CN107939833A - 波动齿轮装置用滚珠轴承 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种定位精度高的波动齿轮装置用滚珠轴承。该波动齿轮装置用滚珠轴承具有：内圈，其在外周具有内侧轨道槽；外圈，其在内周具有外侧轨道槽；以及多个滚珠，它们在内侧轨道槽与外侧轨道槽之间沿周向配置，当仅在上述滚珠中的在周向上相邻的任一组滚珠(A)与滚珠(B)之间设置间隙、使其他上述滚珠相互在圆周方向上紧贴时，上述滚珠(A)与滚珠(B)在不包括上述间隙的一侧绕旋转轴所成的角度为289°以上且290°以下，内圈以及外圈的径向的板厚为1.1mm以上且1.2mm以下。

Description

波动齿轮装置用滚珠轴承

技术领域

本发明涉及一种波动齿轮装置用滚珠轴承。

背景技术

在控制机器人等的臂的位置的机构中，为了准确地决定臂的位置，使用能够准确地减速马达的旋转速度的变速装置。作为为此的变速装置，如图1所示，公知有具备刚轮、柔轮以及波发生器的波动齿轮装置(参照专利文献1)。刚轮呈环状，具有内齿。柔轮呈环状，设置于刚轮的内侧，具有与内齿啮合的外齿。

波发生器具有凸轮和外嵌于凸轮的滚珠轴承。滚珠轴承具有：外圈；内圈；多个滚珠，它们能够滚动地配置于上述的外圈与内圈之间；以及环状保持器，其在圆周方向上大致等间隔地保持滚珠。波发生器设置于柔轮的内侧，滚珠轴承内嵌于柔轮。

凸轮具有椭圆形的外周。滚珠轴承的外圈以及内圈在安装于凸轮之前的状态下呈真圆形状，但在安装至凸轮之后，弹性变形为椭圆形。由此，滚珠轴承以及柔轮挠曲成椭圆形，从而柔轮的外齿与刚轮的内齿局部地啮合。

通过使凸轮旋转，刚轮与柔轮的啮合位置在周向上移动。在波动齿轮装置中，外齿的齿数设定得比内齿的齿数少。在凸轮旋转一圈时，柔轮的相位相对于刚轮偏移内齿与外齿的齿数之差。由此，能够将凸轮的旋转速度减速，并取出为柔轮的旋转。

专利文献1：日本特开2016-121724号公报

在波动齿轮装置中使用的滚珠轴承需要沿凸轮的形状可靠地变形。因此，缩小内圈以及外圈的壁厚，缩小弯曲刚度。另一方面，若缩小内圈以及外圈的壁厚，则无法确保轨道深度，因此存在滚珠脱落、骑肩之类的问题。肩是指与轨道槽相连并形成于轴向两外侧的圆筒面。

另外，在滚珠轴承嵌合于凸轮的外周时，外圈因在圆周上的多个点被滚珠局部地支承而变形为与内圈同样的椭圆形。此时，在滚珠与滚珠之间，不必变形为沿着内圈的形状。而且，在滚珠的数量少时，滚珠与滚珠的间隔变大，因此外圈成为以被滚珠支承的部分为顶点的多边形状。

此时，柔轮成为多边形状，因而在凸轮旋转时，刚轮与柔轮的啮合位置不顺利地移动。因此，相对于凸轮的旋转而言柔轮的旋转角度偏移，因而无法准确地控制机器人等的臂的位置。

发明内容

因此，本发明的目的在于通过适当地设置外圈的壁厚以及安装的滚珠的数量来提供一种定位精度高的波动齿轮装置用滚珠轴承。

本发明是一种波动齿轮装置用滚珠轴承，其具备：刚轮，其具有环状内齿；柔轮，其设置于上述刚轮的内侧，具有与上述内齿啮合的环状外齿；以及凸轮，其设置于上述柔轮的内侧，用于使上述柔轮挠曲成非圆形来使上述外齿与上述内齿局部地啮合，

