具体实施方式

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为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

附图1-3中，根据本发明实施的搭载谐波减速机的轻型舵机包括上下扣合的前壳体10和后壳体1、前壳体10与后壳体1通过自攻螺丝组装成一体化的轻型舵机，保证舵机的密封性和整体性，装配生产方便，可靠性高。

电机14以及与电机14的轴平行设置的谐波减速机置于两壳体中；谐波减速机包括内外套置的柔轮9、钢轮8以及在柔轮9中的包括凸轮4形成的波发生器。电机14和谐波减速机构采用平行布置，空间紧凑，布置合理。

柔轮9的外圈和钢轮8的内圈齿形周期性啮合和分离，实现错齿差减速的效果。

在柔轮9的内部，设置包括凸轮4在内的波发生器。凸轮4为两级台阶凸轮，较小的台阶端是椭圆形凸轮，椭圆形凸轮外部嵌套安装柔性轴承7，柔性轴承7安装在柔轮9的内圈上，柔轮9的内圈设置有限位挡圈，可以控制柔性轴承7的轴向位置。凸轮4较大的台阶端外周设置齿面形成从动同步带轮，该从动同步带轮与同步带5啮合；凸轮4设置从动带轮的端头通过自攻螺丝固定有同步带挡圈3，可以限制同步带5轴向运动。

柔性轴承7安装在柔轮9的内圈上并位于柔轮9和椭圆形凸轮外壁之间，柔轮9的内圈设置有限位挡圈，可以控制柔性轴承7的轴向位置。柔轮9的底盖和输出轴12通过自攻螺丝刚性固定在一起。钢轮8上设置有限位槽，与前壳体10的定位孔和定位筋紧配卡接固定，支撑轴承11与前壳体10过盈配合安装。

椭圆形凸轮的内轴孔和其中的输出轴12之间设置平衡轴承6，平衡轴承6位于对应的凸轮4的内部。平衡轴承6的内圈固定在输出轴12上，输出轴12和电机14输出轴平行设置。

输出轴12穿过前壳体10的内部中心孔设置，前壳体10与输出轴12之间设置支撑轴承11进行轴向限位，输出轴12采用长轴设计，输出轴12与前壳体10结合的一端是输出安装法兰；另一端设置有沉孔，沉孔内过盈配合位置磁钢16，并且沉孔外轴上安装有辅助轴承2，与此对应，后壳体1的中心孔侧壁和沉孔外轴之间设置所述辅助轴承2，后壳体1的中心孔侧壁上设置有辅助轴承2的安装孔；后壳体1与输出轴对应的位置设置固定孔，用于固定位置传感器17。

电机14安装在前壳体10的电机安装座上，电机14的输出轴上过盈配合有主动带轮15，电机14通过主动带轮15带动同步带5，驱动凸轮4上的从动带轮转动。主动带轮15被封闭于后壳体1内且与后壳体1顶部内壁间隔设置。

为了实现轻量化，本发明的谐波减速机构的柔轮、钢轮和凸轮都采用特种工程塑料注塑成型，为保证塑料减速机的传递力矩和刚性，柔轮和钢轮的齿形都采用C齿形设计。钢轮齿形由柔轮齿形的运动包络形成；C齿形的齿高比渐开线齿形或圆弧齿形尺高高出30％；C齿形的谐波齿形啮合比例大于渐开线齿形或圆弧齿形啮合比例50％。

C齿形的齿顶圆弧半径小于渐开线齿形或圆弧齿形的齿顶圆弧半径，而齿根圆弧半径大于渐开线齿形或圆弧齿形的齿根圆弧半径。

本发明涉及的波发生器的凸轮型线采用椭圆轮廓，椭圆的长轴和短轴根据谐波减速机的速比和齿轮模数确定，椭圆曲线的极坐标方程为式中a、b为椭圆曲线的长轴和短轴长度，ρ_b为极轴，为极角。

柔轮C齿形确定过程如下:

先设定柔轮齿形采用圆弧齿型轮廓，齿形轮廓的极坐标方程为式中(R₀，θ₀)为圆中心点极坐标，R为圆半径。由凸轮椭圆轮廓型线便可以根据微分几何求出其渐屈线S,其中此渐屈线乃是凸轮型线之法线族的包络，通过坐标变换，使得柔轮齿形的齿形轮廓的极坐标方程与渐屈线逼近拟合，同时考虑到柔轮齿顶圆直径，齿根圆直径，分度圆直径最终确定柔轮C齿形。根据波发生器的转动规律和柔轮C齿形的变形情况，通过有限元分析法得出柔轮齿形包络，绘制钢轮齿形。

进一步的，工程塑料基材可以是尼龙、POM、PAI、PEEK中的至少一种，或者在基材上添加碳纤维、玻璃纤维、石墨、PTFE、二硫化钼中的其中一种。

进一步的，钢轮8和凸轮4采用PPS+10％以上的碳纤维注塑成型；柔轮9采用POM或PA或PPS或PEEK等材料为基材添加碳纤维或PTFE或二硫化钼注塑成型。

前壳体10和后壳体1采用PPS或PC加入10％以上的碳纤维或玻璃纤维注塑成型。

由此，电机14带动主动带轮15，通过同步带5驱动凸轮4上的从动同步带轮，凸轮4上边安装有柔性轴承7，组合成波发生器，波发生器安装在具有弹性的柔轮9内部，波发生器转动迫使柔轮9齿形与钢轮8齿形周期性啮合和分离，进而实现错齿差减速的效果。柔轮9与输出轴12固定在一起，输出轴12采用同轴设计，输出轴12的末端安装有位置磁钢16，与位置传感器17组成轻型舵机的位置和速度控制闭环。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。