谐波齿轮传动装置用新型柔轮和波发生器组件的制作方法

本实用新型涉及谐波齿轮传动装置用新型柔轮和波发生器组件，特别涉及一种包含异形套圈柔性轴承的柔轮和波发生器组件以及异形套圈柔性轴承。

背景技术：

谐波齿轮传动是一种靠中间挠性构件弹性变形来实现运动或动力传动装置的总成，由于中间挠性构件的变形过程基本上是一个对称的谐波，因此得名，较一般齿轮传动，它具有传动此大、可实现密闭空间的传动、体积小重量轻、承载能力强、传动精度高、传动平稳噪声低等突出优势而在航空航天、雷达系统、光学机械、工业机器人、武器系统等精度要求高的场合获得越来越广泛的应用。谐波齿轮传动由三个基本构件组成：(1)谐波发生器。由凸轮(通常为椭圆形)及柔性轴承组成，随着凸轮转动，柔性轴承的外圈做椭圆变形运动；(2)柔轮。薄壳形元件，是具有弹性的外齿轮；(3)刚轮。刚性的内齿轮。这三个构件可以任意固定一个，而其余两个，一为主动件，另一便为从动件，成为减速传动或增速传动。以谐波齿轮减速器(下简称谐波减速器)为例，波发生器在柔轮内转动时，迫使柔轮产生连续的弹性变形，此时波发生器的连续转动，就使柔轮齿的啮入-啮合-啮出-脱开这四种状态循环往复不断地改变各自原来的啮合状态，这种现象称为错齿运动，正是这一错齿运动，可将输入的高速转动变为输出的低速转动，达到减速的目的。

在谐波齿轮传动的三个基本构件中，习惯地将除去刚轮剩余的两个构件称为 柔轮和波发生器组件，该组件因包含柔轮和柔性轴承，工作时，除发生旋转运动外，还发生弯曲变形，而且柔性轴承内部滚动体和套圈滚道各接触副之间还发生高副交变接触应力，运动和受力状态十分特殊、复杂，也正因此，谐波齿轮传动装置中很少有刚轮和凸轮发生失效的情况，失效要么发生在柔轮上，要么发生在(波发生器所包含的)柔性轴承上，因此柔轮和波发生器组件不仅是谐波齿轮传动装置中的关键核心件，同时又是易损件。

谐波齿轮传动中，凸轮型波发生器最为常见，它包括凸轮和柔性轴承，两者过盈装配，凸轮表面与柔性轴承内圈内圆表面相配合的部位横截面廓形，双波波发生器设计制作为椭圆轮廓，三波波发生器设计制作为三瓣圆轮廓，依此类推。

凸轮与柔性轴承内圈内圆表面过盈配合，因凸轮表面带有波形廓线(此如，双波传动时为椭圆，下面没有特别说明时，均默认以双波传动和椭圆廓形为例)，所以，安装后，横截面为高精度圆形的轴承内圈被强迫变为椭圆形，由此引发如下问题：(1)内圈沟道面上由原来加工后的压应力状态变为拉应力状态；(2)沟道与内圆面的壁厚差以及与沟道挡边的深度差成倍增加；(3)轴承沟道截面精密的圆弧形状遭到破坏，不同位置的沟道截面形状不再相同，包括沟宽和沟深，滚珠与原理想圆弧沟道的理想接触状态不复存在，滚珠与沟道各处的接触状态不再相同；(4)沿内圈内圆表面一周，每一处和凸轮的装配过盈量并不相同，例如，在椭圆长轴两端过盈量最大，在椭圆短轴两端，可能出现间隙配合，这也影响到滚珠运动轨迹的精确性。

柔性轴承内图与凸轮安装被迫变为椭圆状的同时，各滚珠中心分布形状以及外图也被迫从理想圆形变为椭圆形，椭圆形外圈的外圆面与柔轮装配后，柔轮也被迫变为椭圆形，由于柔轮的壁很薄，为防止安装引起的非既定的附加变形，柔 轮与柔性轴承外圈外圆表面之间(在它们都是圆形时)常常设计为小间隙或过渡配合，由此引发如下问题：(1)由于外圈与柔轮之间的配合不能过紧，外圈与柔轮之间采用不同的钢种存在变形不协调问题，工作一段时间后，外圈与柔轮之间就会存在相对转动，由此引发配合面的微动磨损和锈蚀，降低谐波减速器的传动精度；(2)轴承外圈一般由轴承钢制造，外圈的硬度有余而韧性不足，工作时在弯曲应力的反复作用下，容易出现外圈断裂失效。

柔性轴承中的滚珠同外圈单一圆弧沟道之间仅有一个接触点，即单一滚珠作用在外圈和柔轮配合件促使其发生弯曲变形的力是单点作用力，这样，柔轮齿在发生既定径向谐波变形的同时，免不了要发生沿齿宽方向的附加翘曲变形和沿圆周方向的附加扭转变形。

另外，柔性轴承的外圈和内圈都很薄、很窄，机械加工和热处理时都非常容易变形，导致加工成本升高且难以获得高的加工精度。

柔轮和波发生器组件和组件内的构件存在的上述问题最终都导致谐波齿轮传动装置精度的下降、效率的降低和运转寿命的减少，因此，迫切需要研发新型柔轮和波发生器组件，以克服现行组件的诸多原理性技术和质量局限，实质性提高谐波齿轮传动装置的精度和运行可靠度。

技术实现要素：

如上所述，现行技术柔轮和波发生器组件存在诸多原理性技术和质量局限，最终导致谐波齿轮传动精度的下降、传动效率的降低和运转寿命的缩短，本实用新型的新型柔轮和波发生器组件旨在克服现行技术的不足和局限，通过打破柔轮和波发生器组件由柔轮、柔性轴承和凸轮“三件套”组成的惯性思维，创新性进 行柔轮与柔性轴承外圈、凸轮与柔性轴承内圈的功能集成一体化设计即通过采用异形套圈柔性轴承并通过优化轴承的滚道截形、采用滚子类滚动体等技术措施实质性提高柔轮和波发生器的运转精度和运行寿命，即提高谐波齿轮传动装置的运转精度和运行寿命。

