一种超薄大中空轻量化减速机的制作方法

1.本发明涉及减速机技术领域，尤其涉及一种超薄大中空轻量化减速机。


背景技术：

2.机器人关节模组是协作机器人、移动机器人、类人形机器人等小型机器人的核心部件，通过减速机、电机模块化的关节模组，实现机器人快速便捷的装配和维护。目前，机器人关节模组正被越来越多地应用于服务类机器人行业中，对模组的小尺寸、大中空、外形扁平化、轻量化、高转矩密度、高可靠性有着严格的要求。
3.现有的机器人关节模组多为采用单刚轮结构谐波减速机与无框力矩电机的集成化设计，轴向长度过长，中空孔较小，外形尺寸上无法满足使用需求。另外，传统谐波减速机中的刚轮和柔轮均为金属材料制成，通过精密的机械加工成型和多道热处理与表面工艺处理，虽然实现了工作齿部的高强度和高耐疲劳特性，但无法实现新型关节模组的轻量化需求。以ptfe、pps、pai、peek等作为代表的特种工程塑料具有重量轻、耐高温、耐磨损、耐腐蚀、高强度、自润滑等一系列优异的综合性能在许多特殊领域正逐步替代金属、陶瓷等传统材料。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种超薄大中空轻量化减速机，其能够满足机器人关节模组的小尺寸、轻量化、高转矩密度、低振动噪音的应用需求。
5.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
6.一种超薄大中空轻量化减速机，包括波发生器、柔性轴承、柔轮、刚轮一和刚轮二，所述柔性轴承套装在波发生器外，所述柔轮套装在柔性轴承外，所述刚轮一和刚轮二套装在柔轮外，且所述刚轮一和刚轮二之间设有连接轴承，所述刚轮一的内齿和刚轮二的内齿分别与柔轮的外齿啮合；
7.所述波发生器在轴向方向上位于柔轮的中心位置，所述柔轮的轴向长度不超过刚轮一和刚轮二的总轴向长度；所述柔性轴承的数量为1-4个，且其轴向总长度不超过柔轮的轴向长度；当所述柔性轴承数量为1个时，其位于柔轮的中心位置；
8.所述波发生器、柔性轴承、柔轮、刚轮一和刚轮二中至少一个由工程塑料制成；减速机的外径与减速机的总轴向长度比大于3：1，所述波发生器的内孔孔径与减速机的总轴向长度比大于1：1；
9.所述柔轮外壁设有位于刚轮一和刚轮二中间缝隙位置的分隔部，所述分隔部将柔轮的外齿分隔为第一啮合齿及第二啮合齿，所述第一啮合齿与第二啮合齿齿形不同；所述第一啮合齿与刚轮一内齿同齿数或差齿数啮合，所述第二啮合齿与刚轮二内齿同齿数或差齿数啮合，且所述第一啮合齿与刚轮一内齿的齿数差和第二啮合齿与刚轮二内齿的齿数差不同。
10.通过采用上述技术方案，现有技术中的谐波减速机由于自身结构强度的要求，谐
波减速机的中空孔往往较小，中空孔径与减速机的轴向长度比为1：3-1：2，对于需要中孔孔径较大的应用场合，例如现有机器人关节模组需要在中空孔内穿设大量导线、气管、冷却水管时，在保证结构强度的前提下，现有技术中的谐波减速机无法满足要求。
11.而本发明中，将波发生器在轴向方向上设置于柔轮的中心位置，柔轮的轴向长度不超过刚轮一和刚轮二的总轴向长度，柔性轴承的数量为1-4个，且其轴向总长度不超过柔轮的轴向长度，而且柔性轴承数量为1个时设置在柔轮的中心的位置，这样尽可能减少减速机的轴向长度，同时可通过加大刚轮一、刚轮二、柔轮、柔性轴承和波发生器的外径，减小刚轮一、刚轮二、柔轮、柔性轴承和波发生器的轴向长度，实现减速机的超薄特性。现有机器人关节模组轴向要排布减速机、电机、刹车、编码器、驱动板等多种零部件，导致机器人关节模组轴向长度普遍过长，使用本发明的超薄减速机，则能够尽可能地缩短机器人关节模组的轴向长度。其中，本发明中减速机的外径与减速机轴向总长度的比大于3：1，保证减速机轴向长度变小时其扭转刚性和弯曲刚性不会减弱。
