CN110410420A - 一种波发生器 - Google Patents

Abstract

一种波发生器，所述波发生器包括滚动轴承和内支撑轴，所述轴承外圈为等厚度弹性薄壁轴承外圈，所述轴承内圈为不等壁厚轴承内圈，所述内支撑轴的轴颈与轴承内圈内孔配合，并与轴承内圈周向固定，所述轴承外圈因受到轴承内圈通过滚子的支撑弹性形变为非圆形。内支撑轴可以是实心轴也可以是空心轴，内支撑轴可以很短，其作用是将轴承内圈内孔撑圆并带动轴承内圈周向转动，配合后内支撑轴轴颈外圆周长与轴承内圈内孔圆周长相等，内支撑轴的轴颈是指内支撑轴与轴承内圈内孔配合区域，该轴颈的轴截面边界可以是一个完整的正圆也可以是包含一个正圆上的数段圆弧的并所有边界在该正圆内的曲线。

Description

一种波发生器

技术领域

本发明涉及减速机技术领域，尤其是涉及一种用于谐波减速机的波发生器。

背景技术

谐波齿轮传动是美国发明家C.W.Musser于1955年发明创造的，它是一种利用柔性工作构件的弹性形变进行运动或动力传递的一种新型传动方式，它突破了机械传动采用刚性构件机构的模式，使用了一个柔性构件来实现机械传动，从而获得了一系列其他传动所难以达到的特殊功能。由于中间柔性构件的变形过程基本上是一个对称的谐波，故而得名。除前苏联把这种传动称为波形传动或柔性轮传动外，美、英、 德、日等国均称为“谐波传动”。

谐波齿轮传动减速原理是指利用柔轮、刚轮和波发生器的相对运动，主要是柔轮的可控弹性变形来实现运动和动力传递的。波发生器内的椭圆形凸轮在柔轮内旋转使柔轮产生变形。在波发生器的椭圆形凸轮长轴两端处的柔轮轮齿和刚轮轮齿进入啮合时，短轴两端处的柔轮轮齿与刚轮轮齿脱开。对于波发生器长轴和短轴之间的齿，沿柔轮和刚轮周长的不同区段内处于逐渐进入啮合的半啮合状态，称为啮入；处于逐渐退出啮合的半啮合状态，称为啮出。当波发生器连续转动时，柔轮不断产生形变，使两轮轮齿在啮入、啮合、啮出和脱开四种运动不断改变各自原来的工作状态，产生错齿运动，实现了主动波发生器到柔轮的运动传递。

现有的谐波齿轮传动装置的构成①刚轮:刚性的内齿轮，一般情况下比柔轮多2齿，通常固定在机壳上； ②柔轮:开口部外圈带有齿轮的薄杯形金属弹性部件，它随波发生器的转动而变形，通常与输出轴联接；③波发生器:由一个椭圆形凸轮和一个柔性轴承组成，通常与输入轴相联。柔性轴承内圈固定在凸轮上，外圈可通过滚珠实施弹性形变成椭圆形。

为了实现谐波减速机的精密传动，现有谐波减速机的波发生器内的椭圆凸轮的椭圆外型精度要求较高，而现有波发生器是通过椭圆凸轮装入薄壁轴承实现的，就对椭圆凸轮的加工精度要求较高，而精密的椭圆型加工相对同等精度的圆形成本高，同时不便于将精密椭圆零件和电机轴、齿轮、同步带轮等波发生器转动输入零件直接加工在一个零件上。

