CN108374877B - 一种轴承与谐波一体化的超小型谐波减速器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴承与谐波一体化的超小型谐波减速器，包括钢轮a、钢轮b、柔轮、凸轮、柔性轴承、滚子、滚子挡块、轴承挡圈、安装螺钉等。钢轮a和滚子挡块连接一起组成输入钢轮或输出钢轮，钢轮b作为输出钢轮或输入钢轮。钢轮a内径加工有V形环槽与钢轮b外壁加工的V形环槽配合形成矩形环槽，钢轮a上还加工有扇形凹槽，滚子通过扇形凹槽被装进矩形环槽内，钢轮a作为轴承外圈，钢轮b作为轴承内圈，与滚子一起形成轴承与钢轮一体化结构。本发明的设计减少了结构件数量、降低了结构厚度、减轻了轴承壁的重量，实现尺寸更小，提高了安装性和操作性。

Description

一种轴承与谐波一体化的超小型谐波减速器

技术领域

本发明涉及一种谐波减速器，特别是一种轴承与谐波一体化的超小型谐波减速器。

背景技术

谐波减速器具有传动效率高、体积小、重量轻、传动平稳、噪音小等特点，广泛应用于机器人领域，特别是在协作形机械臂、服务机器人等得到了广泛的应用。随着机器人技术的发展，对谐波的尺寸要求越来越严格。

传统的谐波减速器分为三大件：波发生器、柔轮和钢轮，为了满足谐波对轴向力、径向力、弯矩的要求，多采用交叉滚子轴承来连接柔轮和钢轮。

如绿的谐波LCD系列，采用杯状柔轮的形式，将柔轮的输出部分连接交叉滚针轴承外环，然后将钢轮连接到交叉滚子轴承的内圈，最终实现柔轮外齿与钢轮内齿的配合，形成一种谐波减速器的方案，同样其余帽状柔轮均为此连接原理，同时为了避免应力集中，在柔轮齿和安装盘的过渡连接上采用了薄壁结构。

如上所述，谐波减速器的直径最终被交叉滚子轴承限定，大于实际谐波原理上需求的直径。同时由于独立交叉滚子轴承的使用需要其它的中间连接形式，如连接法兰、紧固螺钉等，导致减速器制造难度大、体积和重量大等特点。

发明内容

本发明根据机器人关节应用现状，针对现有谐波减速器的设计缺点，采用筒状柔轮形式，并通过将输入钢轮、输出钢轮和交叉滚子轴承进行一体化设计，提出一种轴承与谐波一体化的超小型谐波减速器，具有小体积、重量轻、精度高、安装便利的特点。

本发明提出的一种轴承与谐波一体化的超小型谐波减速器，包括：钢轮a、钢轮b、柔轮、凸轮、柔性轴承、滚子、滚子挡块、轴承挡圈和安装螺钉。钢轮a和滚子挡块通过安装螺钉连接在一起，组成输入钢轮或输出钢轮，相应的，钢轮b作为输出钢轮或输入钢轮。

钢轮a的内环有直径较大和较小两部分，在直径较大内壁上加工有V形环槽，与钢轮b外壁加工的V形环槽配合形成矩形环槽。钢轮a和钢轮b分别通过内齿与柔轮的外齿相啮合。柔轮、柔性轴承和凸轮按序套装。轴承挡圈安装在凸轮上，用于对柔性轴承轴向限位。

钢轮a上加工有扇形凹槽，扇形凹槽与钢轮a内径上的V形环槽相连通，滚子通过扇形凹槽被装进所述的矩形环槽内；在将滚子安装完成后，通过安装螺钉将滚子挡块安装在钢轮a上的扇形凹槽中。所述的钢轮a作为轴承外圈，钢轮b作为轴承内圈，与滚子一起形成轴承与钢轮一体化结构。

