CN117145946B - 一种避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构，属于减速器技术领域，本柔轮结构包括波发生器、柔轮和刚轮，波发生器的输出端套设于柔轮的内部，刚轮套设于柔轮的外部，波发生器驱动柔轮转动，并且柔轮的外壁与刚轮的内壁错齿配合；柔轮的内侧壁与轴线之间具有夹角。本发明能够降低柔轮在装配波发生器后向外扩张、翘曲的程度，避免柔轮齿部与刚轮齿部的啮合干涉，降低运转过程中齿部磨损，从而提高谐波减速器运转精度，延长使用寿命。

Description

一种避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构

技术领域

本发明属于减速器技术领域，具体涉及一种避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构。

背景技术

谐波减速器主要由刚性齿轮、柔性齿轮、波发生器三个基本构件组成，是通过伺服电机带动波发生器运作，波发生器驱动柔性齿轮产生可控的弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的传动机构。谐波减速器广泛运用于航空航天、自动化、工业机器人等领域。然而，现有的谐波发生器往往会产生材料疲劳，从而影响精度和使用寿命。

公开号为US20210381588A1的发明申请提供一种双柔性花键谐波减速器，包括强柔性花键、弱柔性花键和波动发生器。强柔性花键和弱柔性花键轴向和径向同轴固定，强柔性花键和弱柔性花键上分别设有可相互啮合且数量不同的齿。波动发生器使弱柔性花键发生非圆弹性变形，然后与强柔性花键部分啮合，强柔性花键和弱柔性花键的接触部分在弱柔性花键的径向压力下发生非圆弹性变形。强柔性花键的壁厚大于或等于弱柔性花键的2倍且小于5倍。该双柔性花键谐波减速器，零件磨损在一定范围内不会影响减速器的精度，可有效延长减速机的使用寿命；有助于减少弱柔性花键的弹性变形，从而减缓材料疲劳。

授权号为CN107559403B的发明专利公开了一种谐波减速器柔轮及其制造方法。该谐波减速器柔轮，包括金属齿圈和塑胶杯底；金属齿圈上设有纳米结合部，纳米结合部的内、外表面上经纳米处理；塑胶杯底经模内注塑成型；金属齿圈的纳米结合部嵌在塑胶杯底上。该发明提供的谐波减速器柔轮，其分成精度要求更高的金属齿圈和精度要求相对较低的塑胶杯底两部分；如此，其一方面可以保证谐波减速器柔轮的精度和使用寿命，另一方面可简化制作工艺，缩短单件加工时间，提高生产效率，降低生产成本，以实现效益最大化。

然而，现有的谐波减速器，在柔性齿轮与波发生器装配的过程中，柔轮的孔口端会发生向外扩张，翘曲，这样，装配后柔轮的齿部与刚轮的齿部就会发生啮合干涉现象，从而导致部分齿段的啮合深度减少，造成啮合面积减少，承载能力降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构，能够降低柔轮装配后向外扩张、翘曲的程度，同时使柔轮向内倾斜刚好变成水平状态，避免柔轮齿部与刚轮齿部的啮合干涉，减少啮合摩擦，降低运转过程中的磨损，从而提高谐波减速器运转精度，延长谐波减速器使用寿命。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构，包括波发生器、柔轮和刚轮，波发生器的输出端套设于柔轮的内部，刚轮套设于柔轮的外部，波发生器驱动柔轮转动，并且柔轮的外壁与刚轮的内壁错齿配合；柔轮的内侧壁与轴线之间具有夹角。

进一步的，波发生器包括椭圆形的凸轮与柔性轴承，柔性轴承套设在凸轮的外部；柔性轴承套受凸轮的约束也成为椭圆形，并且柔性轴承所形成的椭圆的长轴尺寸大于柔轮的内径。装配时，柔轮套设在柔性轴承的外部。

采用上述技术方案，柔轮的内侧壁与轴线之间具有夹角，能够降低柔轮在装配波发生器后向外扩张、翘曲的程度，从而避免柔轮齿部与刚轮齿部的啮合干涉，降低运转过程中齿部磨损，提高谐波减速器运转精度；并且波发生器可以方便进行旋转压装，实现快速装配。

