CN112610599A - 一种柔性轴承和谐波减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性轴承和谐波减速器，包括内圈、外圈、滚动体和保持架，所述滚动体设置于所述内圈和外圈之间，所述滚动体包括圆柱滚子和滚珠，所述保持架设置于所述内圈和外圈之间，并将所述圆柱滚子和所述滚珠沿周向间隔开来，所述内圈和外圈均能够弹性变形，所述内圈和外圈均具有与所述圆柱滚子配合的圆柱滚子滚道以及与所述滚珠配合的球形滚道。本发明柔性轴承中的滚动体包括圆柱滚子和球形的滚珠，圆柱滚子与圆柱滚子滚道之间的是线接触，能够大幅降低接触应力，提高柔性轴承的承载能力和使用寿命，使得谐波减速器的传动精度与扭转刚度能够长时间保持。同时，滚珠的存在，保证了内外圈不能分离，提高了该轴承的使用方便性和可行性。

Description

一种柔性轴承和谐波减速器

技术领域

本发明用于柔性轴承领域，特别是涉及一种柔性轴承和谐波减速器。

背景技术

谐波减速器主要由谐波齿轮与波发生器组成，而谐波齿轮包括刚轮与柔轮，其工作原理是靠波发生器使柔轮产生可控的弹性变形波，通过与刚轮的相互作用，实现运动及动力传递的传动装置。

在谐波减速器中，波发生器是三大核心部件之一，其中的柔性轴承性能好坏，更是决定着整机的寿命长短，所以，柔性轴承的设计非常关键。现有技术的柔性轴承，普遍采用的是类似深沟球轴承的滚珠轴承，即滚动体是球形的，内圈和外圈的壁厚相对比较薄。这种结构的柔性轴承，滚珠与滚道之间是点接触，接触承受面积较小，接触应力比较集中比较大，容易磨损与失效。这样容易造成谐波减速器整机传动精度和扭转刚度下降过快，降低谐波减速器的承载能力与使用寿命。

另外，现有技术的柔性轴承，滚子数量比较多，滚子装配时比较困难，或者比较容易造成滚道的损伤。

发明内容

本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种柔性轴承和谐波减速器，其能够提高柔性轴承的承载能力和使用寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

第一方面，一种柔性轴承，包括内圈、外圈、滚动体和保持架，所述滚动体设置于所述内圈和外圈之间，所述滚动体包括圆柱滚子和滚珠，所述保持架设置于所述内圈和外圈之间，并将所述圆柱滚子和所述滚珠沿周向间隔开来，所述内圈和外圈均能够弹性变形，所述内圈和外圈均具有与所述圆柱滚子配合的圆柱滚子滚道以及与所述滚珠配合的球形滚道。

结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述圆柱滚子围绕柔性轴承的中心轴均匀分布，所述滚珠围绕柔性轴承的中心轴均匀分布。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述圆柱滚子和滚珠的总数为A，20≤A≤25，其中，所述滚珠的总数为a，4≤a≤8。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述内圈、外圈的材料为GCr15钢。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述内圈的厚度d1与柔性轴承的外圈直径D的比值，d1/D＝0.017～0.025；所述外圈的厚度d2与柔性轴承的外圈直径D的比值，d2/D＝0.017～0.025。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述外圈的外表面在靠近两端面的位置均设有锥角α。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，α＝0.2°～1°。

结合第一方面和上述实现方式，在第一方面的某些实现方式中，所述外圈的外表面为两端收窄的弧形面。

第二方面，一种谐波减速器，包括第一方面中任一实现方式所述的柔性轴承。

上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：本发明柔性轴承中的滚动体包括圆柱滚子和球形的滚珠，圆柱滚子与圆柱滚子滚道之间的是线接触，能够大幅降低接触应力，提高柔性轴承的承载能力和使用寿命，使得谐波减速器的传动精度与扭转刚度能够长时间保持。同时，滚珠的存在，保证了内外圈不能分离，提高了该轴承的使用方便性和可行性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明柔性轴承的一个实施例结构示意图；

