[发明专利]一种零回差谐波齿轮传动装置

说明书

本发明公开了一种零回差谐波齿轮传动装置，包括刚性齿轮、柔性齿轮和波发生器，所述波发生器由柔性轴承和弹性凸轮组成，所述柔性齿轮位于刚性齿轮内，所述柔性齿轮的上下两端与刚性齿轮的上下两端相啮合，所述柔性轴承位于弹性凸轮和柔性齿轮之间，所述弹性凸轮的形状为椭圆形，所述弹性凸轮的中心部位设置有轴孔，所述弹性凸轮的长轴方向上位于轴孔的两侧各设置有一个用于在弹性凸轮的长轴方向上两端形成凸轮薄壁的结构孔。本发明结构简单，设计合理，实现方便，不仅能够有效消除齿侧间隙，有效消除传动回差，而且保证了扭转刚度，使用寿命长，应用范围广，实用性强，推广应用价值高。

技术领域

本发明涉及传动装置技术领域，具体涉及一种零回差谐波齿轮传动装置。

背景技术

谐波齿轮传动是二十世纪50年代末和60年代初问世的一种崭新的齿轮传动。它与一般齿轮传动相比，具有传动比大、体积小、重量轻、精度高及噪声小等优点。此外，还具有通过密封壳体传动运动和动力的功能，使谐波齿轮传动具有其他一些传动装置无法比拟的优越性。近十几年来，谐波齿轮传动技术及传动装置已经被广泛应用于仪器仪表、汽车、机器人、精密光学设备等各个领域，无论是作为高灵敏度随动系统的精密谐波传动，还是作为传递大转矩的动力谐波传动，都表现出了良好的性能，其发展前景十分广阔。

目前，国内外相关学者几乎对该领域所有问题都进行过程度不同的研究，但许多问题至今仍无定论，规律并没有被揭示，仍有大量基础性工作有待开展。传动回差是精密谐波齿轮传动中的一项关键性能指标，在谐波齿轮传动传动回差方面，谐波齿轮传动传动回差主要源于齿侧间隙，其对传动系统传动回差值的影响约占系统整体传动回差值的70％以上。为达到减小传动回差的目的，几十年来国内外谐波传动领域的研究人员进行了许多针对消除谐波齿轮传动齿侧间隙的探索。

以2010年燕山大学殷燕的硕士毕业论文《零侧隙渐开线谐波齿轮传动的参数优化设计及有限元分析》为代表的部分学者，通过一系列优化算法得出谐波齿轮传动柔轮、刚轮轮齿的无侧隙啮合参数，从而在理论上可达到零传动回差的设计要求；此外，国内外大多数企业生产的谐波齿轮传动产品也试图通过提高柔轮、刚轮轮齿啮合齿面的加工及装配精度来尽量消除轮齿啮合侧隙，从而试图使得谐波传动产品具有较小的传动回差值。然而，由于实际加工水平的局限性，目前，无法通过上述方式理想化地实现大幅减小谐波齿轮传动传动回差的目的。如美国Harmonic Drive LLC公司生产的大部分产品传动回差值为3′左右，国内中技克美、谐波研究所等企业大部分产品传动回差水平在3′-6′。虽然个别型号产品通过优化的参数设计以及精密的加工设备使传动回差达到1′水平，但随着长时间工作齿面的磨损出现新的啮合侧隙，新的传动回差值随即产生。因此，仅从完善设计参数和提高加工水平很难实现谐波传动零传动回差的设计目标。

2001年R.Degen和R.Slatter在《Proceedings of Actuator》(电机论文集)上发表的论文《Hollow shaft micro servo actuators realized with the Micro HarmonicDrive》(基于微型谐波传动的空心轴微伺服电机)中，由德国Micromotion GmbH公司设计研发的微小型谐波齿轮传动装置通过具有弹性变形能力的行星式波发生器，对轮齿进行齿侧间隙补偿，从结构设计的角度出发使其实时具有零回差传动的可能。资料表明，该公司生产的微型谐波齿轮传动装置回差可控制在10左右，基本实现零回差的要求。但从结构分析可知，具有弹性变形的行星式波发生器与柔轮接触面积小(仅通过内啮合齿轮齿面接触)，柔轮、刚轮啮合齿数少，从而导致传动负载及功率低。此结构只适合微型谐波齿轮传动，不适合向大型谐波齿轮传动装置推广。

1995年范又功和曹炳和在国防工业出版社出版的《谐波齿轮传动技术手册》中，提出一种可消除齿啮合侧隙的调心凸轮，其结构分三部分，即上、下滑块及中间块。其中上、下滑块由圆柱螺旋弹簧支撑在中间滑块上，在弹簧力作用下上、下两滑块推动柔性轴承(3)使柔轮轮齿与刚轮轮齿紧密啮合，从而消除啮合侧隙。此结构虽然能够通过波发生器的弹性装置实现自动调节消除侧隙的功能，但结构设计过于复杂，同时引入新的移动摩擦副，因此尚存在一定缺陷。