专利名称：谐波牵引减速器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械传动领域。
谐波齿轮传动自发明以来，已有三十多年了，式样繁多，性能独特，其中以单级杯形柔轮式的谐波齿轮减速器最为常用。美、日、俄、中四国已经制定了标准，美国、日本、德国、英国和我国，在市场上有了标准系列产品。它的主要优点是结构简单、零件少、体积小、传动比准确；最适宜于大减速比(80以上到320)的精密传动。传动比在120以下的，还可用来作为增速器，即输入轴与输出轴可以互换。目前，上述几个国家的单级杯形谱波齿轮减速器商品的几项主要力学性能大致是减速比由53到320；最高输入转速国内8000转／分，国外6500转／分；额定输出扭矩国内4000牛米，国外5720牛米；最大输入功率国内4.6千瓦，国外10.6千瓦。
谐波齿轮传动的传动比准确，但实际上有些应用场合并不要求传动比很准确，只要求大致准确，而争取别的指标，如高转速、单级更大的减速比、价格较低等等。牵引传动不免有滑差(约3％)。既有滑差，实际的传动比就会比名义值稍大(减速器)或稍小(增速器)。在稳定的负荷下，牵引传动的运转是平稳的。谐波齿轮减速器用了柔性轴承，在运转中它的外圈要反复变形，钢球的工作条件恶劣，不利于太高的转速输入；柔性齿轮也不能在过高的输入转速下正常工作，因此目前微小机型的最高转速，只达到上述指标；尺寸大的机型，允许的最高转速要低些。柔性轴承来源不易，价格较高，约占去整机价格十分之一。本实用新型谐波牵引减速器能突破上述转速的限制。本实用新型的额定输出扭矩可以赶上或超过类似机型的谐波齿轮产品，因此输入功率可以提高；并且可以较低价格制造出产品来。由于所用轴承均系标准滚动轴承，质量与货源，远比柔性轴承容易得到保证。关于高速滚动轴承的极限转速，与许多因素有关，以当前的轴承工业技术水平而论，大致有如下概念，即高精度的单列向心球轴承平均直径在75毫米以下的，其dn值大致可达3×106毫米／分，此处d——轴承的平均直径(毫米)、n——轴承的极限转速(转／分)。以此来估计谐波牵引减速器有潜力来发展高输入转速。
本实用新型由于牵引传动固有机理，不能用来作定时或同步之用，在这方面它不难代替谐波齿轮减速器。
本实用新型的目的是将牵引原理引入谐波传动，提供一种由波发生器组件、光滑杯形柔筒及带内锥度的刚环组成的谐波牵引减速器，它可扩大谐波传动技术的应用范围，并可进入高输入转速下的动力传动领域；在异步电动机的驱动下也能造价低廉，代替一部份减速比不要求十分精确的传动。
国内外还不曾有谐波牵引减速器。
与谐波齿轮减速器三大件相对应，本实用新型的三大件是波发生器、光滑杯形柔筒和带有内锥度的固定刚环。波发生器有两种型式。第一种型式见图1中的一个组件，它是把输入轴轴肩(1)之后的前夹板(2)和与尾轴(4)一体的后夹板(3)，用三个相隔120°的柱销(柱销在图上未画出)铆成一个框架；前后夹板之间，安装了三组行星，恰好每两个柱销之间安装一组。每一组包括一个行星锥滚轮(5)、单列向心球轴承(7)、作为轴承心轴的螺栓(6)及其它附件；三个行星锥滚轮之间，前后各夹装了一个平衡轮(8)和(9)，平衡轮为一带凸边的圆盘或圆环，但圆环有足够的刚性，不致受径向压力变形。凸边卡在三个行星锥滚轮两端一小段圆柱面靠里的圆周凹槽内；这样，平衡轮在运转时不致掉落，并自动定心；也就是说，平衡轮是浮动的；它不消耗功率，也不传递功率。它的作用是在减速器工作时，平衡三个行星锥滚轮上径向压力之用，使这个压力基本上不传给三个单列向心球轴承(7)。轴承(7)须担负一定的轴向力；如轴向力较大，可以设单向推力球轴承，如图1所示。轴承(7)与心轴的配合为间隙配合。
