CN100408883C

CN100408883C - 一种在谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法及浮动式波发生器

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Publication number: CN100408883C
Application number: CNB2003101133286A
Authority: CN
Inventors: 辛洪兵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2008-08-06
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: CN1616847A

Abstract

本发明提供一种在谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法及浮动式波发生器，本方法是将触头式波发生器中迫使柔轮变形的工作部做成为一个浮动加压装置，且与谐波传动中波发生器的其它结构分离，呈独立的部件，在浮动加压装置的作用下，波发生器使柔轮与刚轮紧密接触，本发明的优点：浮动式波发生器可以自动调整迫使柔轮变形部分的尺寸，使柔轮与刚轮紧密接触。适用于由于外载荷、柔轮与刚轮的啮合或工作部位周长的改变等外界条件的变化，还可以补偿波发生器安装轴、柔轮安装轴线、刚轮安装轴线的偏心等，使谐波传动装置工作平稳可靠。对于谐波摩擦传动，可以使柔轮与刚轮紧密接触，实现传动；对于谐波齿轮传动，可以使柔轮与刚轮的轮齿实现无侧隙啮合。

Description

一种在谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法及浮动式波发生器

技术领域

本发明涉及一种波发生器，特别是一种在谐波传动连续工作中使柔轮与刚轮紧密接触的方法及浮动式波发生器。

背景技术

谐波传动技术是二十世纪中期随着空间科学、宇航技术的发展，在弹性薄壳理论的基础上出现的一种新型的传动技术。它具有运动精度高、传动比大、重量轻、体积小、承载能力大、并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作等优点，已经成功应用于空间技术、仪器仪表、机器人、印刷机械及医疗器械等领域中。

谐波传动装置通常由波发生器、柔轮和刚轮等构件组成，俗称“三大件”。其运动学可简述如下。

如附图1所示的具有内置波发生器的谐波传动，在波发生器1的作用下，横截面为圆形的弹性薄壁构件柔轮2发生弹性变形。在波发生器长轴方向，柔轮2的外壁被紧压在横截面为圆形的刚轮3的内壁上。当波发生器1旋转时，柔轮2沿则着刚轮3的内壁滚动。如果为无滑动的滚动，则柔轮2与刚轮3相互转过由其周长差决定的角度。假设柔轮2外壁未变形前的半径为r，刚轮3内壁的半径为R，其周长差为2π(R-r)＝2πw₀。波发生器1每转一转，两轮相对转过的转角为：当刚轮3固定时，柔轮2沿波发生器1的旋转方向转过φ＝2πw₀/r的角度；当柔轮2固定时，刚轮3沿波发生器1旋转的反方向转过φ＝-2πw₀/R的角度。在上述情况下，从波发生器1到柔轮2的传动比为

i_{12}^{3} = r / w_{0} = r / (R - r),

从波发生器1到刚轮3的传动比为

i_{13}^{2} = - R / w_{0} = - R / (R - r) .

在普通的摩擦传动中，传动比等于两个摩擦轮直径之比，而在谐波摩擦传动中，传动比为从动轮半径对两轮半径的差值之比。如果柔轮2与刚轮3的接触面分别制有轮齿，则上述比值应代以齿数与齿数差之比，谐波摩擦传动即演变为谐波齿轮传动。对于钢制柔轮的谐波摩擦传动，其单级传动比范围约为30-1000，对于钢制柔轮的谐波齿轮传动，其单级传动比约为30-38。

目前，在谐波传动中，应用最为广泛的是双波谐波齿轮传动，其发生器形式有凸轮式、圆盘式、两滚子式、四滚子式以及行星式等。对于三波谐波齿轮传动，其发生器形式主要有三滚子式、行星式、圆盘式或圆盘凸轮式三波发生器(辛洪兵，圆盘式三波发生器，中国专利：ZL02205522.3，2002-16-10，)以及等距曲线(F.ReuleauxTriagle)式三波发生器等。这几种波发生器的特点在于：发生器的长轴尺寸在工作中保持不变，已有的可调式行星波发生器(沈允文，叶庆泰.谐波齿轮传动的理论和设计[M]北京：机械工业出版社，1985：196，198)的特点是：发生器的长轴尺寸在工作中保持不变，长轴的调节必须在不工作时进行。因此，有必要提供一种在谐波传动连续工作中使柔轮与刚轮紧密接触的方法及浮动式波发生器。

发明内容

本发明目的是提供一种在谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法和浮动式波发生器，该波发生器在工作过程中，由于外载荷、柔轮与刚轮的啮合或工作部位周长的改变等外界条件的变化，可以做到波发生器中迫使柔轮变形的部分尺寸改变，即在谐波传动连续工作中使柔轮与刚轮紧密接触，且其结构简单。

为达到上述目的本发明采用以下技术方案：

一种在谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法是将触头式波发生器中迫使柔轮变形的工作部分做成为一个浮动加压装置，且与谐波传动中波发生器的其它结构分离，呈独立的部件，在浮动加压装置的作用下，波发生器使柔轮与刚轮紧密接触。

