谐波减速器、机械臂及机器人的制作方法

1.本实用新型涉及机械传动技术领域，尤其涉及一种谐波减速器、机械臂及机器人。


背景技术：

2.谐波减速器广泛应用于各种机械传动的场景中，尤其是在机械臂以及机器人中，几乎是必不可少的一部分。谐波减速器又称谐波传动减速器，其主要由波发生器、柔轮、刚轮三个基本构件组成，是一种靠波发生器使柔轮产生可控弹性变形，并与刚轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动的装置。
3.现有技术中的一些谐波减速器刚轮固定有一个独立式的交叉滚子轴承，通过交叉滚子轴承的内环和外环分别与刚轮以及外接装置进行连接，使刚轮与外接装置相对旋转，但这种结构的谐波减速器受限于交叉滚子轴承，其抗弯能力较差，带负载能力较低，因而难以满足使用需求。


技术实现要素：

4.本实用新型提供了一种谐波减速器、机械臂及机器人，以至少部分地解决上述问题。
5.根据本技术实施例的第一方面，提供了一种谐波减速器，其包括波发生器、柔轮以及刚轮组件，所述刚轮组件包括内圈、外圈以及滑动轴承，所述柔轮分别与所述外圈和所述内圈啮合，所述滑动轴承设置于所述内圈与所述外圈之间，所述滑动轴承的轴线与所述刚轮组件的轴线共线，所述波发生器设置在所述柔轮内并驱动所述柔轮变形，以使所述柔轮的不同位置与所述内圈啮合，并驱动所述内圈通过所述滑动轴承相对于所述外圈转动。
6.在其中一个实施例中，所述外圈与所述内圈之间形成l型环槽，所述滑动轴承设置于所述l型环槽内。
7.在其中一个实施例中，所述滑动轴承包括：第一轴承部以及第二轴承部；所述第一轴承部设置于所述l型环槽的底部，且所述第一轴承部沿所述刚轮组件的轴向延伸到与所述第二轴承部垂直连接，所述第二轴承部封闭所述l型环槽，所述第二轴承部的外径大于所述第一轴承部的外径。
8.在其中一个实施例中，所述柔轮的外壁包括沿所述柔轮的轴向设置有第一外齿组以及第二外齿组，且所述第一外齿组以及所述第二外齿组分别包括多个外齿；所述内圈的内壁具有第一内齿组，所述外圈的内壁具有第二内齿组，且所述第一内齿组以及所述第二内齿组分别包括多个内齿；所述第一外齿组中的外齿与所述第一内齿组中的内齿啮合，所述第二外齿组中的外齿与所述第二内齿组中的内齿啮合。
9.在其中一个实施例中，所述第一内齿组中的内齿的数量与所述第二内齿组中的内齿的数量相等，且所述第一外齿组中的外齿的数量与所述第二外齿组中的外齿的数量不相等。
10.在其中一个实施例中，所述谐波减速器还包括至少两个柔性轴承，所述至少两个
柔性轴承设置在所述波发生器和所述柔轮之间，且每个所述柔性轴承沿所述柔轮的轴向依次设置。
11.在其中一个实施例中，所述谐波减速器还包括：支撑结构，所述支撑结构套设于所述波发生器上靠近所述外圈的一端，所述支撑结构用于支撑所述外圈。
12.在其中一个实施例中，所述支撑结构包括：支撑轴承以及卡圈，所述支撑轴承套设于所述波发生器外侧，所述卡圈固定套设于所述波发生器外侧，并位于所述支撑轴承的下部，所述卡圈对所述支撑轴承进行限位，所述支撑轴承的上部抵接所述外圈以对所述外圈进行支撑。
13.根据本技术实施例的第二方面，提供了一种机械臂，所述机械臂包括至少两个臂节和前述第一方面所提供的谐波减速器，所述谐波减速器连接在相邻的两个所述臂节之间，所述谐波减速器中的外圈与相邻的两个所述臂节中的一个连接，所述谐波减速器中的内圈与相邻的两个所述臂节中的另一个连接。
14.根据本技术实施例的第三方面，提供了一种机器人，所述机器人包括上述第二方面所提供的机械臂。
