CN102705451A - 消减谐波齿轮传动偏心误差的方法及自动调心波发生器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种消减谐波齿轮传动偏心误差的方法及其自动调心波发生器，该自动调心波发生器包括由输入轴驱动的转盘及设有两个滚轮的弹性浮动机构，该弹性浮动机构沿自动调心波发生器长轴方向可弹性伸缩滑设于所述转盘内，所述弹性浮动机构包括两个相对于转盘中心对称布设的滚轮支架及设于二者之间的弹性件，该弹性件与所述两滚轮支架弹性抵接，所述两滚轮分别设于所述两个滚轮支架上，两滚轮在弹性件的作用下与所述柔轮内圆弹性抵接并迫使柔轮由圆形变为椭圆形而使柔轮轮齿与刚轮轮齿紧密啮合。该自动调心波发生器能消减由于零件加工和装配带来的偏心误差，且可以消除柔轮轮齿与刚轮轮齿之间的齿侧间隙，并起到过载保护作用。

Description

消减谐波齿轮传动偏心误差的方法及自动调心波发生器

技术领域

本发明涉及机械传动领域，尤其涉及一种自动调心波发生器及应用该自动调心波发生器以消减谐波齿轮传动偏心误差的方法。

背景技术

谐波齿轮传动技术是20世纪50年代后期随航天技术的发展而产生的一种新型传动技术，它是利用柔性元件所产生的可控波动变形来实现运动和动力的传递。相对传统传动机构具有运动精度高、回差小、体积小、承载能力高、传动精度和传动效率高等许多独特的优点，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。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、两滚子式、四滚子式以及行星式等。

如图1所示，是一个具有双滚子式内波发生器的双波谐波齿轮传动装置，它主要由波发生器90’、柔轮91和刚轮92三个基本构件组成。在未装配前柔轮91是圆形，柔轮91齿数比刚轮92齿数少，因此柔轮91分度圆直径小于刚轮92分度圆直径，当波发生器90’装入柔轮91时，迫使柔轮91产生弹性变形，在波发生器90’长轴方向使柔轮91轮齿与刚轮92轮齿相啮合，当刚轮固定不动时，波发生器90’旋转一周，柔轮91相对刚轮92转过二者轮齿齿数差的角度，从而实现运动和动力的传递。这种结构的波发生器90’包括设于转盘902’边缘的两个轮滚901’，两滚轮901’之间的距离是固定的，即波发生器90’的长轴尺寸是固定不变的，目前现有的其它几种类型波发生器长轴尺寸也是固定不变的。

由于谐波齿轮传动各个零件在加工和装配过程中，其加工和装配误差是不可避免的，所以柔轮91的齿轮和刚轮92的齿轮在接触时存在齿侧间隙和柔轮几何中心与回转中心的偏心误差，从而严重影响谐波齿轮传动装置的传动精度和动态性能。由于波发生器90’的长轴尺寸是固定不变，其无法消除由于加工和装配误差所造成的齿侧间隙和偏心误差，过载时就会破坏轮齿。因此若要使谐波齿轮传动装置获得高传动精度，就必须对每个零件的加工精度和传动装置的装配精度提出更高要求，但又会产生成本高、工艺难度大等一系列问题。目前，尚未见到一种能同时消除谐波齿轮传动偏心误差和齿侧间隙，还能起到过载保护的波发生器。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是：提供一种自动调心波发生器，以消减谐波齿轮传动的偏心误差，消除谐波齿轮传动的齿侧间隙，同时还能起到过载保护作用。

本发明实施例所要解决的技术问题是：提供一种具有自动调心波发生器的谐波齿轮传动装置，在与现有谐波齿轮传动装置同等零件加工精度情况下，获得较高传动精度，且可以实现过载保护。