所述的浮动加压装置对于内波发生器，其长轴部分可以伸缩；对于外波发生器，其短轴部分可以伸缩；对于端面波发生器，其压紧柔轮的突出部分可以伸缩。

利用上述谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法的浮动式波发生器，它包括滚轮支架，滚轮支架在波发生器长轴上分别装有与柔轮接触的轴承I以及与滚轮支架上两侧沟槽相接触的轴承II，轴承I与轴承II一同装配在支撑轴上，支撑轴的两端有锥形面，锥形面支撑在位于滚轮支架两侧的两个锥盘的锥面上，两个锥盘两侧有压力弹簧，一个弹簧顶在支架上，另一弹簧外侧有一螺母固定，所述的滚轮支架与输入轴以机械连接。所述的机械连接可以是过盈配合或型面配合或键、花键等。

利用上述谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法的浮动式波发生器，它包括滚轮支架，滚轮支架在波发生器长轴上有支撑轴、工作滚子面，滚轮支架两侧有锥盘，锥盘与输入轴以机械连接。所述的机械连接可以是过盈配合或型面配合或键、花键等。

利用上述谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法的浮动式波发生器，它包括滚轮支架，滚轮支架在波发生器长轴上分别装有二组或三组或四组加压装置，每组加压装置包括：位于支架凹槽内的压力弹簧，弹簧套在导杆的***或导杆的内部，导杆端部固定有作为滚轮使用的轴承。

本发明的优点：浮动式波发生器可以自动调整迫使柔轮变形部分的尺寸，使柔轮与刚轮紧密接触。它适用于由于外载荷、柔轮与刚轮的啮合或工作部位周长的改变等外界条件的变化，还可以补偿波发生器安装轴、柔轮安装轴线、刚轮安装轴线的偏心等，使谐波传动装置工作平稳可靠。对于谐波摩擦传动，可以使柔轮与刚轮紧密接触，实现传动：对于谐波齿轮传动，可以使柔轮与刚轮的轮齿实现无侧隙啮合。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细描述。

图1是谐波传动简图：

图2是浮动式内波发生器简图；

图3是浮动式外波发生器简图：

图4是浮动式端面谐波发生器简图；

图5是具有浮动式波发生器的谐波传动装置：

图6至图9是根据上述机构简图实现的几种浮动式内波发生器结构。其中：

图6是发生器滚轮支架两侧具有压力锥盘的浮动式波发生器结构图；

图7是发生器滚轮支架不随输入轴旋转的浮动式行星波发生器结构图；

图8是具有两个加压装置和滚轮装在滚轮支架上的波发生器结构图；

图9是具有四个加压装置和滚轮装在滚轮支架上的波发生器结构图；

依据同样的方法很容易可以制成外波发生器和浮动式端面谐波发生器。

具体实施方式

图5是具有本发明提出的浮动式波发生器的谐波传动装置简图。

图中主要部件名称为：输入轴7、滚轮支架8、支撑轴9、轴承1110、轴承1 11、柔轮12、锥盘13、键14、压力弹簧15、螺母16、防松器17。其中滚轮支架8、支撑轴9、轴承11 10、轴承I 11、锥盘13、压力弹簧15等构成浮动式波发生器。

压力弹簧15、锥盘13以及螺母16等构成加压装置。

滚轮支架8上分别装有与柔轮12接触的轴承111以及与滚轮支架8上两侧沟槽19相接触的轴承1110，轴承II与轴承I一同装配在支撑轴9上。支撑轴9的两端有锥形面，锥形面支撑在两个锥盘13上。由压力弹簧15、锥盘13以及螺母16等构成了加压装置。防松器17防止工作中螺母16松动，防松器可用弹性垫片、销等，在所设计的这种浮动式波发生器的结构中，滚轮支架8的中心孔带有键槽，它随输入轴7一起转动，所以波发生器的转速与输入轴7的转速一致。为了避免运动于涉，两侧的锥盘13支撑在两个轴承上，这样，在锥形面上的摩擦力作用下，锥盘13可以绕输入轴7旋转。

运动或动力由输入轴7输入，两个锥盘13在两侧压力弹簧15的作用下，通过两个锥形面将装配在支撑轴9上的轴承11压向柔轮12，进而将柔轮紧压向位于其外侧的刚轮内孔表面。滚轮支架8带动支撑轴9以及轴承11、轴承10随输入轴7一起旋转。