根据本发明的一种实施方式，柔轮的内侧壁与轴线之间的夹角为0.6°～1.02°。

进一步的，柔轮的内侧壁与轴线之间的夹角为0.95°。

根据本发明的一种实施方式，柔轮的内壁配置有加强环和柔性环，柔性环设于加强环的一侧，加强环与柔性环之间配置有弹簧；装波发生器与柔轮配时，柔性环远离加强环的端面与波发生器抵接。

加强环与柔性环配合，一方面能够提高柔轮的强度，避免或减缓材料疲劳，延长使用寿命；另一方能能够确保波发生器与柔轮配合的同轴度，弹簧的设置可实现缓冲，辅助波发生器对准轴线。

进一步的，柔性环与柔轮的内壁插接配合。柔轮的内壁配置有轴向延伸的凸棱，柔性环的外壁配置有插槽，装配时，凸棱能够嵌合在插槽的内部。

根据本发明的一种实施方式，柔性环用以与波发生器抵接的端面配置有盲孔。多个盲孔在柔性环的端面上圆周阵列分布。

根据本发明的一种实施方式，柔轮的外壁环绕布设多个加强板，加强板配置有弯折部。

进一步的，加强板为“Z”型结构。Z型的加强板的两个末端分别指向柔轮的两端。

根据本发明的一种实施方式，加强板为柔性材质，加强板内部中空，并且加强板的一端设有开口。开口朝向柔轮的外齿设置。

加强板内部中空的结构可用于放置润滑油，在柔轮变形以及与刚轮啮合的过程中，加强板受到挤压，能够将内部的润滑油释放到柔轮的外表面，尤其是能够释放到柔轮的外齿上，从而降低柔轮外齿与刚轮内齿之间的摩擦力，起到润滑接触，降低摩擦热量的作用。

根据本发明的一种实施方式，柔轮的内部环绕布设多个第一凸条，第一凸条沿柔轮的轴线延伸。

进一步的，第一凸条的边缘与柔轮内壁之间圆滑过渡。

进一步的，第一凸条为柔性材质。

装配时，首先利用热油等介质将柔轮加热，并将波发生器放到温度略低的环境中。如此，柔轮受热其内径变大，并可以促使柔轮的内径接近一个完整的圆形，而第一凸条由于边缘的圆滑结构在柔轮内壁上突出的程度减小甚至不会在柔轮内壁上凸显出来；而波发生器受冷会产生一定的冷缩，如此使得二者的装配尺寸达到合理范围值。此时，将波发生器装入柔轮的内孔一定的深度，并一边旋转一边压入。待波发生器和柔轮都恢复到室温值的时候，由于波发生器是椭圆形，波发生器与柔轮接触可能存在的部分位点接触不紧实而产生间隙，部分位点接触比较紧实；冷却下来后柔轮内壁上的第一凸条能够充填柔轮与波发生器之间不紧实的间隙，而对于波发生器与柔轮接触紧实的地方，柔轮的第一凸条会被压扁更趋于圆形弧面结构，以确保与波发生器的紧密接触。

相对于现有技术而言，本发明具有如下有益效果：

1. 柔轮的内侧壁与轴线之间具有夹角，能够降低柔轮在装配波发生器后向外扩张、翘曲的程度，避免柔轮齿部与刚轮齿部的啮合干涉，降低运转过程中齿部磨损，从而提高谐波减速器运转精度；并且波发生器可以方便进行旋转压装，实现快速装配；

2. 加强环与柔性环配合，能够确保波发生器与柔轮配合的同轴度，并且柔性环与加强环之间设置弹簧，柔性环并不会在加强环和波发生器之间发生撞击，且时刻能够辅助波发生器对准轴线，同时柔性环也间接对柔轮起到加强的效果，延长使用寿命；

3. 柔轮的外壁设置加强板，用于加强柔轮，提高其使用寿命，加强板内部的中空结构配合润滑油的使用，能够降低柔轮的齿与刚轮的齿摩擦力，起到润滑接触，降低摩擦热量；在刚轮与柔轮摩擦接触周边设置带有中空结构的加强板，能够吸收两者摩擦啮合产生的噪音，起到降噪效果。