本实用新型的技术方案如下：

一种谐波齿轮传动装置用新型柔轮和波发生器组件，其特征在于，组件的外表面带齿，内表面为与传动轴相连的孔、槽，外表面上的齿能按一定变形规律产生周期性弹性变形波，该组件包含至少有一个套圈为异形件的异形套圈柔性轴承，滚动体嵌入至少其中一个为异形套圈的两个套圈之间并由保持器将其沿圆周方向隔开，

并且，所述异形套圈柔性轴承至少为下述三种轴承的其中之一：(1)内圈与异形外圈合套而成异形外圈柔性轴承、(2)外圈与异形内圈合套而成异形内圈柔性轴承、(3)异形外圈与异形内圈合套而成异形双圈柔性轴承，所述异形套圈不同于内外表面均不带齿且横截面为圆形的标准轴承套圈，以提高组件的运转精度和运行寿命。

所述的新型柔轮和波发生器组件，其特征是，当异形套圈柔性轴承为异形外圈柔性轴承时，所述组件还包括凸轮，通过轴承内圈内圆表面与凸轮外圆表面紧配成组件，异形外圈的内表面带滚道、外表面带齿、为柔性圈。

所述的新型柔轮和波发生器组件，其特征是，当异形套圈柔性轴承为异形内圈柔性轴承时，所述组件还包括柔轮，通过轴承外圈外圆表面与柔轮内圆表面配合成组件，异形内圈为外表面带滚道的凸轮，为刚性轴，滚道横截面廓形依据谐波齿轮传动波次的要求确定，双波传动为椭圆形，三波传动为三瓣圆形。

所述的新型柔轮和波发生器组件，其特征是，异形套圈柔性轴承为异形双圈柔性轴承，异形外圈的内表面带滚道，外表面带齿，为柔性圈；异形内圈为外表面带滚道的凸轮，为刚性轴，滚道横截面廓形依据谐波齿轮传动波次的要求确定，双波传动为椭圆形，三波传动为三瓣圆形。

所述的新型柔轮和波发生器组件，其特征是，所述滚动体为滚珠，套圈或异形套圈滚道为与滚珠有一个接触点的单一圆弧沟型滚道或有两个接触点的椭圆弧沟型滚道或桃尖弧沟型滚道，根据滚珠同外圈或异形外圈滚道和内圈或异形内圈滚道的接触点数之和，异形套圈柔性轴承包括异形套圈两点接触柔性球轴承、异形套圈三点接触柔性球轴承和异形套圈四点接触柔性球轴承。

所述的新型柔轮和波发生器组件，其特征是，所述滚动体为滚子，套圈或异形套圈滚道为直线或带微量凸起的曲线线型滚道，异形套圈柔性轴承为异形套圈柔性滚子轴承。

所述的新型柔轮和波发生器组件，其特征是，与套圈或异形套圈沟型滚道底部任一点的切线相垂直且包含该点的法平面，截出的沟型滚道截面形状为单一圆弧或桃尖弧或椭圆弧。

所述的新型柔轮和波发生器组件，其特征是，与套圈或异形套圈线型滚道上任一点的切线相垂直且包含该点的法平面，截出的线型滚道截面形状为一直线或带微量凸起的曲线。

所述的新型柔轮和波发生器组件，其特征是，为异形内圈柔性滚子轴承或异形双圈柔性滚子轴承，外圈或异形外圈的滚道不带挡边，异形内圈的滚道带单挡边或双挡边。

所述的新型柔轮和波发生器组件，其特征是，所述异形外圈的材料为渗碳钢 或合金钢，滚道部分采用感应淬火热处理或渗碳或碳氮共渗处理，滚动体的材料为轴承钢、不锈轴承钢或工程陶瓷。

所述的新型柔轮和波发生器组件，其特征是，异形内圈的材料为轴承钢、不锈轴承钢或中碳钢，当采用中碳钢时，其滚道部分采用感应淬火热处理或渗碳或碳氮共渗处理，滚动体的材料为轴承钢、不锈轴承钢或工程陶瓷。

一种异形套圈柔性轴承，其为

至少有一个套圈为异形件，滚动体嵌入至少其中一个为异形套圈的两个套圈之间并由保持器将其沿圆周方向隔开，

并且，所述异形套圈柔性轴承至少为下述轴承的其中之一：内圈与异形外圈合套而成异形外圈柔性轴承、外圈与异形内圈合套而成异形内圈柔性轴承、异形外圈与异形内圈合套而成异形双圈柔性轴承，以提高轴承的制造、安装和运转精度以及工作寿命。

所述的异形套圈柔性轴承，其特征是，异形外圈的材料为渗碳钢或合金钢，其滚道部分采用感应淬火热处理或渗碳或碳氮共渗处理，滚动体的材料为轴承钢、不锈轴承钢或工程陶瓷，或者

所述异形内圈的材料为轴承钢、不锈轴承钢或中碳钢，当采用中碳钢时，其滚道部分采用感应淬火热处理或渗碳或碳氮共渗处理，滚动体的材料为轴承钢、不锈轴承钢或工程陶瓷。

现行技术柔轮和波发生器组件共包含凸轮、柔性轴承和柔轮三个独立的构件：(1)凸轮：凸轮的壁比较厚，为刚性件，凸轮外圆面上与轴承内圈内圆面相配合的部位上带有几何廓形，比如椭圆；(2)柔性轴承：为单列浅沟向心球轴承，套圈的径向壁厚很薄，套圈很窄，由于加工变形和热处理变形，极难获得高的精 度，与凸轮过盈配合后，各横截面形状由圆形被强迫变形为凸轮配合面形状，比如椭圆；(3)柔轮：柔轮的外表面带有齿(简称柔轮齿)，内表面与柔性轴承外圈外圆面配合，由于柔轮的壁厚很薄，配合后被强迫变为轴承外圆面形状(这时的轴承外圆面已变形为凸轮配合面的形状，比如椭圆)，可以说为“三件套”结构，前述诸多问题中的相当一部分问题，都与“三件套”结构有关。

