CN109396838A - 谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装及方法，属于装配工装领域。该装配工装包括压头、导向件、底座、限位键和加压杆。与普通压装最大的区别是，该导向件上部为圆台，下部为椭圆柱体，柔性轴承压装先经过锥形柱体部分，柔性轴承内圈与导向接触，柔性轴承不变形，再往下柔性轴承缓慢变形，到达最下面，柔性轴承内圈变形后形状与凸轮形状一致，至此柔性轴承开始被压入凸轮。本发明相对于现有技术而言，可以在短时间内装配好一个柔性轴承，大大提高装配效率。另外，该压装工装制造成本低、压装精度高、操作简便，在压装过程中能够缓慢变形，降低对轴承的损害。
Description
技术领域
本发明属于装配工装领域，具体涉及一种谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装及方法。
背景技术
谐波减速器是一种广泛使用的减速装置，其具有传动速比大、承载能力高、传动精度高等优点。它由三个基本构件所组成：固定的内齿刚轮、柔轮和波发生器，其中波发生器是谐波减速器的核心部件，能够使柔轮发生径向变形，通常波发生器为原动体，柔轮和刚轮之一为从动体，另一个为固定件。波发生器由一个凸轮和一个柔性轴承组成，由于凸轮的外轮廓形状是椭圆形的，而柔性轴承在不受外力作用下的形态是圆环形的，因此两者在装配过程中必然需要将柔性轴承进行形变。而且，谐波柔性轴承内圈为薄壁式，凸轮和柔性轴承之间一般呈小过盈配合状态，因此柔性轴承无法简单进行嵌套安装，必须要借助外部的工装进行装配。由于柔性轴承需要先变形才能装配到凸轮上，所以冷装和热装并不适合，亟待于开发一种适用于谐波减速器中波发生器的柔性轴承精密装配工装。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中波发生器柔性轴承装配存在的问题，并提供一种谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装及方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装，包括压头、导向件、底座、限位键和加压杆；待装配凸轮水平放置于所述的底座上；所述的导向件包括上部的圆台部和下部的椭圆柱体部，所述的圆台部和椭圆柱体部平滑相接，使导向件的侧壁呈光滑过渡的曲面；所述圆台部除了与椭圆柱体部相接的位置外，其余位置的横截面外轮廓均呈圆形，且圆形直径小于待装配柔性轴承的内径；所述椭圆柱体部除了与圆台部相接的位置外，其余位置的横截面外轮廓均呈与待装配凸轮外轮廓形状相同的椭圆形；所述的导向件底部具有突出部，导向件通过突出部从上方卡入待装配凸轮的中心轴孔中；导向件上沿轴向开设有通孔和键孔；限位键插入所述键孔且底部卡入待装配凸轮的中心轴孔的键槽中，限制凸轮与导向件相对转动；所述压头为无底的凹腔形状，罩于所述导向件外部，且底面与待装配于凸轮上的柔性轴承上表面接触；压头的顶部开孔，所述加压杆穿过压头顶部开孔后插入所述通孔中，用于对压头施压使柔性轴承卡入凸轮外部。
需要指出的是，上述对于凸轮和柔性轴承的描述仅仅是为了方便描述其他部件的结构，但两者并非本发明的装配工装中的必要构件，其本质上是本发明的装配对象。
作为优选，所述的加压杆为内六角螺钉，内六角螺钉的顶部螺头尺寸大于压头顶部开孔孔径，所述底座上设有内攻螺纹的螺孔，内六角螺钉的底部拧入该螺孔中构成对压头进行施压的螺旋副。
作为优选，所述的限位键为平键，限位键插入所述键孔后与突出部配合构成组合体，该组合体的形状与待装配凸轮的输入轴形状相同。
作为优选，所述的压头的内腔深度满足：当柔性轴承卡入凸轮到位后，压头的内腔顶面与所述导向件刚好接触限位。