15.由于本实施例中的谐波减速器的刚轮组件中的内圈与外圈之间设置了滑动轴承，且滑动轴承的轴线与刚轮组件的轴线共线，并且波发生器设置在柔轮内并驱动柔轮变形，以使柔轮的不同位置与内圈啮合，并驱动内圈通过滑动轴承相对于外圈转动，因此在本实施例中的谐波减速器的结构中不再使用传统的交叉滚子轴承而使用滑动轴承，相对于独立式的交叉滚子轴承，滑动轴承在内圈相对于外圈转动时，内圈与滑动轴承、外圈与滑动轴承之间的接触面大大提升，因而可以在运动时刚轮组件与滑动轴承相互挤压时有效减轻运动时内圈与滑动轴承、外圈与滑动轴承之间的压强，进而能够减小摩擦，增大扭矩，有效地提高了谐波减速器的带负载能力以及抗弯能力，也能使谐波减速器更加灵活，尤其在低速大负载条件下，能够有更加出色的使用效果。
附图说明
16.以下附图仅旨在于对本技术做示意性说明和解释，并不限定本技术的范围。
17.图1示出了根据本技术实施例中的谐波减速器的一个角度的可选的立体示意图。
18.图2示出了根据本技术实施例中的谐波减速器的可选的另一个角度的示意图。
19.图3示出了根据图2中的谐波减速器的a-a向的剖视图。
20.附图标记说明：
21.1、波发生器；2、柔轮；3、刚轮组件；31、内圈；32、外圈；321、凸台结构；4、滑动轴承；41、第一轴承部；42、第二轴承部；5、密封圈；51、第一容纳槽；52、第二容纳槽；6、柔性轴承；71、支撑轴承；72、卡圈。
具体实施方式
22.为了使本领域的人员更好地理解本技术实施例中的技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术实施例保护的范围。
23.参照图1-图3，本技术实施例的第一方面提供了一种谐波减速器，其包括波发生器1、柔轮2以及刚轮组件3，所述刚轮组件3包括内圈31、外圈32以及滑动轴承4，所述柔轮2分别与所述外圈32和所述内圈31啮合，所述滑动轴承4设置于所述内圈31与所述外圈32之间，所述滑动轴承4的轴线与所述刚轮组件3的轴线共线，所述波发生器1设置在所述柔轮2内并驱动所述柔轮2变形，以使所述柔轮2的不同位置与所述内圈31啮合，并驱动所述内圈31通过所述滑动轴承4相对于所述外圈32转动。
24.由于本实施例中的谐波减速器的刚轮组件3中的内圈31与外圈32之间设置了滑动轴承4，且滑动轴承4的轴线与刚轮组件3的轴线共线，并且波发生器1设置在柔轮2内并驱动柔轮2变形，以使柔轮2的不同位置与内圈31啮合，并驱动内圈31通过滑动轴承4相对于外圈32转动，因此在本实施例中的谐波减速器的结构中不再使用传统的交叉滚子轴承而使用滑动轴承，相对于独立式的交叉滚子轴承，滑动轴承4在内圈31相对于外圈32转动时，内圈31与滑动轴承4、外圈32与滑动轴承4之间的接触面大大提升，因而可以在运动时刚轮组件3与滑动轴承4相互挤压时有效减轻运动时内圈31与滑动轴承4、外圈32与滑动轴承4之间的压强，进而能够减小摩擦，增大扭矩，有效地提高了谐波减速器的带负载能力以及抗弯能力，也能使谐波减速器更加灵活，尤其在低速大负载条件下，能够有更加出色的使用效果。
25.谐波减速器是现在广泛应用的一种传动机构，又称谐波传动减速器。器广泛应用于各种机械传动的场景中。
26.具体来说，本实施例中，波发生器1设置在柔轮2内，波发生器1为中空状，可以与电机的转动轴进行连接，进而在电机的转动轴的带动下使得波发生器1在柔轮2内发生转动。波发生器1与电机的转动轴之间的连接方式本实施例中不进行限制，例如可以为法兰连接、螺纹连接等。波发生器1可为凸轮结构。可选地，波发生器1为椭圆形。
27.本实施例中，波发生器1在转动过程中带动柔轮2形变，柔轮2在形变时驱动刚轮组件3的一部分转动，其中，刚轮组件3的内圈31与外圈32可相对转动，内圈31与外圈32之间设置的滑动轴承4可以提高内圈31转动的流畅程度，刚轮组件3的内圈31与柔轮2相接触的位置有与柔轮2的外壁相啮合的啮合齿，柔轮2的外壁上的啮合齿与内圈31上的啮合齿相配合，刚轮组件3的外圈32与柔轮2相接触的位置也有与柔轮2的外壁相啮合的啮合齿，柔轮2的外壁上的啮合齿与外圈32上的啮合齿相配合，柔轮2形变时带动内圈31相对外圈32转动。本实施例中的柔轮2可以是任意类型的柔轮，本实施例中不进行特别限制，应当理解只要能完成同样功能就应视为处于本技术实施例的囊括范围之内。例如，柔轮2可以为筒型柔轮。
