CN220622644U - 刚轮及谐波减速机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种刚轮及谐波减速机，涉及谐波减速机技术领域，其中刚轮包括本体和渗氮层，通过对本体进行渗氮处理，使得本体的表面形成渗氮层。渗氮层的表面硬度为450HV至650HV，因此可以提高刚轮的表面硬度，增加刚轮的耐磨性，进而提高刚轮的使用寿命。相比于采用硬度符合相应要求的材料进行制作本体的方案，此方案可以采用硬度较低的材料进行制作本体，后续再通过渗氮处理以提高本体的表面硬度，以满足相应的性能需要。硬度低的材料加工方便，加工时间短、精度高，工作效率高，能够降低生产成本。

Description

刚轮及谐波减速机

技术领域

本实用新型涉及谐波减速机技术领域，特别涉及一种刚轮及谐波减速机。

背景技术

相关技术中，谐波减速机包括刚轮、柔轮和波发生器，柔轮套设于波发生器的外圈，且柔轮的外齿部和刚轮的内齿部啮合，通过波发生器转动带动柔轮变形，使得柔轮的外齿部和刚轮不同位置的内齿部啮合，从而带动柔轮转动，以输出动力。传统刚轮的内齿部和柔轮的外齿部之间的磨损量较大，需要通过提高硬度的方式以提高耐磨性。但是如果采用硬度更高的金属，则存在加工困难、加工时间长、精度无法保证等问题，导致生产成本高。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种刚轮，通过采用硬度低的材料进行制作刚轮的本体，硬度低的材料具有加工方便、加工时间短、精度高等优点，后续渗氮处理使得刚轮的表面形成渗氮层，以提高刚轮的表面硬度，增加刚轮的耐磨性。

本实用新型还提出一种具有上述刚轮的加工方法。

根据本实用新型第一方面实施例的刚轮，包括：本体，包括环状部和内齿部，所述内齿部设于所述环状部的内壁；渗氮层，形成于所述内齿部和所述环状部的表面，所述渗氮层的表面硬度为450HV至650HV。

根据本实用新型实施例的刚轮，至少具有如下有益效果：

通过对本体的环状部和内齿部进行渗氮处理，使得环状部和内齿部的表面形成渗氮层。渗氮层的表面硬度为450HV至650HV，因此可以提高刚轮的表面硬度，增加刚轮的耐磨性，进而提高刚轮的使用寿命。相比于采用硬度符合相应要求的材料进行制作本体的方案，此方案可以采用硬度较低的材料进行制作本体，后续再通过渗氮处理以提高环状部和内齿部的表面硬度，以满足相应的性能需要。硬度低的材料加工方便，加工时间短、精度高，工作效率高，能够降低生产成本。

根据本实用新型的一些实施例，所述渗氮层的厚度为t，距离所述渗氮层表面0.3t处的硬度为440HV至500HV。

根据本实用新型的一些实施例，距离所述渗氮层表面0.5t处的硬度为430HV至440HV。

根据本实用新型的一些实施例，所述渗氮层的表面还设有白亮层，所述白亮层的硬度大于所述渗氮层的硬度。

根据本实用新型的一些实施例，所述白亮层的厚度小于或等于0.03mm。

根据本实用新型的一些实施例，所述渗氮层的厚度大于或等于0.1mm。

根据本实用新型的一些实施例，所述本体的材料为球墨铸铁。

根据本实用新型第二方面实施例的谐波减速机，包括以上实施例所述的刚轮；柔轮，包括筒部，所述筒部设有与所述内齿部啮合的外齿部；波发生器，安装于所述筒部的内孔。

根据本实用新型实施例的谐波减速机，至少具有如下有益效果：

采用第一方面实施例的刚轮，通过对刚轮的本体进行渗氮处理，使得本体的表面形成渗氮层。渗氮层的表面硬度为450HV至650HV，因此可以提高刚轮的表面硬度，增加刚轮的耐磨性，进而提高刚轮的使用寿命。相比于采用硬度符合相应要求的材料进行制作本体的方案，此方案可以采用硬度较低的材料进行制作本体，后续再通过渗氮处理以提高本体的表面硬度，以满足相应的性能需要。硬度低的材料加工方便，加工时间短、精度高，工作效率高，能够降低生产成本。