图2是图1中A-A处截面图；

图3是本发明柔性轴承的轴承寿命与d1/D对应关系曲线图；

图4是本发明柔性轴承的外圈的一个实施例结构示意图；

图5是本发明柔性轴承的外圈的另一个实施例结构示意图；

图6是本发明柔性轴承有无锥角α对扭转刚度影响曲线图；

图7是本发明谐波减速器的一个实施例结构示意图；

图8是图7所述的一个实施例的截面示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中，如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，其仅是为了便于描述本发明的技术方案，而不是指示或暗示所指的技术特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，“大于”“小于”“超过”等理解为不包括本数；“以上”“以下”“以内”等理解为包括本数。在本发明的描述中，如果有描述到“第一”“第二”仅用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”“安装”“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接，也可以是电连接或能够互相通讯；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参见图1、图2，本发明的实施例提供了一种柔性轴承32，包括内圈32a、外圈32b、滚动体和保持架32e，其中内圈32a与外圈32b中心对齐，滚动体设置于内圈32a和外圈32b之间，滚动体包括圆柱滚子32c和滚珠32d，保持架32e设置于内圈32a和外圈32b之间，并将圆柱滚子32c和滚珠32d沿周向间隔开来，内圈32a和外圈32b均能够弹性变形，内圈32a和外圈32b均具有与圆柱滚子32c配合的圆柱滚子滚道以及与滚珠32d配合的球形滚道。结合图7、图8，柔性轴承32在工作中，内圈32a安装在椭圆形的波发生器3上，外圈32b安装在柔轮2上，工作中圆柱滚子32c沿圆柱滚子滚道滚动，滚珠32d沿球形滚道滚动，使外圈32b随波发生器3的转动而发生弹性变形，进一步通过与刚轮1的相互作用，实现运动及动力传递。

本发明柔性轴承32中的滚动体包括圆柱滚子32c和球形的滚珠32d，圆柱滚子32c与圆柱滚子滚道之间的是线接触，能够大幅降低接触应力，提高柔性轴承32的承载能力和使用寿命，使得谐波减速器的传动精度与扭转刚度能够长时间保持。同时，滚珠32d的存在，通过与两侧内外圈的球形滚道的配合，保证了内外圈不能分离，提高了该轴承的使用方便性和可行性。

同时，本发明柔性轴承32通过将滚动体设置为圆柱滚子32c和滚珠32d，减少了滚珠32d的装配数量，柔性轴承32的装配难度大幅下降，并且不会造成滚道的损伤。

在一些实施例中，参见图1，本发明柔性轴承32中的滚动体，大部分是圆柱滚子32c，小部分是球形的滚珠32d，例如圆柱滚子32c和滚珠32d的总数为A，20≤A≤25，其中，滚珠32d的总数为a，4≤a≤8。各种滚动体沿圆周均匀分布。即圆柱滚子32c围绕柔性轴承32的中心轴均匀分布，滚珠32d围绕柔性轴承32的中心轴均匀分布。通过增加圆柱滚子32c在所有滚动体中的占比，能够大幅降低接触应力，提高柔性轴承32的承载能力和使用寿命。同时，合理确定滚珠32d的数量，保证内外圈布置于分离，提高了该轴承的使用方便性和可行性。

内圈32a、外圈32b可根据需要采用金属材料或非金属材料制作，例如在一些实施例中，内圈32a、外圈32b的材料为GCr15钢，GCr15钢通过采用热处理工艺获得良好的弹性变形能力，满足柔性轴承32的使用需要。

进一步的，对于特定材料制作的内圈32a和外圈32b，其厚度对于轴承寿命影响较大。参见图2，内圈32a的厚度d1与柔性轴承32的外圈32b直径D的比值介于0.017至0.025之间，即，d1/D＝0.017～0.025；外圈32b的厚度d2与柔性轴承32的外圈32b直径D的比值介于0.017至0.025之间，即，d2/D＝0.017～0.025。结合图3，内圈32a的厚度d1和外圈32b的厚度d2与外圈32b直径D的比值介于0.017～0.025区间时，轴承寿命表现良好，介于12×10⁸～14×10⁸次之间。而当该比值进一步增加时，轴承寿命则急剧衰减。相反当该比值小于0.017时，内圈32a、外圈32b的加工难度奇高；同时，会比较薄，要在其上设计球形滚道几乎不可能。