所述的超小型谐波减速器还包括密封圈a、密封圈b和密封圈c，在钢轮a两个端面和钢轮b的外端面均加工有环形凹槽，作为密封圈a、密封圈b和密封圈c的安装槽。

所述的钢轮a和钢轮b，在其上端面和外环沿圆周上均布加工有螺纹孔，作为输入钢轮和输出钢轮的安装孔，可根据实际使用需求选择端面安装或径向安装方式。

所述的钢轮a和钢轮b，在柔轮齿数固定的情况下，通过改变钢轮a和钢轮b的内齿齿数比，实现谐波减速器减速比调节功能。

所述的柔轮为筒状柔轮，通过调整柔轮的宽度改变谐波减速器输出的力矩。

本发明的优点与积极效果在于：

(1)本发明设计的谐波减速器将轴承与钢轮一体化设计，比传统设计减少结构件数量、降低结构厚度、减轻了轴承壁的重量，使得谐波重量更轻，结构更简单；

(2)本发明设计的谐波减速器的直径为钢轮的直径，比市场上同参数谐波减速器形式减小了一个轴承环的宽度，并且超小型谐波减速器结构更加简单、实现的尺寸可以更小；

(3)本发明将轴承与钢轮一体化设计，增加柔轮与钢轮的啮合宽度，比同类产品在相同尺寸下有更高的承载能力；

(4)本发明在常规的端面安装形式基础上增加了径向安装方式，提高安装性和操作性，适用更多的应用场景；

(5)本发明采用筒状柔轮形式，在同样承载条件下，减小了谐波减速器尺寸；

(6)本发明在柔轮齿数固定的情况下，通过改变钢轮a和钢轮b的内齿齿数比，实现谐波减速器减速比调节功能，可以达到比市场上同参数谐波减速器更高的减速比；

(7)本发明在外形尺寸基本不变的情况下，可以通过调节啮合的内外齿的齿宽达到不同的扭矩输出。

附图说明

图1是本发明的一种轴承与谐波一体化设计的超小型谐波减速器正视图；

图2是本发明的一种轴承与谐波一体化设计的超小型谐波减速器后视图；

图3是本发明的一种轴承与谐波一体化设计的超小型谐波减速器剖面图；

图4是本发明的谐波减速器中钢轮a的结构示意图；

图5是本发明的谐波减速器中钢轮b的结构示意图；

图中：

1-钢轮a；2-钢轮b；3-柔轮；4-凸轮；5-柔性轴承；6-滚子；7-滚子挡块；

8-轴承挡圈；9-安装螺钉；10-密封圈a；11-密封圈b；12-密封圈c。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～图3所示，本发明提供的一种轴承与谐波一体化设计的超小型谐波减速器，包括钢轮a、钢轮b、柔轮3、凸轮4、柔性轴承5、滚子6、滚子挡块7、轴承挡圈8和安装螺钉9。此外，本发明的谐波减速器还包括密封圈a、密封圈b和密封圈c。

钢轮a和滚子挡块7通过安装螺钉9连接在一起，组成输入钢轮或输出钢轮，相应的，钢轮b作为输出钢轮或输入钢轮。钢轮a的内环有直径较大和较小两部分，在直径较大内壁上加工有V形环槽，与钢轮b外壁加工的V形环槽配合形成矩形环槽，滚子6安装在矩形环槽中。钢轮a和钢轮b分别通过内齿与柔轮3的外齿相啮合，动力通过凸轮4输入，带动柔性轴承5转动变形，柔轮3发生相应变形，柔轮3与钢轮a和钢轮b相啮合，实现动力的传递。在钢轮a或钢轮b固定时，在滚子6配合下，动力通过钢轮b或钢轮a完成输出。

钢轮a为金属材料加工成的环形回转体结构，如图4所示。图4中左侧为正视图，右侧为A-A剖视图。钢轮a的内环有直径较大和较小两部分，内环中直径较小内壁加工有内齿，通过内齿与柔轮3外齿啮合实现动力的传动，直径较大内壁加工有V形环槽，与钢轮b的V形环槽配合形成矩形环槽，提供滚子6安装空间和限位结构。钢轮a上加工有扇形凹槽，扇形凹槽与钢轮a内径上的V形环槽相连通，滚子7通过扇形凹槽被装进所述的矩形环槽内。扇形凹槽内加工有螺纹孔，可通过安装螺钉9将滚子挡块7和钢轮a固定连接。

