專利名稱：具有離合功能的諧波減速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種諧波減速器，特別是一種在一方向受力時(shí)可以產(chǎn)生固定作用，而另一方向受力時(shí)則可以自由旋轉(zhuǎn)的諧波減速器結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
諧波減速器是一種利用柔性組件產(chǎn)生彈性機(jī)械波來傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的一種齒輪傳動(dòng)，亦稱為“諧波齒輪傳動(dòng)(簡(jiǎn)稱諧波傳動(dòng))”。圖1為顯示現(xiàn)有的諧波減速器結(jié)構(gòu)，主要包含有三個(gè)組件一個(gè)具有內(nèi)齒輪的剛輪A、一個(gè)具有外齒輪的柔輪B，以及一個(gè)波發(fā)生器C。做為減速器使用時(shí)，一般都是采用剛輪A固定、波發(fā)生器C主動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)、柔輪B輸出動(dòng)力的形式。 柔輪B則是一種可產(chǎn)生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內(nèi)徑等于或略大于波發(fā)生器的總外徑。波發(fā)生器C是使柔輪B產(chǎn)生可控彈性變形的構(gòu)件；波發(fā)生器C具有一中心軸，該中心軸裝有可形變滾動(dòng)軸承而構(gòu)成滾輪，波發(fā)生器C組合于柔輪B內(nèi)部，使其外徑與柔輪B的內(nèi)壁相互壓緊，且波發(fā)生器C連接動(dòng)力源(一般為馬達(dá))。當(dāng)波發(fā)生器C裝入柔輪B后，迫使柔輪的端面由原先的圓形變成橢圓形，進(jìn)而使其橢圓形的長(zhǎng)軸兩端附近的外齒輪與剛輪A的內(nèi)齒輪完全嚙合,而短軸兩端附近的外齒輪則與剛輪的內(nèi)齒輪完全脫開；而周長(zhǎng)上其它區(qū)段的外齒輪則處于和剛輪的內(nèi)齒輪嚙合和脫離的過渡狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪的變形會(huì)不斷改變，使柔輪B與剛輪A的嚙合狀態(tài)也不斷改變，產(chǎn)生嚙入、嚙合、嚙
出、脫開、再嚙入......，周而復(fù)始地進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)柔輪相對(duì)剛輪沿波發(fā)生器C相反方向
的緩慢旋轉(zhuǎn)。在傳動(dòng)過程中，波發(fā)生器C旋轉(zhuǎn)一周，柔輪B上某點(diǎn)變形的循環(huán)次數(shù)稱為波數(shù)，以η表示。常用的是雙波傳動(dòng)，其柔輪應(yīng)力較小，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易于獲得大的傳動(dòng)比，故為目前應(yīng)用最廣的一種。諧波齒輪傳動(dòng)的柔輪和剛輪的周節(jié)相同，但齒數(shù)不等。當(dāng)剛輪固定、波發(fā)生器主動(dòng)旋轉(zhuǎn)、柔輪從動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為i=-BI/(Al-Bl)式中A1、B1分別為剛輪A與柔輪B的齒數(shù)。由于柔輪齒數(shù)很多，因此，諧波減速器可獲得很大的傳動(dòng)比。諧波減速器在諧波傳動(dòng)中，由于齒與齒的哨合是面接觸，加上同時(shí)哨合齒數(shù)較多，因而單位面積的負(fù)荷小，使得承載能力較其它傳動(dòng)形式高，且傳動(dòng)比大，單級(jí)諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比可達(dá)i = 70 500 ;再加上具有體積小、重量輕、傳動(dòng)效率高、壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)平穩(wěn)、無沖擊、低噪音、運(yùn)動(dòng)精度高等特點(diǎn)，因此是一種應(yīng)用十分廣泛的減速器。由于柔輪在減速傳動(dòng)過程中需要承受較大的交變負(fù)荷，致使柔輪較容易損壞，因而對(duì)柔輪材料的抗疲勞強(qiáng)度、加工和熱處理技術(shù)要求較高，制程技術(shù)也較復(fù)雜；另外，傳統(tǒng)諧波減速器的剛輪與柔輪嚙合位置與輸出軸的距離較遠(yuǎn)，因而容易產(chǎn)生因?yàn)椴煌S而晃動(dòng)的狀況，增加了摩擦發(fā)熱及噪音等問題。為了解決前述的問題，本案申請(qǐng)人所提出的第101210934號(hào)的諧波減速器臺(tái)灣專利申請(qǐng)案，則是將波發(fā)生器組合于柔輪與一動(dòng)力源，使柔輪產(chǎn)生變形而局部嚙合剛輪；該柔輪被固定，剛輪則連接一輸出軸；藉由動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)由柔輪帶動(dòng)該剛輪與輸出軸同步旋轉(zhuǎn)。