12.同时，本发明中波发生器内孔即减速机的中孔相应增大，波发生器的内孔孔径(即减速机孔径)与减速机的总轴向长度的比大于1：1，使得减速机达到超薄和大中空，不仅便于各种导线管道的排布，减少通线长度，使得线缆不易扭曲缠绕导致加速损坏，而且方便其他部件与减速机的输出端连接。另外，本发明的减速机中，波发生器、柔性轴承、柔轮、刚轮一和刚轮二中至少一个零件由工程塑料制成，以此来减轻减速机的重量，使其满足轻量化的应用需求。
13.另外，现有技术中柔轮与刚轮一和刚轮二同时进行啮合时，一般是一个同齿数啮合、另一个差齿数啮合，而且刚轮一的内齿和刚轮二的内齿是两种不同的齿形，柔轮外齿为轴向贯穿的单种齿形，因此无论柔轮外齿是何种齿形，在其与刚轮一和刚轮二啮合时，两对齿啮合中必然有至少一种无法达到最佳啮合状态，并且至少有一对齿啮合之间会留有一定的侧隙，而且由于刚轮一和刚轮二有相对运动，会对柔轮产生方向相反的两种力，这就导致减速机在啮合刚度、齿隙精度、传动精度、噪音、振动等各种性能上大打折扣。
14.本发明中利用分隔部将柔轮的外齿分隔为第一啮合齿和第二啮合齿，避免柔轮同一段外齿受到刚轮一和刚轮二两种不同作用力的相互影响。而且第一啮合外齿和第二啮合外齿齿形不同，这样第一啮合齿和第二啮合齿可以根据对应的刚轮一和刚轮二的内齿齿形啮合情况单独设计，可以将两段啮合都达到各自的最优解，从而整体优化柔轮与刚轮一、刚轮二的啮合效果。另外，第一啮合齿和第二啮合齿的齿数可以相同也可以不相同，与对应的刚轮一、刚轮二可以是同齿数啮合也可以是差齿数啮合，只要第一啮合齿与刚轮一内齿的齿数差和第二啮合齿与刚轮二内齿的齿数差不同即可，还可以根据刚轮一、刚轮二与柔轮之间的齿数差不同，设计出更大或更小的减速比。
15.进一步地，所述波发生器上设有与分隔部对应的分隔槽，且所述波发生器中位于分隔槽两侧的凸轮形状不同；所述柔性轴承数量至少为2个，且所述波发生器的两端凸轮分别与至少一个柔性轴承对应。
16.通过采用上述技术方案，波发生器的凸轮形状以分隔槽作为分界线，设计为两端形状不同的凸轮，来进一步优化柔轮的第一啮合齿与刚轮一内齿、第二啮合齿与刚轮二内齿的啮合效果。其中，当波发生器两端的凸轮形状不同时，柔性轴承至少要有2个，且波发生器两端的凸轮分别要至少与一个柔性轴承对应，以此保证工作效果。
17.进一步地，所述分隔部为凹槽或凸起，当所述分隔部为凹槽时，所述凹槽最深处柔轮的壁厚不小于0.1mm；当所述分隔部为凸起时，所述刚轮一和刚轮二之间设有与凸起配合的让位槽。
18.通过采用上述技术方案，分隔部设置为凹槽或凸起，利用凹槽或凸起将柔轮外齿分隔为第一啮合齿和第二啮合齿两部分，减少刚轮一和刚轮二分别与柔轮啮合时的相互影响。当分隔部为凹槽时，凹槽部分在减速机受到冲击时可以起到一定的缓冲作用。其中，凹槽最深处柔轮的壁厚不小于0.1mm，避免凹槽最深处壁厚过小影响柔轮的强度。当分隔部为凸起时，凸起可以在柔轮受力最集中的部位起到加强加固作用，防止柔轮在受到冲击时分隔部对应位置发生扭曲变形，提高减速机的抗冲击能力。
19.进一步地，所述柔轮、刚轮一、刚轮二中至少一个由工程塑料制成，且所述波发生器的凸轮外形为圆弧角过渡的多边形，所述柔轮与刚轮一、刚轮二为两点或两点以上的多点啮合。
20.通过采用上述技术方案，现有技术中谐波减速机的波发生器凸轮大多为180
°
对称的双凸结构，使得柔轮与刚轮啮合部位为180
°
对称的两点啮合，不仅导致柔轮和刚轮的啮合齿数有限，通常为总齿数的15％-25％，从而导致谐波减速机的刚性不强；而且两点支撑使得减速机的稳定性不强，当发生装配偏心或输入轴倾斜或减速机受到冲击时，减速机运转稳定性很差。
21.若柔轮和刚轮均为金属制成，对波发生器进行修形使得柔轮和刚轮进行多点啮合时，由于材料的变形能力有限，在多点啮合区域之间的过渡段很难保证柔轮与刚轮啮合的顺畅性，减速机运转易产生卡顿现象。而本发明中，柔轮、刚轮一和刚轮二中至少一个零件由工程塑料制成，配合将波发生器外形设置为圆弧角过渡的多边形，使得柔轮与刚轮一、刚轮二不仅可以常规的2点啮合，也可以是3点、4点甚至4点以上的多点啮合，不仅可以增大啮合总齿数或啮合总面积，还可以提升减速机运转的平稳性。
