CN112524153B - 一种谐波减速器波发生器柔性轴承外圈设计及加工工艺 - Google Patents

一种谐波减速器波发生器柔性轴承外圈设计及加工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种谐波减速器波发生器柔性轴承外圈设计及加工工艺，谐波减速器的波发生器外圈为鼓形。将波发生器柔性轴承外圈由柱体形状设计为与柔轮变形后贴合的具有圆滑边缘的鼓形柱体，与变形后的柔轮贴合度高，增大接触面积，减小接触应力，改善润滑环境，从而改善波发生器外圈与柔轮之间的磨损，本发明不改变原有谐波减速器波发生器与柔轮之间的传动特性。本发明设计的鼓形柱体形状的波发生器柔性轴承外圈表面与柔轮表面相切接触，接触面积大，单位接触压力小，摩擦环境改善，磨损小；同时由于波发生器外圈侧面边缘进行打磨，有更多的空间使磨粒排出，减少由磨粒带来的磨损，延长谐波减速器的使用寿命，具有推广应用的价值。

Description

一种谐波减速器波发生器柔性轴承外圈设计及加工工艺
技术领域
本发明涉及谐波减速器领域，尤其涉及谐波减速器波发生器的结构设计及加工。
背景技术
谐波减速器较少出现零部件的力学破坏这种失效形式，其失效形式主要表现为接触区域润滑不良磨损而引起的传动性能退化。对试验后的谐波减速器进行拆解发现：柔性轴承运转良好，柔轮和刚轮齿面无明显磨损，柔性轴承外圈出现轻微磨损，柔轮内壁存在较明显的磨损。因此改善柔轮-波发生器柔性轴承外圈之间的磨损可提升谐波减速器的使用寿命。
拆解运行一定时间后的减速器发现，谐波减速器没有出现应力破坏，柔轮和刚轮齿面无明显磨损，柔性轴承外圈出现轻微磨损，柔轮内壁存在较明显的磨损，产生了两条明显的环状磨损痕迹，并且柔性轴承外圈和柔轮内壁之间有大量磨屑存在。即柔性轴承外圈和柔轮内壁间的磨损是谐波减速器失效的主要原因。
柔轮在椭圆形波发生器的持续作用下发生规律性变形(如图1所示)。由于柔轮为长筒薄壁构件，当波发生器装入柔轮后，柔轮在长轴处的径向变形为向外扩张，且在轴向方向上，由根部至外沿变形量逐渐增大，因此波发生器只有靠近柔轮根部处的边角与柔轮发生接触(如图2所示)。同理，只要柔轮变形后向外扩张，柔轮变形后只与波发生器柔性轴承外圈靠近柔轮根部处的边角发生接触；若柔轮变形后向内收缩，柔轮变形后只与波发生器柔性轴承外圈靠近柔轮外沿处的边角发生线相切接触，产生较大的接触应力(如图2所示)。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，将波发生器柔性轴承外圈由传统的柱体形状设计为与柔轮变形后较为贴合的具有圆滑边缘的鼓形柱体(如图3所示)，与变形后的柔轮贴合度较高(如图4所示)，增大其间的接触面积，减小接触应力，改善润滑环境，从而改善波发生器外圈与柔轮之间的磨损，本设计不改变原有谐波减速器波发生器与柔轮之间的传动特性。
本发明采用的技术方案为一种谐波减速器波发生器柔性轴承外圈，谐波减速器的波发生器外圈为鼓形。将波发生器柔性轴承外圈由柱体形状设计为与柔轮变形后贴合的具有圆滑边缘的鼓形柱体，与变形后的柔轮贴合度高，增大接触面积，减小接触应力，改善润滑环境，从而改善波发生器外圈与柔轮之间的磨损，本发明不改变原有谐波减速器波发生器与柔轮之间的传动特性。
波发生器外圈与柔轮的接触形式与波发生器柔性轴承外圈与柔轮接触的方式相同：即发生相对滑动。