发明内容

本发明提出了一种波发生器。

本发明所采用的技术方案是：

一种波发生器，所述波发生器包括滚动轴承和内支撑轴，所述轴承外圈为等厚度弹性薄壁轴承外圈，所述轴承内圈为不等壁厚轴承内圈，所述内支撑轴的轴颈与轴承内圈内孔配合，并与轴承内圈周向固定，所述轴承外圈因受到轴承内圈通过滚子的支撑弹性形变为非圆形。内支撑轴可以是实心轴也可以是空心轴，内支撑轴可以很短，其作用是将轴承内圈内孔撑圆并带动轴承内圈周向转动，配合后内支撑轴轴颈外圆周长与轴承内圈内孔圆周长相等，内支撑轴的轴颈是指内支撑轴与轴承内圈内孔配合区域，该轴颈的轴截面边界可以是一个完整的正圆也可以是包含一个正圆上的数段圆弧的并所有边界在该正圆内的曲线；由于轴承内圈也是薄壁结构所以可以有一定的受力变形量，不等壁厚轴承内圈可以采用在车床上通过非圆外壁的治具将等壁厚的薄壁环状的轴承内圈胚料撑变形后车加工壁制成，而轴承内圈内孔和内支撑轴外颈过盈配合组装后，轴承内圈内孔又恢复为正圆形，而轴承内圈的外壁和滚子滚道则变形成非圆造型，轴承内圈和内支撑轴装配后形成整体运动的构件；滚动轴承包含在轴承内圈和轴承外圈之间的滚子，滚子是滚动轴承的滚动体，球型滚子就是滚珠、还可以是滚柱、滚针等；薄壁的厚度是指轴承圈的有效径向厚度，有效径向厚度是指滚子滚道和轴承内圈内孔壁的距离；现有技术的波发生器通常是选用椭圆凸轮和等厚度的弹性薄壁轴承内圈结构，然而这种结构要求椭圆凸轮必须加工出精准的椭圆凸轮造型，在机械加工领域加工出高精度的椭圆凸轮相对比加工出高精度的圆轴成本更高；而本发明采用了圆形轴颈的内支撑轴和不等壁厚轴承内圈组合的结构形式，有利于更简便的加工出精度更高的内支撑轴和轴承内圈，而且也有利于将电机轴、齿轮、同步轮等波发生器转动输入零件直接与内支撑轴通过简单加工制作在一个零件上，降低机器人复杂度。

作为优选方案，所述的内支撑轴的轴颈的轴截面边界可以是一个完整的正圆也可以是包含一个正圆上的数段圆弧的并所有边界在该正圆内的曲线。所述轴颈的外形要满足可以将轴承内圈内孔撑回圆形轴孔，如果内支撑轴的轴颈上设有键槽和花键，轴承内圈圆形轴孔上相应也可以设置键槽或花键。

作为优选方案，所述内支撑轴轴颈上设有键槽或花键。在内支撑轴轴颈上设有键槽或花键，并通过键槽或花键与同样设有键槽或花键的轴承内圈周向固定。

作为优选方案，所述内支撑轴为中空轴。中空轴满足波发生器中孔穿线或通过轴承将波发生器内支撑轴固定在其他轴上的结构需要。

作为优选方案，所述内支撑轴上设有连轴结构。所述内支撑轴上可以设有刚性连轴结构、十字滑块连轴结构或端面法兰连轴结构，连轴结构用于连接外部输入波发生器转动的零件的轴，通常是电机的输出轴，在现有技术的谐波减速机结构中在波发生器椭圆凸轮上也是设有连轴结构的，本发明的内支撑轴如选用设有连轴结构的形式则连轴结构的构造与现有技术的波发生器上的连轴结构构造相同即可。

作为优选方案，所滚动轴承为滚珠轴承，包括轴承外圈、轴承内圈、数个滚珠和保持架。滚珠轴承通常为深沟球轴承，作为本发明的波发生器的轴承外圈需要选用弹性材料并且壁厚较薄，滚珠沟槽也较浅与现有技术的波发生器轴承外圈相同；轴承内圈为不等壁厚结构，不等壁厚结构可以是轴承内圈只指滚珠沟槽底部到轴承内圈内壁的厚度不均，满足装配后滚珠和轴承内圈内壁距离线性周期性波动变化。

作为优选方案，所述滚动轴承为满滚珠轴承。为了增加轴承外圈的支撑力，选用满滚珠轴承而不用保持架是一个比较理想的选择，这时轴承内圈的滚珠滚道可以加工成单边开放的形式，然后由内支撑轴零件的翻边轴向限位滚珠使其不能脱出，这种结构需要在轴承内圈与内支撑轴零件装配的过程中先装入滚珠和轴承外圈。

作为优选方案，作为优选方案所述内支撑轴为两个以上零件组成的构件。所述的组成方法可以是用螺丝连接固定或其他相互固定形成构件的形式，目的在于内支撑轴可以和轴承内圈轴向端面压紧固定，典型的优选结构为，组成内支撑轴的两个零件可以都设有翻边，两个翻边分别压紧轴承内圈两个端面，组成内支撑轴的两个零件相互用螺丝拧紧的过程就将两个零件的翻边与轴承内圈两个端面压紧实现周向固定。

作为优选方案，所述内支撑轴和轴承内圈过盈配合固定。过盈配合是常见的两个零件相互固定的方式可以实现轴向、径向、周向的固定；同时过盈配合能够有效保障装配精度；为了增加过盈配合后的强度可以刮研或打磨配合接触面增大摩擦力，也可以在配合接触面施加粘合剂。