本实用新型的新型柔轮和波发生器组件，打破传统“三件套”结构的惯性思维，采用柔性轴承与柔轮的集成化设计和柔性轴承与凸轮的集成化设计，使“三件套”变为“两件套”或“单件”，这样一个变化带来的不仅仅是构件个数的简单减少，关键是避免了因三件相套而产生的诸多技术质量问题，提高了组件的运行精度和服役寿命，而且，在“三件套”中不能采用的滚子类型轴承就变得可以采用。新型柔轮和波发生器组件采用异形套圈柔性轴承，包括异形外圈柔性轴承、异形内圈柔性轴承和异形双圈柔性轴承。

异形外圈柔性轴承的外圈为异形件，形状不同于现行柔性轴承外圈，壁厚很薄，外表面带有齿(仍可称为柔轮齿)，这些齿工作时与刚轮上的齿啮合，实现变速传动，内表面带有滚道，对异形外圈两点接触柔性球轴承，滚道的截面形状为单一圆弧形；对异形外圈三点接触柔性球轴承或四点接触柔性球轴承，滚道的截面形状为桃尖弧形或椭圆弧形；对异形外圈线接触柔性滚子轴承，滚道的截面形状为直线或带有微小凸起的曲线。异形外圈的径向壁厚，在柔轮齿对应的宽度范围内，既大于现行技术的柔轮径向壁厚，也大于现行技术柔性轴承外圈的径向壁厚，有利于减小加工过程中的工件夹持变形，获得高的柔轮齿加工精度和滚道加工精度，另外，异形外圈为在一次装夹定位中同时将柔轮齿和沟道加工出来，或两者互为定位基准加工出来提供了可能，如此，将大幅度提高柔轮齿和滚道的 相互位置精度。谐波齿轮传动装置工作时，随着内圈或异形内圈的旋转，集成外圈发生周期性弯曲变形，因此，异形外圈整体材质选择强度和柔韧性兼顾的渗碳钢或合金钢，但为了提高滚道面的耐磨、抗剥落能力，需对滚道面进行感应淬火、渗碳或碳氮共渗热处理。当异形外圈的滚道截形采用桃尖弧和椭圆弧沟型滚道或采用线型滚道，单个滚动体与滚道能形成两个或两个以上的接触点，相比现行技术柔性轴承滚珠与单一圆弧沟型滚道形成的一个接触点相比，在滚动体接触力的作用下，柔轮齿在发生既定径向功能变形的同时，沿柔轮齿宽度方向的附加翘曲变形和沿柔轮齿圆周方向的附加扭曲变形得以减小乃至避免。异形外圈柔性轴承和凸轮装配而成新型柔轮和波发生器组件，为“两件套”。采用异形外圈柔性轴承的新型柔轮和波发生器组件，从根本上解决了现有技术组件柔性轴承外圈与柔轮存在打滑、微动磨损和不同步运转的问题，从根本上避免了现行技术柔性轴承外圈采用轴承钢这一低韧性材料承受频繁弯曲负荷而极易发生的外圈弯曲断裂失效问题。

异形内圈柔性轴承的内圈为异形件，完全不同于现行技术柔性轴承壁厚很薄、宽度很窄的内圈，而是在凸轮的外表面上直接加工出滚道，滚道横截面与凸轮外表面为同心、相似的几何形状，对双波传动，两者为同心且相似的椭圆，对三波传动，两者为同心且相似的三瓣圆，由于凸轮的壁厚较厚，而且轴承的滚道深度较浅，因此，异形内圈的壁厚较厚，是刚性圈/轴，而不再是柔性圈，这对获得高的加工精度非常有利，而且，加工时获得的几何精度，在安装时和安装后保持不变。与异形外圈在安装前滚道横截面为圆形不同，异形内圈在安装前滚道横截面形状就不再是圆形的，而是椭圆、三瓣圆等形状，在安装后该横截面形状保持不变；过滚道底部各点的法平面截出的滚道轮廓形状(简称滚道截形)完全 相同、相等，比如均为单一圆弧形、椭圆弧形、两半圆弧组成的桃尖形、直线型等，同样在安装时和安装后保持不变，因此，本实用新型异形内圈柔性轴承比现行技术柔性轴承在安装后即获得明显的精度优势，在工作条件下，这一精度优势将表现为更高的运行平稳性、低噪声、低摩擦力矩、低温升等技术和质量优势。需要注意的是：(1)异形内圈横截面为椭圆和三瓣圆的滚道，过滚道底部各点的法平面并不一定通过椭圆和三瓣圆的中心，以横截面为椭圆的滚道为例，只有在椭圆的四个端点(两个长轴端点和两个短轴端点)上，过这四个端点的法平面才通过椭圆的中心，除此之外的滚道底部其它点的法平面均不通过椭圆中心；(2)滚道的横截面为椭圆与椭圆弧滚道是两个不同的概念，滚道的横截面为椭圆是指在异形内圈上，垂直于异形内圈的中心轴线横切滚道，所得到的滚道横截面形状为椭圆状；椭圆弧滚道是指过滚道底部各点的法平面所截出的滚道的几何形状为椭圆弧，椭圆弧滚道是沟型滚道，与滚珠有两个接触点，是三点接触球轴承或四点接触球轴承才采用的沟型滚道。

异形内圈可采用轴承钢或中碳钢制造。当采用中碳钢时，对滚道表面进行感应淬火或渗碳或碳氮共渗热处理，这样即兼顾了内圈基体材料的韧性，又兼顾了滚道表面的抗磨性和抗疲劳剥落性。