22.进一步地，工程塑料为pom、pet、纤维增强或添加改性的pet、pa6、pa66、pes、ptfe、pps、pai、peek、纤维增强或添加改性的peek、pi中的一种或多种。
23.通过采用上述技术方案，为波发生器、柔性轴承、柔轮、刚轮一和刚轮二中至少一个零件由工程塑料制成提供多种材料选择，可根据实际应用场合的使用需求，结合生产成本、使用寿命等，综合考虑选择合适的工程塑料。
24.进一步地，所述柔轮由工程塑料制成，且其壁厚增加1-4倍，所述柔轮外齿的齿高减小10％-40％、齿厚增加10％-50％。
25.通过采用上述技术方案，柔轮由工程塑料制成，相对于金属制成具有更好的柔性和弹性，因此柔轮壁厚与现有技术中同规格减速机中柔轮的厚度相比可增加1-4倍，从而保证减速机的整体刚性相对于柔轮由金属制成时不会明显减小，同时柔轮的柔性增加后柔变阻力减小，可以有效提升减速机的效率。另外，由于柔轮具有更好的柔性和弹性，柔轮外齿相对于现有技术中同型号减速机中常规柔轮的外齿，齿高减小10％-40％，齿厚增加10％-50％，从而增大柔轮外齿的啮合强度，提高减速机的扭转刚性。
26.进一步地，所述柔轮由添加5％-30％ptf的peek制成。
27.通过采用上述技术方案，柔轮使用添加5％-30％ptf的peek制成，可以减少柔轮内壁与柔性轴承外圈外壁的摩擦，同时减小柔轮外齿与两个刚轮内齿之间的摩擦，从而减少
减速机的噪音振动，提升减速机的效率，并提高柔轮和柔性轴承的使用寿命。
28.进一步地，所述柔轮内壁嵌套有ptfe环，且所述ptfe环的壁厚为0.2-1mm。
29.通过采用上述技术方案，在柔轮内壁嵌套ptfe环，减少柔轮内壁与柔性轴承外圈外壁的摩擦，而ptfe环的壁厚为0.2-1mm，避免ptfe环的壁厚过大带来柔动变形时不必要的效率损耗。
30.进一步地，所述刚轮一和刚轮二的内齿由工程塑料在金属材料内壁注塑成型后精加工制成。
31.通过采用上述技术方案，刚轮一和刚轮二的内齿部分由工程塑料直接在金属材料内壁注塑成型后形成一体化结构，然后精加工制出齿部，这样刚轮一、刚轮二与柔轮啮合的外齿也为工程塑料材质，进一步降低减速机的振动和噪音。
32.进一步地，所述刚轮一和刚轮二分别作为连接轴承的外圈和内圈，所述刚轮一和刚轮二与连接轴承形成一体化结构，且所述连接轴承为十字交叉滚子轴承、四点接触球轴承或双列深沟球轴承中的一种。
33.通过采用上述技术方案，刚轮一和刚轮二分别作为连接轴承的外圈和内圈，这样连接轴承与刚轮一、刚轮二一体化，进一步减小减速机的体积与重量。其中，连接轴承为十字交叉滚子轴承、四点接触球轴承或双列深沟球轴承中的一种，十字交叉滚子轴承承载能力大，特别是弯矩承载能力强，并且通常做成负游隙，旋转精度高，通常不适用于高转速。双列深沟球轴承可承受径向负荷与双向轴向负荷，相对于十字交叉滚子轴承可应用于较高转速，但承载能力相对较弱。四点接触球轴承也可承受径向负荷与双向轴向负荷，可做成超薄结构，可满足机器人关节模组轻量化的需求，但承载能力同样相对十字交叉滚子轴承较弱。可以根据减速机的实际使用场合需求，选择连接轴承的类型，以达到最优性能。
34.综上所述，本发明具有以下有益效果：
35.1、本发明中柔轮外壁设有将其外齿分隔为第一啮合齿与第二啮合齿的分隔部，第一啮合齿与第二啮合齿齿形不同，第一啮合齿与刚轮一内齿同齿数啮合或差齿数啮合，第二啮合齿与刚轮二内齿同齿数啮合或差齿数啮合，且第一啮合齿与刚轮一内齿的齿数差和第二啮合齿与刚轮二内齿的齿数差不同；这样第一啮合齿和第二啮合齿根据对应的刚轮一和刚轮二的内齿齿形啮合情况单独设计，可以将两段啮合都达到各自的最优解，从而整体优化柔轮与刚轮一、刚轮二的啮合效果；另外，第一啮合齿和第二啮合齿的齿数可以相同也可以不相同，与对应的刚轮一、刚轮二可以是同齿数啮合也可以是差齿数啮合，使得减速机可以根据刚轮一、刚轮二与柔轮之间的齿数差不同设计出更大或更小的减速比；