钢轮b为金属材料加工成的环形回转体结构，内壁加工有内齿，通过内齿和柔轮3外齿啮合实现动力的传动。如图5所示，左侧为钢轮b的正视图，右侧为A-A剖视图。钢轮b的内环加工有柔轮环形限位凸台，实现柔轮3的轴向限位。钢轮b外壁加工有环形V槽，用于滚子6的安装空间和限位。

钢轮a和钢轮b，在其上端面和外环沿圆周上均布加工有螺纹孔，作为输入钢轮和输出钢轮的安装孔，可根据实际使用需求选择端面安装或径向安装方式，在实际使用时通过标准螺钉实现谐波减速器的固定安装。在钢轮a两个端面和钢轮b的外端面均加工有环形凹槽，作为密封圈a、密封圈b和密封圈c的安装槽。

钢轮a和钢轮b之间通过滚子6实现连接。将钢轮a作为滚子轴承的外圈，钢轮b作为内圈，于是两个钢轮和滚子6形成了滚子轴承和钢轮一体化结构。相对于现有的采用交叉滚子轴承来连接柔轮和钢轮的结构，本发明通过滚子轴承内圈和外圈直接作为钢轮使用，实现保证性能要求情况下简化了结构，减小了直径和厚度。同时，通过钢轮a和钢轮b加工内齿与柔轮啮合，增加了承载能力。

钢轮a和钢轮b的内齿与柔轮3外齿接触的高度相同，保证本发明的输出扭矩。

柔轮3为金属材料加工成的环形回转薄壁结构，外壁加工有外齿，柔轮3外齿与钢轮a和钢轮b内齿分别啮合，通过柔轮3在凸轮4和柔性轴承5作用下的变形，为钢轮传递传动动力。在柔轮3齿数固定情况下，通过改变钢轮a的内齿和钢轮b的内齿的齿数比，实现调节减速比功能。柔轮3采用筒状形式，等壁厚的结构不会产生应力集中，在同样承载条件下，减小了谐波减速器尺寸。

凸轮4为金属材料加工成的回转体结构，外壁为椭圆结构，在外界动力输入时将动力转化为柔性轴承5的变形，柔轮3随之变形，继而实现动力的传递。凸轮4外环一端加工有环形凸台，另一端加工有环形凹槽，环形凹槽安装有轴承挡圈8，通过环形凸台和轴承挡圈8实现柔性轴承5的轴向限位。凸轮4的内环加工有安装通孔，通过使用标准螺钉等连接件与动力输入轴进行连接。