因此，本发明是一种磨损度低、传动精度高的避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构，能够降低柔轮装配后向外扩张、翘曲的程度，避免柔轮齿部与刚轮齿部的啮合干涉。

附图说明

图1为现有技术中柔轮的结构示意图；

图2为图1所示柔轮与波发生器等的装配结构示意图；

图3为图2中M部的局部放大示意图；

图4为根据本发明实施例1的避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构的结构示意图；

图5为图4所示柔轮的装配结构示意图；

图6为图5中N部的局部放大示意图；

图7为图5所示柔性轴承的结构示意图；

图8为图4所示柔轮的立体结构示意图；

图9为图8所示柔轮与加强环、柔性环的配合结构示意图；

图10为图9所示配合结构的剖面结构示意图；

图11为图10中P部的局部放大结构示意图；

图12为根据本发明实施例2的避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构的结构示意图；

图13为图12中Q部的局部放大结构示意图。

附图标号：柔轮10；法兰11；刚轮12；波发生器13；柔性轴承141；凸轮142；加强环15；柔性环16；弹簧17；凸棱181；插槽182；盲孔19；加强板20；弯折部21；第一凸条22。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

图1~图3示意性的显示了现有技术中柔轮的结构。图4~图11示意性的显示了根据本发明一实施方式的避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构。如图所示，本装置包括波发生器13、柔轮10和刚轮12，通过伺服电机带动波发生器13运作，波发生器13驱动柔性齿轮产生可控的弹性变形，与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力。

波发生器13包括椭圆形的凸轮142与柔性轴承141，柔性轴承141套设在凸轮142的外部；柔性轴承141套受凸轮142的约束也成为椭圆形，并且柔性轴承141所形成的椭圆的长轴尺寸大于柔轮10的内径。装配时，柔轮10套设在波发生器13的柔性轴承141的外部；刚轮12套设于柔轮10的外部，并且柔轮10的外壁与刚轮12的内壁错齿配合。柔轮10的一端配置有法兰11，谐波减速器装配时，需要将波发生器13从远离法兰11的一端装入柔轮10内孔一定的深度，并且，由于二者形状和尺寸的关系，安装时波发生器13一边旋转一边压入。

现有的谐波减速器柔轮结构如图1所示，柔轮10内孔是直筒圆柱形的，筒部也是直筒圆柱形的，没有倾斜，波发生器13装配后如图2、图3所示，由于波发生器13的外形是非圆，是椭圆形的，并且长轴尺寸大于柔轮10内孔尺寸，如图9所示，这样波发生器13在压装进入柔轮10内孔的过程中，会使柔轮10孔口端向外发生变形、翘曲，因此会是柔轮10的齿部，特别是柔轮10的齿顶部分会与刚性齿轮的齿部发生啮合干涉，这一现象会严重影响谐波减速器的运转，会造成啮合摩擦急剧增大，磨损加剧，甚至运转卡死，无法正常运行，最终使谐波减速器精度下降，使用寿命缩短及损坏。

本实施例中，进行柔轮结构设计的修正，来保证在装配后无干涉的现象发生。具体的，柔轮10内孔及筒部倾斜一定角度，也就是柔轮10的内侧壁与轴线之间具有夹角α，以柔性轴承141钢球的中心为运动受力的基准点计算，保证该中心点在波发生器13装配后呈现为水平状态，由于波发生器13的尺寸不同，柔轮10的内侧壁与轴线之间具有夹角α范围为0.6°～1.02°。

由于柔轮10内孔与筒部采用内小倾角结构设计，装配波发生器13后能够减少柔轮10齿部与刚轮12齿部啮合干涉；柔轮10内孔与筒部采用倾角结构设计，与此波发生器13装配后，柔轮10与刚轮12啮合线呈现水平状态，受力平稳。并且，装配后能够减少啮合摩擦，降低运转过程中齿部磨损，从而提高谐波减速器运转精度，延长谐波减速器使用寿命。还可以增加齿段的啮合深度，加大啮合面积，提高谐波减速器承载能力。