36.2、本发明中波发生器在轴向方向上设置于柔轮的中心位置，柔轮的轴向长度与刚轮一和刚轮二的总轴向长度一致，柔性轴承的数量为1-4个，其轴向总长度不超过柔轮的轴向长度，且柔性轴承数量为1个时也设置于柔轮的中心位置，这样尽可能减少减速机的轴向长度，同时可通过加大刚轮一、刚轮二、柔轮、柔性轴承和波发生器的外径，减小刚轮一、刚轮二、柔轮、柔性轴承和波发生器的轴向长度，实现减速机的超薄特性，从而尽可能低缩短机器人关节模组的轴向长度；其中，减速机的外径与减速机的总轴向长度比大于3：1，保证减速机轴向长度变小时其扭转刚性和弯曲刚性不会减弱；同时，波发生器内孔即减速机的中孔相应增大，波发生器的内孔孔径与减速机的总轴向长度比大于1：1，使得减速机达到超薄和大中空，不仅便于各种导线管道的排布，减少通线长度，使得线缆不易扭曲缠绕导致加
速损坏，而且方便其他部件与减速机的输出端连接；
37.3、本发明的波发生器、柔性轴承、柔轮、刚轮一和刚轮二中至少一个零件由工程塑料制成，以此来减轻减速机的重量，使其满足轻量化的应用需求；
38.4、本发明中柔轮由工程塑料制成，其壁厚增加1-4倍，柔轮外齿的齿高减小10％-40％、齿厚增加10％-50％，保证减速机的整体刚性相对于柔轮由金属制成时不会明显减小，且柔轮柔性增加后柔变阻力减小，可以有效提升减速机的效率，增大柔轮外齿的啮合强度，提高减速机的扭转刚性；
39.5、本发明中波发生器外形为圆弧角过渡的多边形，柔轮与刚轮一、刚轮二为两点或两点以上的多点啮合，增大柔轮与刚轮一、刚轮二的啮合齿数或啮合总面积，避免减速机运转时容易发生卡顿，提升减速机运转的平稳性和效率；
40.6、本发明中柔轮使用工程塑料制成，在受到非正常啮合作用力时，柔轮具有更好的变形能力，在轴向方向的自由活动空间内可以实现避让干涉，从而大幅降低减速机的振动和噪音，减速机在额定转矩、额定转速下1米距离内噪音可小于45分贝；
41.7、本发明的减速机轴向长度小、中空孔径大、重量小，具有超薄、超轻、大中孔等特性，其能够满足机器人关节模组的小尺寸、轻量化、高转矩密度、低振动噪音的应用需求。
附图说明
42.图1是一种超薄大中空轻量化减速机中分隔部为凹槽、连接轴承为十字交叉滚子轴承时的整体结构示意图；
43.图2是一种超薄大中空轻量化减速机中分隔部为凸起时的整体结构示意图；
44.图3是一种超薄大中空轻量化减速机中波发生器两端凸轮形状不同时的整体结构示意图；
45.图4是一种超薄大中空轻量化减速机中波发生器两端凸轮形状不同时波发生器的结构示意图
46.图5是一种超薄大中空轻量化减速机中刚轮一、刚轮二的内齿为工程塑料制成时的整体结构示意图；
47.图6是一种超薄大中空轻量化减速机中柔轮外齿的修形示意图；
48.图7是一种超薄大中空轻量化减速机中柔轮与刚轮一2点啮合时的示意图；
49.图8是一种超薄大中空轻量化减速机中柔轮与刚轮一3点啮合时的示意图；
50.图9是一种超薄大中空轻量化减速机中柔轮与刚轮二4点啮合时的示意图；
51.图10是一种超薄大中空轻量化减速机中连接轴承为四点接触球轴承时的整体结构示意图；
52.图11是一种超薄大中空轻量化减速机中连接轴承为双列深沟球轴承时的整体结构示意图。
53.图中，1、波发生器；11、分隔槽；2、柔性轴承；3、柔轮；31、分隔部；32、第一啮合齿；33、第二啮合齿；34、ptfe环；4、刚轮一；5、刚轮二；6、连接轴承。
具体实施方式
54.以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的