但是，所述諧波減速器中的柔輪直接被固定在減速器的機(jī)殼或其它組件，以致于柔輪在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生形變時(shí)容易產(chǎn)生受力不均的內(nèi)應(yīng)力，柔輪破裂損壞的機(jī)率較高；此外，柔輪的形變量受到較大限制，無法進(jìn)一步調(diào)整剛輪與柔輪的齒差，亦即無法達(dá)成不同的減速比來滿足更大范圍的輸出需求。另一方面，現(xiàn)有或前述第101210934號(hào)的申請(qǐng)案的諧波減速器柔輪均為固定地設(shè)置，亦即連帶地使設(shè)于剛輪的輸出軸始終受到阻力限制，因而限制了諧波減速器的應(yīng)用范圍。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的，在于解決一般諧波減速器的柔輪均始終被固定，以致于配合柔輪的剛輪及設(shè)于剛輪的輸出軸始終均受到阻力，因而限制了諧波減速器的應(yīng)用范圍的問題。本實(shí)用新型提供的具有離合功能的諧波減速器，其主要特征是利用一固定座將單向離合器設(shè)于柔輪，柔輪則被波發(fā)生器驅(qū)動(dòng)；藉此，當(dāng)動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)波發(fā)生器往第一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，使單向離合器咬合而鎖定固定座，同時(shí)柔輪產(chǎn)生形變而能帶動(dòng)剛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，再由剛輪帶動(dòng)輸出軸旋轉(zhuǎn)；當(dāng)輸出軸受到外力作用而使其轉(zhuǎn)速快于剛輪的轉(zhuǎn)速時(shí)，則輸出軸將經(jīng)由剛輪連動(dòng)單向離合器往相反的第二方向脫離，使得波發(fā)生器相對(duì)于柔輪而言無轉(zhuǎn)速，因而使波發(fā)生器得以和柔輪一起被剛輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型的技術(shù)手段，包括有一剛輪、一固定座、一單向離合器、一柔輪與一波發(fā)生器；其中，剛輪具有內(nèi)空間，該內(nèi)空間的內(nèi)壁面圓周形成有由多個(gè)內(nèi)輪齒構(gòu)成的內(nèi)齒輪，該剛輪連接一輸出軸；該固定座為一環(huán)狀體，固定座被設(shè)于柔輪的外徑；所述單向離合器被設(shè)于固定座的外徑，該單向離合器受到作用力往第一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生咬合作用，往相反的第二方向旋轉(zhuǎn)時(shí)則會(huì)解除咬合；該柔輪為一薄壁圓筒，其外表面圓周形成有由多個(gè)外輪齒構(gòu)成的外齒輪，柔輪的外徑被固定于所述固定座的內(nèi)徑；波發(fā)生器組合于柔輪的內(nèi)徑，藉以使柔輪產(chǎn)生變形而使部分所述外齒輪嚙合該內(nèi)齒輪，該波發(fā)生器連接一動(dòng)力源以被驅(qū)動(dòng)往第一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)由單向離合器產(chǎn)生咬合令柔輪無法轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)剛輪與輸出軸旋轉(zhuǎn)；當(dāng)輸出軸受到外力作用致使其轉(zhuǎn)速高于波發(fā)生器的轉(zhuǎn)速時(shí)，則輸出軸將帶動(dòng)剛輪，再由剛輪帶動(dòng)柔輪，柔輪則帶動(dòng)固定座，使得設(shè)于固定座的單向離合器往相反的第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)脫離咬合，此時(shí)波發(fā)生器相對(duì)于柔輪而言無轉(zhuǎn)速，得以和柔輪一起被剛輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使連接波發(fā)生器的動(dòng)力源的中心軸被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型可以在固定座的內(nèi)徑設(shè)置多個(gè)呈圓周分布的彈性壁，并將柔輪的外徑固定于各彈性壁所圍的內(nèi)徑，讓柔輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中具有彈性。