一种C齿型的谐波减速器的制作方法

本实用新型属于安防监控、轻型机器人和自动化等精密传动技术领域，具体涉及一种塑料材质用c齿型的谐波减速器。

背景技术：

谐波减速器具有结构紧凑、体积小、质量轻、承载能力大、背隙小与传动精度高等优点，被广泛应用于工业机器人、航空航天、精密机床领域中。谐波减速机由钢轮、柔轮和波发生器构成，椭圆变形的波发生器安装在具有弹性的柔轮内部，波发生器转动迫使柔轮齿形与钢轮齿形周期性啮合和分离，进而实现错齿差减速的效果。

传统的谐波减速机柔轮采用金属材料，通过精密的机械加工成型，并经过多道热处理和表面工艺处理，实现柔轮的高弹性和强度，同时具有耐疲劳特性和齿面的耐磨损性能。由此造成谐波柔轮成本高，制造困难、且无法实现轻量化适用性受到限制。

技术实现要素：
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本实用新型要解决的技术问题是提供一种c齿型的谐波减速器，适用于塑料材质谐波减速机，具备生产容易、成本低、轻量化、一致性高和结构紧凑等优点，同时可以提高塑料材料谐波的传递力矩和疲劳寿命。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种c齿型的谐波减速器，包括钢轮(1)、柔轮(2)、凸轮(4)；凸轮(4)外设柔性轴承(3)形成波发生器，钢轮(1)内齿廓和柔轮(2)的外齿廓相匹配；其特征在于：钢轮(1)、柔轮(2)、凸轮(4)均为工程材料注塑成型件。

进一步的，上述技术方案中，柔轮(2)由底盖(21)和自底盖周向竖直延伸的竖向壁(22)组成筒体状包围结构；竖向壁(22)内壁上低于竖向壁顶部边缘设置一圈柔性轴承限位台阶(26)。

进一步的，上述技术方案中，底盖(21)靠近竖向壁(22)的区域设置周向分布的变形筋条(23)；在变形筋条(23)的围合范围内，底盖(21)上设置中心定位孔(24)以及定位孔外围的固定孔(25)。

进一步的，上述技术方案中，钢轮(1)呈筒形周向围合柔轮(2)，竖向壁(22)的外壁上周向设置用于与钢轮(1)内壁的齿形啮合的齿廓(27)。

进一步的，上述技术方案中，凸轮(4)为阶梯圆台状，阶梯圆台状的大端位于柔轮(2)中，小端从柔轮(2)中伸出；凸轮(4)大端的外缘是椭圆形凸轮，椭圆形凸轮上紧配合柔性轴承(3)；柔性轴承(3)位于椭圆形凸轮和柔轮(2)的内壁之间。

进一步的，上述技术方案中，柔轮底盖(21)的外端连接输出轴(6)，输出轴(6)的壁体通过连接件将输出轴和柔轮刚性连接在一起；输出轴(6)的根部位于钢轮(1)的筒体中且在钢轮(1)内壁和输出轴(6)之间设置支撑轴承(5)。

进一步的，上述技术方案中，柔轮和钢轮的齿廓齿形均为c齿型；钢轮齿形由柔轮齿形的运动包络形成；c齿型的齿高比渐开线齿形或圆弧齿形尺高高出30％；c齿型的谐波齿形啮合比例大于渐开线齿形或圆弧齿形啮合比例50％。

进一步的，上述技术方案中，c齿型的齿顶圆弧半径小于渐开线齿形或圆弧齿形的齿顶圆弧半径，而齿根圆弧半径大于渐开线齿形或圆弧齿形的齿根圆弧半径。

进一步的，上述技术方案中，钢轮(1)和凸轮(4)采用pps作为基材加上10％以上的碳纤维注塑成型。

进一步的，上述技术方案中，柔轮(2)采用pom或pa或pps或peek材料中的一种为基材添加碳纤维或玻璃纤维或石墨或ptfe或二硫化钼注塑成型。

进一步的，上述技术方案中，碳纤维或玻璃纤维重量比例为5％～35％；石墨或ptfe重量比列2％～10％；二硫化钼重量比列5％～15％。

进一步的，上述技术方案中，凸轮采用椭圆轮廓，椭圆轮廓的极坐标方程为式中a、b为椭圆轮廓的长轴和短轴长度，ρb为极轴，为极角；柔轮齿形轮廓的极坐标方程为式中(r0，θ0)为圆中心点极坐标，r为圆半径；由凸轮型线求出凸轮渐屈线使得柔轮齿形的齿形轮廓的极坐标方程与凸轮渐屈线逼近拟合，同时考虑到柔轮齿顶圆直径，齿根圆直径，分度圆直径最终确定柔轮齿形的c齿型形状。

相对于现有技术，本实用新型具有如下有益效果：

传统的谐波齿形啮合齿数最多30％，应用到塑料谐波减速机上有传递扭矩小，刚度小的缺点。本实用新型柔轮和钢轮的齿廓齿形均为c齿型；钢轮齿形由柔轮齿形的运动包络形成；本实用新型的c齿型提高齿高，大幅提升谐波齿形啮合数可以达到50％以上。采用c齿型的谐波减速机可以明显提升谐输出扭矩和刚度。

本实用新型的谐波减速机柔轮采用特种工程塑料注塑成型，以及独特的结构设计，实现传统柔轮的功能，并具备生产容易、成本低、轻量化、一致性高和结构紧凑等优点。除此之外，由于创造性使用c齿型，可以提高塑料材料谐波的传递力矩和疲劳寿命。