作为优选，所述的导向件底部具有环形的避让槽，导向件装配于凸轮上时，凸轮上表面的凸起位于避让槽内。
作为优选，所述的底座上设有用于固定待装配凸轮的凸台。
作为优选，所述的导向件加工方法为：先车出一个比凸轮长轴直径大的圆柱体，再加工下部突出部、避让槽和通孔；然后慢走丝将圆柱体工件按凸轮的外轮廓椭圆长短轴尺寸加工成椭圆柱体；之后调整加工中心车刀倾角，在保持椭圆柱体工件下部不变的情况下，环形切削工件上部，形成平滑相接的所述圆台部和椭圆柱体部，两部分的交界线为波纹形闭合曲线；最后中走丝加工键孔，得到导向件。
作为优选，所述的底座上设有用于将自身固定于操作平台上的固定件。
作为优选，所述的压头底部横截面呈圆环形，与未受外力作用时的待装配柔性轴承形状相同。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述任一方案所述工装的谐波用波发生器柔性轴承精密装配方法，其步骤如下：
首先将底座进行固定，然后将待装配的凸轮放置于底座上；然后，在凸轮上方放置导向件，将限位键插入导向件的键孔中，使得限位键和突出部配合构成组合体与待装配凸轮的中心轴孔形成转动限位；再后，把待装配的柔性轴承套入导向件中，盖上压头，用加压杆对压头逐渐施加向下压力，使得柔性轴承沿着导向件逐渐变形至与凸轮外轮廓相匹配，最终压装到位。
本发明相对于现有技术而言，可以在短时间内(10秒之内)装配好一个柔性轴承，大大提高装配效率。另外，该压装工装制造成本低、压装精度高、操作简便，而且得益于导向件的特殊形状，薄壁式柔性轴承在压装过程中能够缓慢变形，降低对轴承的损害。
附图说明
图1为一种谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装的装配状态示意图；
图2为本发明中导向件一个视角下的轴测图；
图3为本发明中导向件另一个视角下的轴测图；
图4为本发明中导向件的侧视图；
图5为本发明中导向件的纵剖图；
图6为本发明中压头的纵剖图；
图7为本发明中凸轮的纵剖图；
图8为本发明中凸轮的俯视图；
图9为本发明中底座的纵剖图；
图10为本发明中底座的俯视图；
图中附图标记为：压头1、导向件2、底座3、限位键4、柔性轴承5、凸轮6、加压杆7、圆台部201、椭圆柱体部202、突出部203、键孔204、通孔205、避让槽206。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，为本发明一个较佳实施例中的谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装，该工装的部件主要包括压头1、导向件2、底座3、限位键4和加压杆7几部分，该工装用于在凸轮6上装配柔性轴承5。装配过程中，待装配凸轮6水平放置于底座3上，底座3上可设置固定件对其自身进行固定，以免压装过程中产生便宜。固定件可以是任何能够将其固定于操作平台上的装置。
谐波柔性轴承内圈为薄壁式，与凸轮是小过盈配合。由于柔性轴承需要先变形才能装配到凸轮上，所以冷装和热装并不适合，本发明考虑采用导向压装。由于凸轮为椭圆形，所以首先要把柔性轴承变形为与凸轮同样的形状，本发明设计的柔性轴承装配导向能很好地做到这一点。与普通压装最大的区别是，该柔性轴承压装导向上部为圆台(即截头圆锥)，下部为椭圆柱体，柔性轴承压装先经过锥形柱体部分，柔性轴承内圈与导向接触，柔性轴承不变形，再往下柔性轴承缓慢变形，到达最下面，柔性轴承内圈变形后形状与凸轮形状一致，至此柔性轴承开始被压入凸轮。如图2～5所示，导向件2由上部的圆台部201和下部的椭圆柱体部202组成，其中圆台部201和椭圆柱体部202平滑相接，使导向件2的侧壁呈光滑过渡的曲面。圆台部201是一个整体呈圆锥台型的块体，除了与椭圆柱体部202相接的位置外，其余位置的横截面外轮廓均呈圆形，且顶部的截面圆形直径需要小于待装配柔性轴承5的内径。