本发明公开一种筒壁厚度渐变式杯型柔轮及谐波齿轮传动装置，涉及传动装置技术领域，能够提升柔轮的使用寿命，进而延长谐波齿轮传动装置的使用寿命。该筒壁厚度渐变式杯型柔轮包括齿圈、筒体、筒底和法兰；其中，筒体包括依次连接的直线筒体段、薄壁筒体段和圆弧过渡段，薄壁筒体段和圆弧过渡段的外壁侧形状由互为相切的第一变厚曲线段和第二变厚曲线段构成，齿圈、直线筒体段、薄壁筒体段、圆弧过渡段和筒底依次连接，法兰设在筒底远离圆弧过渡段的面上；第一变厚曲线段的外壁侧形状由互为相切的第一曲线圆弧和第二曲线圆弧构成，直线)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 112762157 A (43)申请公布日 2021.05.07 (21)申请号 7.4 (22)申请日 2020.11.15 (71)申请人 北京中技克美谐波传动股份有限公 司 地址 100000 北京市顺义区临空经济核心 区裕满街5号院 (72)发明人 杨国强王浩刘倩倩 (51)Int.Cl. F16H 55/17 (2006.01) F16H 49/00 (2006.01) 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 (54)发明名称 筒壁厚度渐变式杯型柔轮及谐波齿轮传动 装置 (57)摘要 本发明公开一种筒壁厚度渐变式杯型柔轮 及谐波齿轮传动装置，涉及传动装置技术领域， 能够提升柔轮的使用寿命，进而延长谐波齿轮传 动装置的使用寿命。该筒壁厚度渐变式杯型柔轮 包括齿圈、筒体、筒底和法兰；其中，筒体包括依 次连接的直线筒体段、薄壁筒体段和圆弧过渡 段，薄壁筒体段和圆弧过渡段的外壁侧形状由互 为相切的第一变厚曲线段和第二变厚曲线段构 成，齿圈、直线筒体段、薄壁筒体段、圆弧过渡段 和筒底依次连接，法兰设在筒底远离圆弧过渡段 的面上；第一变厚曲线段的外壁侧形状由互为相 A 切的第一曲线圆弧和第二曲线 体段的外壁侧与第一曲线圆弧相切连接，第二曲 5 1 2 线圆弧与第二变厚曲线段的外壁侧相切连接。 6 7 2 1 1 N C CN 112762157 A 权利要求书 1/2页 1.一种筒壁厚度渐变式杯型柔轮，其特征在于，包括齿圈、筒体、筒底和法兰；其中， 所述筒体包括依次连接的直线筒体段、薄壁筒体段和圆弧过渡段，所述薄壁筒体段和 圆弧过渡段的外壁侧形状由互为相切的第一变厚曲线段和第二变厚曲线段构成，所述齿 圈、所述直线筒体段、所述薄壁筒体段、所述圆弧过渡段和所述筒底依次连接，所述法兰设 在所述筒底远离所述圆弧过渡段的面上； 所述第一变厚曲线段的外壁侧形状由互为相切的第一曲线圆弧和第二曲线圆弧构成， 所述直线筒体段的外壁侧与第一曲线圆弧相切连接，所述第二曲线圆弧与第二变厚曲线段 的外壁侧相切连接。 2.根据权利要求1所述的筒壁厚度渐变式杯型柔轮，其特征在于，所述直线筒体段、所 述薄壁筒体段和所述圆弧过渡段的内壁无缝且呈水平直线所述的筒壁厚度渐变式杯型柔轮，其特征在于，所述第二变厚曲线段 的外壁侧形状呈第三曲线圆弧，所述第二变厚曲线段的内壁侧形状呈第四曲线圆弧，且所 述第三曲线圆弧的圆弧半径为所述第四曲线所述的筒壁厚度渐变式杯型柔轮，其特征在于，所述第三曲线圆弧的 一端与所述第二曲线圆弧相切连接，所述第三曲线圆弧的另一端与所述筒底底面相切连 接。 5.