参见图4，在一些实施例中，外圈32b的外表面在靠近两端面的位置均设有锥角α，锥角根据需要可设置为α＝0.2°～1°，本发明通过在外圈32b上设置锥角，改善了柔性轴承32外圈32b与轮之间的配合状况。结合图6，柔性轴承32的扭转刚度随运转时间的变化曲线如图6所示，其中，外表面在靠近两端面的位置均设有锥角α的外圈32b相对于无锥角的外圈32b，柔性轴承32的扭转刚度衰减速度更慢，使用寿命更长。

结合图5、图6，为了延长柔性轴承32的使用寿命，降低柔性轴承32扭转刚度的衰减速度，外圈32b的外表面还可设计为鼓形，换言之，外圈32b的外表面为两端收窄的弧形面。

参见图7、图8，本发明的实施例提供了一种谐波减速器，包括谐波齿轮和波发生器3，波发生器3包括以上任一实施例中的柔性轴承32。而谐波齿轮包括刚轮1与柔轮2，其工作原理是靠波发生器3使柔轮2产生可控的弹性变形波，通过与刚轮1的相互作用，实现运动及动力传递。

结合图7、图8，对谐波减速器的结合和原理进行说明，柔轮2设计为外齿，刚轮1设计为内齿，刚轮1比柔轮2多2个齿。波发生器3由凸轮31和柔性轴承32组成，其中凸轮31轮廓是椭圆或近似椭圆的曲线，柔性轴承32安装在凸轮31的椭圆外表面，内外圈在凸轮31的作用下也随之形成椭圆曲线。波发生器3的外表面即是柔性轴承32的外圈32b，为椭圆曲线，存在长轴与短轴。波发生器3安装在柔轮2开口端(即远离固定法兰的一端)内孔中，迫使内孔产生椭圆变形。柔轮2开口端同时设计有齿部，这样，具有外齿的柔轮2与具有内齿的刚轮1在波发生器3的长轴一定范围内处于啮合状态，若刚轮1固定不动，波发生器3每旋转一周，由于柔轮2比刚轮1少2个齿，柔轮2会反方向旋转2个齿的角度，从而实现减速和传递动力的作用。其通过采用新型柔性轴承32，降低柔性轴承32内部接触应力，改善其与柔轮2之间的配合状况，使得谐波减速器的传动精度与扭转刚度长时间保持，以提升谐波减速器整机的承载能力与使用寿命。

在本说明书的描述中，参考术语“示例”、“实施例”或“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种柔性轴承，其特征在于，包括内圈、外圈、滚动体和保持架，所述滚动体设置于所述内圈和外圈之间，所述滚动体包括圆柱滚子和滚珠，所述保持架设置于所述内圈和外圈之间，并将所述圆柱滚子和所述滚珠沿周向间隔开来，所述内圈和外圈均能够弹性变形，所述内圈和外圈均具有与所述圆柱滚子配合的圆柱滚子滚道以及与所述滚珠配合的球形滚道。

2.根据权利要求1所述的柔性轴承，其特征在于，所述圆柱滚子围绕柔性轴承的中心轴均匀分布，所述滚珠围绕柔性轴承的中心轴均匀分布。

3.根据权利要求1或2所述的柔性轴承，其特征在于，所述圆柱滚子和滚珠的总数为A，20≤A≤25，其中，所述滚珠的总数为a，4≤a≤8。

4.根据权利要求1所述的柔性轴承，其特征在于，所述内圈、外圈的材料为GCr15钢。

5.根据权利要求4所述的柔性轴承，其特征在于，所述内圈的厚度d1与柔性轴承的外圈直径D的比值，d1/D＝0.017～0.025；所述外圈的厚度d2与柔性轴承的外圈直径D的比值，d2/D＝0.017～0.025。

6.根据权利要求1所述的柔性轴承，其特征在于，所述外圈的外表面在靠近两端面的位置均设有锥角α。

7.根据权利要求6所述的柔性轴承，其特征在于，α＝0.2°～1°。

8.根据权利要求1所述的柔性轴承，其特征在于，所述外圈的外表面为两端收窄的弧形面。

9.一种谐波减速器，其特征在于，包括权利要求1～8中任一项所述的柔性轴承。

Images