附图说明：

图1为本实用新型c齿型的谐波减速器结构示意图。

图2为本实用新型c齿型的谐波减速器柔轮立体结构图。

图3为本实用新型c齿型的谐波减速器的齿形啮合示意图。

图4为本实用新型的c齿型的谐波减速器柔轮齿廓对比示意图。

图5为本实用新型的c齿型的谐波减速器柔轮齿廓咬合包络示意图。

图1-5中附图标记如下：1.钢轮；2.柔轮；3.柔性轴承；4.凸轮；5.支撑轴承；6.输出轴；7.传统齿形；8.c齿形；9.钢轮齿形；10.柔轮齿形包络。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

结合附图1-5对本实用新型进一步详细说明。

根据本实用新型实施的一种c齿型的谐波减速器如图1-2，包括钢轮1、柔轮2、凸轮4。

柔轮2由底盖21和自底盖周向竖直延伸的竖向壁22组成筒体状包围结构；底盖21靠近竖向壁22的区域设置周向分布的变形筋条23；在变形筋条23的围合范围内，底盖21上设置中心定位孔24以及定位孔外围的固定孔25；竖向壁22内壁上低于竖向壁顶部边缘设置一圈柔性轴承限位台阶26，柔性轴承限位台阶26可以防止柔性轴承的轴向串动，变形筋23成螺旋形状均匀分布在柔轮底部，可以实现柔轮的径向弹性变形，定位孔24保证柔轮和钢轮的同轴度，固定孔25可以传递谐波的扭矩。

钢轮1呈筒形周向围合柔轮2，竖向壁22的外壁上周向设置用于与钢轮1内壁的齿形啮合的齿廓27。

凸轮4为阶梯圆台状，阶梯圆台状的大端位于柔轮2中，小端从柔轮2中伸出，凸轮4大端的外缘是椭圆形凸轮，椭圆形凸轮上紧配合柔性轴承3，组合成波发生器。柔性轴承3位于椭圆形凸轮和柔轮2的内壁之间；柔轮2外壁齿廓27的齿形与外部钢轮1内壁的齿形相匹配。

柔轮2的底盖21的外端连接输出轴6，输出轴6的根部位于钢轮1的筒体中且在钢轮1内壁和输出轴6之间设置支撑轴承5。输出轴6为空心轴，输出轴6的壁体上设置与固定孔25上下对应的连接孔，通过螺栓类似的连接件将输出轴6和柔轮2的底盖21刚性连接在一起。支撑轴承5承担输出轴6除旋转扭矩外的所有受力。

如图3，波发生器的转动迫使柔轮2的齿形与钢轮1的齿形周期性啮合和分离，达到减速的效果。柔轮和钢轮的齿廓齿形均为c齿型；钢轮齿形由柔轮齿形的运动包络形成。

本实用新型涉及的波发生器的凸轮4型线采用椭圆轮廓(即凸轮4大端的外缘的椭圆形凸轮)，椭圆的长轴和短轴根据谐波减速机的速比和齿轮模数确定，椭圆曲线的极坐标方程为式中a、b为椭圆曲线的长轴和短轴长度，ρb为极轴，为极角。

本实用新型的柔轮齿形确定过程为：先设定柔轮齿形采用圆弧齿型轮廓，则柔轮齿形轮廓的极坐标方程为式中(r0，θ0)为圆中心点极坐标，r为圆半径。由凸轮椭圆轮廓型线便可以根据微分几何求出其渐屈线s,其中此渐屈线乃是凸轮型线之法线族的包络，通过坐标变换，使得柔轮齿形的齿形轮廓的极坐标方程与渐屈线逼近拟合，同时考虑到柔轮齿顶圆直径，齿根圆直径，分度圆直径最终确定柔轮c齿型。根据波发生器的转动规律和柔轮c齿型8的变形情况，通过有限元分析法得出柔轮齿形包络10，绘制钢轮齿形9。

结合附图4说明柔轮c齿型具体结构，本实用新型柔轮齿廓27的c齿型8的齿高为h1,作为参照的传统渐开线齿形或圆弧齿形7的参照齿高为h2,c齿型8的齿高h1比渐开线齿形或圆弧齿形参照尺高h2多30％，并减小齿顶圆弧半径，增大齿根圆弧半径，改善齿形的受力情况。即c齿型的齿顶圆弧半径小于渐开线齿形或圆弧齿形的齿顶圆弧半径，而齿根圆弧半径大于渐开线齿形或圆弧齿形的齿根圆弧半径。谐波齿形啮合比例大于渐开线齿形或圆弧齿形50％，提高输出轴刚度和传递扭矩。根据波发生器的转动规律和柔轮c齿型8的变形情况，通过有限元分析法得出如图5所示的柔轮齿形包络10，并绘制钢轮齿形9。

钢轮1、柔轮2和凸轮4采用工程材料注塑成型。

钢轮1和凸轮4优选pps作为基材加上10％以上的碳纤维注塑成型；柔轮2采用pom或pa或pps或peek等材料中的一种为基材添加碳纤维或玻璃纤维或石墨或ptfe或二硫化钼注塑成型。

在上述工程材料中，碳纤维或玻璃纤维重量比例5％～35％增加零件的刚硬和耐磨性，石墨或ptfe重量比列2％～10％提高柔轮的自润滑性能和耐磨性，二硫化钼重量比列5％～15％提高耐磨性能。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本实用新型的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。