根据本实用新型的一些实施例，所述波发生器包括凸轮和柔性轴承，所述柔性轴承套设于所述凸轮的外周壁，并与所述凸轮过盈配合。

根据本实用新型的一些实施例，所述谐波减速机还包括交叉滚子轴承，所述交叉滚子轴承的内圈和外圈分别连接所述刚轮和所述柔轮。

本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明，其中：

图1为本实用新型一种实施例的谐波减速机的结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例的谐波减速机的爆炸示意图；

图3为本实用新型一种实施例的刚轮的部分结构示意图；

图4为本实用新型一种实施例的刚轮的渗氮层在不同位置的硬度示意图；

图5为本实用新型一种实施例的刚轮的加工方法流程图；

图6为本实用新型一种实施例的刚轮的加工方法流程图。

附图标号：

谐波减速机100；刚轮110；本体111；渗氮层112；白亮层113；内齿部114；第一内孔115；环状部116；柔轮120；外齿部121；筒部122；第二内孔123；隔部124；法兰125；波发生器130；柔性轴承131；凸轮132；交叉滚子轴承140。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是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。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，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实用新型中的具体含义。

谐波减速机具有承载能力高、传动比大、体积小、重量轻、传动效率高、传动平稳等优点。可以应用在工业机器人的转动关节处，起到减速的作用。谐波减速机包括刚轮、柔轮和波发生器，柔轮套设于波发生器的外圈，且柔轮的外齿部和刚轮的内齿部啮合，通过波发生器转动带动柔轮变形，使得柔轮的外齿部和刚轮不同位置的内齿部啮合，从而带动柔轮转动，以输出动力。传统刚轮的内齿部和柔轮的外齿部之间的磨损量较大，降低了刚轮的使用寿命。

基于此，本实用新型提出一种刚轮，通过渗氮处理使得刚轮的表面形成渗氮层，以提高刚轮的表面硬度，增加刚轮的耐磨性，进而提高刚轮的使用寿命。

下面结合附图进行说明：

参照图1、图2和图3所示，本实用新型的实施例中，刚轮110包括本体111和渗氮层112，本体111包括环状部116和内齿部114，内齿部114设置在环状部116的内壁。渗氮层112形成于环状部116的表面和内齿部114的表面。举例来说，形成渗氮层112的方法可以是将本体111清洗后放置到渗氮炉中进行渗氮，使得本体111的表面形成渗氮层112。渗氮层112的表面硬度为450HV至650HV，例如可以是400HV、450HV、500HV、550HV。因此可以提高刚轮110的表面硬度，增加刚轮110的耐磨性，降低和柔轮120配合时磨损量，进而提高刚轮110的使用寿命。

参照图3所示，本实用新型的实施例中，渗氮层112的厚度为t，距离渗氮层112表面0.3t处的硬度为440HV至500HV，例如可以是450HV、460HV、470HV、490HV。可以理解的是，渗氮层112不同位置的硬度可以不同，例如距离渗氮层112表面0.3t处的硬度小于渗氮层112的表面硬度。渗氮层112表面的硬度最大，可以提高刚轮110表面的硬度和耐磨性，进而提高刚轮110整体的使用寿命。而渗氮层112内部的硬度降低，可以减少应力集中，使得应力分布均匀，从而改善刚轮110抗疲劳的性能。

继续参照图3所示，本实用新型的实施例中，距离渗氮层112表面0.5t处的硬度为430HV至440HV。例如图4中所示，图4中的横坐标表示渗氮层112的层深，纵坐标表示渗氮层112的硬度。渗氮层112的硬度从表面到内部逐渐减小，可以使得应力分布更均匀，降低刚轮110表面出现裂纹的风险，从而提高刚轮110的疲劳寿命。