而椭圆柱体部202是一个呈椭圆柱型的块体，除了与圆台部201相接的位置外，其余位置的横截面外轮廓均呈与待装配凸轮6外轮廓形状相同的椭圆形。圆台部201和椭圆柱体部202之间具有一段过渡段，因此两者相接的位置呈现不规则的截面，而且为了保证两部分交界位置的平滑，其交界线如图所示，是一条波纹形的闭合曲线。该曲线中，最高点位于椭圆柱体部202的短轴所在垂面，最低点位于长轴所在垂面。导向件2底部具有缺口圆柱形的突出部203，该突出部203作为导向凸台，从上方卡入待装配凸轮6的中心轴孔中。卡合到位时，椭圆柱体部202的底面需要尽量与待装配凸轮6的上表面密合，使得柔性轴承5能够顺畅地被压入凸轮6中。
如图7和8所示，为凸轮6的常规形状结构，由于凸轮6是具有长轴和短轴的椭圆形，因此装配过程中需要保证椭圆柱体部202的角度与凸轮6也一一对应，两者尽量形成平滑过渡面。此时，突出部203无法起到限位作用，需要依靠限位键4进行辅助配合。凸轮6的中心轴孔一般与输入轴匹配通过键连接，因此中心轴孔形状为一个圆形与一个方形突出键槽的组合体，参见图8。本发明中，利用凸轮6的中心轴孔本身的形状来进行限位。其具体做法为：在导向件2上沿轴向开设有贯通导向件的通孔205和键孔204，限位键4插入键孔204且底部卡入待装配凸轮6的中心轴孔的键槽中，限制凸轮6与导向件2相对转动。根据输入轴的常规形状，本发明优选设置限位键4为平键，限位键4插入键孔204后与突出部203配合构成组合体，该组合体的形状与待装配凸轮6的输入轴形状相同。平键插入凸轮6的中心轴键槽后，优选形成过盈配合。当然，限位键4也可以是其他形状，并非一定需要采用平键，只要能够限制凸轮6与导向件2相对转动即可。
另外，由于常规的凸轮6上表面中心具有凸起，因此导向件2底部也需要适应性设有环形的避让槽206，导向件2装配于凸轮6上时，凸轮6上表面的凸起位于避让槽206内，保证椭圆柱体部202底面与凸轮6上表面完全密合，减少缝隙导致的平滑度下降问题。当然，假如部分特殊的凸轮上表面不存在凸起，那么避让槽206也可以相应省略。
另外，为了稳定凸轮6保证其不会出现滑移，底座3上可以设有用于固定待装配凸轮6的凸台，使得凸轮6能够与凸台自然卡合固定，参见图9和10。同时，可以在底座3开孔，然后通过螺钉、螺栓等方式对其进行固定，例如如图所示环向开设4个螺孔。
柔性轴承5套于导向件2上后，会在重力作用下逐渐下滑，但是由于椭圆柱体部202的尺寸大于柔性轴承5未弹性伸展的尺寸，因此必须对其施加下压力才能被扩展并压入凸轮6中。本发明中，这个下压力是通过压头1来实现的。参见图6，压头1为无底的凹腔形状，使用时罩于导向件2外部，且底面与待装配于凸轮6上的柔性轴承5上表面接触。压头1的顶部开孔，一条加压杆7穿过压头1顶部开孔后插入通孔205中，用于对压头1施压使柔性轴承5卡入凸轮6外部。
加压杆7的形状可以根据需要进行调整，只要能够与压头1构成传力配合即可。在本发明的优选实施例中，加压杆7为内六角螺钉，内六角螺钉的顶部螺头尺寸大于压头1顶部开孔孔径，使其螺头能够对压头1施力。另外，本实施例中加压杆7不是靠外力进行下压的，而是在底座3上设有内攻螺纹的螺孔，内六角螺钉的底部拧入该螺孔中构成对压头1进行施压的螺旋副。使用时，直接利用内六角螺丝刀等部件匀速施拧内六角螺钉，利用内六角螺钉的螺头对压头1均匀施加下压力，保证柔性轴承5的受力均匀，这种做法使得薄壁式柔性轴承缓慢变形，相比于其他的外力下压做法而言，对轴承损害大大降低。一般而言，压头1底部横截面设置成圆环形即可，与未受外力作用时的待装配柔性轴承5形状相同，两者的圆环形直径相同。因为下压过程中，虽然轴承内圈与压头接触面逐渐变化，短轴会有部分接触不到，但不会导致受力不均，所以一般无需将压头内圈也设计成成本更高、加工难度更大的椭圆。当然，假如有必要，压头1底部横截面设置呈与凸轮6外轮廓形状一致的椭圆形亦可。