一种波发生器的加工制造方法，所述波发生器由内支撑轴、轴承内圈、轴承外圈和滚子组装制成，所述轴承内圈为先用车床车加工为内外皆为圆形的薄壁圆环胚料，然后将薄壁圆环胚料套在安装在车床或外圆磨床主轴上的非圆治具上并固定，套的过程非圆治具的非圆支撑面外壁会将轴承内圈的薄壁圆环胚料的内孔和外形撑为与治具相配的非圆形，然后用车床或外圆磨床在胚料上加工出圆形滚子滚道制成波发生器的轴承内圈；波发生器的内支撑轴可以直接用车床或外圆磨床加工制成轴颈周长与波发生器轴承内圈内孔周长相等的工件，然后将内支撑轴零件的轴颈与轴承内圈内孔装配将轴承内圈支撑为圆形并周向固定形成构件，轴承内圈的滚子滚道变形为非圆外形，再与轴承外圈和滚子等滚动轴承的其他零件组装为完整的波发生器。所述波发生器的轴承外圈为现有技术波发生器轴承外圈的加工方法，所述波发生器内支撑轴同现有技术的各种轴零件一样车加工或外圆磨加工制成；所述非圆治具的非圆外壁周长等于轴承内圈内孔周长等于内支撑轴轴颈周长；车滚子滚道的过程中也可以将轴承内圈外形也车成圆形，使滚道深度一致；上述胚料指轴承内圈加工为圆形的薄壁圆环但还没有加工出滚子滚道的半成品；上述制造工艺的描述中由于轴承外圈、滚子以及可能用到的轴承保持架等零件都和现有技术的波发生器轴承零件制造工艺相同，内支撑轴零件如果需要附带联轴结构等结构则附带结构的制造工艺和和波发生器内支撑件上的附带结构工艺相同，轴承内圈的材质也与现有技术波发生器轴承内圈材质相同。

作为优选方案，一种用于加工不等壁厚轴承内圈的加工治具，所述固定在车床或外圆磨床主轴上的非圆治具包括主轴连接结构、非圆支撑面、顶出环零件和压紧环零件，所示主轴连接结构用于与车床或外圆磨床主轴连接，所述非圆支撑面的周长与轴承内圈内孔周长相等，所述顶出环套在非圆治具根部，可以在非圆治具上轴向移动，所述压紧环零件套在非圆治具前部，压紧环可以轴向移动从非圆治具上拆下，所述轴承内圈零件加工时夹在压紧环和顶出环之间并夹紧。所述压紧环和顶出环可以气动、液压或电动控制轴向移动，也可以在非圆治具上加工出螺纹，通过手动旋转螺纹上的螺母推动压紧环或顶出环实现轴向移动。

上述波发生器用于替换谐波减速机的现有的波发生器，使用本发明提出的上述波发生器的谐波减速机的其他部件可以都和现有技术的谐波减速机其他部件一样，都是谐波减速机领域的一般技术人员已知的，本发明的发明点在于提出了新的波发生器非圆转体构件的构成结构以及构件中实现非圆效果的关键零件不等壁厚的轴承内圈的加工方法；对减速机领域和机械加工领域一般技术人员所已知的加工或结构的细节不再过多陈述。

附图说明

图1实施例1的波发生器俯视图。

图2实施例1的波发生器剖面图。

图3实施例2的波发生器俯视图。

图4实施例2的波发生器剖面图。

图5实施例3的波发生器俯视图。

图6实施例3的波发生器剖面图。

图7实施例4的波发生器俯视图。

图8实施例4的波发生器剖面图。

图9实施例5的波发生器轴承内圈加工用非圆治具剖面图。

图中：1、轴承外圈；2、轴承内圈；3、滚子；4、内支撑轴；5、保持架；6、键；7、非圆治具的非圆支撑面；8、非圆治具的顶出环零件；9、非圆治具的压紧环零件。

具体实施方式

下面结合附图对具体实施方式提出示例。

实施例1如图1~2所示，本实施例选用了紧配加粘合剂固定的方式实现内支撑轴和轴承内圈的固定；不等壁厚轴承内圈内孔和圆柱型的内支撑轴轴颈在配合面施加金属结构胶之后紧配形成一体运动的具有椭圆轴承内圈滚子滚道的构件，配合后内支撑轴轴颈外圆周长与轴承内圈内孔圆周长相等，然后与和现有技术的波发生器相同的轴承外圈、滚珠和轴承保持架装配成完整的波发生器；本实施例中的波发生器包括了使用顶丝固定的刚性连轴结构，该刚性连轴结构由直接加工再在内支撑轴零件上的带有顶丝孔的空心轴管和顶丝构成，内支撑轴为铝合金车加工制成，轴承内圈材质与现有技术的波发生器轴承内圈相同，采用说明书中所述的先车成圆环胚料然后套在非圆治具上车加工滚子滚道制成。