其具有：能够弹性变形的内圈，其在外周具有内侧轨道槽，外嵌于上述凸轮；能够弹性变形的外圈，其在内周具有外侧轨道槽，内嵌于上述柔轮；以及多个滚珠，它们在上述内侧轨道槽与上述外侧轨道槽之间沿周向配置，

当仅在上述滚珠中的在周向上相邻的任一组滚珠A与滚珠B之间设置间隙、使其他上述滚珠相互在圆周方向上紧贴时，上述滚珠A与滚珠B在不包括上述间隙的一侧绕旋转轴所成的角度为289°以上且290°以下，上述内圈以及上述外圈的径向的板厚为1.1mm以上且1.2mm以下。

根据本发明的波动齿轮装置用滚珠轴承，能够通过适当地设定外圈的壁厚以及安装的滚珠的数量来提供一种定位精度高的波动齿轮装置用滚珠轴承。

另外，本发明是另一种波动齿轮装置用滚珠轴承，其具备：刚轮，其具有环状内齿；柔轮，其设置于上述刚轮的内侧，具有与上述内齿啮合的环状外齿；以及凸轮，其设置于上述柔轮的内侧，用于使上述柔轮挠曲成非圆形来使上述外齿与上述内齿局部地啮合，

其具有：能够弹性变形的内圈，其在外周具有内侧轨道槽，外嵌于上述凸轮；能够弹性变形的外圈，其在内周具有外侧轨道槽，内嵌于上述柔轮；以及多个滚珠，它们在上述内侧轨道槽与上述外侧轨道槽之间沿周向配置，

当仅在上述滚珠中的在周向上相邻的任一组滚珠A与滚珠B之间设置间隙、使其他上述滚珠相互在圆周方向上紧贴时，上述滚珠A与滚珠B在不包括上述间隙的一侧绕旋转轴所成的角度为272°以上且273°以下，上述外圈的径向的板厚为1.8mm以上且1.9mm以下，上述内圈的径向的板厚为1.9mm以上且2.0mm以下。

根据本发明的波动齿轮装置用滚珠轴承，同样能够通过适当地设定外圈的壁厚以及安装的滚珠的数量来提供一种定位精度高的波动齿轮装置用滚珠轴承。

另外，本发明是又一种波动齿轮装置用滚珠轴承，其具备：刚轮，其具有环状内齿；柔轮，其设置于上述刚轮的内侧，具有与上述内齿啮合的环状外齿；以及凸轮，其设置于上述柔轮的内侧，用于使上述柔轮挠曲成非圆形来使上述外齿与上述内齿局部地啮合，

其具有：能够弹性变形的内圈，其在外周具有内侧轨道槽，外嵌于上述凸轮；能够弹性变形的外圈，其在内周具有外侧轨道槽，内嵌于上述柔轮；以及多个滚珠，它们在上述内侧轨道槽与上述外侧轨道槽之间沿周向配置，

当仅在上述滚珠中的在周向上相邻的任一组滚珠A与滚珠B之间设置间隙、使其他上述滚珠相互在圆周方向上紧贴时，上述滚珠A与滚珠B在不包括上述间隙的一侧绕旋转轴所成的角度为272°以上且273°以下，上述内圈以及上述外圈的径向的板厚为0.7mm以上且0.8mm以下。

根据本发明的波动齿轮装置用滚珠轴承，同样能够通过适当地设定外圈的壁厚以及安装的滚珠的数量来提供一种定位精度高的波动齿轮装置用滚珠轴承。

附图说明

图1是作为本发明的一个实施方式的波动齿轮装置的主视图。

图2是波动齿轮装置的轴向剖视图。

图3是安装于波动齿轮装置的滚珠轴承的轴向剖视图。

图4是对安装于滚珠轴承的滚珠的干涉角进行说明的说明图。

附图标记说明：

10...波动齿轮装置；12...刚轮；14...柔轮；16...波发生器；18...内齿；20...外齿；22...圆筒部；24...底部；26...凸轮；28...滚珠轴承；30...外圈；32...内圈；34...滚珠；36...保持器；38...外侧轨道槽；38a...肩；40...内侧轨道槽；40a...肩。