异形内圈柔性轴承和柔轮装配而成新型柔轮和波发生器组件，为“两件套”。采用异形内圈柔性轴承的新型柔轮和波发生器组件，从根本上避免了现有技术中加工后精度较高的柔性轴承往凸轮上过盈安装时，沟型发生畸变，几何和形位精度大幅度下降，且加工时工作面上形成的压应力变为拉应力等弊端，从而实质性提高了组件的运转精度和运行可靠度。

如上所述，为了减小乃至避免柔轮齿沿齿宽方向的附加翘曲变形和沿圆周方 向的附件扭曲变形，应增加柔性轴承滚动体同外圈滚道的接触点数，按理，线接触滚子轴承有无穷个接触点，理应是一个最优的选择，但现有技术中却没有采用柔性滚子轴承的柔轮和波发生器组件，其原因是，滚子轴承需要带挡边，但柔性轴承外圈和内圈都又不能带挡边，因为它们都要发生弯曲变形，带上挡边等于带上了“加强筋”，相当于“L型钢”或“工字钢”，就会使得变形十分困难乃至无法变形。异形内圈柔性轴承使得将柔性轴承设计制作为滚子轴承成为可能，因为异形内圈在安装和使用过程中都无需变形，因此可以设计制作内圈带双挡边的异形内圈柔性滚子轴承(当然，以可以设计制作内圈带单挡边的异形内圈柔性滚子轴承，但没有挡边的一侧，装置中需要有其它元件限制滚子朝这个方向的窜动)。采用异形内圈柔性滚子轴承与柔轮装配而成的新型柔轮和波发生器组件，具有更高的传动精度和服役寿命。

异形双圈柔性轴承本身就是新型柔轮和波发生器组件，为“单件”。该组件具有采用异形外圈柔性轴承新型柔轮和波发生器组件和采用异形内圈柔性轴承新型柔轮和波发生器组件的双重优势，具有非常高的传动精度和服役寿命。

为直观起见，将采用异形套圈柔性轴承的新型柔轮和波发生器组件与现有技术柔轮和波发生器组件在结构、精度、加工特性、性能等方面的对比列入下表。

附图说明

图1现有技术凸轮横截面示意图

图2现有技术柔性轴承示意图

图3现有技术波发生器示意图

图4现有技术柔轮示意图

图5现有技术柔轮和波发生器组件示意图

图6异形内圈柔性轴承的异形内圈示意图

图7异形套圈柔性轴承滚道法平面内截形示意图

(A)单一圆弧；(B)椭圆弧；(C)桃尖弧；(D)带双挡边直线型

图8异形外圈柔性轴承的异形外圈示意图

图9异形内圈柔性球轴承示意图

图10包含异形双圈柔性球轴承的新型柔轮和波发生器组件示意图

图11包含异形双圈柔性滚子轴承的新型柔轮和波发生器组件示意图

图12包含异形内圈柔性球轴承的新型柔轮和波发生器组件示意图

图13包含异形外圈柔性球轴承的新型柔轮和波发生器组件示意图

图中代号说明

图1为现有技术凸轮横截面示意图。凸轮内孔带键槽，以便和输入/输出轴配合，凸轮外表面不是圆形，而是根据谐波发生器传动波次要求而设计的特殊曲线，对双波传动，该曲线为椭圆，对三波传动，该曲线为三瓣圆，对四波传动，该曲线为四瓣圆，其中双波传动最为常见，因此，本图给出的曲线为椭圆。

图2为现有技术柔性轴承示意图。该柔性轴承为单列浅沟向心球轴承，21为薄壁外圈，22为薄壁内圈，23为滚珠，24为保持器，在安装前的自由状态下，外圈、内圈和各滚珠的中心圆在横截面内的形状均为图示的圆形。现行技术柔性轴承的外圈和内圈均用轴承钢制造。

图3现有技术波发生器示意图。图2所示现有技术的柔性轴承安装到图1所 示现有技术凸轮上而成的构件称为现有技术的波发生器。图中，31为凸轮，32为柔性轴承，柔性轴承的内圆表面与凸轮的外圆表面过盈配合，安装配合后，柔性轴承外圈、内圈和各滚珠的中心圆在横截面内的形状被迫依凸轮的形状由圆形变为椭圆形，这些椭圆和凸轮外表面的椭圆共中心。

图4现有技术柔轮示意图。现有技术中，柔轮分为几种形式，但其共性特点不变：(1)薄壁；(2)外圆面一定宽度上加工有齿，以与刚轮上的齿相啮合，为方便起见，称与刚轮相啮合的齿为柔轮齿(柔轮齿可以在柔轮上，也可以在异形外圈上)。在安装前自由状态下，在横截面内的形状均为圆形。

图5现有技术柔轮和波发生器组件示意图。将图4所示现有技术的柔轮安装到图3所示现有技术的波发生器上就形成本图所示的现有技术柔轮和波发生器组件，安装后，在横截面内原本为圆形的柔轮被迫依波发生器的形状变为椭圆形。51为波发生器，包括柔性轴承511和凸轮512，52为柔轮。

图6异形内圈柔性轴承的异形内圈示意图。异形内圈柔性轴承的内圈简称异形内圈，异形内圈就是将现有技术的内圈和现有技术的凸轮集成为一个整体，即去掉现有技术柔性轴承的内圈，将现有技术柔性轴承内圈的滚道直接加工在凸轮上，本图中给出的是椭圆凸轮、单一圆弧沟道，左侧为横截面示意图，右侧为纵截面示意图，可以看出沟底和沟道挡边的横截面均为椭圆形，沟底任意一点的法平面截得的沟道轮廓相同。异形内圈的滚道形状可以为图7(A)至图7(D)所示四种当中的任意一种，本图示例的是第一种，即单一圆弧沟道，圆弧中心为O，圆弧半径为R。