28.本实施例中，可选地，所述柔轮2分别与外圈32和内圈31啮合具体可以是，所述柔轮2的外壁包括沿所述柔轮2的轴向设置有第一外齿组以及第二外齿组，且所述第一外齿组以及所述第二外齿组分别包括多个外齿；所述内圈31的内壁具有第一内齿组，所述外圈32的内壁具有第二内齿组，且所述第一内齿组以及所述第二内齿组分别包括多个内齿；所述第一外齿组中的外齿与所述第一内齿组中的内齿啮合，所述第二外齿组中的外齿与所述第二内齿组中的内齿啮合。
29.本实施例中，可选地，第一外齿组的多个外齿沿柔轮2的外壁的周向均布，第二外齿组的多个外齿沿柔轮2的外壁的周向均布，第一内齿组的多个内齿沿内圈31的内壁的周向均布，第二内齿组的多个内齿沿外圈32的内壁的周向均布。柔轮2的外壁上的第一外齿组与第二外齿组可以是沿柔轮2的轴向间隔设置的，再分别与第一内齿组以及第二内齿组啮
合。由于第一外齿组中的外齿与第一内齿组中的内齿啮合，第二外齿组中的外齿与第二内齿组中的内齿啮合，使得本实施例中的谐波减速器在制造时，可以依据实际需要，通过调整第一外齿组中的外齿的数量、第一内齿组中的内齿的数量、第二外齿组中的外齿的数量、第二内齿组中的内齿的数量中的一个或多个来调整制造出的谐波减速器的减速比，从而使得谐波减速器能有更好的减速性能。
30.本实施例中，柔轮2的外壁上的第一外齿组的外齿与第二外齿组中对应的外齿也可以是一体成型的，例如，当第一外齿组的外齿的数量以及所述第二内齿组中的内齿的数量相等时。可选地，在其中一个实施例中，所述第一内齿组中的内齿的数量与所述第二内齿组中的内齿的数量相等，且所述第一外齿组中的外齿的数量与所述第二外齿组中的外齿的数量不相等。从而能够使得本实施例中的谐波减速器有较好的使用效果，更好地满足减速性能需求。
31.滑动轴承即在滑动摩擦下工作的轴承，本实施例中不限制设置在内圈31与外圈32之间的滑动轴承4的形状，在一个可选的实施例中，所述外圈32与所述内圈31之间形成l型环槽，所述滑动轴承4设置于所述l型环槽内。在这一实施例中，滑动轴承4也为l型环状。
32.可选地，滑动轴承4可以填充进l型环槽中，并且将l型环槽封闭。
33.具体地，所述滑动轴承4包括：第一轴承部41以及第二轴承部42；所述第一轴承部41设置于所述l型环槽的底部，且所述第一轴承部41沿所述刚轮组件3的轴向延伸到与所述第二轴承部42垂直连接，所述第二轴承部42封闭所述l型环槽，所述第二轴承部42的外径大于所述第一轴承部41的外径。
34.具体来说，参照图3，第一轴承部41与第二轴承部42垂直连接，分别构成l型环状的滑动轴承4的两个垂直的部分，其中第一轴承部41沿刚轮组件3的轴向设置，第二轴承部42沿刚轮组件3的径向设置。因而，当滑动轴承4安装到l型环槽中时，第一轴承部41可填充于l型环槽的沿刚轮组件3的轴向部分，第二轴承部42可填充于l型环槽的沿刚轮组件3的径向部分。
35.可选地，当滑动轴承4安装到l型环槽中时，第二轴承部42的外侧壁可以与刚轮组件3的外侧壁处于同一圆柱面上，也就是说，第二轴承部42的外径可以与刚轮组件3的外径相同以封闭所述l型环槽。
36.本实施例中，相对于现有技术中的独立式的交叉滚子轴承，本实施例中的滑动轴承中，第一轴承部41能够起到与交叉滚子轴承相同的作用，但由于本实施例中的第一轴承部41与内圈31以及外圈32之间的接触面远大于交叉滚子轴承，因而可以在运动时内圈31、外圈32与第一轴承部41相互挤压时有效减轻运动时内圈31与滑动轴承4、外圈32与第一轴承部41之间的压强，进而能够减小摩擦，增大扭矩，有效地提高了谐波减速器的带负载能力以及抗弯能力，也能使谐波减速器更加灵活，尤其在低速大负载条件下，能够有更加出色的使用效果。