进一步的，柔轮10的内壁配置有加强环15，加强环15的一侧配置有柔性环16，装配时柔性环16与波发生器13抵接；加强环15与柔性环16之间配置有弹簧17。

加强环15的设置可提高柔轮10的强度，用于延长柔轮10的使用寿命。柔性环16与加强环15之间通过弹簧17连接，如此，柔性环16能够相对柔轮10的轴线方向产生位移并且位移距离受其一端的弹簧17限制。如此，利用柔性环16和加强环15的配合可确保波发生器13与柔轮10之间的同轴度。波发生器13与柔轮10装配过程中，利用柔性环16对波发生器13的一端进行抵接的方式提供同轴度，并且由于弹簧17的设置可在装配过程中实现缓冲、减振的效果，减弱或消除波发生器13与柔性环16之间的撞击的影响；并可在装配过程中时刻能够辅助波发生器13对准轴线，提高装配精度；同时柔性环16也间接对柔轮10起到加强的效果。

柔性环16与柔轮10的内壁插接配合。具体的，柔性环16的外壁配置有轴向延伸的凸棱181，柔轮10的内壁配置有插槽182，在其他实施例中，凸棱181也可设置在柔轮10的内壁，相应的插槽182设置在柔性环16的外壁。装配时，将凸棱181嵌合在插槽182的内部，如此，可避免在装配过程中柔性环16相对于柔轮10发生周向旋转，从而提高装配结构的稳定性。并且，凸棱181与插槽182的配合结构也有助于在波发生器13与柔轮10装配过程中协助柔性环16的轴向移动，实现快速装配。

柔性环16用以与波发生器13抵接的端面配置有盲孔19。多个盲孔19在柔性环16的端面上圆周阵列分布。盲孔19的设置一方面能够提高柔性环16的柔性，减缓柔性环16的材料疲劳，提高装配过程中的缓冲效果，并可在确保对波发生器13安装同轴度控制的情况下，减少柔性环16与波发生器13接触面积，提高灵敏度；另外，柔性环16若出现形变等情况会挤压盲孔19，提高柔性环16的柔性，确保其与柔轮10同步形变，保证传动效果的精准度。

此外，在柔轮10的外壁环绕布设多个加强板20，加强板20配置有弯折部21。本实施例中，加强板20为“Z”型结构，且Z型的加强板20的两个末端分别指向柔轮10的两端。加强板20为柔性材质，加强板20内部中空，并且加强板20的一端设有开口。开口朝向柔轮10的外齿设置。

加强板20的设置可进一步提高柔轮10的强度。加强板20内部中空的结构可用于放置润滑油，在柔轮10变形以及与刚轮12啮合的过程中，加强板20受到挤压，能够将内部的润滑油释放到柔轮10的外表面，尤其是能够释放到柔轮10的外齿上，从而降低柔轮10外齿与刚轮12内齿之间的摩擦力，起到润滑接触，降低摩擦热量的作用。加强板20设置弯折部21，能够保证柔轮10、刚轮12啮合过程中加强板20的受力面积大，保证润滑油释放的灵敏度，以及保证有足量的润滑油释放到柔轮10外表面，从而保证润滑、散热效果。

并且，柔轮10与刚轮12摩擦接触的热量也能够传递到加强板20和加强环15以及润滑油上，提高散热效果。另外，在刚轮12与柔轮10摩擦接触的位置设置带有中空结构的加强板20，能够吸收两者摩擦啮合产生的噪音，起到降噪效果。

此外，加强板20的设置在柔轮10与刚轮12的接触位点形成间隙，并且加强板20设有弯折部21，如此，在柔轮10部分外齿与刚轮12啮合的过程中，局部的气体能够在加强板20侧方的弯折空间内压缩，进而提高对加强板20侧方的挤压效果，使得加强板20侧方受力面扩大，可避免加强板20内部空间堵塞，保证润滑油顺利挤出，提高润滑效果。

本实施例的柔轮结构由于柔轮10内孔与筒部采用内小倾角结构设计，能够降低柔轮10装配后向外扩张、翘曲的程度，装配波发生器13后减少柔轮10齿部与刚轮12齿部啮合干涉，降低运转过程中的磨损，从而提高谐波减速器运转精度，延长谐波减速器使用寿命。