图7内圈或外圈滚道法平面内截形示意图。为了减少工作时柔轮齿沿齿宽方向的翘曲变形和沿圆周方向的扭曲变形，需要提高滚动体同外圈滚道的接触点 数，这个通过改变滚道的截形来实现。图7A中，滚道截面形状为单一圆弧，圆弧中心为O₁、圆弧半径为R，与中心为O的滚珠只有一个接触点，接触角为0；图7B中，滚道截面形状为变曲率的椭圆弧，椭圆弧所在的椭圆长轴为2a、短轴为2b、长轴和短轴相交于O₁点，与中心为O的滚珠有两个接触点，接触角均为α；图7C中，滚道截面形状为两半圆弧拼接而成的桃尖弧型，右半圆弧中心为O₁、左半圆弧中心为O₂、圆弧半径均为R，与中心为O的滚珠有两个接触点，接触角均为α；图7D中，滚道截面形状为带挡边的线型滚道，与滚子接触长度为L，有无穷个接触点，只有异形内圈柔性滚子轴承或异形双圈柔性滚子轴承的异形内圈采用带双挡边的线型滚道。图7中，对点接触，接触点用实心黑色圆点表示，对线接触，接触点为无穷多个，用黑色粗实线表示。

图8异形外圈柔性轴承的异形外圈示意图。异形外圈柔性轴承的外圈简称异形外圈，异形外圈就是将现有技术的外圈和现有技术的柔轮集成为一个整体，即去掉现有技术柔性轴承的外圈，将现有技术柔性轴承外圈的滚道直接加工在柔轮上，图中可以看出，异形外圈在安装前的自由状态下，横截面为圆形。异形外圈的滚道形状可以为图7(A)至图7(C)所示三种当中的任意一种沟型滚道，也可以是不带挡边的线型滚道，本图示例的是第一种，即单一圆弧沟道。

图9异形内圈柔性球轴承示意图。异形内圈柔性球轴承是用图6所示的异形内圈92、图2中所示的现行技术外圈91和滚珠93合套装配而成的柔性球轴承，保持器94将各滚珠沿圆周方向均匀隔开。该异形内圈柔性球轴承，由于异形内圈92的沟道横截面为椭圆，因此使得各滚珠的中心圆直径和外圈的横截面形状均为椭圆。图9中，套圈为沟型滚道，其截形包括单一圆弧、椭圆弧和桃尖弧，单一圆弧与滚珠形成一个接触点，椭圆弧和桃尖弧与滚珠形成两个接触点。

图10包含异形双圈柔性球轴承的新型柔轮和波发生器组件示意图。可以看出，该新型柔轮和波发生器组件实际就是异形双圈柔性球轴承，该异形双圈柔性球轴承具备了柔轮和波发生器组件的全部功能。异形双圈柔性球轴承10即用图8所示的异形外圈101、图6所示的异形内圈102和滚珠103合套装配而成的柔性球轴承，保持器104将滚珠103沿圆周方向均匀隔开。由于异形内圈滚道的横截面为椭圆，因此使得各滚珠中心连成的曲线、异形外圈的横截面形状全为椭圆。图10中，套圈为沟型滚道，其截形包括单一圆弧、椭圆弧和桃尖弧，单一圆弧与滚珠形成一个接触点，椭圆弧和桃尖弧与滚珠形成两个接触点。

图11包含异形双圈柔性滚子轴承的新型柔轮和波发生器组件示意图。可以看出，该新型柔轮和波发生器组件就是异形双圈柔性滚子轴承，该异形双圈柔性滚子轴承具备了柔轮和波发生器组件的全部功能。异形双圈柔性滚子轴承即用图8所述的异形外圈111、图6所述的异形内圈112和滚子113合套装配而成的柔性滚子轴承，保持器114将滚子113沿圆周方向均匀隔开。由于异形内圈滚道的横截面为椭圆形，因此使得各滚子中心连成的曲线、异形外圈的横截面形状全为椭圆形。图中所示采取的是异形外圈111不带挡边、异形内圈112带双挡边的滚子沿轴向的固定方式，柔性滚子轴承中的滚子同滚道形成无穷个接触点。

图12包含异形内圈柔性球轴承的新型柔轮和波发生器组件示意图。可以看出，该新型柔轮和波发生器组件由图9所示的异形内圈柔性球轴承121与图4所示的现有技术柔轮装配而成，1211、1212、1213和1214分别为异形内圈柔性球轴承的外圈(柔性件)、异形内圈(刚性件)、滚珠和保持器，柔轮122的内圆表面与异形内圈柔性球轴承121的外圈外圆表面相配合。由于异形内圈滚道的横截面为椭圆，因此使得各滚珠中心连成的曲线、异形外圈的横截面、柔轮的横截面形 状全为椭圆。图12中，套圈为沟型滚道，其截形包括单一圆弧、椭圆弧和桃尖弧，单一圆弧与滚珠形成一个接触点，椭圆弧和桃尖弧与滚珠形成两个接触点。

图13包含异形外圈柔性球轴承的新型柔轮和波发生器组件示意图。可以看出，该新型柔轮和波发生器组件由异形外圈柔性球轴承131和现行技术凸轮132装配而成，异形外圈柔性球轴承131的内圈内圆表面与凸轮132的外圆表面过盈配合。异形外圈柔性球轴承131可由图2所示的柔性球轴承中的外圈被图8所示的异形外圈替代所得。1311、1312、1313、1314分别为异形外圈(柔性件)、内圈(柔性件)、滚珠和保持器。异形外圈柔性球轴承131在安装前的自由状态下，各横截面为圆形，但与凸轮132安装后，由于凸轮的横截面为椭圆形，因此使得柔性内圈1312的横截面、各滚珠1313中心连成的曲线、异形外圈1311的横截面形状全为椭圆。图13中，套圈为沟型滚道，其截形包括单一圆弧、椭圆弧和桃尖弧，单一圆弧与滚珠形成一个接触点，椭圆弧和桃尖弧与滚珠形成两个接触点。

