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TW201600761A - 可提升咬合率之諧波減速機 - Google Patents

可提升咬合率之諧波減速機 Download PDF

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Fang-Ling Nian
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Abstract

一種諧波減速機，主要包含有一剛性環齒輪、一嚙接於剛性環齒輪之撓性環齒輪，以及一抵接於撓性環齒輪之波產生器，藉由特殊的參數設計來修正波產生器的輪廓曲線，使得剛性環齒輪與撓性環齒輪之間的咬合率能夠顯著提升，如此即能達到增加傳動精度及減少平均負載的效果。

Description

可提升咬合率之諧波減速機
本發明與減速裝置有關，尤指一種可提升咬合率之諧波減速機。
諧波減速機是一種具有高減速比的減速裝置，在習知的結構配置上主要包含有一剛性環齒輪、一可轉動地設於剛性環齒輪內之撓性環齒輪，以及一可轉動地設於撓性環齒輪內之波產生器，其中的波產生器的輪廓形狀為橢圓形。當波產生器受到動力源之驅動時會開始轉動，這時候的撓性環齒輪會被波產生器之外周緣所推頂而產生變形，使得剛性環齒輪與撓性環齒輪之間在波產生器之長軸處可以完全咬合，而在波產生器之短軸處會完全脫離，由於剛性環齒輪與撓性環齒輪之間有齒數的差異，所以當波產生器持續轉動時，此一齒數差異便能達到高減速比的效果，如此即可產生高力矩之輸出。
由上述可知，當剛性環齒輪與撓性環齒輪之間的咬合率越高時，整體的傳動精度會越好，齒與齒之間的平均負載也會降低，然而因為剛性環齒輪與撓性環齒輪之間的咬合率主要取決於波產生器之長、短軸之間的曲率變化，為了讓波產生器之長、短軸之間具有最佳化的曲率關係，日本特許第4067037號專利案及第5256249號專利案分別針對波產生 器之長、短軸的曲率提出修正設計，但是在前述習用專利案中所使用的修正方程式有一定的複雜度，而且在修正過後所能達到的效果並不如預期中的理想。
本發明之主要目的在於提供一種諧波減速機，其能透過相對簡單的參數設計來達到提升咬合率、增加傳動精度，以及減少齒與齒之間的平均負載的效果。
為了達成前述目的，本發明之諧波減速機包含有一剛性環齒輪、一撓性環齒輪，以及一波產生器。該剛性環齒輪具有一內環齒部；該撓性環齒輪可轉動地設於該剛性環齒輪內且具有一外環齒部，該外環齒部嚙接於該剛性環齒輪之內環齒部；該波產生器可轉動地設於該撓性環齒輪內且具有呈橢圓形之一外周緣，該外周緣抵接於該撓性環齒輪之內環面，而且，該外周緣的曲率半徑定義為r，，x與y之間滿足以下橢圓參數式：x={a+C a ×(sin(4θ-(π/2))+1)}×sin θ，0θ2π y={a+C b ×(sin(4θ-(π/2))+1)}×sin θ，0θ2π
在前述參數式中，a為該波產生器之外周緣的半長軸，C a 為半長軸修正係數，b為該波產生器之外周緣的半短軸，C b 為半短軸修正係數，θ為該波產生器之外周緣的離心角。
藉此，當該諧波減速機之波產生器的外周緣經過曲率修正之後，在該波產生器驅動該撓性環齒輪相對該剛性環齒輪轉動的過程中，該剛性環齒輪之內環齒部與該撓性環齒輪之外環齒部之間會增加彼此咬合的齒數而表現出良好的 咬合率，使整體結構的傳動精度會隨之提升，齒與齒之間的平均負載會跟著降低。
10‧‧‧諧波減速機
20‧‧‧剛性環齒輪
22‧‧‧內環齒部
30‧‧‧撓性環齒輪
32‧‧‧外環齒部
40‧‧‧波產生器
42‧‧‧外周緣
第1圖為本發明之結構示意圖。
第2圖為本發明之波產生器的曲率修正示意圖。
請參閱第1圖，本發明之諧波減速機10包含有一剛性環齒輪20、一撓性環齒輪30，以及一波產生器40。
剛性環齒輪20具有一內環齒部22，撓性環齒輪30設置於剛性環齒輪20內且具有一外環齒部32，外環齒部32對應於剛性環齒輪20之內環齒部22。在此需要補充說明的是，剛性環齒輪20之內環齒部22的齒數比撓性環齒輪30之外環齒部32的齒數多了兩齒，而且，剛性環齒輪20與撓性環齒輪30之間具有相同的模數，在此所指的模數為齒輪的節徑除以齒數所得的商。
波產生器40設置於撓性環齒輪30內且具有呈橢圓形之一外周緣42，當波產生器40受到一動力源(圖中未示)之驅動而開始轉動時，撓性環齒輪30會被波產生器40之外周緣42所推頂而產生變形，使得剛性環齒輪20之內環齒部22與撓性環齒輪30之外環齒部32之間在波產生器40之長軸處可以完全咬合，而在波產生器40之短軸處會完全脫離。藉此，剛性環齒輪20即能被撓性環齒輪30所帶動來達到力矩輸出的效果。
請參閱第2圖，在對波產生器40之外周緣42進行修正之前，先藉由方程式(1)，0θ2π取得波產生器40之外周緣42的初始曲率半徑r 0，其中的a為波產生器40之外周緣42的半長軸，b為波產生器40之外周緣42的半短軸，θ為波產生器40之外周緣42的離心角，接著藉由方程式(2)取得波產生器40之外周緣42的初始周長S 0。
在開始修正時，先藉由方程式(3)E S =S-S 0=0.1m~0.8m取得波產生器40之外周緣42在修正後的周長S，其中的E S 為波產生器40之外周緣42在修正前、後的周長變化量，m為剛性環齒輪20的模數或撓性環齒輪30的模數，接著藉由方程式(4)取得波產生器40之外周緣42在修正後的曲率半徑r，並配合方程式(5)取得x與y之間的關係。由於波產生器40之外周緣42在修正之後的任一點座標(x,y)需要滿足以下橢圓參數式：x={a+C a ×(sin(4θ-(π/2))+1)}×sin θ，y={a+C b ×(sin(4θ-(π/2))+1)}×sin θ，0θ2π，其中的C a 為半長軸修正係數，C b 為半短軸修正係數，因此可以藉由方程式(5)及前述橢圓參數式得到C a 與C b 之間的關係，最後再由C a 與C b 之間的關係而讓波產生器40之外周緣42能夠調整到最佳化的橢圓曲線。
藉此，當波產生器40之外周緣42經過曲率修正之後，在波產生器40驅動撓性環齒輪30相對剛性環齒輪20轉動的過程中，剛性環齒輪20之內環齒部22與撓性環齒輪30之外環齒部32之間會讓嚙入嚙出的過程更加密集而增加彼 此所咬合的齒數，如此即能達到提升咬合率、增加傳動精度，以及降低各齒之平均負載的效果。
10‧‧‧諧波減速機
20‧‧‧剛性環齒輪
22‧‧‧內環齒部
30‧‧‧撓性環齒輪
32‧‧‧外環齒部
40‧‧‧波產生器
42‧‧‧外周緣