一种谐波减速器波发生器柔性轴承外圈设计方法，具体而言，该方法包括如下步骤，
S1：谐波减速器柔性轴承外圈结构采用鼓形柱体的形状。
S2：通过形状拟合打磨加工工艺来将谐波减速器波发生器外圈由柱体形状加工为鼓形柱体：即将波发生器连同柔性轴承装配后安装入基于柔轮形状设计的形状拟合打磨模具中进行形状拟合打磨，直至波发生器柔性轴承外圈形状与变形后的柔轮贴合。
S3：形状拟合打磨模具是基于柔轮形状设计的，模具内腔与柔轮内壁形状相同，并且形状拟合打磨模具与柔轮具有相似的等效厚度和抗扭转刚度，保证模具能够模拟柔轮真实变形。
S4：形状拟合打磨工艺在形状拟合打磨工作台上进行。形状拟合打磨工作台由冷却液供应系统、形状拟合打磨模具、形状拟合打磨主电机和激光测距装置组成。每个组成部分都有固定支架进行支撑，固定支架安装在工作台特定位置可保证形状拟合打磨模具、波发生器、电机同轴布置。
S5：采用激光测距仪检测形状拟合打磨模具外表面某一特定位置的跳度，随着打磨工艺进行，波发生器外圈有效尺寸逐渐因磨损减小，当激光测距仪检测的跳度达到预设值，波发生器外圈有效尺寸到达预设值时结束形状拟合打磨。待清洗、测试后即可完成加工。
进一步地，形状拟合打磨模具在与谐波减速器波发生器的外圈接触区域设计有可替换的摩擦环片，当此接触区域发生磨损、不满足精度要求时应取下并替换摩擦环片。
本发明的有益效果在于：鼓形柱体形状的波发生器柔性轴承外圈表面与柔轮表面相切接触，接触面积大，单位接触压力小，摩擦环境改善，磨损小；同时由于波发生器外圈侧面边缘进行打磨，有更多的空间使磨粒排出，减少由磨粒带来的磨损，延长了谐波减速器的使用寿命，因此本发明具有推广应用的价值。
附图说明
图1，波发生器装配进柔轮后，柔轮变形示意图。
图2，传统谐波减速器波发生器柔性轴承外圈与柔轮接触示意及其局部放大示意图；(a：波发生器长轴处接触；b：波发生器长轴处接触局部放大；c：波发生器短轴处接触；d：波发生器短轴处接触局部放大)。
图3，波发生器柔性轴外圈的胀形柱体形状与传统设计的对比示意(a：传统波发生器柱体外形；b：本发明中波发生器采用的鼓形柱体外形)
图4，采用鼓形柱体形状设计的波发生器柔性轴承外圈装配进柔轮的接触示意(左：波发生器长轴处接触，右：波发生器短轴处接触)。
图5，基于柔轮的形状设计的形状拟合打磨模具的示意图。
图6，形状拟合打磨工艺工作台设计。
图7，形状拟合打磨模具与其支架之间的密封槽设计。
图中：1冷却液输入管；2冷却液输入电机支架；3冷却液输入电机；4冷却液输送管；5形状拟合打磨模具支架；6形状拟合打磨模具；7待打磨的谐波减速器波发生器；8激光测距仪；9激光测距仪支架；10主电机传动轴；11主电机；12主电机支架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
谐波减速器柔轮在变形后是一个确定的复杂曲面形状，却很难描述和模拟。采用传统加工工艺很难加工出与柔轮变形后贴合的波发生器柔性轴承外圈形状。因此本设计采用形状拟合打磨工艺进行加工。其具体步骤为：
S1.设计并加工出形状拟合打磨模具：
