波减速器中的刚轮采取轮齿具有一定倾角的形式，使其较刚轮轮齿正常的短筒柔轮谐波减速器具有更好的啮合效果和更大的传动刚度。相应的传动刚度测试装置可以迅速、准确、连续的测出谐波传动的传动刚度。

本发明采用了刚轮轮齿具有一定倾角的形式，其有效的提高了刚轮轮齿和柔轮轮齿间的接触面积，从而提高了短筒柔轮谐波减速器的传动刚度，其在空回值小于刚轮轮齿正常的短筒柔轮谐波减速器1.6’(1.6分，表示角度)的情况下较刚轮轮齿正常的短筒柔轮谐波减速器传动刚度提高39％(以柔轮长径比为1/4的50机型为实验对象得到的结果)。其整机采用两套角接触球轴承支撑减速器输入、输出轴，作为传动单元可以承受比较大的径向力和一定的轴向力。