本发明实施例所要解决的技术问题是：提供一种消减谐波齿轮传动偏心误差的方法，使得谐波齿轮传动柔轮的几何中心能与波发生器的回转中心能自动调心对中，以消减谐波齿轮传动的偏心误差。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于谐波齿轮传动装置的自动调心波发生器，其包括由谐波齿轮传动装置的输入轴驱动的转盘及两个沿自动调心波发生器长轴方向装设于该转盘的边缘用于与柔轮的内圆相抵接的滚轮，所述自动调心波发生器还包括有弹性浮动机构，该弹性浮动机构沿自动调心波发生器长轴方向可弹性伸缩滑设于所述转盘内，所述转盘内设有用于供所述弹性浮动机构在其内滑动并对其进行导向的滑道，所述弹性浮动机构包括两个相对于转盘中心对称布设的滚轮支架及设于二者之间的弹性件，所述两滚轮分别设于所述两个滚轮支架上使得所述两个滚轮位于弹性浮动机构的两端，所述弹性件自转盘中心向转盘两端径向延伸且弹性件的两端分别与所述两滚轮支架弹性抵接，滚轮在弹性件的作用下与所述柔轮内圆弹性抵接以迫使柔轮由圆形变为椭圆形而使柔轮轮齿与谐波齿轮传动装置的刚轮轮齿紧密啮合。

进一步地，所述滑道是沿自动调心波发生器的长轴方向贯通整个转盘的通槽。

进一步地，所述滚轮支架的一端设有滚轮，另一端伸入所述滑道与所述弹性件弹性抵接。

进一步地，所述滚轮支架上与弹性件相抵接的一端设有对弹性件进行引导以使其沿长轴方向的受力相对均衡的导柱。

进一步地，所述导柱是自滚轮支架的端部伸出预定长度的柱体。

进一步地，所述柱体为圆柱体。

进一步地，所述弹性件为弹簧，该弹簧的两端分别与所述两个滚轮支架弹性抵接。

进一步地，所述滚轮为轴承，其借助一轴芯装设于所述滚轮支架上，所述轴承的两侧还设有防止轴承沿轴承的轴向偏移的轴肩垫片。

为了进一步解决上述技术问题，本发明实施例海提供了一种谐波齿轮传动装置，应用如前所述的自动调心波发生器，该谐波齿轮传动装置还包括具有内圆的柔轮及由该柔轮驱动的刚轮，所述柔轮利用其内圆套设于所述自动调心波发生器上，柔轮的内圆与所述自动调心波发生器的滚轮相抵接并由该自动调心波发生器驱动。

为了进一步解决上述技术问题，本发明实施例海提供了一种消减谐波齿轮传动的偏心误差的方法，应用如前所述的自动调心波发生器，其包括如下步骤：

制作弹性浮动机构：将谐波齿轮传动中迫使柔轮变形的部件作成一种具有弹性且能浮动地滑设于自动调心波发生器转盘内的弹性浮动机构；

组建自动调心波发生器：将用于与柔轮内圆相抵接的两个滚轮装设于弹性浮动机构的两端，该弹性浮动机构与转盘和相关部件共同组装生成其长轴可变且可在长轴方向浮动的自动调心波发生器；

安装自动调心波发生器：将所述自动调心波发生器安装在谐波齿轮传动的柔轮的内圆内，在弹性浮动机构的弹力作用下，弹性浮动机构两端的滚轮与柔轮内圆弹性抵接通过迫使柔轮变形使得柔轮轮齿与刚轮轮齿无间隙啮合，由转盘带动弹性浮动机构及滚轮在柔轮内圈滚动使柔轮的几何中心与该自动调心波发生器的回转中心自动调心对中，以消减谐波齿轮传动由于零件加工和装配产生的偏心误差。

本发明实施例的有益效果是：自动调心波发生器长轴上的两个滚轮支架和二者之间的弹性件形成弹性浮动机构，该弹性浮动机构在转盘的滑道内处于浮动状态，这种自动调心波发生器是具有弹性的浮动式的波发生器，其长轴尺寸可变化的波发生器，当两个滚轮支架上的滚轮分别受到柔轮变形力反向作用时，长轴方向受力是均衡的，可以不受输入轴零件加工和装配偏心误差的影响，并自动调整保持柔轮几何中心与回转中心一致，由此完成了波发生器的自动调心对中的功能。再者，自动调心波发生器使柔轮在自动调心波发生器长轴方向变形，柔轮轮齿在自动调心波发生器作用下与刚轮轮齿紧密啮合，从而达到消除齿侧间隙目的。当谐波齿轮传动负载超过额定限度时，刚轮对柔轮产生的反作用力就会迫使弹性浮动机构弹簧收缩，产生跳齿现象，从而起到了过载保护作用。弹性浮动机构由于受力对称可以使柔轮几何中心与自动调心波发生器回转中心对中实现自动调心，从而消减由于零件加工和装配带来的偏心误差，并且可以利用弹性浮动机构的弹性力消除柔轮轮齿与刚轮轮齿之间的齿侧间隙，同时还可以起到过载保护作用。