具体实施方式

以下结合附图，详细说明本实用新型。

实施例1、异形内圈柔性球轴承

如图9所示，异形内圈柔性球轴承是用图6所示的异形内圈92、图2所示的现行技术外圈91和滚珠93合套装配而成的柔性球轴承，保持器94将各滚珠沿圆周方向均匀隔开。异形内圈92即将现行技术柔性球轴承内圈拿掉，将现行技术柔性球轴承内圈的沟道直接加工在凸轮轴上所得，异形内圈92的沟道和挡边的横截面形状均为椭圆；外圈91与现行技术柔性球轴承的外圈相同或相近。外圈91和异形内圈92的沟道截形均可以选择为图7(A)所示的单一圆弧型(与滚珠 单点接触)、图7(B)所示的椭圆弧型(与滚珠两点接触)或7(C)所示的桃尖弧形(与滚珠两点接触)，由此，根据一个滚珠同内圈滚道和外圈滚道的接触点数之和，异形内圈柔性球轴承可以细分为：(1)异形内圈两点接触柔性球轴承(两点接触为默认，一般不用明示)；(2)异形内圈三点接触柔性球轴承；(3)异形内圈四点接触柔性球轴承。滚珠同外圈沟道的接触点数增多，有利于减少工作时柔轮齿沿齿宽方向的翘曲变形和沿圆周方向的扭曲变形，从而提高谐波传动装置的传动精度和运行寿命。

外圈材料采用轴承钢，制作方法同现行技术柔性轴承外圈；异形内圈材料采用轴承钢或中碳钢，当采用中碳钢时，沟道部分采用感应淬火热处理或渗碳、碳氮共渗热处理；滚珠材料为轴承钢、不锈钢或工程陶瓷。采用将外圈加热膨胀或机械力夹持使其发生弹性变形的方法将滚珠填入两个套圈的沟道之间，外圈91同异形内圈92合套装配前横截面为圆形，合套后被强迫变为图9所示的椭圆形。

异形内圈柔性球轴承由于采用沟道直接加工在凸轮轴上的异形内圈，内圈沟道精密加工成型后，各个方向的几何和形位精度、滚道面各点的压应力状态都没有变化，对提高轴承的运行精度进而提高谐波传动装置的传动精度和运行可靠度十分有利。反观现行技术柔性轴承内圈，以单一圆弧沟道为例，加工后装配前，内圈横截面为圆形，沟道截形为严格的圆弧形，当压入椭圆型凸轮后，内圈横截面被迫成为椭圆形，通过沟底不同点的法平面截出的沟道不再为严格的圆弧形，各处的沟曲率半径、沟宽、沟底到内圆面(即凸轮外圆面)的距离不再相等，滚道面上有些点因套圈变形而由加工后的压应力状态变为拉应力状态，这些因安装形成的几何误差和不利的应力状态必然影响到轴承的运转精度和谐波传动装置的传动精度和工作寿命。

实施例2、包含异形双圈柔性球轴承的新型柔轮和波发生器组件

图10可以看出，包含异形双圈柔性球轴承的新型柔轮和波发生器组件实际就是异形双圈柔性球轴承(因此，后文将两者不加区别地称谓)，该异形双圈柔性球轴承具备了柔轮和波发生器组件的全部功能，异形外圈为柔性圈且外表面带柔轮齿，异形内圈为轴连内圈，滚道直接加工在凸轮轴上且滚道的横截面形状为椭圆，异形内圈上的孔、槽可与传动轴相连。异形双圈柔性球轴承10即用图8所示的异形外圈101、图6所示的异形内圈102和滚珠103合套装配而成的柔性球轴承，保持器104将滚珠103沿圆周方向均匀隔开。

异形内圈102即将现行技术柔性球轴承内圈拿掉，将现行技术柔性球轴承内圈的沟道直接加工在凸轮轴上所得，异形内圈102的沟道和挡边的横截面形状均为椭圆；异形外圈101即将现行技术柔性球轴承外圈拿掉，将现行技术柔性球轴承外圈的沟道直接加工在柔轮上所得，它的沟道和挡边的横截面形状在自由状态下为圆形，在装配后被迫变为椭圆形。异形外圈101和异形内圈102的沟道截形均可以选择为图7(A)所示的单一圆弧型(与滚珠单点接触)、图7(B)所示的椭圆弧型(与滚珠两点接触)或7(C)所示的桃尖弧形(与滚珠两点接触)，由此，根据一个滚珠同内圈滚道和外圈滚道的接触点数之和，异形双圈柔性球轴承可以细分为：(1)异形双圈两点接触柔性球轴承(两点接触为默认，一般不用明示)；(2)异形双圈三点接触柔性球轴承；(3)异形双圈四点接触柔性球轴承。滚珠同异形外圈沟道的接触点数增多，有利于减少工作时柔轮齿沿齿宽方向的翘曲变形和沿圆周方向的扭曲变形，从而提高谐波齿轮传动的传动精度和运行寿命。

异形外圈材料采用渗碳钢或合金钢，异形内圈材料采用轴承钢或中碳钢，当异形内圈材料采用中碳钢时，两个异形套圈的沟道部分采用感应淬火热处理或渗 碳、碳氮共渗热处理；滚珠材料为轴承钢、不锈钢或工程陶瓷。采用将异形外圈加热膨胀或机械力夹持使其发生弹性变形的方法将滚珠填入两个异形套圈的沟道之间。

异形双圈柔性球轴承除具有实施例1异形内圈柔性球轴承所具有的全部优点之外，由于采用了异形外圈，还具有如下优点：(1)沟道和柔轮齿在一个零件上，可以在一次装夹中加工完成，因而提高了两者之间的相互位置精度；(2)不存在现行技术中外圈相对柔轮沿圆周方向打滑并进而引起结合面的微动磨损、降低传动精度的不利情况；(3)不存在现行技术中外圈因采用韧性不足的轴承钢，在高周弯曲载荷作用下，发生断裂失效的问题。这些优点都十分有利于提高谐波齿轮传动装置的传动精度和工作寿命。