具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
55.一种超薄大中空轻量化减速机，如图1所示，包括波发生器1、柔性轴承2、柔轮3、刚轮一4和刚轮二5，柔性轴承2套装在波发生器1外，柔轮3套装在柔性轴承2外，刚轮一4和刚轮二5套装在柔轮3外，且刚轮一4和刚轮二5之间设有连接轴承6，刚轮一4的内齿和刚轮二5的内齿分别与柔轮3的外齿啮合。本发明中减速机的基本结构和基本工作原理和现有技术中双刚轮谐波减速机相同，不做过多赘述。
56.如图1所示，波发生器1在轴向方向上位于柔轮3的中心位置，柔轮3的轴向长度不超过刚轮一4和刚轮二5的总轴向长度，柔性轴承2的数量为1-4个，且其轴向总长度不超过柔轮3的轴向长度。在本实施例中，柔轮3的轴向长度与刚轮一4和刚轮二5的总轴向长度一致，柔性轴承2数量为一个且在轴向方向上设置于柔轮3的中心位置，且柔轮3轴向长度略大于柔性轴承2的轴向长度。在其他实施例中，柔性轴承2数量为一个时，其轴向长度也可以和柔轮3轴向长度相等。
57.现有技术中的谐波减速机由于自身结构强度的要求，谐波减速机的中空孔往往较小，中空孔径与减速机的轴向长度比为1：3-1：2，对于需要中孔孔径较大的应用场合，例如现有机器人关节模组需要在中空孔内穿设大量导线、气管、冷却水管时，在保证结构强度的前提下，现有技术中的谐波减速机无法满足要求。
58.因此，如图1所示，本发明中为尽可能减小减速机的轴向长度，同时不减弱减速机的扭转刚性和弯曲刚性，适当增加刚轮一4、刚轮二5、柔轮3、柔性轴承2和波发生器1的外径，同时加大波发生器1的内孔孔径。其中，减速机的外径与其轴向总长度的比大于3：1，减速机的中空孔径与其轴向总长度的比大于1:1，使得减速机结构具有超薄和大中孔特性，不仅便于各种导线管道的排布，减少通线长度，使得线缆不易扭曲缠绕导致加速损坏，而且方便其他部件与减速机的输出端连接。
59.在本实施例中，刚轮一4和刚轮二5的外径相等，代表减速机的外径，柔轮3的轴向长度与刚轮一4和刚轮二5的轴向总长度一致，代表减速机的轴向长度，波发生器1的内径孔径代表减速机的中空孔径，因此可以认为是刚轮一4的外径与柔轮3的轴向长度比大于3：1，波发生器1的内孔孔径与柔轮3的轴向长度比大于1：1。当然，在其他实施例中，刚轮一4和刚轮二5中的最大外径代表减速机的外径，柔轮3的轴向长度小于刚轮一4和刚轮二5的轴向总长度时，刚轮一4和刚轮二5的轴向总长度代表减速机的总轴向长度。
60.现有技术中柔轮与刚轮一和刚轮二同时进行啮合时，一般是一个为同齿数啮合、另一个为差2齿的差齿数啮合，而且刚轮一的内齿和刚轮二的内齿是两种不同的齿形，柔轮外齿为轴向贯穿的单种齿形，因此无论柔轮外齿是何种齿形，在其与刚轮一和刚轮二啮合时，两对齿啮合中必然有至少一种无法达到最佳啮合状态，并且至少有一对齿啮合之间会留有一定的侧隙，而且由于刚轮一和刚轮二有相对运动，会对柔轮产生方向相反的两种力，这就导致减速机在啮合刚度、齿隙精度、传动精度、噪音、振动等各种性能上大打折扣。
61.因此，如图1或图2所示，本发明中在柔轮3外壁设有位于刚轮一4和刚轮二5中间缝隙位置的分隔部31，分隔部31将柔轮3的外齿分隔为第一啮合齿32及第二啮合齿33，且第一啮合齿32与第二啮合齿33齿形不同，齿数可以相同也可以不同。具体地，第一啮合齿32与刚轮一4内齿同齿数啮合或差齿数啮合，第二啮合齿33与刚轮二5内齿同齿数啮合或差齿数啮合，且第一啮合齿32与刚轮一4内齿的齿数差和第二啮合齿33与刚轮二5内齿的齿数差不
同。
62.这样第一啮合齿32和第二啮合齿33可以根据对应的刚轮一4和刚轮二5的内齿齿形啮合情况单独设计，使得两段啮合都达到各自的最优解，从而整体优化柔轮3与刚轮一4、刚轮二5的啮合效果。另外，还可以根据刚轮一4、刚轮二5和柔轮3之间的齿数差不同，为减速机设计出更大或更小的减速比。