根据权利要求4所述的筒壁厚度渐变式杯型柔轮，其特征在于，所述第二曲线圆弧与 所述第一变厚曲线段内壁形成壁厚的最薄处为直线所述的筒壁厚度渐变式杯型柔轮，其特征在于，以齿圈远离直线筒体 段的端面中心点为原点构建极坐标系，所述直线筒体段的外壁侧与第一曲线圆弧相切线的 中心点定义为点A，所述第一曲线圆弧和所述第二曲线圆弧相切线的中心点定义为点B，所 述第一变厚曲线段和所述二变厚曲线段的曲线满足以下条件： 点A在极坐标系中的坐标表示为(x ，y)，点B在极坐标系中的坐标表示为(x ，y)； A A B B l为齿圈轴向长度在x轴上的坐标表示； 1 L表示所述筒壁厚度渐变式杯型柔轮的内孔深度； K为常数，取值为0.7～0.85； θ表示点A与极坐标系原点连线同x轴的夹角； R 表示直线筒体段的截面的内半径。 0 7.根据权利要求1所述的筒壁厚度渐变式杯型柔轮，其特征在于，所述第一曲线圆弧和 所述第二曲线圆弧的弧心分布于第一变厚曲线所述的筒壁厚度渐变式杯型柔轮，其特征在于，所述第一曲线圆弧的 弧心分布于第一变厚曲线段壁体的外侧，所述第二曲线圆弧的弧心分布于第一变厚曲线所述的筒壁厚度渐变式杯型柔轮，其特征在于，所述齿圈、所述直线页 筒体段、所述薄壁筒体段和所述圆弧过渡段沿轴向依次连接，且采用一体成型式结构。 10.一种谐波齿轮传动装置，其特征在于，包括权利要求1‑9任一项所述的筒壁厚度渐 变式杯型柔轮。 3 3 CN 112762157 A 说明书 1/5页 筒壁厚度渐变式杯型柔轮及谐波齿轮传动装置 技术领域 [0001] 本发明涉及传动装置技术领域，尤其涉及一种筒壁厚度渐变式杯型柔轮及谐波齿 轮传动装置。 背景技术 [0002] 谐波齿轮传动技术是20世纪50年代后期随航天技术发展而产生的一种新型传动 技术。由于具有结构简单、体积小、重量轻、噪声低、承载能力高、传动精度和传动效率高、特 别是可以向密封空间传递运动和动力等诸多特点，被广泛应用于空间技术、能源、机器人、 机床、仪表、医疗器械等各个工业领域。 [0003] 谐波齿轮传动装置与普通齿轮传动存在本质的区别，其主要由3个构件组成，分别 是波发生器、刚轮和柔轮，在刚轮固定，波发生器主动，柔轮从动时即可实现减速运动。杯型 柔轮是一种可变形薄壁零件，运转传动过程中一直承受交变应力的作用，在其圆角过渡区 域极易存在疲劳断裂，因此，其寿命决定了整个谐波传动装置的寿命。 [0004] 由于谐波齿轮传动装置在运行时，柔轮承受波发生器交变应力与刚性齿轮的啮合 力矩，长期运行时，筒体与筒底易发生损坏，降低了谐波齿轮传动装置使用寿命。 发明内容 [0005] 本发明的目的在于提供一种筒壁厚度渐变式杯型柔轮及谐波齿轮传动装置，能够 提升柔轮的使用寿命，进而延长谐波齿轮传动装置的使用寿命。 [0006] 为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种筒壁厚度渐变式杯型柔轮，包括 齿圈、筒体、筒底和法兰；其中， [0007] 所述筒体包括依次连接的直线筒体段、薄壁筒体段和圆弧过渡段，所述薄壁筒体 段和圆弧过渡段的外壁侧形状由互为相切的第一变厚曲线段和第二变厚曲线段构成，所述 齿圈、所述直线筒体段、所述薄壁筒体段、所述圆弧过渡段和所述筒底依次连接，所述法兰 设在所述筒底远离所述圆弧过渡段的面上； [0008] 所述第一变厚曲线段的外壁侧形状由互为相切的第一曲线圆弧和第二曲线圆弧 构成，所述直线筒体段的外壁侧与第一曲线圆弧相切连接，所述第二曲线圆弧与第二变厚 曲线段的外壁侧相切连接。 [0009] 优选地，所述直线筒体段、所述薄壁筒体段和所述圆弧过渡段的内壁无缝且呈水 平直线] 较佳地，所述第二变厚曲线段的外壁侧形状呈第三曲线圆弧，所述第二变厚曲线 段的内壁侧形状呈第四曲线圆弧，且所述第三曲线圆弧的圆弧半径为所述第四曲线] 进一步地，所述第三曲线圆弧的一端与所述第二曲线圆弧相切连接，所述第三曲 线圆弧的另一端与所述筒底底面相切连接。 [0012] 优选地，所述第二曲线圆弧与所述第一变厚曲线段内壁形成壁厚的最薄处为直线] 优选地，以齿圈远离直线筒体段的端面中心点为原点构建极坐标系，所述直线筒 体段的外壁侧与第一曲线圆弧相切线的中心点定义为点A，所述第一曲线圆弧和所述第二 曲线圆弧相切线的中心点定义为点B，所述第一变厚曲线段和所述二变厚曲线] 点A在极坐标系中的坐标表示为(x ，y)，点B在极坐标系中的坐标表示为(x ，y)； A A B B [0017] l为齿圈轴向长度在x轴上的坐标表示； 1 [0018] L表示所述筒壁厚度渐变式杯型柔轮的内孔深度； [0019] K为常数，取值为0.7～0.85； [0020] θ表示点A与极坐标系原点连线] R 表示直线筒体段的截面的内半径。 0 [0022] 具体实施时，θ为自变量参数，改变参数θ及上述各系数，即可改变第一曲线圆弧和 第二曲线] 优选地，所述第一曲线圆弧和所述第二曲线圆弧的弧心分布于第一变厚曲线段壁 体的内外两侧。 [0024] 较佳地，所述第一曲线圆弧的弧心分布于第一变厚曲线段壁体的外侧，所述第二 曲线圆弧的弧心分布于第一变厚曲线] 较佳地，所述齿圈、所述直线筒体段、所述薄壁筒体段和所述圆弧过渡段沿轴向依 次连接，且采用一体成型式结构。 [0026] 与现有技术相比，本发明提供的筒壁厚度渐变式杯型柔轮具有以下有益效果： [0027] 本发明提供的筒壁厚度渐变式杯型柔轮，由齿圈、筒体、筒底和法兰组成，其中，筒 体包括依次连接的直线筒体段、薄壁筒体段和圆弧过渡段，薄壁筒体段和圆弧过渡段的外 壁侧形状由互为相切的第一变厚曲线段和第二变厚曲线段构成，齿圈、直线筒体段、薄壁筒 体段、圆弧过渡段和筒底依次连接，法兰设在筒底远离圆弧过渡段的面上；第一变厚曲线段 的外壁侧形状由互为相切的第一曲线圆弧和第二曲线圆弧构成，直线筒体段的外壁侧与第 一曲线圆弧相切连接，第二曲线圆弧与第二变厚曲线段的外壁侧相切连接。 [0028] 考虑到现有结构中谐波减速器中柔轮承受波发生器交变应力和刚轮的啮合力矩， 容易导致圆弧过渡段发生损坏，从而缩短谐波减速器的使用寿命。本发明通过变厚曲线段 筒体的设计方案，能够增加柔轮强度降低杯型柔轮在运转时的疲劳应力，降低柔轮圆弧过 渡段的失效风险，利于提高柔轮的使用寿命，提高减速器的可靠性。 [0029] 本发明的第二方面提供一种谐波齿轮传动装置，应用有上述技术方案所提的筒壁 厚度渐变式杯型柔轮。 [0030] 与现有技术相比，本发明提供的谐波齿轮传动装置的有益效果与上述技术方案提 供的筒壁厚度渐变式杯型柔轮的有益效果相同，在此不做赘述。 5 5 CN 112762157 A 说明书 3/5页 附图说明 [0031] 此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中： [0032] 图1为本发明实施例中筒壁厚度渐变式杯型柔轮的三维示意图； [0033] 图2为本发明实施例中筒壁厚度渐变式杯型柔轮沿中轴线中A部分的局部放大图； [0035] 图4为图2中B部分的局部放大图； [0036] 图5为现有的等厚壁杯型柔轮的结构静力学分析结果； [0037] 图6为本发明实施例中薄壁筒体段的结构静力学分析结果； [0038] 图7为本发明实施例中薄壁筒体段和圆弧过渡段的结构静力学分析结果。 [0039] 附图标记： [0040] 1‑齿圈，                              2‑筒体； [0041] 3‑圆弧过渡段，                        4‑筒底； [0042] 5‑法兰，                              20‑直线‑第一变厚曲线段，                   211‑第一曲线‑第二曲线圆弧，                    24‑直线‑第二变厚曲线段，                   311‑第三曲线‑第四曲线圆弧。 具体实施方式 [0047] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施 例中的附图，对本发明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 仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技 术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范 围。 [0048] 实施例一 [0049] 请参阅图1‑图4，本实施例提供一种筒壁厚度渐变式杯型柔轮，包括齿圈1、筒体2、 筒底4和法兰5；其中，筒体2包括依次连接的直线、薄壁筒体段和圆弧过渡段3，薄 壁筒体段和圆弧过渡段3的外壁侧形状由互为相切的第一变厚曲线和第二变厚曲线、直线、薄壁筒体段、圆弧过渡段3和筒底4依次连接，法兰5设在筒底 4远离圆弧过渡段3的面上；第一变厚曲线的外壁侧形状由互为相切的第一曲线和第二曲线构成，直线的外壁侧与第一曲线相切连接，第二曲 线与第二变厚曲线的外壁侧相切连接。如图3所示，第一曲线为AB 段，第二曲线] 本实施例提供的筒壁厚度渐变式杯型柔轮，由齿圈1、筒体2、筒底4和法兰5组成， 其中，筒体2包括依次连接的直线、薄壁筒体段和圆弧过渡段3，薄壁筒体段和圆弧 过渡段3的外壁侧形状由互为相切的第一变厚曲线和第二变厚曲线、 直线、薄壁筒体段、圆弧过渡段3和筒底4依次连接，法兰5设在筒底4远离圆弧过渡 段3的面上；第一变厚曲线的外壁侧形状由互为相切的第一曲线构成，直线的外壁侧与第一曲线相切连接，第二曲线与第二 变厚曲线的外壁侧相切连接。 [0051] 考虑到现有结构中谐波减速器中柔轮承受波发生器交变应力和刚轮的啮合力矩， 容易导致圆弧过渡段3发生损坏，从而缩短谐波减速器的使用寿命。本实施例通过变厚曲线 段筒体的设计方案，能够增加柔轮强度降低杯型柔轮在运转时的疲劳应力，降低柔轮圆弧 过渡段3的失效风险，利于提高柔轮的使用寿命，提高减速器的可靠性。 [0052] 上述实施例中，直线、薄壁筒体段和圆弧过渡段3的内壁无缝且呈水平直 线、直线、薄壁筒体段和圆弧过渡段3这几部分沿轴向依 次连接，且采用一体成型式结构。直线、薄壁筒体段和圆弧过渡段3多段内壁口径 大小一致，且内壁光滑呈直线] 上述实施例中的，第二变厚曲线的外壁侧形状呈第三曲线，第二变厚 曲线的内壁侧形状呈第四曲线，且第三曲线的圆弧半径为第四曲线‑4所示，第二变厚曲线的外壁侧形状呈第三曲线 状，第二变厚曲线的内壁侧形状呈第四曲线状，第二变厚曲线外壁侧和内 壁侧共同构成了圆弧过渡段3(也即附图中的CD段)，该圆弧过渡段3的中心厚度大于两侧边 的厚度，且中心厚度至侧边厚度呈逐渐变薄形态。 [0056] 上述实施例中，第三曲线的一端与第二曲线相切连接，第三曲线所示，第三曲线的一端与第二曲线相切点为C点，第三曲线底面相切点为D点，需要说明的 是，第三曲线与第二曲线实际的接触面实际为一条线底面实际的接触面也为一条线，C点和D点仅表示杯型柔轮轴线剖面上与上述两条线] 上述实施例中，第二曲线与第一变厚曲线内壁形成壁厚的最薄处为 直线] 上述实施例中，以齿圈1远离直线段的端面中心点为原点构建极坐标系，直 线段的外壁侧与第一曲线相切线的中心点定义为点A，第一曲线和第 二曲线相切线的中心点定义为点B，第一变厚曲线] 点A在极坐标系中的坐标表示为(x ，y)，点B在极坐标系中的坐标表示为(x ，y)； A A B B [0062] l为齿圈1轴向长度在x轴上的坐标表示； 1 [0063] L表示所述筒壁厚度渐变式杯型柔轮的内孔深度； [0064] K为常数，取值为0.7～0.85； 7 7 CN 112762157 A 说明书 5/5页 [0065] θ表示点A与极坐标系原点连线] 上述实施例中，第一曲线和第二曲线的弧心分布于第一变厚曲线壁体的内外两侧。例如，第一曲线的弧心分布于第一变厚曲线壁体的外 侧，第二曲线的弧心分布于第一变厚曲线壁体的内侧。以此来增加杯型柔轮的 刚强度，延长筒壁厚度渐变式杯型柔轮的使用寿命。 [0068] 图5是现阶段常用结构静力学分析结果，在其圆弧过渡段存在明显的应力集中现 象，此处也是导致失效的常见断裂处。本实施例在对圆弧过渡段的结构做出改动之后，在同 样的分析条件下，圆弧过渡段的应力集中部位几乎消失，整个圆弧过渡段及筒底的应力分 布更加均匀，且其应力值明显减小，如图6和图7所示。在对圆弧过渡段的结构参数尺寸进行 控制优化后，筒壁的应力集中现象也有明显改善，如图7所示。应力集中现象的消失，能够降 低筒壁厚度渐变式杯型柔轮在圆角过渡段断裂的可能性，延长整体的使用寿命。 [0069] 实施例二 [0070] 本实施例提供一种谐波齿轮传动装置，包括上述实施例中的筒壁厚度渐变式杯型 柔轮。 [0071] 与现有技术相比，本发明实施例提供的谐波齿轮传动装置的有益效果与上述实施 例一提供的筒壁厚度渐变式杯型柔轮的有益效果相同，在此不做赘述。 [0072] 本领域普通技术人员可以理解，实现上述发明方法中的全部或部分步骤是可以通 过程序来指令相关的硬件来完成，上述程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序 在执行时，包括上述实施例方法的各步骤，而的存储介质可以是：ROM/RAM、磁碟、光盘、存储 卡等。 [0073] 以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉 本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在 本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。 8 8 CN 112762157 A 说明书附图 1/5页 图1 9 9 CN 112762157 A 说明书附图 2/5页 图2 10 10 CN 112762157 A 说明书附图 3/5页 图3 11 11 CN 112762157 A 说明书附图 4/5页 图4 图5 12 12 CN 112762157 A 说明书附图 5/5页 图6 图7 13 13

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