本實(shí)用新型藉由將柔輪外徑固定于固定座的彈性壁，再使柔輪嚙合于剛輪的結(jié)構(gòu)，使得柔輪被波發(fā)生器驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，與固定座不產(chǎn)生相對(duì)速度差，藉此提供柔輪額外穩(wěn)定的支撐，使柔輪雖形變卻不轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)柔輪與剛輪嚙合產(chǎn)生相對(duì)速度差，藉此提供剛輪減速旋轉(zhuǎn)作用，使得設(shè)于剛輪的輸出軸減速輸出。[0019]本實(shí)用新型的單向離合器可以是一種超越離合器，此超越離合器具有一外圈體、一外徑設(shè)有多個(gè)棘齒的內(nèi)圈體、多個(gè)滾柱、多個(gè)彈簧與多個(gè)頂梢，彈簧作用于頂梢而推動(dòng)滾柱進(jìn)入該棘齒與外圈體內(nèi)徑之間所形成的楔形槽，使得內(nèi)圈體往第一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，得以讓滾柱嵌緊于該楔形槽而帶動(dòng)外圈體旋轉(zhuǎn)，當(dāng)外圈體的轉(zhuǎn)速快于內(nèi)圈體的轉(zhuǎn)速時(shí)，則內(nèi)圈體相對(duì)于外圈體往第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使得滾柱和楔形槽松脫而解除咬合。本實(shí)用新型可以采用單向軸承取代所述單向離合器，以達(dá)到相同于前述的功能與效果。

圖1為顯示現(xiàn)有諧波減速器結(jié)構(gòu)的平面剖視圖。圖2為顯示本實(shí)用新型諧波減速器的組件組合關(guān)系的立體分解圖。圖3為顯示本實(shí)用新型諧波減速器結(jié)構(gòu)的平面剖視圖。 圖4為顯示本實(shí)用新型諧波減速器結(jié)構(gòu)的端面平面示意圖。圖5為顯示本實(shí)用新型單向離合器結(jié)構(gòu)的平面示意圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下I諧波減速器11剛輪111內(nèi)齒輪112輸出軸12柔輪121外齒輪122洞孔13波發(fā)生器131中心軸132外環(huán)體14固定座141彈性壁1411 穿孔5單向離合器51外圈體52內(nèi)圈體521 棘齒53 滾柱54 頂梢55 彈黃A 剛輪B 柔輪C波發(fā)生器具體實(shí)施方式
以下配合附圖及附圖標(biāo)記對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式做更詳細(xì)的說明，使熟習(xí)本領(lǐng)域的技術(shù)人員在研讀本說明書后能據(jù)以實(shí)施。參考圖2與圖3所示，本實(shí)用新型提供的諧波減速器1，包括有一剛輪11、一柔輪12、一波發(fā)生器13與一固定座14 ;其中，剛輪11具有內(nèi)空間，該內(nèi)空間的內(nèi)壁面圓周形成有由多個(gè)內(nèi)輪齒構(gòu)成的內(nèi)齒輪111 ;該剛輪11連接一輸出軸112 ;在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，輸出軸112可以一體成型地結(jié)合于剛輪11端部，輸出軸112可以設(shè)置多個(gè)洞孔或螺孔，便于組合另外的輸出裝置以輸出動(dòng)力。所述柔輪12可以采用具有適當(dāng)厚度的管材再加工出精確的形狀及尺寸，以及利用滾齒機(jī)將其外表面圓周形成出由多個(gè)外輪齒構(gòu)成的外齒輪121，該柔輪的一端邊進(jìn)一步設(shè)有多個(gè)洞孔122。所述固定座14為一環(huán)狀體，其內(nèi)徑設(shè)有多個(gè)呈等角度分布的彈性壁141 ;較佳的是，彈性壁141是經(jīng)由沖壓加工后留在固定座14內(nèi)徑的彈性片體，并在其上預(yù)留穿孔1411，而后再將各個(gè)彈性片體彎曲接近九十度而形成所述彈性壁141。固定座14的外徑則設(shè)置一單向離合器142，所述單向離合器142可以是一種“超越離合器”，如圖5所示，此超越離合器5具有一外圈體51、一外徑設(shè)有多個(gè)棘齒521的內(nèi)圈體52、多個(gè)滾柱53、多個(gè)頂梢54與多個(gè)彈簧55,彈簧55被安裝于設(shè)在內(nèi)圈體52的凹槽內(nèi)，并使每一彈簧55分別作用于每一頂梢54，進(jìn)而分別推動(dòng)滾柱53進(jìn)入該棘齒521與外圈體51內(nèi)徑之間所形成的楔形槽，因此，內(nèi)圈體52往第一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，得以讓滾柱53嵌緊于該楔形槽產(chǎn)生咬合，而外圈體往相反的第二方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，則滾柱53和楔形槽松脫而解除咬合。所述波發(fā)生器13為具有一中心軸131與一外環(huán)體132的可形變軸承，該中心軸131為接近正圓形的橢圓形，使得外環(huán)體132與中心軸131可以相對(duì)旋轉(zhuǎn)；該中心軸131用來連接一動(dòng)力源(圖中未顯示)，一般而言，所述動(dòng)力源是一種馬達(dá)。