Claims (3)

  1. 一種可提升咬合率之諧波減速機，包含有：一剛性環齒輪，具有一內環齒部；一撓性環齒輪，可轉動地設於該剛性環齒輪內且具有一外環齒部，該外環齒部嚙接於該剛性環齒輪之內環齒部；以及一波產生器，可轉動地設於該撓性環齒輪內且具有呈橢圓形之一外周緣，該外周緣抵接於該撓性環齒輪之內環面，該外周緣之曲率半徑定義為r，，x與y之間滿足以下橢圓參數式：x={a+C a ×(sin(4θ-(π/2))+1)}×sin θ，0θ2π y={b+C b ×(sin(4θ-(π/2))+1)}×cos θ，0θ2π其中的a為該波產生器之外周緣的半長軸，C a 為半長軸修正係數，b為該波產生器之外周緣的半短軸，C b 為半短軸修正係數，θ為該波產生器之外周緣的離心角。
  2. 如請求項1所述之可提升咬合率之諧波減速機，其中該波產生器之外周緣的初始周長為S 0，， ，0θ2π，該波產生器之外周緣的修正後周長為S，，該波產生器之外周緣在修正前、後的周長變化量為E S ，E S =S-S 0=0.1m~0.8m，m為撓性環齒輪的模數。
  3. 如請求項2所述之可提升咬合率之諧波減速機，其中該剛性環齒輪與該撓性環齒輪之間具有相同的模數。
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