谐波减速机的制作方法

1.本发明涉及减速机技术领域，特别是涉及一种谐波减速机。


背景技术：

2.随着工业自动化技术的快速发展,谐波减速机被越来越多的应用于智能化场合，而力控制是大多数智能化场合所必需的，力矩传感器则是实现力控制的必要传感器件。谐波减速机作为智能模块的力矩输出部件，能够实时、精准的反映出智能模块输出力及承受力的变化，因此，一种合适的谐波减速机是当前制造业智能化进程所必需的。
3.传统技术中，谐波减速机作为智能模块的力矩输出部件，既要求谐波减速机结构尺寸小，同时又要能够及时准确的检测模块输出力矩的大小，传统解决方案是在减速机输出端直接安装力矩传感器，负载则装在力矩传感器上，此方案因负载的位置姿态具备不确定性，所以会对力矩传感器的力矩输出造成较大影响。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对力矩传感器输出不稳定的问题，提供一种谐波减速机。
5.一种谐波减速机，包括：
6.波发生器；
7.柔轮，套设在所述波发生器上；
8.减速轴承，套设在所述柔轮上并且其内圈与所述柔轮啮合连接，所述减速轴承的内圈用于与外部构件驱动连接；
9.力矩传感器，所述力矩传感器与所述柔轮啮合连接，所述力矩传感器与所述减速轴承的外圈固接；其中，所述力矩传感器或者所述减速轴承用于连接负载体。
10.在其中一个实施例中，所述波发生器包括凸轮轴和柔性轴承，所述柔性轴承套设在所述凸轮轴上，所述柔性轴承与所述柔轮配合连接。
11.在其中一个实施例中，所述谐波减速机还包括法兰板，所述法兰板与所述凸轮轴同轴设置，所述法兰板与所述力矩传感器或者所述减速轴承连接。
12.在其中一个实施例中，所述法兰板包括本体，所述本体的内周设置有凸缘，所述本体与所述力矩传感器或者所述减速轴承连接，所述凸缘与所述凸轮轴同轴并且所述凸缘轴向嵌入所述凸轮轴内。
13.在其中一个实施例中，所述凸轮轴为中空的，所述凸缘与所述凸轮轴之间设置有将二者连接的第一辅助轴承。
14.在其中一个实施例中，所述谐波减速机还包括第二辅助轴承，所述第二辅助轴承套设在所述凸轮轴上，所述第二辅助轴承的外圈固接有辅助板，所述辅助板与所述减速轴承的内圈固接。
15.在其中一个实施例中，所述柔轮的外圈设置有啮合母齿，所述减速轴承的内圈设置有第一公齿，所述啮合母齿与所述第一公齿啮合连接，所述力矩传感器的内圈设置有第
二公齿，所述啮合母齿与所述第二公齿啮合连接。
16.在其中一个实施例中，所述柔轮呈直筒状。
17.在其中一个实施例中，所述柔轮由金属材料或合金材料或塑胶材料制成。
18.在其中一个实施例中，所述力矩传感器与所述减速轴承同轴设置。
19.在其中一个实施例中，所述减速轴承为滚动轴承。
20.本技术提供的谐波减速机，至少具有以下有益效果：从原理上综合考虑了谐波减速机的结构和力矩传感器的工作原理，将减速轴承的内圈作为减速机的刚轮结构来使用，同时，负载体无论是与力矩传感器还是与减速轴承连接，负载体的承载力最终可由减速轴承直接承受，避免了对力矩传感器输出值的影响，有效解决了因负载的位置姿态不确定导致的力矩传感器输出值产生误差的问题，因此可以实现在智能制造领域的更广泛应用。
附图说明
21.图1为一实施例中谐波减速机的剖视图；
22.图2为另一实施例中谐波减速机的剖视图；
23.附图标记说明：
24.10、谐波减速机；100、波发生器；110、凸轮轴；111、第一台阶；112、第二台阶；120、柔性轴承；200、柔轮、300、减速轴承、400、力矩传感器；410、安装槽；500、负载体；600、法兰板；610、本体；620、凸缘；630、卡块；700、第一辅助轴承；800、辅助板；900、第二辅助轴承。
具体实施方式
25.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
28.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以
是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
30.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