根据这种方法，还可以设计具有浮动式波发生器的外波谐波传动、具有浮动式波发生器的端面谐波传动以及具有浮动式波发生器的密闭谐波传动等多种传动形式。

图6是发生器滚轮支架8两侧具有压力锥盘13的波发生器结构。

滚轮支架8在波发生器长轴上分别装有与柔轮12接触的轴承1 11以及与滚轮支架8上两侧沟槽19相接触的轴承11 10，轴承I与轴承II一同装配在支撑轴9上。支撑轴9的两端有锥形面，锥形面支撑在位于滚轮支架8两侧的两个锥盘13的锥面上。两个锥盘13在两侧压力弹簧15的作用下，通过两个锥形面将装配在支撑轴9上的轴承11压向柔轮12，进而将柔轮紧压向位于其外侧的刚轮内表面。轴承11的外环与滚轮支架8上的沟槽18间必须留有足够的间隙，以保证轴承11的外环只与柔轮12的内表面接触。在整个工作过程中，压力弹簧15通过锥盘13和支撑轴9上的轴承11将柔轮12紧紧压向刚轮内表面，保证传动的正常进行。这种浮动式波发生器的结构中，滚轮支架8的中心孔带有键槽，它随输入轴7一起转动。滚轮支架8带动支撑轴9以及轴承11、轴承10随输入轴7一起旋转，为了避免干涉，两侧的两个支撑在轴承上的锥盘13在支撑轴9上锥形面的带动下，绕输入轴7旋转。

图7是发生器滚轮支架8不随输入轴7旋转的行星波发生器的结构。在这种结构中，滚轮支架8的中心孔是光孔，不随输入轴7一起转动。它的作用是保持支撑轴9以及工作滚子面9’位于长轴上。而滚轮支架8两侧的锥盘13与输入轴7用键14联接，因此两个锥盘13与输入轴7一起旋转。两个银盘13通过锥形面带动支撑轴9和工作滚子面9’沿着柔轮12的内表面滚动，由此形成浮动式行星波发生器结构。在这种结构中，由于行星传动部分的工作接触面会随着刚轮9在调速过程中的左右移动而上下移动，因此，行星传动部分的传动比在一定范围内无级变化。整个谐波传动的传动比是谐波传动的传动比与行星传动部分无级变速传动比的乘积。

图8是具有两个(对于三波谐波传动为三个)压力弹簧24、导杆22构成的加压装置和轴承21做成的滚轮分别装在滚轮支架8上长轴两端的浮动式波发生器结构。

图9是具有四个压力弹簧24、导杆22构成的加压装置和轴承21做成的滚轮装在滚轮支架8上长轴两端的浮动式波发生器结构。其安装轴线相对于波发生器长轴对称，与波发生器长轴的夹角为α，α变化范围为轴承21外环半径所对圆心角至35。

图2、图3、图4中，6为传统波发生器使柔轮变形的工作部分，4为波发生器其它结构，5为浮动加压装置。

Claims

1. 一种在谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法，其特征在于：将触头式波发生器中迫使柔轮变形的工作部分做成为一个浮动加压装置，且与谐波传动中波发生器的其它结构分离，呈独立的部件，在浮动加压装置的作用下，波发生器使柔轮与刚轮紧密接触。

2. 根据权利要求1所述的一种在谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法，其特征在于：所述的浮动加压装置对于内波发生器，其长轴部分可以伸缩或对于外波发生器，其短轴部分可以伸缩或对于端面波发生器，其压紧柔轮的突出部分可以伸缩。

3. 一种利用权利要求1所述的谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法的浮动式波发生器，其特征在于：它包括滚轮支架，滚轮支架在波发生器长轴上分别装有与柔轮接触的轴承I以及与滚轮支架上两侧沟槽相接触的轴承II，轴承I与轴承II一同装配在支撑轴上，支撑轴的两端有锥形面，锥形面支撑在位于滚轮支架两侧的两个锥盘的锥面上，两个锥盘两侧有压力弹簧，一个弹簧顶在支架上，另一弹簧外侧有一螺母固定，所述的滚轮支架与输入轴以机械连接，所述的锥盘与输入轴之间以轴承连接。

4. 根据权利要求3所述的谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法的浮动式波发生器，其特征在于：所述的滚轮支架中心孔有一键槽，以键将滚轮支架与轴连接。

5. 根据权利要求3所述的谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法的浮动式波发生器，其特征在于：所述的螺母的外侧接一防松器。

6. 一种利用权利要求1所述的谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法的浮动式波发生器，其特征在于：它包括滚轮支架，滚轮支架在波发生器长轴上有支撑轴、工作滚子面，滚轮支架两侧有锥盘，锥盘与输入轴之间以机械连接。

7. 一种利用权利要求6所述的谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法的浮动式波发生器，其特征在于：所述的锥盘与入轴以键连接。

8. 一种利用权利要求1所述的谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法的浮动式波发生器，其特征在于：它包括滚轮支架，滚轮支架在波发生器长轴上分别装有二组或三组或四组加压装置，每组加压装置包括：位于支架凹槽内的压力弹簧，弹簧套在导杆的***或导杆的内部，导杆端部固定有作为滚轮使用的轴承。

9. 根据权利要求8所述的谐波传动中使柔轮与刚轮紧密接触的方法的浮动式波发生器，其特征在于：所述的四组加压装置中，上下各二组，其安装轴线相对于波发生器长轴对称，与波发生器长轴的夹角为α，α的变化范围为轴承外环半径所对应圆心角至35°，架中心孔有一键槽，以键将滚轮支架与轴连接。