63.除此之外，如图3和图4所示，波发生器1上设有与分隔部31对应的分隔槽11，波发生器1以分隔槽11为分界线设计为两端形状不同的凸轮，来进一步优化柔轮3的第一啮合齿32与刚轮一4内齿、第二啮合齿33与刚轮二5内齿的啮合效果。此时，柔性轴承2的数量要至少设有两个，且波发生器1两端的凸轮要分别对应至少一个柔性轴承2。其中，以分隔槽11作为波发生器1两端不同形状凸轮的分界线，分隔槽11便于加工，在其他实施例中，分隔槽11也用凸起或分隔间隙替代。
64.在本实施例中，如图1和图2所示，分隔部31可以是凹槽也可以是凸起。如图1所示，当分隔部31为凹槽时，不仅可以利用凹槽将柔轮3外齿分隔为第一啮合齿32和第二啮合齿33两部分，减少刚轮一4和刚轮二5分别与柔轮3啮合时的相互影响，而且凹槽部分在减速机受到冲击时可以起到一定的缓冲作用。其中，凹槽位置最深处的柔轮3壁厚要不小于0.1mm，避免凹槽处柔轮3壁厚过小而影响柔轮3的强度。
65.如图2所示，当分隔部31为凸起时，不仅可以利用凸起将柔轮3外齿分隔为第一啮合齿32和第二啮合齿33两部分，减少刚轮一4和刚轮二5分别与柔轮3啮合时的相互影响，而且凸起可以在柔轮3受力最集中的部位起到加强加固作用，防止柔轮3在受到冲击时分隔部31对应位置发生扭曲变形，提高减速机的抗冲击能力。其中，在刚轮一4和刚轮二5之间设有与凸起配合的让位槽，避免凸起与刚轮一4或刚轮二5发生干涉。当然，在其他实施例中，也可以分隔部31也可以是第一啮合齿32和第二啮合齿33相互靠近一端之间的一段空间间隙。
66.在本发明中，为了减轻减速机的整体重量，波发生器1、柔性轴承2、柔轮3、刚轮一4和刚轮二5中至少一个使用工程塑料制成，且工程塑料可以是如pom、pet、纤维增强或添加改性的的pet、pa6、pa66、pes、ptfe、pps、peek、纤维增强或添加改性的peek、pi中的一种或多种，大大减轻减速机的重量，而且可以大幅减少电机发热向减速机的传导，避免减速机高温运行。当然，在其他实施例中，波发生器1也可以使用铝或铝合金等高强度低密度的金属材料制成。
67.在本实施例中，柔轮3由添加5％-30％ptf的peek制成，由于工程塑料材质具有自润滑作用，可以大幅减少甚至杜绝润滑油脂的使用，从而彻底避免减速机的漏油风险，还可以减少柔轮3内壁和柔性轴承2外圈外壁的摩擦，同时减小柔轮3外齿与刚轮一4、刚轮二5内齿之间的摩擦，从而减少减速机的振动，提升减速机的效率，并提高柔轮3和柔性轴承2的使用寿命。其中，如图1所示，在本实施例中，在柔轮3内壁嵌套有ptfe环34，且ptfe环34的壁厚为0.2-1mm，利用ptfe环34进一步减少柔轮3内壁和柔性轴承2外圈外壁的摩擦。
68.如图5所示，在本实施例中，刚轮一4和刚轮二5也可以是内齿由工程塑料在金属材料内壁注塑成型后精加工制成，进一步降低减速机的振动和噪音，且工程塑料内齿与柔轮3啮合的齿间隙小于钢材内齿与柔轮3啮合的齿间隙。
69.本发明中柔轮3没有受到固定，可以在轴向方向自由活动，且柔轮3使用工程塑料制成，在受到非正常啮合作用力时，柔轮3具有更好的变形能力，在轴向方向的自由活动空
间内可以实现很好的避让干涉，从而可以大幅降低减速机的振动和噪音，减速机在额定转矩、额定转速下1米距离的噪音可小于45分贝。
70.另外，现有技术中小型号谐波减速机的柔轮壁厚在0.5-1mm之间，大中型号谐波减速机的柔轮壁厚在1.5-2.0mm范围内，本发明中柔轮3由工程塑料制成，相较于金属具有更好的柔性和弹性，因此柔轮3壁厚可增加1-4倍。当柔轮3壁厚增加时，减速机的整体刚性相较于柔轮3由金属制成时不会明显减小，而且柔轮3柔性的增加可以使其柔变阻力减小，从而提高减速机的效率。