将该自动调心波发生器应用于谐波齿轮传动中，使得谐波齿轮传动的柔轮的几何中心能与波发生器的回转中心能自动调心对中，以消减谐波齿轮传动的偏心误差。

下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是现有技术中谐波齿轮传动装置的主视图。

图2是本发明实施例自动调心波发生器的爆炸图。

图3是本发明实施例自动调心波发生器的剖视图。

图4是本发明实施例自动调心波发生器的简图。

图5是本发明实施例谐波齿轮传动装置的剖视图。

图6是本发明实施例消减谐波齿轮传动的偏心误差的方法的流程图。

图中主要部件名称：

自动调心波发生器90、柔轮91、刚轮92、输入轴1、转盘2、滚轮支架3、滚轮41、弹性件5、弹性浮动机构80。

具体实施方式

如图2至图4所示，本发明实施例提供一种谐波齿轮传动装置的自动调心波发生器90，包括输入轴1、转盘2及弹性浮动机构80。所述弹性浮动机构80包括两个滚轮支架3、设于两个滚轮支架3之间的弹性件5及设于滚轮支架3上含有滚轮41的滚轮组件4。

所述输入轴1用于驱动所述转盘2，转盘2中间设有用于供弹性件5在其内滑动的通孔。

所述转盘2包括本体21和滑道22。转盘2利用本体21套设并固定于所述输入轴1上随输入轴1转动，所述滑道22用于供所述弹性浮动机构80滑设于其内并对其滑动进行导向，其为沿自动调心波发生器90的长轴方向延伸并贯通整个转盘2的通槽，滑道22的横截面形状可以为方形或圆形，但不限于这些形状，滑道22的内壁光滑。滑道22的作用和效果是使得所述弹性浮动机构80可在转盘2内浮动，即沿自动调心波发生器90的长轴方向浮动。

所述滚轮支架3滑设于所述滑道22内，其截面形状与所述滑道22的截面形状相匹配，其外壁光滑以使得其在所述滑道22内滑动时具有较小的摩擦力。滚轮支架3的顶端通过两个同心的芯轴孔（图中未标号）装有滚轮组件4。其尾端伸入所述滑道22内与所述弹性件5弹性套接以使得滚轮组件4上的滚轮41与所述柔轮91的内圆相抵接。本实施例中，滚轮支架3伸入滑道22内的一端设有导柱31，该导柱31自滚轮支架3的底端伸出预定长度的柱体，该主体为圆柱体但不限于此形状，导柱31的形状和尺寸与所述弹性件5相适配。本实施例的两个滚轮支架3相对于转盘2的中心对称布设。

所述滚轮组件4包括滚轮41、芯轴42、轴肩垫片43及弹性挡圈44，所述滚轮41套设于芯轴42上并可绕其轴心线转动，本实施例中，滚轮41为轴承，轴承的内圈固定于芯轴42上，利用轴承的外圈与所述柔轮91滚动接触；所述芯轴42利用所述弹性挡圈44固定于所述滚轮支架3上；所述轴芯42上还套设有位于所述滚轮41两侧的轴肩垫片43，以约束滚轮41轴向位移。

所述弹性件5设于所述转盘2内，其可产生弹性形变而形成迫使柔轮91变形，所述弹性件5自转盘2中心向转盘2两端径向延伸，该弹性件5的两端分别与所述两滚轮支架3弹性抵接并形成使两个滚轮支架3上的滚轮41分别与所述柔轮91内圆弹性抵接的预紧力，滚轮41在该预紧力作用下与所述柔轮91内圆弹性接触并迫使柔轮91由圆形变为椭圆形而使柔轮91的轮齿与刚轮92的轮齿紧密啮合。本实例中，所述弹性件5采用具有良好伸缩性能的弹簧，该弹簧是圆柱螺旋压缩弹簧。其与所述滚轮支架3的的导柱31相匹配，弹簧套设于该导柱31上并利用其导向以使弹簧的中心线与弹性浮动机构80的中心线重合，保证两滚轮支架3在沿波发生器90的长轴方向的受力均衡。