柔性轴承5由内环、外环和圆珠滚子组成，在凸轮4带动下内环产生变形，继而通过圆珠滚子带动外环变形，最终带动与外环连接的柔轮3的变形，实现动力传递。

柔轮3、柔性轴承5和凸轮4按序套装，通过凸轮4的凸台和轴承挡圈8进行柔性轴承5的轴向限位，柔轮3和柔性轴承5紧配合。

滚子6为金属材料加工成的圆柱体结构，交叉安装在钢轮a和钢轮b组成的矩形环槽内，实现本发明的横向和径向承载及输入钢轮和输出钢轮之间的动力传递。

滚子挡块7为金属材料加工成的扇形结构，一侧加工有扇形沉头孔，通过安装螺钉9将滚子挡块7安装在钢轮a上的扇形凹槽中，对所述的矩形环槽进行密封。

轴承挡圈8为金属材料加工成的开口弹簧卡环，通过自身弹性力可安装到凸轮5环形凹槽内，实现柔性轴承6的安装限位。

安装螺钉9为标准件，实现钢轮a和滚子挡块7的安装固定。

密封圈a、密封圈b、密封圈c为非金属材料加工成的环形结构体，通过安装在钢轮相应密封槽内实现本发明的密封。

本发明设计的谐波减速器为柱状结构，在相同参数情况下，便于应用，在同类产品相同承载情况下保持圆柱结构，提高了使用性。

本发明通过将钢轮a、钢轮b、滚子6和滚子挡块7组合成钢轮组合体，将凸轮4、柔性轴承5、轴承挡圈8组成波发生器，由钢轮组合体、柔轮3和波发生器组合成本发明的超小型谐波减速器。通过凸轮4与实际应用中的输入轴连接，作为本发明的输入，将钢轮a作为输入端或将钢轮b作为输入端，通过柔轮3和钢轮的啮合实现钢轮b或钢轮a的输出。通过凸轮4将输入动力传入，柔性轴承5在凸轮4作用下发生变形带动柔轮3变形，通过柔轮3和钢轮之间内外齿啮合实现动力的传递，完成输入动力的输出。滚子通过钢轮a的扇形凹槽装入钢轮a和钢轮b组成的矩形凹槽内，安装完成后，通过安装螺钉9将滚子挡块7安装到钢轮a，通过密封圈a、密封圈b、密封圈c实现本发明的密封，主要用于柔轮与钢轮之间、滚子与钢轮之间润滑剂的密封。本发明提供的超小型谐波减速器结构更加简单、实现的尺寸可以更小，在增加安装超小型谐波减速器时，在轴向径向都可以，可以适用更多的场景。

Claims (6)

1.一种轴承与谐波一体化的超小型谐波减速器，其特征在于，包括：钢轮a、钢轮b、柔轮、凸轮、柔性轴承、滚子、滚子挡块、轴承挡圈和安装螺钉；钢轮a和滚子挡块通过安装螺钉连接在一起，组成输入钢轮或输出钢轮，相应的，钢轮b作为输出钢轮或输入钢轮；

钢轮a的内环有直径较大和较小两部分，在直径较大内壁上加工有V形环槽，与钢轮b外壁加工的V形环槽配合形成矩形环槽；钢轮a和钢轮b分别通过内齿与柔轮的外齿相啮合；柔轮、柔性轴承和凸轮按序套装，轴承挡圈安装在凸轮上，用于对柔性轴承轴向限位；所述凸轮为金属材料加工成的回转体结构；

钢轮a上加工有扇形凹槽，扇形凹槽与钢轮a内径上的V形环槽相连通，滚子通过扇形凹槽被装进所述的矩形环槽内；在将滚子安装完成后，通过安装螺钉将滚子挡块安装在钢轮a上的扇形凹槽中；所述的钢轮a作为轴承外圈，钢轮b作为轴承内圈，与滚子一起形成轴承与钢轮一体化结构。

2.根据权利要求1所述的超小型谐波减速器，其特征在于，所述的钢轮a和钢轮b，在端面和外环均布加工有螺纹孔，作为输入钢轮和输出钢轮的安装孔，以根据实际使用需求选择端面安装或径向安装方式。

3.根据权利要求1所述的超小型谐波减速器，其特征在于，所述的谐波减速器还包括密封圈a、密封圈b和密封圈c，在钢轮a两个端面和钢轮b的外端面均加工有环形凹槽，作为密封圈a、密封圈b和密封圈c的安装槽。

4.根据权利要求1或2或3所述的超小型谐波减速器，其特征在于，所述的钢轮a和钢轮c，在柔轮齿数固定的情况下，通过改变钢轮a和钢轮b的内齿齿数比，实现谐波减速器减速比调节功能。

5.根据权利要求1或2或3所述的超小型谐波减速器，其特征在于，所述的柔轮为筒状柔轮，通过调整柔轮的宽度改变谐波减速器输出的力矩。

6.根据权利要求1或2或3所述的超小型谐波减速器，其特征在于，所述的钢轮a和钢轮b的内齿与柔轮外齿接触的高度相同。