实施例2如图3~4所示，本实施例选用了紧配加键周向固定的方式实现内支撑轴和轴承内圈的固定；不等壁厚轴承内圈内孔加工有键槽，圆柱型的内支撑轴轴颈对应位置也加工有键槽，不等壁厚轴承内圈内孔和圆柱型的内支撑轴轴颈加键配合后形成一体运动的具有椭圆轴承内圈滚子滚道的构件，配合后内支撑轴轴颈外圆周长与轴承内圈内孔圆周长相等，然后与和现有技术的波发生器相同的轴承外圈、滚珠和轴承保持架装配成完整的波发生器；本实施例中的内支撑轴为空心轴零件并且在内孔加工有键槽，内支撑轴为铝合金加工制成，轴承内圈材质与现有技术的波发生器轴承内圈相同，采用说明书中所述的先车成圆环胚料然后套在非圆治具上车加工滚子滚道制成。

实施例3如图5~6所示，本实施例选用了两零件组合内支撑轴，通过上下夹紧轴承内圈两端面的方式实现内支撑轴和轴承内圈的固定；两个内支撑轴零件都包含有翻边和部分圆柱形内支撑轴轴颈，两个内支撑轴零件分别从轴承内圈内孔两端插入轴承内圈并用螺丝相互锁紧，不等壁厚轴承内圈内孔和两个内支撑轴零件的圆柱型轴颈紧配，配合后内支撑轴轴颈外圆周长与轴承内圈内孔圆周长相等，同时两个内支撑轴零件的翻边分别压紧轴承内圈的两个端面实现周向固定，形成一体运动的具有椭圆轴承内圈滚子滚道的构件；然后与和现有技术的波发生器相同的轴承外圈、滚珠和轴承保持架装配成完整波发生器；本实施例中的波发生器包括了使用顶丝固定的刚性连轴结构，该刚性连轴结构由直接加工在内支撑轴一个零件上的带有顶丝孔的空心轴管和顶丝构成，内支撑轴零件为铝合金加工制成，轴承内圈材质与现有技术的波发生器轴承内圈相同，采用说明书中所述的先车成圆环胚料然后套在非圆治具上车加工滚子滚道制成。

实施例4如图7~8所示，本实施例选用了满滚珠轴承的轴承结构，选用两件组合内支撑轴通过上下夹紧轴承内圈的两端面的方式实现内支撑轴和轴承内圈的固定，同时在内支撑轴的一个零件上加工出翻边结构该翻边结构轴向限位了滚珠；两个内支撑轴零件都包含有翻边和部分圆柱形内支撑轴轴颈，其中一件内支撑轴零件的翻边外径小于轴承外圈椭圆变形后的内壁短轴且大于所有滚珠滚动轴心运动轨迹椭圆的长轴，轴承内圈加工为单向轴承内圈滚道，在轴承内外圈之间装入滚珠后，再将两个内支撑轴零件分别从轴承内圈内孔两端插入轴承内圈并用螺丝相互锁紧，不等壁厚轴承内圈内孔和两个内支撑轴零件的圆柱型轴颈紧配，配合后内支撑轴轴颈外圆周长与轴承内圈内孔圆周长相等，同时两个内支撑轴零件的翻边分别压紧轴承内圈的两个端面实现周向固定，翻边外径小于轴承外圈椭圆变形后的内壁短轴且大于所有滚珠滚动轴心运动轨迹椭圆的长轴的内支撑轴零件位于轴承内圈的滚道开放端，限制滚珠轴向移出滚道，轴承内圈和两个内支撑轴零件形成一体运动的具有椭圆轴承内圈滚子滚道的构件，轴承外圈在不等壁厚轴承内圈的椭圆滚珠滚道通过滚珠的支撑下呈现椭圆外形；本实施例中的波发生器包括了使用顶丝固定的刚性连轴结构，该刚性连轴结构由直接加工在内支撑轴一个零件上的带有顶丝孔的空心轴管和顶丝构成，内支撑轴零件为铝合金加工制成，轴承内圈材质与现有技术的波发生器轴承内圈相同，采用说明书中所述的先车成圆环胚料然后套在非圆治具上车加工滚子滚道制成。