31.参阅图1、图2，一种谐波减速机10，包括波发生器100、柔轮200、减速轴承300、力矩传感器400。柔轮200套设在波发生器100上，波发生器100转动时带动柔轮200发生许用范围内的弹性形变，减速轴承300套设在柔轮200上，减速轴承300的内圈与外部构件固接(当作刚轮使用)，减速轴承300的内圈与柔轮200啮合连接，力矩传感器400套设在柔轮200上，力矩传感器400的内圈与柔轮200啮合连接，力矩传感器400的外圈与减速轴承300的外圈固接。其中，如图1所示，在部分实施例中，负载体500连接在力矩传感器400的外圈，即负载体500的承载力由力矩传感器400过渡至减速轴承300上。又或者，如图2所示，在另一部分实施例中，负载体500也可以连接在减速轴承300上。通过上述的设置方式，使得负载体500无论是与力矩传感器400还是与减速轴承300连接，负载体500所产生的各种力最终由减速轴承300直接承受，从而避免对力矩传感器400输出值的影响，有效解决了因负载的位置姿态不确定导致的力矩传感器400输出值产生误差的问题，因此可以实现在智能制造领域的更广泛应用。
32.在其中一个实施例中，波发生器100包括凸轮轴110和柔性轴承120，柔性轴承120套设在凸轮轴110上，柔性轴承120与柔轮200固接。具体的是，凸轮轴110为微型电机马达、伺服电机、步进电机等驱动件的传动输出轴，凸轮轴110内部中空，通体呈阶梯状。此外，凸轮轴110可设置为两波、三波、四波等形式，其可依据具体使用状况进行具体设置，此处并不作具体的限定。凸轮轴110包括第一台阶111和第二台阶112，第一台阶111上设置有减速轴承300，第二台阶112上设置有第二辅助轴承900。
33.在其中一个实施例中，柔性轴承120设置有一个，两个或更多，设置若干柔性轴承120时，各柔性轴承120的规格应相同，保证各柔性轴承120的外圈形成规整的圆周面，确保传动过程中的准确性。作为优选的是，柔性轴承120为柔性滚柱轴承，柔性滚柱轴承包括内圈和外圈以及分别与内圈和外圈相对滚动的若干均匀分布的滚柱，相较于原有的柔性滚珠轴承，柔性滚柱轴承内的滚柱比滚珠的受力面积更大，其在径向的承载受力效果更好，转动更加稳定，此外，柔性滚柱轴承提供了更好的刚性以及更小的径向截面积，柔性滚柱轴承的使用寿命更长，使得波发生器100的轴承部分不再作为制约谐波传动减速机寿命的瓶颈。进一步的是，柔性滚柱轴承可选用带有端盖的类型，起到了一定的密封作用。
34.在其中一个实施例中，柔轮200与柔性轴承120之间采用过盈配合或过渡配合的连接关系进行可靠连接，保证了两者之间的运行可靠性，同时需考虑柔轮200受到的应力应均匀分布，避免应力的集中使两者之间的传动受到影响，提高柔轮200的稳定性，提高柔轮200的疲劳强度，从而使柔轮200具有更长的使用寿命。柔轮200的外圈设置啮合母齿(图中未视
出)，方便与减速轴承300和力矩传感器400之间形成传动连接。柔轮200被设置为直筒状，将柔轮200设置为直筒状的结构，简化了设计方案，缩短了设计周期，便于装配。此处值得注意的是，柔性轴承120驱动柔轮200发生的弹性变形始终处于本身的许用范围之内，其并不会超出这一范围，保证了柔轮200使用的可靠性。
35.在其中一个实施例中，柔轮200采用金属材料或合金材料，作为优选的是，柔轮200采用合金材料制成，柔轮200通过棒料下料后，通过锻造工艺制成，锻造后的柔轮200可获得更好的机械性能。因柔轮200的加工面相对较薄，故在加工的过程中，采用专用的治具或嵌块对柔轮200的内壁做支撑，防止发生过量的形变或抖动，因而影响柔轮200的最终成型。此外，在加工啮合母齿的过程中，采用仿形法或范成法进行设计，并优选滚齿或滚刀进行轮齿的加工，提高了制造的效率，方便进行量化生产。
36.在另外一个实施例中，柔轮200采用塑胶材料进行加工制造，相应的是，采用注塑模进行制造，注塑模易于对薄壁的柔轮200进行制造，节约了制造以及设计的成本，塑胶材料成型后拥有较好的弹性模量，采用较少的材料即可实现正常的使用功能，降低了该部件的工作质量及工作尺寸，使得谐波减速机10整体更加小巧轻便，可运用于更多场地狭小的工作空间内，提高了谐波减速机10整体的适用范围。