71.如图6所示，现有技术中，常规柔轮的齿高h1范围约为0.3-1mm，齿厚s1范围约为0.3-1mm。本发明中，工程材质的柔轮3具有更好的形变能力，因此可以对柔轮3外齿进行修形，将柔轮3外齿的齿高减小10％-40％、齿厚增加10％-50％，也就是本发明中柔轮3外齿的齿高h2范围约为同型号谐波减速机对应常规柔轮的齿高h1的0.6-0.9倍，本发明中柔轮3外齿的齿厚s2范围约为同型号谐波减速机对应常规柔轮的齿厚s1的1.1-1.5倍。这样来增大柔轮3外齿与刚轮一4、刚轮二5内齿的啮合强度，提高减速机的扭转刚性。
72.如图7所示，现有技术中谐波减速机的波发生器凸轮大多为180
°
对称的双凸结构，使得柔轮与刚轮啮合部位为180
°
对称的两点啮合，不仅导致柔轮和刚轮的啮合齿数有限，通常为总齿数的15％-25％，从而导致谐波减速机的刚性不强；而且两点支撑使得减速机的稳定性不强，当发生装配偏心或输入轴倾斜或减速机受到冲击时，减速机运转稳定性很差。若柔轮和刚轮均为金属制成，对波发生器进行修形使得柔轮和刚轮进行多点啮合时，由于材料的变形能力有限，在多点啮合区域之间的过渡段很难保证柔轮与刚轮啮合的顺畅性，减速机运转易产生卡顿现象。
73.而本发明中柔轮3、刚轮一4、刚轮二5中至少一个由工程塑料制成，具有更好的柔性和弹性，柔轮3与刚轮一4、刚轮二5啮合时有更大的避让干涉的能力，因此波发生器1凸轮的形状可以有更多种设计的可能性。因此，如图7、图8和图9所示，本发明中将波发生器1(标记在图1中)外形为圆弧角过渡的多边形，柔轮3与刚轮一4、刚轮二5为如图7所示的2点啮合，或如图8所示的3点啮合、或如4所示的4点啮合，柔轮3与刚轮一4、刚轮二5的多点啮合，不仅可以增大啮合总齿数或啮合总面积，还可以避免卡顿，提升减速机运转的平稳性。当然，当波发生器1两端的凸轮形状不同时，柔轮3与刚轮一4、刚轮二5的啮合点数可以相同也可以不同。
74.在发明中，为进一步降低减速机的重量，如图1、图10和图11所示，将刚轮一4和刚轮二5分别作为连接轴承6的外圈和内圈，使得刚轮一4、刚轮二5与连接轴承6形成一体化结构。其中，连接轴承6为十字交叉滚子轴承、四点接触球轴承或双列深沟球轴承中的一种。
75.如图1所示，连接轴承6为十字交叉滚子轴承，十字交叉滚子轴承承载能力大，特别是弯矩承载能力强，并且通常做成负游隙，旋转精度高，通常不适用于高转速。如图10所示，连接轴承6为四点接触球轴承，四点接触球轴承可承受径向负荷与双向轴向负荷，可做成超薄结构，可满足机器人关节模组轻量化的需求，但承载能力相对于十字交叉滚子轴承较弱。如图11所示，连接轴承为双列深沟球轴承，双列深沟球轴承可承受径向负荷与双向轴向负荷，相较于十字交叉滚子轴承可应用于较高转速，但承载能力相对较弱。可以根据减速机的实际使用场合需求，选择连接轴承6的类型，以达到最优性能。
76.上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局
限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种超薄大中空轻量化减速机，其特征在于：包括波发生器(1)、柔性轴承(2)、柔轮(3)、刚轮一(4)和刚轮二(5)，所述柔性轴承(2)套装在波发生器(1)外，所述柔轮(3)套装在柔性轴承(2)外，所述刚轮一(4)和刚轮二(5)套装在柔轮(3)外，且所述刚轮一(4)和刚轮二(5)之间设有连接轴承(6)，所述刚轮一(4)的内齿和刚轮二(5)的内齿分别与柔轮(3)的外齿啮合；所述波发生器(1)在轴向方向上位于柔轮(3)的中心位置，所述柔轮(3)的轴向长度不超过刚轮一(4)和刚轮二(5)的总轴向长度；所述柔性轴承(2)的数量为1-4个，且其轴向总长度不超过柔轮(3)的轴向长度；当所述柔性轴承(2)数量为1个时，其位于柔轮(3)的中心位置；所述波发生器(1)、柔性轴承(2)、柔轮(3)、刚轮一(4)和刚轮二(5)中至少一个由工程塑料制成；减速机的外