具体实施方式

以下，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是从轴向观察具备本发明的滚珠轴承的波动齿轮装置的一个实施方式(以下称为“本实施方式”)的主视图。图2是波动齿轮装置10的轴向剖视图。波动齿轮装置10具备刚轮12、柔轮14以及波发生器16。

刚轮12是高刚度环状部件，在其内周面具有内齿18。内周面呈以旋转轴C为中心的圆形状。刚轮12固定于未图示的壳体，其不旋转。

柔轮14设置于刚轮12的径向内侧，在其外周面具有与内齿18局部地啮合的外齿20。如图2所示，本实施方式的柔轮14由薄壁杯形状的金属弹性体构成，具有圆筒部22和底部24。外齿20设置于圆筒部22的外周面，在底部24安装有未图示的输出轴。

波发生器16设置于柔轮14的圆筒部22的径向内侧，具有凸轮26与滚珠轴承28。凸轮26呈平板状，在与旋转轴C正交的方向的剖面中，其外周呈非圆形，在本实施方式中呈椭圆形。

滚珠轴承28外嵌于凸轮26，并且内嵌于柔轮14的圆筒部22。另外，在凸轮26安装有未图示的输入轴。

图3是滚珠轴承28的轴向剖视图。

滚珠轴承28具有：薄壁的外圈30；薄壁的内圈32；多个滚珠34，它们设置于上述的外圈30与内圈32之间；以及环状保持器36。

外圈30以及内圈32例如是轴承钢等金属制环状部件。在外圈30的内周面形成有轴向剖面呈圆弧形状的外侧轨道槽38，在内圈32的外周面形成有轴向剖面呈圆弧形状的内侧轨道槽40。在比各轨道槽38、40更靠轴向的两外侧的位置分别形成有圆筒形状的肩38a、40a。这样一来，各轨道槽38、40以从肩38a、40a凹陷至规定的深度的方式形成。各滚珠34为轴承钢等金属制，能够沿外侧轨道槽38以及内侧轨道槽40滚动。

保持器36为树脂制，具备环状部36a和多个柱部36b，该多个柱部36b与环状部36a设置为一体并沿轴向延伸。柱部36b在圆周方向上以相等的间隔保持各滚珠34。

内圈32以过盈配合的状态外嵌于凸轮26，内圈32与凸轮26一体旋转。外圈30以过盈配合的状态内嵌于柔轮14的圆筒部22，外圈30与柔轮14一体旋转。

凸轮26的外周形状为椭圆形，因此内圈32沿凸轮26的形状弹性变形，成为椭圆形。外圈30被滚珠34大致遍及整周地在径向上支承。因此，外圈30与内圈32同样地弹性变形，成为与凸轮26的外周等同的椭圆形。