本實(shí)用新型的諧波減速器I的組件組合方式，是將柔輪12的外徑組合于固定座14的各彈性壁141所圍的內(nèi)徑中，并且利用螺絲或其它固定組件鎖穿過彈性壁141的穿孔1411與柔輪12的洞孔122而將柔輪12組合固定于固定座14的彈性壁141，亦即藉由彈性壁141直接連結(jié)柔輪12，固定座14的外徑則組合單向離合器5的內(nèi)圈體52內(nèi)徑；柔輪12再組合于剛輪11的內(nèi)空間，而波發(fā)生器13則組合于柔輪12內(nèi)徑中；柔輪12是一種可產(chǎn)生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內(nèi)徑等于或略大于波發(fā)生器13的總外徑；波發(fā)生器13則是使柔輪12產(chǎn)生可控彈性變形的構(gòu)件，當(dāng)波發(fā)生器13裝入柔輪12后，迫使柔輪12的端面由原先的圓形變成橢圓形(如圖4所示)，進(jìn)而使其橢圓形的長(zhǎng)軸兩端附近的外齒輪121與剛輪11的內(nèi)齒輪111完全嚙合，短軸兩端附近的外齒輪則與剛輪的內(nèi)齒輪完全脫開；而周長(zhǎng)上其它區(qū)段的外齒輪則處于和剛輪11的內(nèi)齒輪嚙合和脫離的過渡狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器13連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪12的變形會(huì)不斷改變，使柔輪12與剛輪11的嚙合狀態(tài)也不斷改變，產(chǎn)生嚙
入、嚙合、嚙出、脫開、再嚙入......，周而復(fù)始地進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)柔輪12相對(duì)剛輪11沿波發(fā)
生器相同方向的緩慢旋轉(zhuǎn)。利用本實(shí)用新型具有離合功能的諧波減速器，當(dāng)波發(fā)生器13受到驅(qū)動(dòng)往第一方向(例如順時(shí)針方向)旋轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)由單向離合器5的彈簧55將推動(dòng)頂梢54，頂梢54則推動(dòng)滾柱53進(jìn)入棘齒521與外圈體51內(nèi)徑所構(gòu)的楔形槽產(chǎn)生咬合，因而柔輪12無法轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使柔輪12驅(qū)動(dòng)剛輪11與輸出軸112同時(shí)旋轉(zhuǎn)；當(dāng)輸出軸112受到外力作用致使其轉(zhuǎn)速高于波發(fā)生器13的轉(zhuǎn)速時(shí)，受到輸出軸112帶動(dòng)的剛輪11會(huì)帶動(dòng)柔輪12，柔輪12則帶動(dòng)固定座14，使得設(shè)于固定座14的內(nèi)圈體52往相反的第二方向(逆時(shí)針方向)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得滾柱53脫離棘齒521與外圈體51內(nèi)徑構(gòu)成的楔形槽而解除咬合，此時(shí)波發(fā)生器13相對(duì)于柔輪12而言無轉(zhuǎn)速，因而得以和柔輪12 —起被剛輪11帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，使連接波發(fā)生器13的動(dòng)力源的中心軸131被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。此外，本實(shí)用新型藉由將柔輪12外徑固定于固定座14的彈性壁141，再使柔輪12嚙合于剛輪11的結(jié)構(gòu)，使得柔輪12被波發(fā)生器13驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，柔輪12與固定座14不產(chǎn)生相對(duì)速度差，藉此提供柔輪12額外穩(wěn)定的支撐，使柔輪12雖形變卻不轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)柔輪12與剛輪11嚙合產(chǎn)生相對(duì)速度差，藉此提供剛輪11減速旋轉(zhuǎn)作用，使得設(shè)于剛輪11的輸出軸112減速輸出。本實(shí)用新型也可以使用單向軸承(圖中未顯示)取代前述的單向離合器5，以達(dá)到相同的功能與效果；所述單向軸承為現(xiàn)有且普遍使用的機(jī)械組件，因此對(duì)于其結(jié)構(gòu)不再多加說明。本實(shí)用新型具有離合功能的諧波減速器可以被廣泛地運(yùn)用在多種領(lǐng)域；例如，將此具有離合功能的諧波減速器安裝于電動(dòng)自行車時(shí)，可以提供電力讓波發(fā)生器13往第一方向(順時(shí)針方向)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)單向離合器5咬合，柔輪12產(chǎn)生形變但不轉(zhuǎn)動(dòng)，因而帶動(dòng)剛輪11及輸出軸112減速輸出讓自行車前進(jìn)。