径与减速机的总轴向长度比大于3：1，所述波发生器(1)的内孔孔径与减速机的总轴向长度比大于1：1；所述柔轮(3)外壁设有位于刚轮一(4)和刚轮二(5)中间缝隙位置的分隔部(31)，所述分隔部(31)将柔轮(3)的外齿分隔为第一啮合齿(32)及第二啮合齿(33)，所述第一啮合齿(32)与第二啮合齿(33)齿形不同；所述第一啮合齿(32)与刚轮一(4)内齿同齿数或差齿数啮合，所述第二啮合齿(33)与刚轮二(5)内齿同齿数或差齿数啮合，且所述第一啮合齿(32)与刚轮一(4)内齿的齿数差和第二啮合齿(33)与刚轮二(5)内齿的齿数差不同。2.根据权利要求1所述的一种超薄大中空轻量化减速机，其特征在于：所述波发生器(1)上设有与分隔部(31)对应的分隔槽(11)，且所述波发生器(1)中位于分隔槽(11)两侧的凸轮形状不同；所述柔性轴承(2)数量至少为2个，且所述波发生器(1)的两端凸轮分别与至少一个柔性轴承(2)对应。3.根据权利要求1或2所述的一种超薄大中空轻量化减速机，其特征在于：所述分隔部(31)为凹槽或凸起，当所述分隔部(31)为凹槽时，所述凹槽最深处柔轮(3)的壁厚不小于0.1mm；当所述分隔部(31)为凸起时，所述刚轮一(4)和刚轮二(5)之间设有与凸起配合的让位槽。4.根据权利要求1或2所述的一种超薄大中空轻量化减速机，其特征在于：所述柔轮(3)、刚轮一(4)、刚轮二(5)中至少一个由工程塑料制成，且所述波发生器(1)的凸轮外形为圆弧角过渡的多边形，所述柔轮(3)与刚轮一(4)、刚轮二(5)为两点或两点以上的多点啮合。5.根据权利要求1所述的一种超薄大中空轻量化减速机，其特征在于：工程塑料为pom、pet、纤维增强或添加改性的pet、pa6、pa66、pes、ptfe、pps、pai、peek、纤维增强或添加改性的peek、pi中的一种或多种。6.根据权利要求1或5所述的一种超薄大中空轻量化减速机，其特征在于：所述柔轮(3)由工程塑料制成，且其壁厚增加1-4倍，所述柔轮(3)外齿的齿高减小10％-40％、齿厚增加10％-50％。7.根据权利要求6所述的一种超薄大中空轻量化减速机，其特征在于：所述柔轮(3)由添加5％-30％ptf的peek制成。8.根据权利要求1所述的一种超薄大中空轻量化减速机，其特征在于：所述柔轮(3)内壁嵌套有ptfe环(34)，且所述ptfe环(34)的壁厚为0.2-1mm。
9.根据权利要求1所述的一种超薄大中空轻量化减速机，其特征在于：所述刚轮一(4)和刚轮二(5)的内齿由工程塑料在金属材料内壁注塑成型后精加工制成。10.根据权利要求1所述的一种超薄大中空轻量化减速机，其特征在于：所述刚轮一(4)和刚轮二(5)分别作为连接轴承(6)的外圈和内圈，所述刚轮一(4)和刚轮二(5)与连接轴承(6)形成一体化结构，且所述连接轴承(6)为十字交叉滚子轴承、四点接触球轴承或双列深沟球轴承中的一种。

技术总结
本发明提供了一种超薄大中空轻量化减速机，涉及减速机技术领域，包括波发生器、柔性轴承、柔轮、刚轮一和刚轮二，柔轮轴向长度不超过刚轮一和刚轮二总轴向长度，柔性轴承轴向总长度不超过柔轮轴向长度；波发生器、柔性轴承、柔轮、刚轮一和刚轮二中至少一个由工程塑料制成，减速机外径与其总轴向长度比大于3：1，波发生器内孔孔径与减速机总轴向长度比大于1：1；柔轮外壁设有齿形不同的第一啮合齿及第二啮合齿，第一啮合齿与刚轮一内齿同齿数或差齿数啮合，第二啮合齿与刚轮二内齿同齿数或差齿数啮合，第一啮合齿与刚轮一内齿的齿数差和第二啮合齿与刚轮二内齿的齿数差不同。本发明能满足模组小尺寸、轻量化、高转矩密度、低振动噪音的需求。的需求。的需求。


技术研发人员：童彤 顾京君
受保护的技术使用者：南通振康焊接机电有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/8/13