实施例3、包含异形双圈柔性滚子轴承的新型柔轮和波发生器组件

图11可以看出，包含异形双圈柔性滚子轴承的新型柔轮和波发生器组件就是异形双圈柔性滚子轴承(因此，后文将两者不加区别地称谓)，该异形双圈柔性滚子轴承具备了柔轮和波发生器组件的全部功能，异形外圈为柔性圈且外表面带柔轮齿，异形内圈为轴连内圈，滚道直接加工在凸轮轴上且滚道的横截面形状为椭圆，异形内圈上的孔、槽可与传动轴相连。异形双圈柔性滚子轴承11即用图8所述的异形外圈111、图6所述的异形内圈112和滚子113合套装配而成的柔性滚子轴承，保持器114将滚子113沿圆周方向均匀隔开。异形内圈112就是带线型滚道的凸轮，其滚道和挡边的横截面形状均为椭圆，异形内圈滚道为带双挡边的线型滚道；异形外圈111就是带线型滚道的柔轮，即将滚道直接加工在柔轮的内圆面上，异形外圈滚道为不带挡边的线型滚道，异形外圈的横截面形状在自由状态下为圆，在装配后被迫变为椭圆。

本示例中，异形外圈111滚道不带挡边，异形内圈112滚道带双挡边，套圈挡边限定了滚子113的轴向窜动。由于异形外圈111滚道不带挡边，因此，它是可分离套圈，这对轴承本身的装配以及轴承的安装、拆卸都是十分有利的，异形套圈柔性滚子轴承避免了柔性球轴承和异形套圈柔性球轴承在轴承装配过程中套圈对滚动体的擦伤和挤伤。异形套圈柔性滚子轴承滚子同套圈滚道的接触状态同图7(D)的线接触，具有无穷个接触点，非常有利于减少工作时柔轮齿沿齿宽方向的翘曲变形和沿圆周方向的扭曲变形，同时，与点接触副相比，线接触副具有高的接触刚度和低的接触应力，所有这些都十分有利于提高谐波齿轮传动装置的传动精度和运行寿命。

异形外圈材料采用渗碳钢或合金钢，滚道部分采用感应淬火热处理或渗碳、碳氮共渗热处理，异形内圈材料采用轴承钢，进行常规淬火、回火热处理；滚子材料为轴承钢、不锈钢或工程陶瓷。异形内圈、异形外圈和滚子的合套装配方法与现有技术滚子轴承相似。

异形双圈柔性滚子轴承除具有实施例2异形双圈柔性球轴承所具有的全部优点之外，由于滚动体采用滚子，还具有如上所述的简单、无损伤合套以及滚动体同异形外圈滚道无穷点线接触的优点。异形双圈柔性滚子轴承所具有的这些优点，最终都有利于提高谐波齿轮传动装置的传动精度和工作寿命。

实施例4、包含异形内圈柔性球轴承的新型柔轮和波发生器组件

本实施例给出的包含异形内圈柔性球轴承的新型柔轮和波发生器组件如图12所示，为图9所示实施例1所述的异形内圈柔性球轴承121与图4所示的柔轮122的装配组件，异形内圈柔性球轴承121包括外圈1211、异形内圈1212、滚珠1213和保持器1214，异形内圈柔性球轴承121及其制作方法如实施例1所述，柔 轮122的设计制作方法同现有技术，制作后将两者装配起来即得到本实施例所述的新型柔轮和波发生器组件，装配时，异形内圈柔性球轴承121的外圈外圆面与柔轮122的内圆面相配合，配合前，柔轮122横截面形状为图4所示的圆形，配合后，柔轮横截面形状被迫变为图12所示的椭圆形。

该新型柔轮和波发生器组件由于包含采用异形内圈的异形内圈柔性球轴承，将凸轮和内圈有机地集成在一起，而且可采用球与套圈滚道的三点接触和四点接触形式，相比现行技术组件具有如下优势：(1)内圈滚道可以获得很高的加工精度，而且该精度在安装时和安装后不会发生变化；(2)内圈滚道加工成形时获得的压应力不会因安装变形变为拉应力；(3)减小乃至避免柔轮齿沿齿宽方向的附加翘曲变形和沿圆周方向的附加扭曲变形，从而比现行技术柔轮和波发生器组件具有更高的传动精度和服役寿命。

实施例5、包含异形外圈柔性球轴承的新型柔轮和波发生器组件

包含异形外圈柔性球轴承的新型柔轮和波发生器组件示意如图13。可以看出，该新型柔轮和波发生器组件由异形外圈柔性球轴承131和现行技术凸轮132装配而成，异形外圈柔性球轴承131的内圈内圆表面与凸轮132的外圆表面过盈配合。异形外圈柔性球轴承131可由图2所示的柔性球轴承中的外圈被图8所示的异形外圈替代所得。1311、1312、1313、1314分别为异形外圈(柔性件)、内圈(柔性件)、滚珠和保持器。异形外圈柔性球轴承131在安装前的自由状态下，各横截面为圆形，但与凸轮132安装后，由于凸轮的横截面为椭圆形，因此使得柔性内圈1312的横截面、各滚珠1313中心连成的曲线、异形外圈1311的横截面形状全为椭圆。图13中，套圈为沟型滚道，其截形包括单一圆弧、椭圆弧和桃尖弧，单一圆弧与滚珠形成一个接触点，椭圆弧和桃尖弧与滚珠形成两个接触点。

该新型柔轮和波发生器组件由于包含采用异形外圈的异形外圈柔性球轴承，将柔轮和外圈有机地集成在一起，而且可采用球与套圈滚道的三点接触和四点接触形式，相比现行技术组件具有如下优势：(1)避免了外圈与柔轮之间转速不完全同步、在配合面发生微动磨损的问题；(2)避免了高碳铬轴承钢外圈的弯曲断裂问题；(3)提高了柔轮齿相对外圈滚道的相互位置精度；(4)减小乃至避免柔轮齿沿齿宽方向的附加翘曲变形和沿圆周方向的附加扭曲变形，从而比现行技术柔轮和波发生器组件具有更高的传动精度和服役寿命。