37.并且，由于本实施例中的滑动轴承的第一轴承部41相对于交叉滚子轴承来说，更不易受限于尺寸，因而在满足使用需求和结构强度的情况下，可以尽量地缩减其厚度，在实现相同技术效果的情况下，本实施例中的滑动轴承4的第一轴承部41可以较交叉滚子轴承的厚度减小50％以上，从而能够有效减小谐波减速器的体积。此外，滑动轴承包括的第一轴承部41以及第二轴承部42设置在刚轮组件3的内圈31以及外圈32之间，能够更好地保证刚
轮组件3的内圈31和外圈32的同轴度。
38.可以理解的是，本实施例中的谐波减速器相较于现有的使用交叉滚子轴承的谐波减速器，结构更紧凑，装配工序也显然更加方便。
39.由于滑动轴承在刚轮组件的内圈31以及外圈32中使用时，常常需要在滑动轴承4的安装位置设置润滑油以减小摩擦，因此，为了防止润滑油从滑动轴承4的安装位置(即l型环槽)漏出，本实施例中，可选地，所述谐波减速器还包括至少两个密封圈5，所述至少两个密封圈5分别设置于所述第二轴承部42的两侧，所述至少两个密封圈5与所述第二轴承部42接触。因此，通过至少两个密封圈5设置在第二轴承部42的两侧，使得润滑油被密封在滑动轴承4的安装位置(即l型环槽)，能够有效防止润滑油从中漏出，保证滑动轴承4的使用效果。
40.本实施例中不对密封圈5的类型进行限制，其可以是任意的密封圈，作为示例，可以是橡胶密封圈。另外，本实施例中对至少两个密封圈5与第二轴承部42接触的位置也不进行特别限制。
41.在其中一个实施例中，所述外圈32与所述第二轴承部42接触的一侧开设有第一容纳槽51，所述内圈31与所述第二轴承部42接触的一侧开设有第二容纳槽52，所述第一容纳槽51内以及所述第二容纳槽52内分别设置有至少一个所述密封圈5，所述第一容纳槽51中的至少一个所述密封圈5与所述第二轴承部42接触，所述第二容纳槽52中的至少一个所述密封圈5与所述第二轴承部42接触。
42.可以理解的是，第一容纳槽51以及第二容纳槽52分别是设置在刚轮组件3的外圈32以及内圈31上的环槽。因此，通过至少两个密封圈5分别设置在第二轴承部42的两侧的外圈32上的第一容纳槽51以及内圈31上的第二容纳槽52中，使得润滑油被密封在滑动轴承4的安装位置(即l型环槽)，能够有效防止润滑油从中漏出，保证滑动轴承4的使用效果。
43.需要说明的是，本实施例中不限制第一容纳槽51以及第二容纳槽52中的密封圈5的个数，其可以相同也可以不同。此外，本实施例中的刚轮组件3的内圈31与第二轴承部42接触的一侧以及外圈32与第二轴承部42接触的一侧还可以设置有更多的容纳槽，本实施例中也不进行具体限制。
44.在其中一个实施例中，所述谐波减速器还包括至少两个柔性轴承6，所述至少两个柔性轴承6设置在所述波发生器1和所述柔轮2之间，且每个所述柔性轴承6沿所述柔轮2的轴向依次设置。在使用该实施例中的谐波减速器时，由于存在至少两个柔性轴承6，波发生器1转动时首先带动两个柔性轴承6形变，随后柔性轴承6的形变带动套设在其上方的柔轮2形变，柔轮2进而带动与其啮合的刚轮组件3中的内圈31转动相对于外圈32转动。
45.由此，本实施例中的谐波减速器与传统的谐波减速器相比，采用了至少两个柔性轴承6，因而增加了柔轮2长度，能够显著提升柔轮2的负载能力，降低单个柔性轴承6的负担，从而能够提高整体谐波减速器的寿命。此外，至少两个柔性轴承6的弹性形变使得本实施例的谐波减速器能够获得较高的减速比。
46.在其中一个实施例中，所述谐波减速器还包括：支撑结构，所述支撑结构套设于所述波发生器1上靠近所述外圈32的一端，所述支撑结构用于支撑所述外圈32。