本实用新型的实施例中，渗氮层112的厚度大于或等于0.1mm，例如渗氮层112的厚度可以是0.2mm、0.3mm、0.5mm、1mm等。可以理解的是，假设渗氮层112的厚度小于0.1mm，较薄的渗氮层112可能无法提供足够的硬度和耐磨性，导致刚轮110表面易受磨损和疲劳影响，缩短刚轮110的使用寿命。同时，较薄的渗氮层112可能无法有效保护刚轮110表面，使其容易受到氧化、腐蚀和化学侵蚀的影响。因此，合理设计渗氮层112的厚度，可以提高刚轮110的表面硬度，使其具备良好的耐磨性和强度，延长刚轮110的使用寿命。

参照图3所示，本实用新型的实施例中，渗氮层112的表面还设有白亮层113，白亮层113的硬度大于渗氮层112的硬度。因此，在渗氮层112的表面设置硬度更大的白亮层113，可以进一步提高刚轮110的耐磨性、耐腐蚀性和抗疲劳能力，能够降低磨损，提高刚轮110的使用寿命。

本实用新型的实施例中，白亮层113的厚度小于或等于0.03mm。例如白亮层113的厚度可以是0.02mm、0.01mm。可以理解的是，假设白亮层113的厚度过厚，例如大于0.03mm，容易使得刚轮110的内齿部114的几何尺寸和表面形状发生改变，导致齿形不准，影响传动效率和传动的平稳性。白亮层113过厚还容易引起内应力积聚，导致刚轮110表面出现裂纹，降低刚轮110的强度和耐久性。同时还会增加加工难度，提高生产成本。因此，合理设计白亮层113的厚度，可以确保刚轮110具有良好的性能和较长的寿命。

本实用新型的实施例中，本体111采用球墨铸铁材料制成。球墨铸铁是一种含有球状石墨的高强度铸铁材料，由于球状石墨的存在，可以分散应力，提供良好的韧性和抗断裂性能。这使球墨铸铁在工程应用中能够承受动态或冲击负荷，有较好的抗变形能力。球墨铸铁还具有良好的加工性能，可以进行铸造、机械加工和热处理等多种加工工艺，能够满足不同形状和尺寸的零部件的生产需求。相比于一些高强度合金材料，球墨铸铁具有较低的生产成本，提供了一种经济方便的选择。因此，采用球墨铸铁制成本体111，可以提高生产效率，降低成本，同时满足刚轮110的性能需求。

本实用新型的实施例中，本体111的化学组成以质量百分比计为：碳C：3.0％-4.0％、硅Si：2.0％-3.0％、锰Mn：≤1.0％、磷P：≤0.1％、硫S：≤0.06％、铬Cr：≤0.1％、铜Cu：0.5％-0.8％、余量为铁Fe。需要说明的是，碳是球墨铸铁的基本元素，碳的含量高有助于石墨化，还会使得铸铁凝固时的石墨化膨胀，提高铁液的自补缩能力。但是，碳含量过高，会引起石墨漂浮。因此需要将碳含量控制在3.0％-4.0％。硅在球墨铸铁中，可以有效减小白口倾向，而且具有细化共晶团，提高石墨球圆整度的作用。而硅含量过高会提高铸铁的韧脆性转变温度，降低冲击韧性，因此硅含量不宜过高；而硅含量过低不利于提高石墨球的圆整度。由于球墨铸铁中的硫含量不高，因此不需要过多的锰来中和硫。锰主要用于增加珠光体的稳定性，但是锰含量过多会提高球墨铸铁的韧脆性转变温度。锰的含量一般不超过0.4～0.6％，但是为了提高球墨铸铁的耐磨性，可以适当增加锰的含量，使其含量小于或等于1.0％。磷和硫属于球墨铸铁中的杂质，越少越好。降低磷和硫的含量，有助于减少球墨铸铁的脆性，提高其冲击韧性，增强刚轮110的耐用性和可靠性。铬和铜以低含量存在于球墨铸铁中，铬可以提高球墨铸铁的耐腐蚀性能，而铜则有助于提高球墨铸铁的强度和耐磨性。