當(dāng)不提供電力時(shí)，騎車者以腳踩踏鏈輪帶動(dòng)自行車的輸出軸112，進(jìn)而帶動(dòng)剛輪11，剛輪11再帶動(dòng)柔輪12往相反的第二方向(逆時(shí)針方向)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得單向離合器5脫離咬合，固定座14則被柔輪12帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)；利用此具有離合功能的諧波減速器，可以將波發(fā)生器13連接至發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，讓人力反向帶動(dòng)波發(fā)生器旋轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行發(fā)電并對(duì)電池充電。以上所述內(nèi)容僅為用以解釋本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非企圖據(jù)以對(duì)本實(shí)用新型做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的創(chuàng)作精神下所作有關(guān)本實(shí)用新型的任何修飾或變更，皆仍應(yīng)包括在本實(shí)用新型意圖保護(hù)的范疇。
權(quán)利要求1.一種具有離合功能的諧波減速器，其特征在于，包括一剛輪，具有內(nèi)空間，該內(nèi)空間的內(nèi)壁面圓周形成有由多個(gè)內(nèi)輪齒構(gòu)成的內(nèi)齒輪，該剛輪連接一輸出軸；一固定座，為一環(huán)狀體；一單向離合器，設(shè)于該固定座的外徑；一柔輪，為一薄壁圓筒，其外表面圓周形成有由多個(gè)外輪齒構(gòu)成的外齒輪，該柔輪的外徑被固定于該固定座的內(nèi)徑；一波發(fā)生器，組合于該柔輪的內(nèi)徑，使該柔輪產(chǎn)生變形而使所述外齒輪的部分外輪齒嚙合該內(nèi)齒輪，該波發(fā)生器連接一動(dòng)力源以被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而經(jīng)由該柔輪驅(qū)動(dòng)該剛輪與輸出軸旋轉(zhuǎn)。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的具有離合功能的諧波減速器，其特征在于，該固定座的內(nèi)徑設(shè)有多個(gè)呈圓周分布的彈性壁，該柔輪的外徑被固定于該固定座的各彈性壁所圍的內(nèi)徑，使得柔輪被波發(fā)生器驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，與固定座不產(chǎn)生相對(duì)速度差，而柔輪則與剛輪嚙合產(chǎn)生相對(duì)速度差，使得剛輪減速旋轉(zhuǎn)。
專利摘要一種具有離合功能的諧波減速器，包括有剛輪、柔輪與波發(fā)生器，該柔輪固定于一固定座，該固定座則設(shè)有一單向離合器；剛輪則連接一輸出軸，藉由動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)波發(fā)生器往第一方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，單向離合器得以咬合而讓固定座鎖定，同時(shí)柔輪產(chǎn)生形變而能帶動(dòng)剛輪往第一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，再由剛輪帶動(dòng)輸出軸同向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)輸出軸受到第一方向外力作用，致使輸出軸的轉(zhuǎn)速比剛輪的轉(zhuǎn)速更快時(shí)，則輸出軸將帶動(dòng)剛輪，再由剛輪帶動(dòng)柔輪，柔輪則帶動(dòng)固定座，使得設(shè)于固定座的單向離合器受到相反的第二方向的作用力而脫離，此時(shí)波發(fā)生器相對(duì)于柔輪而言無轉(zhuǎn)速，得以和柔輪一起被剛輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使波發(fā)生器及連接波發(fā)生器的中心軸被帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
文檔編號(hào)F16H1/32GK202833881SQ20122050541
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者葉駿紳 申請(qǐng)人:蘇州悍猛諧波機(jī)電有限公司