37.在其中一个实施例中，第二辅助轴承900套设在凸轮轴110上，第二辅助轴承900设置有内圈和外圈，第二辅助轴承900内圈的设计尺寸与第二台阶112的设计尺寸(长度及外周直径等)相适配，第二辅助轴承900的设置约束了凸轮轴110在轴向方向的运动，防止凸轮轴110沿轴向发生滑动。第二辅助轴承900的外圈固接有辅助板800，辅助板800与减速轴承300的内圈固接，具体的是，辅助板800的外周设置有安装台，减速轴承300的内圈固定连接在安装台上，减速轴承300的内圈设计尺寸与辅助板800的安装台的设计尺寸相适配，减速轴承300的内圈外端面与辅助板800的外端面平齐，避免辅助板800的外周直径过大，进而导致辅助板800与减速轴承300的外圈发生摩擦，导致减速轴承300的外圈不能正常的转动的状况发生。辅助板800与减速轴承300、第二辅助轴承900对应连接时，应注意考虑连接部位的密封性能，用以隔绝辅助板800外部的污染物，进一步保证了谐波减速机10内部工作环境的洁净程度，提高了使用寿命。
38.在其中一个实施例中，减速轴承300设置为滚动轴承，作为优选的是，减速轴承300被设置为十字交叉轴承，十字交叉轴承通过滚子的交叉排布，即保证了产品的同轴度，更能够有效的承受负载输出的轴向与径向的扭矩和弯矩，方便安装与拆洗。十字交叉轴承是一种球墨铸铁交叉轴承，由高性能的球墨铸铁制成，球磨铸铁的切削性能比钢材好，有利于轮齿的精密加工，而且球墨铸铁的导热系数是钢材的一倍，有利于降低温升，不但重量比钢材轻，而且还可以吸收震动，降低噪音。由于球墨铸铁具有自润滑性，减磨性优良，延长使用寿命，使得整个谐波减速机10在使用过程中无需人工添加任何润滑油，实用性更强。此处值得注意的是，十字交叉轴承在匹配柔轮200以及力矩传感器400进行使用时，应注意十字交叉轴承与柔轮200之间的同轴度，以及十字交叉轴承外圈输出端和力矩传感器400之间的端面跳动问题，保证使用时十字交叉轴承与其他部件之间有更好的匹配性。减速轴承300设置有内圈和外圈，减速轴承300的内圈端面上设置第一公齿(图中未视出)，啮合母齿与第一公齿啮合连接。减速轴承300的外圈底部端面与力矩传感器400的外圈顶面固接。此外，减速轴承300设置时，可设置为端面带有端盖的形式，端盖的设置提高了密封性能，防止外部灰尘以
及其他污染源进入谐波减速机10的内部，提高了谐波减速机10内部的洁净程度，提高了谐波减速机10的使用寿命。此外，在该实施例中，未设置有刚轮结构，将减速轴承300的内圈设置第一公齿来替代刚轮结构，无需重新对刚轮进行额外的设计，节约了安装的空间，降低了谐波减速机10整体的外型尺寸。
39.在其中一个实施例中，力矩传感器400呈环状，力矩传感器400的外圈顶部端面与减速轴承300的外圈底部端面固接，力矩传感器400与减速轴承300同轴设置，保证两者之间的同轴度，保证平稳的运行状态。具体的是，两者采用螺栓或销钉等连接方式进行连接，此处的固接方式并不限定为上述的形式，现有技术中可应用于此处的固接方式，均属于本技术的保护范围。力矩传感器400的两侧端面上对称设置有安装槽410，使得力矩传感器400在进行安装时，不必注意力矩传感器400安装面的朝向即可实现力矩传感器400的安装固定，省时省力，提高了力矩传感器400的工装效率。安装槽410的设计尺寸(槽深、槽宽等)与法兰盘对应连接部位的尺寸相配。力矩传感器400的内圈设置有第二公齿(图中未视出)，第二公齿与柔轮200的啮合母齿啮合连接。
40.在其中一个实施例中，如图1所示，力矩传感器400的底部设置有法兰板600，法兰板600与力矩传感器400固接，并且法兰板600始终与凸轮轴110保持同轴。法兰板600的设置，进一步保证了力矩传感器400以及减速轴承300与凸轮轴110的同轴度，约束了力矩传感器400、减速轴承300在径向的运动，避免发生偏心抖动。类似地，在另一些实施例中，如图2所示，也可以在减速轴承300远离力矩传感器400一侧的端面设置与之连接的法兰板600，该法兰板600同样始终与凸轮轴110保持同轴。该实施例中法兰板600也能约束了力矩传感器400、减速轴承300在径向的运动，避免发生偏心抖动。
41.具体的，为了使法兰板600始终与凸轮轴110保持同轴，在部分实施例中，如图1所示，法兰板600包括本体610，本体610内周设置有凸缘620，凸缘620与凸轮轴110同轴，并且凸缘620轴向地嵌入凸轮轴110内。通过凸缘620与凸轮轴110之间的配合，可以尽可能地确保法兰板600与凸轮轴110的同轴度。优选地，在另一些实施例中，如图2所示，凸轮轴110被设置为中空的，凸缘620在嵌入中空的凸轮轴110后，凸轮轴110的径向上，凸缘620与凸轮轴110之间设置有用于将二者连接的第一辅助轴承700。第一辅助轴承700的数量显然可以设置为不止一个。通过增设第一辅助轴承700，可以进一步提高法兰板600与凸轮轴10的同轴度。