参照图5所示，本实用新型一种实施例的刚轮110加工方法，包括以下步骤：

步骤S501：采用球墨铸铁基材加工制成刚轮半成品。可以理解的是，球墨铸铁是一种含有球状石墨的高强度铸铁材料，由于球状石墨的存在，可以吸收和分散应力，提供良好的韧性和抗断裂性能。这使球墨铸铁在工程应用中能够承受动态或冲击负荷，有较好的抗变形能力。球墨铸铁具有良好的加工性能，可以进行铸造、机械加工和热处理等多种加工工艺，能够满足不同形状和尺寸的零部件的生产需求。相比于一些高强度合金材料，球墨铸铁具有较低的生产成本，提供了一种经济而可行的选择。因此，采用球墨铸铁制成本体111，可以提高生产效率，降低成本，同时满足刚轮110的性能需求。

步骤S502：对刚轮半成品进行低温渗氮处理。传统的渗氮处理的氮化温度通常高于500℃，温度过高容易导致刚轮半成品的变形程度加大，影响产品质量。因此低温渗氮的氮化温度可以控制在350℃至450℃之间，例如350℃、380℃、400℃、450℃。其中，可以采用气体渗氮的方式进行渗氮。采用低温渗氮的方式，可以降低刚轮半成品的变形风险、保护表面质量和提高材料的韧性。举例来说，低温渗氮时，由于温度较低，材料的热膨胀系数较小，从而减少了渗氮过程中可能引起的材料变形和应力积累的风险。可以有效避免过高温度导致的表面氧化、烧损和变色等问题，保护刚轮半成品的表面质量。同时，低温渗氮的渗层与基材之间的结合较好，因此可以提高刚轮半成品的整体韧性和抗剥落能力。

其中，低温渗氮后的刚轮半成品的表面硬度为450HV至650HV。例如可以是400HV、450HV、500HV、550HV。因此可以提高刚轮110的表面硬度，增加刚轮110的耐磨性，降低和柔轮120配合时磨损量，进而提高刚轮110的使用寿命。

参照图6所示，本实用新型的实施例中，步骤S501包括：

步骤S601：采用球墨铸铁基材通过铸造、粗车、精车后制成刚轮半成品。可以理解的是，球墨铸铁基材具有较好的机械加工性能，可以进行铸造、粗车和精车等。这使得刚轮半成品可以根据实际需求进行灵活设计和精确加工，满足不同尺寸、形状和齿轮参数的要求。

本实用新型一种实施例的谐波减速机100，包括柔轮120、波发生器130和上述实施例的刚轮110，刚轮110的中部设有第一内孔115，第一内孔115的内壁环绕设有内齿部114；柔轮120包括筒部122，筒部122内形成有第二内孔123，筒部122设有外齿部121，外齿部121和内齿部114啮合。波发生器130安装在第二内孔123，且和柔轮120过盈配合。波发生器130连接输入轴，输入轴带动波发生器130转动，使得柔轮120变形，外齿部121的齿数通常比内齿部114的齿数少两个，当外齿部121和不同位置的内齿部114啮合时，能够带动柔轮120转动，从而完成动力输出。

本实用新型实施例的谐波减速机100，采用第一方面实施例的刚轮110，通过对刚轮110的本体111进行渗氮处理，将本体111清洗后放置到渗氮炉中进行渗氮，使得本体111的表面形成渗氮层112。渗氮层112的表面硬度为450HV至650HV，因此可以提高刚轮110的表面硬度，增加刚轮110的耐磨性，进而提高刚轮110的使用寿命。