实施例2

图12和图13示意性的显示了根据本发明另一实施方式的一种避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构，与实施例1的不同之处在于：

柔轮10的内侧壁与轴线之间的夹角α为0.95°。

具体的，柔轮10的总长度尺寸L1=34mm，柔性轴承141的宽度尺寸B=9.015mm，柔性轴承141安装中心与柔轮10小端面的距离L2=6.608mm，柔性轴承141安装中心与柔轮10的法兰11凹面的距离L2=24.848mm。

该型号标准转矩，则柔性轴承141外圈端面与柔轮10孔口端面的距离L3=2.1mm。波发生器13长轴尺寸R1=31.076mm，短轴尺寸R2=30.23mm，周长为192.708mm；柔性轴承141的外圈半径R3=30.671mm，则tanα=（R1-R3）/L2，可得α=0.95°。

波发生器13曲线的周长为192.604mm，柔轮10内孔的直径为61.341mm，周长为192.708mm，波发生器13与柔轮10内孔属于间隙配合，配合间隙为0.006mm。

此外，柔轮10的内部环绕布设多个第一凸条22，第一凸条22沿柔轮10的轴线延伸。第一凸条22为柔性材质，其边缘与柔轮10内壁之间圆滑过渡。

装配时，首先利用热油等介质将柔轮10加热，并将波发生器13放到温度略低的环境中。如此，柔轮10受热其内径变大，并可以促使柔轮10的内径接近一个完整的圆形，而第一凸条22由于边缘的圆滑结构在柔轮10内壁上突出的程度减小甚至不会在柔轮10内壁上凸显出来；而波发生器13受冷会产生一定的冷缩，如此使得二者的装配尺寸达到合理范围值。此时，将波发生器13装入柔轮10的内孔一定的深度，并一边旋转一边压入。待波发生器13和柔轮10都恢复到室温值的时候，由于波发生器13是椭圆形，波发生器13与柔轮10接触可能存在的部分位点接触不紧实而产生间隙，部分位点接触比较紧实；冷却下来后柔轮10内壁上的第一凸条22能够充填柔轮10与波发生器13之间不紧实的间隙，而对于波发生器13与柔轮10接触紧实的地方，柔轮10的第一凸条22会被压扁更趋于圆形弧面结构，以确保与波发生器13的紧密接触。

柔轮10设置第一凸条22确保了波发生器13与柔轮10的紧密连接，解决了椭圆形的波发生器13与柔轮10装配可能存在装配缝隙的问题，避免两者在使用者可能会出现的打滑问题。

本发明的操作步骤中的常规操作为本领域技术人员所熟知，在此不进行赘述。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构，包括波发生器（13）、柔轮（10）和刚轮（12），所述波发生器（13）的输出端套设于所述柔轮（10）的内部，所述刚轮（12）套设于所述柔轮（10）的外部，所述波发生器（13）驱动所述柔轮（10）转动，并且所述柔轮（10）的外壁与所述刚轮（12）的内壁错齿配合；其特征在于，

所述柔轮（10）的内侧壁与轴线之间具有夹角；

所述柔轮（10）的内壁配置有加强环（15）和柔性环（16），所述柔性环（16）设于所述加强环（15）的一侧，所述加强环（15）与所述柔性环（16）之间配置有弹簧（17）；所述波发生器（13）与所述柔轮（10）装配时，所述柔性环（16）远离所述加强环的端面与所述波发生器（13）抵接。

2.根据权利要求1所述的一种避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构，其特征在于，所述夹角为0.6°～1.02°。

3.根据权利要求1所述的一种避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构，其特征在于，所述夹角为0.95°。

4.根据权利要求1所述的一种避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构，其特征在于，

所述柔性环（16）用以与所述波发生器（13）抵接的端面配置有盲孔（19）。

5.根据权利要求1所述的一种避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构，其特征在于，

所述柔轮（10）的外壁环绕布设多个加强板（20），所述加强板（20）配置有弯折部（21）。

6.根据权利要求5所述的一种避免波发生器装配后产生翘曲干涉的柔轮结构，其特征在于，

所述加强板（20）内部中空，并且所述加强板（20）的一端设有开口。