42.在部分实施例中，如图1所示，本体610的外周设置有卡块630，卡块630与力矩传感器400的安装槽410卡接。需要注意的是，卡块630的内径等于或小于安装槽410的内径，保证卡块630与安装槽410安装的可靠性，此外，卡块630的高度小于或等于安装槽410的深度，避免卡块630不能完全伸入安装槽410内，卡块630的厚度小于或等于安装槽410的槽宽，保证卡块630伸入安装槽410内。
43.需要说明的是，法兰板600在前述实施例中主要用于保证力矩传感器400、减速轴承300与凸轮轴110的同轴度，但是法兰板600并不是只有这一个作用。在部分实施例中，法兰板600同样可以作为输出端，即负载体500可以直接连接在法兰板600上，通过法兰板600进行力的传递，使得负载体600最终由减速轴承300所承担，有效解决了因负载的位置姿态不确定导致的力矩传感器400输出值产生误差的问题。
44.在其中一个实施例中，负载体500呈环状或筒状。以图1所示的实施例为例，该部分
实施例中，负载体500连接在力矩传感器400上。此时该环状或者筒状的负载体500的顶部端面与力矩传感器400的外圈固接，负载体500与力矩传感器400同轴设置，保证运转时，负载体500与力矩传感器400可达到许用范围内的动平衡。负载体500内设置有中空的容纳空间，法兰板600位于容纳空间内，容纳空间的设置，保证了空间设置的合理性，为法兰板600预留了可安装的空间。
45.在其中一个实施例中，谐波减速机10外部设置有保护壳体组件(图中未视出)，保护壳体组件包括第一外壳和第二外壳，第一外壳固接在减速轴承300外圈的外圆周面上，对减速轴承300起到了保护的作用，第一外壳与减速轴承300同轴设置，同时，在第一外壳的顶部应开设有通孔，方便凸轮轴110的第二台阶112可穿出通孔，同时第二台阶112的设计尺寸与通孔的设计尺寸相适配，在确保第二台阶112可穿出通孔的前提下，做到装配间隙的最小化，提高了密封性能。第二外壳固接在力矩传感器400的外圆周面上，对力矩传感器400起到了保护的作用，第二外壳与力矩传感器400同轴设置。此外，第一外壳的外周直径和第二外壳的外周直径保持相同，避免整体的布置外观呈现较多的阶梯状，提高了外型的规整性，提高了安装的便捷性。
46.在其中一个实施例中，第一外壳的通孔内设置有油封(图中未视出)，油封套设在阶梯轴的第二台阶112上，油封在使用时会相对第一外壳以及阶梯轴发生弹性形变，使得第一外壳与阶梯轴之间的间隙被油封实时封堵，保证谐波减速机10内部的油液不会发生泄漏。油封具体可设置有多个并实现多级密封，实现更加良好的密封功能，此外，此处并不限定油封的具体规格，可运用至本技术的油封均属于本技术的保护范围。
47.工作原理：谐波减速机10由外部构件提供动力，在外部构件的驱动下，凸轮轴110发生旋转，凸轮轴110的第一台阶111处迫使柔性轴承120发生弹性形变，柔性轴承120同时带动柔轮200发生弹性形变，此时，啮合母齿分别与减速轴承300的第一公齿和力矩传感器400的第二公齿相对啮合，力矩传感器400输出减速动力，使得力矩传感器400外圈所固接的负载体500进行减速转动。值得注意的是，力矩传感器400相对减速轴承300和负载体500来说，可作为过渡件来连接两者，使得负载体500所产生的各种力最终由减速轴承300直接承受，从而避免对力矩传感器400的输出值产生影响。
48.啮合母齿与第一公齿和第二公齿啮合的运动过程为：凸轮轴110第一台阶111的长轴处与柔轮200接触时，第一台阶111顶出柔轮200对应的位置并形成部分地凸起，此时，柔轮200的啮合母齿与减速轴承300的第一公齿、力矩传感器400的第二公齿处于啮合的状态；当凸轮轴110第一台阶111的长轴和短轴的过渡段处与柔轮200接触时，柔轮200逐渐恢复本形，此时，前一啮合母齿呈将与第一公齿、第二公齿脱离的状态，后一啮合母齿呈将与第一公齿、第二公齿啮合的状态；当凸轮轴110第一台阶111的短轴处与柔轮200连接时，柔轮200的啮合母齿与减速轴承300的第一公齿、力矩传感器400的第二公齿处于完全脱离的状态；啮合母齿与第一公齿及第二公齿循环进行上述的啮合与脱离状态，使得输入至波发生器100的动力由力矩传感器400减速输出至负载体500处。
49.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
50.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。