需要特别说明的是，为限制滚子的轴向位移，滚子轴承的套圈必须带挡边，但挡边对于套圈相当于加强筋，带挡边的套圈变形困难乃至无法变形，因此，不存在柔性滚子轴承。但采用异形内圈后，因为异形内圈是不需要变形的，因此可以采用带双挡边的滚道(与之配套的外圈或异形外圈滚道就无需带挡边)，由此使得设计、生产、应用柔性滚子轴承称为可能，开辟了滚子轴承应用的新领域。

现有技术柔性轴承的外圈和内圈都必须是柔性圈，否则就无法履行其既定的功能，本实用新型技术异形外圈柔性轴承的内圈和异形外圈都仍然是柔性圈，但异形内圈柔性轴承和异形双圈柔性轴承的异形内圈就不再是柔性圈，而是刚性圈/轴，由此扩大了柔性轴承的定义范围。

现行技术柔轮和波发生器组件包括凸轮、(两点接触)柔性球轴承和柔轮，只有一种类型，是“三件套”，本实用新型新型柔轮和波发生器组件包含异形套圈柔性轴承，细分为十一种类型，是“两件套”或“单件”，为清楚起见，列入下表。

异形内圈同时替代现有技术凸轮和现有技术柔性轴承的内圈，是一根带滚道的凸轮轴，滚道的横截面为椭圆，替代后具有下列优势：(1)现行技术柔性轴承内圈因壁厚很薄、宽度很窄而在加工时难以获得高的加工精度，本申请异形内圈则不同，为刚性圈/轴，能够获得很高的加工精度；(2)不再需要加工柔性内圈，降低了加工成本；(3)避免了现行技术柔性内圈往凸轮轴上安装时，内圈被迫由圆环变为椭圆环而引起的滚道形状和滚道相对其它表面的形位精度的下降，以及滚道表面拉应力的产生，从而提高了轴承的运转精度、降低了轴承的运转功耗、提高了轴承的运行可靠度，进而提高了柔轮和波发生器组件的传动精度和工作寿命。

异形外圈同时替代现有技术柔轮和现有技术柔性轴承的外圈，异形外圈仍然是柔性的。替代后具有下列优势：(1)不再需要加工柔性外圈，降低了加工成本； (2)异形外圈的壁厚比现有技术柔性轴承外圈和柔轮的壁厚都要厚，有利于减小热处理变形和加工变形，进而降低加工成本，提高加工精度；(3)外圈滚道和柔轮齿互为基准面加工或在一次装夹定位中将两者同时加工出来，提高了外圈滚道相对柔轮齿的相互位置精度；(4)避免了现有技术柔性轴承外圈与柔轮之间工作时存在的相对转动和由此引起的两者配合面的微动磨损和传动精度的下降；(5)避免了现行技术使轴承钢材质(整体硬度较高但韧性不足)的外圈频繁承受弯曲载荷而容易发生的套圈断裂失效问题。最终使得柔轮和波发生器组件的传动精度和工作寿命得以提高。

异形双圈即同时采用异形内圈和异形外圈，因此，异形双圈柔性轴承兼具异形内圈柔性轴承和异形外圈柔性轴承的优点。

由于促使柔轮、外圈、异形外圈变形的力来自滚动体同外圈或异形外圈滚道的接触力，由于柔轮齿具有一定的宽度，因此，滚动体同外圈或异形外圈滚道的(沿外圈宽度方向)接触点个数增多，将能使得柔轮齿在发生既定径向变形的同时，较小发生乃至不发生沿齿宽方向的附加翘曲变形或沿圆周方向的附加扭曲变形。柔性球轴承中，滚珠同外圈沟道的接触点数可以通过外圈沟道的截形加以控制，单一圆弧沟道有一个接触点，椭圆弧沟道和桃尖弧沟道有两个接触点。

如上所述，采用异形内圈后才使得柔性滚子轴承的设计应用成为可能。异形套圈柔性滚子轴承除具有异形套圈柔性球轴承一样的技术和质量优势外，还另外具有如下优势：(1)外圈或异形外圈为不带挡边的可分离柔性套圈，因此，轴承合套装配过程简单，对滚动体没有任何擦伤和挤伤；(2)促使柔轮齿变形的力是无穷点接触的分布力，工作时柔轮齿在发生既定径向变形的同时，更少乃至不会发生沿齿宽方向的翘曲变形和沿圆周方向的扭曲变形；(3)降低了滚动体同滚道 的接触应力，延长了轴承的运行寿命；(4)由于(1)、(2)和(3)而使得包含异形外圈柔性滚子轴承的新型柔轮和波发生器组件的传动精度进一步提高、工作寿命进一步延长。异形套圈柔性滚子轴承中，如果采用带凸度的滚子或/和带凸度的滚道，比如对数凸形，对性能的提高更加有利。

轴承套圈上的工作表面统称为滚道，对球轴承，滚道是沟型滚道，习惯上也简称沟道；对滚子轴承，滚道是线型滚道，习惯上也简称滚道。

上述滚子包含圆柱滚子和滚针。

异形外圈上除有滚道和柔轮齿之外，异形内圈上除有滚道和安装孔、槽之外，它们上面可能还会有在谐波齿轮传动装置中固定、安装用的孔、螺孔、台肩等部位，这些部位针对不同的谐波齿轮传动装置类型、大小进行适应性设计、布置即可，不属于本申请所展示、讨论的重点，因此，在本申请的附图中，未对这些部位进行展示、描述。

本申请虽然仍称为柔轮和波发生器组件，但这是从组件输入、输出功能的角度来称谓的，本申请新型柔轮和波发生器组件未必包含现行技术柔轮和波发生器组件中的全部三个构件(凸轮、柔性轴承和柔轮)，即便包含其中某个构件，该构件也可能已经被集成、升级或演化。但本申请新型柔轮和波发生器组件具有现行技术柔轮和波发生器组件的全部输入、输出功能，而且性能更加优良，集中表现在传动精度更高，工作寿命更长。

以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。