本实施例中，沿自动调心波发生器90的长轴方向，即所述滑道22内有两个相对转盘2的中心呈对称布设的滚轮支架3及设于二者之间的弹性件5。所述弹性件5的两端分别与所述两滚轮支架3弹性抵接并使两个滚轮支架3上的滚轮41分别与所述柔轮91内圆弹性抵接，使弹性件5的弹性力形成了迫使柔轮变形的作用力。所述弹性浮动机构80利用所述弹性件5的伸缩变形以使得自动调心波发生器90的长轴可产生与柔轮91相适应的长度变化，弹性浮动机构80在滑道22内进行滑动时自动调心波发生器90的长轴借助于其弹性的浮动的变化实现柔轮91的轮齿与刚轮92的轮齿相紧密啮合。

由于自动调心波发生器90长轴方向两个滚轮支架3之间加入可以浮动的弹性件5，在迫使柔轮91变形的同时，可以使柔轮91的变形力均匀对称，从而保证了自动调心波发生器90的回转中心与柔轮91的回转中心互相没有影响，消除了自动调心波发生器90回转中心偏心误差造成的摆动。另外，由于弹性件5的预压力，可以使柔轮91的轮齿与刚轮92的轮齿之间紧密接触，柔轮91的轮齿与刚轮92的轮齿依靠弹性件5产生的弹力保持完全接触状态，消除了齿侧间隙；同时，由于柔轮91的轮齿与刚轮92的轮齿是弹性接触的，当过载时柔轮91的轮齿可以产生“跳齿”现象，能起到过载保护作用。因此，在自动调心波发生器90、柔轮91和刚轮92等零件的加工精度和装配精度要求不高的情况下，就可以实现无偏心和零齿侧间隙，以低成本实现高精度，从而提高了整个谐波齿轮传动的动态性能、传动精度和使用寿命。

如图5所示，本发明实施例还提供一种应用前述的自动调心波发生器90的谐波齿轮传动装置，该谐波齿轮传动装置还包括具有内圆的柔轮91和由该柔轮91驱动的刚轮92，该柔轮91的内圆套设于所述自动调心波发生器90外，柔轮91的内圆与所述自动调心波发生器90的滚轮41相抵接并由所述自动调心波发生器90驱动。这种谐波齿轮传动装置其柔轮91的几何中心能与自动调心波发生器90的回转中心能自动调心对中，且能消除谐波齿轮传动齿侧间隙，其传动精度高，使用寿命更长。

如图6所示，本发明实施例还提供一种应用前述的自动调心波发生器90以消减谐波齿轮传动的偏心误差的方法，其包括如下步骤：

制作弹性浮动机构：将谐波齿轮传动中迫使柔轮工作的部件作成一种具有弹性的且能浮动地滑设于自动调心波发生器90内的弹性浮动机构80；

组建自动调心波发生器：将用于与柔轮91的内圆相抵接的两个滚轮41装设于弹性浮动机构80的两端，该弹性浮动机构80、输入轴1、转盘2和其他部件共同组装生成其长轴可变的自动调心波发生器90；

安装自动调心波发生器：将所述自动调心波发生器90安装在谐波齿轮传动的柔轮91的内圆内，在弹性浮动机构80的弹力作用下，弹性浮动机构80两端的滚轮71与柔轮91的内圆弹性抵接通过迫使柔轮91变形使得柔轮91的轮齿与刚轮92的轮齿无间隙啮合，由转盘2带动弹性浮动机构80及滚轮41在柔轮91的内圈滚动使柔轮91的几何中心与自动调心波发生器90的回转中心自动调心对中，以消减谐波齿轮传动由于零件加工和装配产生的偏心误差。