上述柔性轴承在装配时，导向件上部的圆台部201直径小于柔性轴承5内圈，柔性轴承5放上之后会滑至与其自身内径相等的部位(一般为导向件的中上部)，此时用压头1下压柔性轴承5内圈(轴承内圈与压头刚开始全部接触)，之后经过下部，长轴逐渐边长，短轴逐渐变短，柔性轴承5内圈缓慢变成椭圆形。
在使用过程中，由于柔性轴承5容易变形，因此需要控制下压量，防止过度施压导致变形。因此压头1与凸轮6之间需要设置限位，使得压头1能够刚好压至柔性轴承5装配到位后停止下压。一种实现方式是通过设置压头1的内腔深度来实现，压头1的内腔深度满足：当柔性轴承5卡入凸轮6到位后，压头1的内腔顶面与导向件2刚好接触限位。当然，限位也可以通过其他的形式实现，不做限定。
上述导向件2由于形状特殊，需要通过特殊方法进行加工。本发明提供一种优选的加工方法如下：
先车出一个比凸轮6长轴直径略大的圆柱体，再于圆柱体的下表面加工出突出部203、避让槽206和通孔205。然后慢走丝将圆柱体工件按凸轮6的外轮廓椭圆长短轴尺寸加工成尺寸一致的椭圆柱体。之后调整加工中心车刀倾角(优选以凸台导向为基准，调整加工中心车刀倾角为4.5度)，在保持椭圆柱体工件下部不变的情况下，车刀呈一个角度靠近导向件，环形切削工件上部使得上部从椭圆柱体变成圆台，形成平滑相接的圆台部201和椭圆柱体部202。需要注意的是，为了保证两部分平滑相接，其交界线应该是一条波纹形闭合曲线，长轴位置切削较多，曲线最低点也位于该位置，短轴位置切削较少多，曲线最高点也位于该位置。完成圆台部201和椭圆柱体部202加工后，再通过中走丝加工键孔204，至此完成导向件2整体加工。
基于上述工装的谐波用波发生器柔性轴承精密装配方法，其步骤如下：
首先将底座3进行固定，然后将待装配的凸轮6放置于底座3的凸台上。
然后，在凸轮6上方放置导向件2，将限位键4轻轻敲入导向件2的键孔204中，使得限位键4和突出部203配合构成组合体与待装配凸轮6的中心轴孔形成转动限位。
再后，把待装配的柔性轴承5套入导向件2中，盖上压头1，装入内六角螺钉，然后逐渐旋转内六角螺钉使其通过底座上的螺纹逐渐下移，对压头1逐渐施加向下压力，压头1底面对柔性轴承5施加均匀的下压力，使得柔性轴承5沿着导向件2逐渐变形至与凸轮6外轮廓相匹配，压头与导向件之间由于有限位，当螺钉压至压不动为止即已经压装到位。
拆卸内六角螺钉、压头1和导向件2，取下装配好的波发生器，然后继续进行下一轮装配。采用该工装10秒之可以装配好一个柔性轴承，大大提高装配效率。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装，其特征在于，包括压头(1)、导向件(2)、底座(3)、限位键(4)和加压杆(7)；待装配凸轮(6)水平放置于所述的底座(3)上；所述的导向件(2)包括上部的圆台部(201)和下部的椭圆柱体部(202)，所述的圆台部(201)和椭圆柱体部(202)平滑相接，使导向件(2)的侧壁呈光滑过渡的曲面；所述圆台部(201)除了与椭圆柱体部(202)相接的位置外，其余位置的横截面外轮廓均呈圆形，且圆形直径小于待装配柔性轴承(5)的内径；所述椭圆柱体部(202)除了与圆台部(201)相接的位置外，其余位置的横截面外轮廓均呈与待装配凸轮(6)外轮廓形状相同的椭圆形；所述的导向件(2)底部具有突出部(203)，导向件(2)通过突出部(203)从上方卡入待装配凸轮(6)的中心轴孔中；导向件(2)上沿轴向开设有通孔(205)和键孔(204)；限位键(4)插入所述键孔(204)且底部卡入待装配凸轮(6)的中心轴孔的键槽中，限制凸轮(6)与导向件(2)相对转动；所述压头(1)为无底的凹腔形状，罩于所述导向件(2)外部，且底面与待装配于凸轮(6)上的柔性轴承(5)上表面接触；压头(1)的顶部开孔，所述加压杆(7)穿过压头(1)顶部开孔后插入所述通孔(205)中，用于对压头(1)施压使柔性轴承(5)卡入凸轮(6)外部。