嵌合于外圈30的外周的柔轮14的圆筒部22伴随着外圈30的变形而弹性变形。因此，圆筒部22挠曲成与凸轮26的外周等同的椭圆形。

在柔轮14组装于刚轮12的内周时，在成为该椭圆形的长轴的部分S1，外齿20与内齿18处于啮合的状态，在成为短轴的部分S2，外齿20与内齿18处于分离的状态。

这样一来，对于波发生器16而言，能够将柔轮14挠曲成椭圆形，从而使柔轮14的外齿20与刚轮12的内齿18局部地啮合。

如图1所示，在柔轮14挠曲成椭圆形的状态下，若使凸轮26以旋转轴C为中心顺时针旋转，则柔轮14的长轴的部分S1的位置移动，从而外齿20与内齿18的啮合部分移动。

柔轮14的外齿20的齿数比刚轮12的内齿18的齿数少。在本实施方式中，外齿20的齿数比内齿18的齿数少两个。此外，该齿数差任意。

在凸轮26从图1的状态旋转了一圈时，柔轮14相对于刚轮12向与凸轮26的旋转方向相反的方向(逆时针方向)移动和外齿20与内齿18的齿数差即两个齿相当的距离。

这样一来，在波动齿轮装置10中，能够将凸轮26的输入旋转减速，并取出为柔轮14的旋转。

对外圈30的形状进一步详细地进行说明。

外圈30以及内圈32的板厚H1、H2分别被设定为1.1mm以上、1.2mm以下。这里，外圈30的板厚H1是指外径30a与肩38a的径向的尺寸，内圈32的板厚H2是指内径32a与肩40a的径向的尺寸。外圈30以及内圈32分别为薄壁，因此能够在径向上容易地弹性变形。

这样一来，内圈32能够准确地沿着凸轮26的外周，因此能够变形为与凸轮26的外周同样的椭圆形。此外，在本实施方式中，外圈30的外径尺寸为48mm，内圈32的内径尺寸为35mm。其中，该尺寸是例示，并不限定于此。

图4是对安装于滚珠轴承28的滚珠34的干涉角进行说明的说明图。使用图4对滚珠34的组装状态详细地进行说明。

图4表示在图1的滚珠轴承28中取下保持器36、使全部滚珠34相互在圆周方向上紧贴的状态。若设圆周方向上相连的滚珠列的两端的滚珠34分别为滚珠A、滚珠B，则如图4所示，在一组滚珠A与滚珠B之间形成有间隙S。

在本实施方式中，滚珠A与滚珠B绕旋转轴C所成的角度θ为289°以上且290°以下。将该角度θ称为“干涉角”。这里，干涉角是不包括间隙S的一侧的滚珠A与滚珠B所成的角度。

在一般的滚珠轴承中，干涉角大体为180°左右。在本实施方式中，滚珠数量多，因此在沿圆周方向均匀地配置滚珠34时，能够缩小滚珠34与滚珠34的间隔。由此，在径向上支承外圈30的各滚珠34的位置相互接近，因而能够使外圈30的形状与凸轮26的形状等同。

此外，在滚珠34与滚珠34的间隔大时，外圈30成为以被滚珠34支承的点为顶点的多边形状。

柔轮14的圆筒部22形成为椭圆形，由此内齿18与外齿20沿圆周方向依次顺利地啮合。因此，在将该波动齿轮装置10使用在机器人的臂等时，能够准确地控制臂等的位置。

在假如滚珠34与滚珠34的间隔设定得大的情况下，柔轮14的圆筒部22成为多边形状，因此内齿18与外齿20难以一样地啮合。此时，相对于凸轮26的旋转角度而言柔轮14的旋转角度偏移，因此无法准确地控制机器人的臂等的位置。

另外，外圈30的径向的板厚H1小，径向的弯曲刚度低。因此，在伴随着凸轮26的旋转而变形时在表面产生的拉伸应力变小。由此，即便长期地使用，外圈30也不会发生疲劳损坏。

另外，内圈32以及外圈30的板厚H1、H2确保1.1mm以上的壁厚，因此能够确保规定的轨道深度。由此，能够防止滚珠34的脱落且防止骑肩，从而提高滚珠轴承28的滚动寿命。此外，骑肩是指：在轴向载荷作用时，滚珠34与肩38a、40a接触，由此划伤滚珠表面、产生压痕的现象。

像以上说明过的那样，通过使用本实施方式的滚珠轴承28，能够将柔轮14准确地挠曲成规定的椭圆形。由此，能够提供一种定位精度高的波动齿轮装置10。

应予说明，滚珠A与滚珠B绕旋转轴C所成的角度θ、外圈30以及内圈32的尺寸也可以如下地变更。

例如，可以外圈30的板厚H1被设定为1.8mm以上且1.9mm以下，内圈32的板厚H2被设定为1.9mm以上且2.0mm以下，外圈30的外径尺寸为75.8mm，内圈32的内径尺寸为56mm，滚珠A与滚珠B绕旋转轴C所成的角度θ为272°以上且273°以下，由此，能够带来与上述实施方式相同的技术效果。