47.本实施例中不限制支撑结构的具体结构，在一个优选的实施例中，所述支撑结构包括：支撑轴承71以及卡圈72，所述支撑轴承71套设于所述波发生器1外侧，所述卡圈72固
定套设于所述波发生器1外侧，并位于所述支撑轴承71的下部，所述卡圈72对所述支撑轴承71进行限位，所述支撑轴承71的上部抵接所述外圈32以对所述外圈32进行支撑。
48.具体地，参照图3，在这一示意图中，刚轮组件3的外圈32设置有一个凸台结构321，凸台结构321位于柔轮2以及柔性轴承6的下方并且凸台结构321的上侧抵接在柔性轴承6的下侧，并对柔轮2以及柔性轴承6进行限位，而支撑结构中的支撑轴承71的上部抵接于凸台结构321上与其上侧相对的下侧，且套设于波发生器1的外侧，并且整体设置于外圈32与波发生器1之间。卡圈72套设于波发生器1外侧，且固定在波发生器1上，其抵接在支撑轴承71的下部，能够完成对支撑轴承71的限位，进而完成支撑结构对刚轮组件3的外圈32的支撑。
49.因此，支撑结构使得本技术实施例中的谐波减速器有更好的结构稳定度，还能够使得刚轮组件3在径向上得到稳定的支撑。
50.显然，支撑结构的支撑轴承71以及卡圈72也能更好地防止柔性轴承6从波发生器1以及柔轮2之间滑出。
51.由此可见，由于本实施例中的谐波减速器的刚轮组件3中的内圈31与外圈32之间设置了滑动轴承4，且滑动轴承4的轴线与刚轮组件3的轴线共线，并且波发生器1设置在柔轮2内并驱动柔轮2变形，以使柔轮2的不同位置与内圈31啮合，并驱动内圈31通过滑动轴承4相对于外圈32转动，因此在本实施例中的谐波减速器的结构中不再使用传统的交叉滚子轴承而使用滑动轴承，相对于独立式的交叉滚子轴承，滑动轴承4在内圈31相对于外圈32转动时，内圈31与滑动轴承4、外圈32与滑动轴承4之间的接触面大大提升，因而可以在运动时刚轮组件3与滑动轴承4相互挤压时有效减轻运动时内圈31与滑动轴承4、外圈32与滑动轴承4之间的压强，进而能够减小摩擦，增大扭矩，有效地提高了谐波减速器的带负载能力以及抗弯能力，也能使谐波减速器更加灵活，尤其在低速大负载条件下，能够有更加出色的使用效果。
52.并且，由于本实施例中的一个优选实施例中，滑动轴承4的第一轴承部41相对于交叉滚子轴承来说，更不易受限于尺寸，因而在满足使用需求和结构强度的情况下，可以尽量地缩减其厚度，在实现相同技术效果的情况下，本实施例中的滑动轴承4的第一轴承部41可以较交叉滚子轴承的厚度减小50％以上，从而能够有效减小谐波减速器的体积。此外，滑动轴承4包括的第一轴承部41以及第二轴承部42设置在刚轮组件的内圈31以及外圈32之间，能够更好地保证刚轮组件3的内圈31和外圈32的同轴度。
53.此外，该谐波减速器相较于现有的独立式的使用交叉滚子轴承的谐波减速器，结构更紧凑以及稳定，装配工序也显然更加方便。
54.本技术实施例中的第二方面提供了一种机械臂，该机械臂包括至少两个臂节和上述第一方面所提供的谐波减速器，谐波减速器连接在相邻的两个臂节之间，谐波减速器中的外圈32与相邻的两个臂节中的一个连接，谐波减速器中的内圈31与相邻的两个臂节中的另一个连接。
55.在该机械臂中，谐波减速器作为关节连接相邻的两个臂节，因此，在使用机械臂时，能够灵活地调节机械臂的转动，进一步由于本实施例中的机械臂采用了本实施例中第一方面所提供的谐波减速器，使得本实施例中的机械臂在灵活度高的基础上，有更高的效率，更小的体积、更好的带负载能力。
56.本技术实施例中的第三方面提供了一种机器人，其包括上述第二方面提供的机械
臂。因此，本实施例中的机器人有更小的体积、更好的带负载能力以及更好的灵活度和更高的效率。
57.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本技术实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围。