2.如权利要求1所述的谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装，其特征在于，所述的加压杆(7)为内六角螺钉，内六角螺钉的顶部螺头尺寸大于压头(1)顶部开孔孔径，所述底座(3)上设有内攻螺纹的螺孔，内六角螺钉的底部拧入该螺孔中构成对压头(1)进行施压的螺旋副。
3.如权利要求1所述的谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装，其特征在于，所述的限位键(4)为平键，限位键(4)插入所述键孔(204)后与突出部(203)配合构成组合体，该组合体的形状与待装配凸轮(6)的输入轴形状相同。
4.如权利要求1所述的谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装，其特征在于，所述的压头(1)的内腔深度满足：当柔性轴承(5)卡入凸轮(6)到位后，压头(1)的内腔顶面与所述导向件(2)刚好接触限位。
5.如权利要求1所述的谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装，其特征在于，所述的导向件(2)底部具有环形的避让槽(206)，导向件(2)装配于凸轮(6)上时，凸轮(6)上表面的凸起位于避让槽(206)内。
6.如权利要求1所述的谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装，其特征在于，所述的底座(3)上设有用于固定待装配凸轮(6)的凸台。
7.如权利要求1所述的谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装，其特征在于，所述的导向件(2)加工方法为：
先车出一个比凸轮(6)长轴直径大的圆柱体，再加工下部突出部(203)、避让槽(206)和通孔(205)；然后慢走丝将圆柱体工件按凸轮(6)的外轮廓椭圆长短轴尺寸加工成椭圆柱体；之后调整加工中心车刀倾角，在保持椭圆柱体工件下部不变的情况下，环形切削工件上部，形成平滑相接的圆台部(201)和椭圆柱体部(202)，两部分的交界线为波纹形闭合曲线；最后中走丝加工键孔(204)，得到导向件(2)。
8.如权利要求1所述的谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装，其特征在于，所述的底座(3)上设有用于将自身固定于操作平台上的固定件。
9.如权利要求1所述的谐波用波发生器柔性轴承精密装配工装，其特征在于，所述的压头(1)底部横截面呈圆环形，与未受外力作用时的待装配柔性轴承(5)形状相同。
10.一种利用如权利要求1～9任一所述工装的谐波用波发生器柔性轴承精密装配方法，其特征在于，步骤如下：
首先将底座(3)进行固定，然后将待装配的凸轮(6)放置于底座(3)上；然后，在凸轮(6)上方放置导向件(2)，将限位键(4)插入导向件(2)的键孔(204)中，使得限位键(4)和突出部(203)配合构成组合体与待装配凸轮(6)的中心轴孔形成转动限位；再后，把待装配的柔性轴承(5)套入导向件(2)中，盖上压头(1)，用加压杆(7)对压头(1)逐渐施加向下压力，使得柔性轴承(5)沿着导向件(2)逐渐变形至与凸轮(6)外轮廓相匹配，最终压装到位。
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