当刚轮92固定不动时，柔轮91则反向转动，从而实现运动和动力的传递；由于弹性浮动机构80两端的滚轮41受力对称，当谐波齿轮传动负载超过额定限度时，刚轮92对柔轮91产生的反作用力就会迫使弹性浮动机构80的弹性件5收缩，产生跳齿现象，从而达到了过载保护作用。

以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于谐波齿轮传动装置的自动调心波发生器，其包括由谐波齿轮传动装置的输入轴驱动的转盘及两个沿自动调心波发生器长轴方向装设于该转盘的边缘用于与柔轮的内圆相抵接的滚轮，其特征在于：所述自动调心波发生器还包括有弹性浮动机构，该弹性浮动机构沿自动调心波发生器长轴方向可弹性伸缩滑设于所述转盘内，所述转盘内设有用于供所述弹性浮动机构在其内滑动并对其进行导向的滑道，所述弹性浮动机构包括两个相对于转盘中心对称布设的滚轮支架及设于二者之间的弹性件，所述两滚轮分别设于所述两个滚轮支架上使得所述两个滚轮位于弹性浮动机构的两端，所述弹性件自转盘中心向转盘两端径向延伸且弹性件的两端分别与所述两滚轮支架弹性抵接，滚轮在弹性件的作用下与所述柔轮内圆弹性抵接以迫使柔轮由圆形变为椭圆形而使柔轮轮齿与谐波齿轮传动装置的刚轮轮齿紧密啮合。

2.如权利要求1所述的自动调心波发生器，其特征在于，所述滑道是沿自动调心波发生器的长轴方向贯通整个转盘的通槽。

3.如权利要求2所述的自动调心波发生器，其特征在于，所述滚轮支架的一端设有滚轮，另一端伸入所述滑道与所述弹性件弹性抵接。

4.如权利要求3所述的自动调心波发生器，其特征在于，所述滚轮支架上与弹性件相抵接的一端设有对弹性件进行引导以使其沿长轴方向的受力相对均衡的导柱。

5.如权利要求4所述的自动调心波发生器，其特征在于，所述导柱是自滚轮支架的端部伸出预定长度的柱体。

6.如权利要求5所述的自动调心波发生器，其特征在于，所述柱体为圆柱体。

7.如权利要求1所述的自动调心波发生器，其特征在于，所述弹性件为弹簧，该弹簧的两端分别与所述两个滚轮支架弹性抵接。

8.如权利要求1所述的自动调心波发生器，其特征在于，所述滚轮为轴承，其借助一轴芯装设于所述滚轮支架上，所述轴承的两侧还设有防止轴承沿轴承的轴向偏移的轴肩垫片。

9.一种谐波齿轮传动装置，应用如权利要求1至8中任一项所述的自动调心波发生器，该谐波齿轮传动装置还包括具有内圆的柔轮及由该柔轮驱动的刚轮，其特征在于，所述柔轮利用其内圆套设于所述自动调心波发生器上，柔轮的内圆与所述自动调心波发生器的滚轮相抵接并由该自动调心波发生器驱动。

10.一种消减谐波齿轮传动的偏心误差的方法，应用如权利要求1至8中任一项所述的自动调心波发生器，其特征在于，包括如下步骤：

制作弹性浮动机构：将谐波齿轮传动中迫使柔轮变形的部件作成一种具有弹性且能浮动地滑设于自动调心波发生器转盘内的弹性浮动机构；

组建自动调心波发生器：将用于与柔轮内圆相抵接的两个滚轮装设于弹性浮动机构的两端，该弹性浮动机构与转盘和相关部件共同组装生成其长轴可变且可在长轴方向浮动的自动调心波发生器；

安装自动调心波发生器：将所述自动调心波发生器安装在谐波齿轮传动的柔轮的内圆内，在弹性浮动机构的弹力作用下，弹性浮动机构两端的滚轮与柔轮内圆弹性抵接通过迫使柔轮变形使得柔轮轮齿与刚轮轮齿无间隙啮合，由转盘带动弹性浮动机构及滚轮在柔轮内圈滚动使柔轮的几何中心与该自动调心波发生器的回转中心自动调心对中，以消减谐波齿轮传动由于零件加工和装配产生的偏心误差。

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