另外，也可以外圈30以及内圈32的板厚H1、H2分别被设定为0.7mm以上且0.8mm以下，外圈30的外径尺寸为33.8mm，内圈32的内径尺寸为25mm，滚珠A与滚珠B绕旋转轴C所成的角度θ为272°以上且273°以下，由此，同样能够带来与上述实施方式相同的技术效果。

Claims (3)

1.一种波动齿轮装置用滚珠轴承，其具备：刚轮，其具有环状内齿；柔轮，其设置于所述刚轮的内侧，具有与所述内齿啮合的环状外齿；以及凸轮，其设置于所述柔轮的内侧，用于使所述柔轮挠曲成非圆形来使所述外齿与所述内齿局部地啮合，

所述波动齿轮装置用滚珠轴承的特征在于，

其具有：能够弹性变形的内圈，其在外周具有内侧轨道槽，外嵌于所述凸轮；能够弹性变形的外圈，其在内周具有外侧轨道槽，内嵌于所述柔轮；以及多个滚珠，它们在所述内侧轨道槽与所述外侧轨道槽之间沿周向配置，

当仅在所述滚珠中的在周向上相邻的任一组滚珠(A)与滚珠(B)之间设置间隙、使其他所述滚珠相互在圆周方向上紧贴时，所述滚珠(A)与滚珠(B)在不包括所述间隙的一侧绕旋转轴所成的角度为289°以上且290°以下，所述内圈以及所述外圈的径向的板厚为1.1mm以上且1.2mm以下。

2.一种波动齿轮装置用滚珠轴承，其具备：刚轮，其具有环状内齿；柔轮，其设置于所述刚轮的内侧，具有与所述内齿啮合的环状外齿；以及凸轮，其设置于所述柔轮的内侧，用于使所述柔轮挠曲成非圆形来使所述外齿与所述内齿局部地啮合，

所述波动齿轮装置用滚珠轴承的特征在于，

其具有：能够弹性变形的内圈，其在外周具有内侧轨道槽，外嵌于所述凸轮；能够弹性变形的外圈，其在内周具有外侧轨道槽，内嵌于所述柔轮；以及多个滚珠，它们在所述内侧轨道槽与所述外侧轨道槽之间沿周向配置，

当仅在所述滚珠中的在周向上相邻的任一组滚珠(A)与滚珠(B)之间设置间隙、使其他所述滚珠相互在圆周方向上紧贴时，所述滚珠(A)与滚珠(B)在不包括所述间隙的一侧绕旋转轴所成的角度为272°以上且273°以下，所述外圈的径向的板厚为1.8mm以上且1.9mm以下，所述内圈的径向的板厚为1.9mm以上且2.0mm以下。

3.一种波动齿轮装置用滚珠轴承，其具备：刚轮，其具有环状内齿；柔轮，其设置于所述刚轮的内侧，具有与所述内齿啮合的环状外齿；以及凸轮，其设置于所述柔轮的内侧，用于使所述柔轮挠曲成非圆形来使所述外齿与所述内齿局部地啮合，

所述波动齿轮装置用滚珠轴承的特征在于，

其具有：能够弹性变形的内圈，其在外周具有内侧轨道槽，外嵌于所述凸轮；能够弹性变形的外圈，其在内周具有外侧轨道槽，内嵌于所述柔轮；以及多个滚珠，它们在所述内侧轨道槽与所述外侧轨道槽之间沿周向配置，

当仅在所述滚珠中的在周向上相邻的任一组滚珠(A)与滚珠(B)之间设置间隙、使其他所述滚珠相互在圆周方向紧贴时，所述滚珠(A)与滚珠(B)在不包括所述间隙的一侧绕旋转轴所成的角度为272°以上且273°以下，所述内圈以及所述外圈的径向的板厚为0.7mm以上且0.8mm以下。