形状拟合打磨模具的作用是模拟柔轮真实变形，并且将波发生器的外圈磨损至鼓形柱体。形状拟合打磨模具基于柔轮设计，可较准确模拟出柔轮真实变形。在拟合模具内侧与波发生器接触区域加工一圈凹槽，要求凹槽带安装上可替换磨片后与形状拟合打磨工件内壁表面平齐，过度平整。凹槽深度不应超过原柔轮厚度的1/3，以减小凹槽带对于柔轮变形的模拟精度影响。根据凹槽带的形状加工可替换磨片。可替换磨损片可采用硬度值稍高，表面粗糙的金属环片。还可通过增材制造等方法，在凹槽带处喷涂上磨粒涂层并将凹槽带填平，喷涂磨粒区域要求过度平整，使磨具内表面与磨具参考设计的柔轮内表面具有相同尺寸；当涂层厚度减小不能到达预设精度时应重新补喷涂磨粒涂层。
S2.搭建形状拟合工艺工作台
将冷却液供应系统(包括冷却液输送泵及其定位固定支架，冷却液输送管，冷却液输送管密封件)，形状拟合打磨模具(包括固定支架，冷却液密封件)，形状拟合打磨主电机(包括电机固定支架，电机-波发生器输送轴及其固定装置)，激光测距装置(及其固定支架)安装到工作台上。
S3将波发生器连同柔性轴承放入形状拟合打磨工件内；
打开电机，以一定转速转动波发生器使形状拟合打磨工件模拟柔轮空载工作状态下的变形，将波发生器柔性轴承外圈加工至与磨损环贴合。采用激光测距仪检测柔轮表面跳度，计算拟合磨具当前状态下的变形量，直至波发生器外圈逐渐磨损至需要尺寸。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施方案的限制，上述实施例和说明书描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有变化和改进，这些变化和改进都要落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.一种谐波减速器波发生器柔性轴承外圈设计方法，该谐波减速器波发生器柔性轴承外圈为鼓形；将谐波减速器波发生器柔性轴承外圈由柱体形状设计为与柔轮变形后贴合的具有圆滑边缘的鼓形柱体，与变形后的柔轮贴合度高，增大接触面积，减小接触应力，改善润滑环境，从而改善谐波减速器波发生器柔性轴承外圈与柔轮之间的磨损；
其特征在于：该方法包括如下步骤，
S1：通过形状拟合打磨加工工艺来将谐波减速器波发生器柔性轴承外圈由柱体形状加工为鼓形柱体：即将波发生器连同柔性轴承装配后安装入基于柔轮形状设计的形状拟合打磨模具中进行形状拟合打磨，直至谐波减速器波发生器柔性轴承外圈形状与变形后的柔轮贴合；
S2：形状拟合打磨模具是基于柔轮形状设计的，模具内腔与柔轮内壁形状相同，并且形状拟合打磨模具与柔轮具有相似的等效厚度和抗扭转刚度，保证模具能够模拟柔轮真实变形；
S3：形状拟合打磨工艺在形状拟合打磨工作台上进行；形状拟合打磨工作台由冷却液供应系统、形状拟合打磨模具、形状拟合打磨主电机和激光测距装置组成；每个组成部分都有固定支架进行支撑，固定支架安装在工作台上，保证形状拟合打磨模具、波发生器、电机同轴布置；
S4：采用激光测距仪检测形状拟合打磨模具外表面的跳度，随着打磨工艺进行，谐波减速器波发生器柔性轴承外圈有效尺寸逐渐因磨损减小，当激光测距仪检测的跳度达到预设值，谐波减速器波发生器柔性轴承外圈有效尺寸到达预设值时结束形状拟合打磨；待清洗、测试后即可完成加工。
2.根据权利要求1所述的一种谐波减速器波发生器柔性轴承外圈设计方法，其特征在于：形状拟合打磨模具在与谐波减速器波发生器柔性轴承外圈接触区域设计有可替换的摩擦环片，当此接触区域发生磨损、不满足精度要求时应取下并替换摩擦环片。
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