参照图2所示，本实用新型的实施例中，波发生器130包括凸轮132和柔性轴承131，凸轮132呈椭圆状，通过过盈配合设置在柔性轴承131的内圈。柔性轴承131具有柔性，能够弹性变形，因此当凸轮132设置在柔性轴承131后，柔性轴承131呈椭圆状。凸轮132在转动过程中，长轴区域可以使得柔轮120的外齿部121和刚轮110的内齿部114啮合，短轴区域可以使得柔轮120的外齿部121和刚轮110的内齿部114分离，柔性轴承131可以降低凸轮132和柔轮120之间的转动摩擦，提高波发生器130的使用寿命。

参照图1和图2所示，本实用新型的实施例中，谐波减速机100还包括交叉滚子轴承140，交叉滚子轴承140的内圈和刚轮110连接，外圈和柔轮120连接，交叉滚子轴承140起到传递力和承载负荷的作用。举例来说，柔轮120还包括隔部124和法兰125，隔部124连接于筒部122远离外齿部121的一端，隔部124朝背离第二内孔123的方向弯折且环绕第二内孔123设置，法兰125环绕设于隔部124远离筒部122的一侧。法兰125和交叉滚子轴承140的外圈固定连接，柔轮120转动时能够带动交叉滚子轴承140的外圈转动从而完成动力输出。因此交叉滚子轴承140还具有定位的作用，能够有效减少柔轮120出现偏移、错位等情况。

由于谐波减速机100采用了上述实施例的刚轮110的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再赘述。

本实用新型一种实施例的工业机器人，包括上述实施例的谐波减速机100。由于工业机器人通常需要进行复杂的动作和精确的位置控制。谐波减速机100能够提供高精度的速度转换和扭矩输出，使机器人能够实现准确的定位和运动控制。工业机器人通常需要在有限的空间内安装和运行。谐波减速机100采用小型化、紧凑的设计，能够有效节省安装空间，使工业机器人整体尺寸更小，便于在狭小空间内进行操作和移动。谐波减速机100具有较高的耐磨性和抗疲劳性能，能够在高负载和频繁工作的条件下长时间稳定运行，提供可靠的性能和持久的使用寿命。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.刚轮，应用于谐波减速机，其特征在于，包括：

本体，包括环状部和内齿部，所述内齿部设于所述环状部的内壁；

渗氮层，形成于所述内齿部和所述环状部的表面，所述渗氮层的表面硬度为450HV至650HV。

2.根据权利要求1所述的刚轮，其特征在于：所述渗氮层的厚度为t，距离所述渗氮层表面0.3t处的硬度为440HV至500HV。

3.根据权利要求2所述的刚轮，其特征在于：距离所述渗氮层表面0.5t处的硬度为430HV至440HV。

4.根据权利要求1所述的刚轮，其特征在于：所述渗氮层的表面还设有白亮层，所述白亮层的硬度大于所述渗氮层的硬度。

5.根据权利要求4所述的刚轮，其特征在于：所述白亮层的厚度小于或等于0.03mm。

6.根据权利要求1所述的刚轮，其特征在于：所述渗氮层的厚度大于或等于0.1mm。

7.根据权利要求1所述的刚轮，其特征在于：所述本体的材料为球墨铸铁。

8.谐波减速机，其特征在于，包括：

权利要求1至7任一项所述的刚轮；

柔轮，包括筒部，所述筒部设有与所述内齿部啮合的外齿部；

波发生器，安装于所述筒部的内孔。

9.根据权利要求8所述的谐波减速机，其特征在于：所述波发生器包括凸轮和柔性轴承，所述柔性轴承套设于所述凸轮的外周壁，并与所述凸轮过盈配合。

10.根据权利要求8所述的谐波减速机，其特征在于：所述谐波减速机还包括交叉滚子轴承，所述交叉滚子轴承的内圈和外圈分别连接所述刚轮和所述柔轮。