实施例5如同1和9所示，本实施例介绍了一种波发生器的制造方法，首先着重介绍与现有技术不同的轴承内圈的加工方法和用于加工轴承内圈不等壁厚结构的非圆治具；以本发明提出的技术方案制造如图1所示的波发生器时，区别于现有技术的波发生器制造工艺的主要零件是轴承内圈的加工制造工艺和内支撑轴的加工制造工艺，轴承内圈的制造方法的要点是使用了一个如图9所示的专用非圆治具，该非圆治具包括供车床卡盘或磨床卡盘夹持的面，椭圆支撑面，顶出环和压紧环，顶出环和压紧环分别由顶出螺母和压紧螺母推动，非圆治具的根部加工有与顶出螺母相配的外螺纹，非圆治具的椭圆支撑面前端加工有便于轴承内圈胚料套上的斜面，并且非圆治具前端顶部加工有与压紧螺母相配的螺纹，所述压紧环在轴承胚料套上非圆治具斜面后套在非圆治具上，并通过穿过旋转压紧螺母实现压紧轴承内圈胚料；固定好后对轴承内圈进行外圆车加工或磨加工，加工完成后先松开压紧螺母拆下压紧环，然后通过旋转顶出螺母推动顶出环顶出加工好的轴承内圈成品；通过车床或外圆磨床加工出与轴承内圈配料内孔可以紧配的圆柱形轴颈的内支撑轴；不等壁厚轴承内圈加工好后压入在配合面施加了金属结构胶的内支撑轴实现周向固定，此时的轴承内圈呈现椭圆形滚子滚道，再与和现有技术的波发生器相同的轴承外圈、滚子和轴承保持架装配后制成完整的波发生器。

Claims (10)

1.一种波发生器，其特征是：所述波发生器包括滚动轴承和内支撑轴，所述轴承外圈为等厚度弹性薄壁轴承外圈，所述轴承内圈为不等壁厚轴承内圈，所述内支撑轴的轴颈与轴承内圈内孔配合，并与轴承内圈周向固定，所述轴承外圈因受到轴承内圈通过滚子的支撑弹性形变为非圆形。

2.根据权利要求1所述的一种波发生器，其特征是：所述的内支撑轴的轴颈的轴截面边界可以是一个完整的正圆也可以是包含一个正圆上的数段圆弧的并所有边界在该正圆内的曲线。

3.根据权利要求1所述的一种波发生器，其特征是：所述内支撑轴轴颈上设有键槽或花键。

4.根据权利要求1所述的一种波发生器，其特征是：所述内支撑轴为中空轴。

5.根据权利要求1所述的一种波发生器，其特征是：所述内支撑轴上设有连轴结构。

6.根据权利要求1所述的一种波发生器，其特征是：所滚动轴承为滚珠轴承，包括轴承外圈、轴承内圈、数个滚珠和保持架。

7.根据权利要求1所述的一种波发生器，其特征是：所述滚动轴承为满滚珠轴承。

8.根据权利要求1所述的一种波发生器，其特征是：所述内支撑轴为两个以上零件组成的构件。

9.一种波发生器的加工制造方法，其特征是：所述波发生器由内支撑轴、轴承内圈、轴承外圈和滚子组装制成，所述轴承内圈为先用车床车加工为内外皆为圆形的薄壁圆环胚料，然后将薄壁圆环胚料套在安装在车床或外圆磨床主轴上的非圆治具上并固定，套的过程非圆治具的非圆支撑面外壁会将轴承内圈的薄壁圆环胚料的内孔和外形撑为与治具相配的非圆形，然后用车床或外圆磨床在胚料上加工出圆形滚子滚道制成波发生器的轴承内圈；波发生器的内支撑轴可以直接用车床或外圆磨床加工制成轴颈周长与波发生器轴承内圈内孔周长相等的工件，然后将内支撑轴零件的轴颈与轴承内圈内孔装配将轴承内圈支撑为圆形并周向固定形成构件，轴承内圈的滚子滚道变形为非圆外形，再与轴承外圈和滚子等滚动轴承的其他零件组装为完整的波发生器。

10.根据权利要求9所述的一种波发生器加工方法，其特征是：所述加工方法使用了一种用于加工不等壁厚轴承内圈的加工治具，所述固定在车床或外圆磨床主轴上的非圆治具包括主轴连接结构、非圆支撑面、顶出环零件和压紧环零件，所示主轴连接结构用于与车床或外圆磨床主轴连接，所述非圆支撑面的周长与轴承内圈内孔周长相等，所述顶出环套在非圆治具根部，可以在非圆治具上轴向移动，所述压紧环零件套在非圆治具前部，压紧环可以轴向移动从非圆治具上拆下，所述轴承内圈零件加工时夹在压紧环和顶出环之间并夹紧。