波发生器的第二种型式见图4中的一个组件，它包括(15)～(21)的几个零件(或零件部份)。(15)表示两个或三个行星锥滚轮，彼此相隔180°或120°，两端没有圆柱段，不用平衡轮。(16)为中心锥滚子(ta－pered sun roller)，它是与输入轴(1)一体的。中心锥滚子的顶锥角2α很小，α＝0·5°～5°，(17)是中心锥滚子(16)的延伸部份，圆柱形，末端以锥体型式抵住行星锥滚轮支架(18)中央的窝穴；就是说(17)的锥顶与行星锥滚轮支架(18)的窝穴组成一个中心轴尖支承(pivot bearing)，它可设计成许多不同形式，其摩擦为微小接触弧面的转动摩擦(rotational friction)。由于(17)、(18)两件的转向相同，相对转速并不太高，允许输入轴(1)有很高的转速。它在承力方面，是在加载时，将(1)上的轴向力也部份地传给行星支架(18)，使行星锥滚轮(15)有向右楔紧的趋向；也就是说，它与中心锥滚子(16)有协同加载的效果。心轴(19)是倾斜的，它与单列向心球轴承(7)的配合为间隙配合。(20)和(21)为两个高速滚动轴承；同样，(7)也是高速滚动轴承。但(7)的转速，通常可降到(20)即(21)的一半以下。因此，这种波发生器布局为很高的输入转速下大减速比的传动创造了有利条件。
以上两种型式的波发生器，它们的主要区别可列表如下
光滑杯形柔筒很象单级谐波齿轮减速器中的柔轮，但没有齿，整体是光滑的，边是倾斜的。见图1a(10)即为光滑柔筒，左方是敞口的，壁很薄，有一定斜度；直径与长度有适当的比例；它与输出轴(11)是由整块材料机械加工而成，或两部份分别加工，然后在底部附近焊接成一整体。柔筒是本实用新型关键零件之一，对它有严格的要求(1)表面硬度高洛氏硬度HRC＝60～64；表面光洁度高轮廓算术平均偏差，约为Ra＝0.4～0.05微米。
(2)基体金属屈服限高，而韧性大，以使柔筒能经受反复碾压不致产生周向伸长。
(3)基体金属要有很高的弯曲疲劳强度。
以上三个要求是针对柔筒敞口处牵引部份提出的。
刚环(12)，见图1a，其形状简单，带有内锥度，如同单列圆锥滚子轴承的外圈，对它的要求及加工，均有现成的规范可作参考。如果内锥度(一般选小锥角的，α＝11°～16°)及尺寸合适，即可采用现成的。刚环(12)的平均内径比相应处的光滑杯形柔筒(10)外径稍大，由减速比来取定。刚环(12)有一大段压合在右箱体(13)中，必要时加辅助固定。刚环(12)与左箱体则为滑动配合。
图4中的柔筒及刚环与此相同，故叙述从略。
谐波牵引减速器需要加载后才能开动的；按输入端加载方式的不同，减速器分下列三种型式IA型－要联接一个独立的加载器；图1及图4就是IA型谐波牵引减速器。在它的左端串联加载器和电动机之后，开动时就能自动加载，可以双向运转。即联接方式为 IB型－它有内装的自动加载机构；图2就是IB型谐波牵引减速器的头部，牵引传动主体部份，自号码(1)向右，同于IA型，故未画出。采用这种类型，它与电动机直接相联，是自动加载，但只能单向运转。其联接方式为 Ⅱ型－它有内装的手动加载机构；图3就是Ⅱ型谐波牵引减速器的头部。牵引传动主体部份，自号码(1)向右，也同于IA型，故也未画出。采用这种类型，它也是与电动机直接相联，可双向运转。其联接方式同于IB型。
图1a是本实用新型一实施例的IA型谐波牵引减速器的纵剖面图；图1b是本实用新型一实施例的IA型谐波牵引减速器的右视图；图2是本实用新型一实施例的IB型谐波牵引减速器头部的剖面图；图3是本实用新型一实施例的Ⅱ型谐波牵引减速器头部的剖面图；图4是与图1并列的另一种谐波牵引减速器传动简图，表示波发生器不同。
既然三种类型(IA型、IB型和Ⅱ型)在箱体本身上只有头部不同，而箱体主要是由三大件(波发生器、光滑杯形柔筒和刚环)组成，则上面对三大件的说明，适用于四个附图实施例，故不赘述。
不论是用单独的加载器，或内装的自动加载机构，或内装的手动加载机构，总是利用楔入原理，采用小锥顶角，由不大的轴向力，在滚动牵引元件的接触线上，产生很大的法向力，从而产生牵引力。当减速器运转时，柔筒外表面与固定刚环的内表面，其接触线沿着公切面作“贴合运动”。由于两个面的直径差，使得柔筒在波发生器转动的相反方向上缓慢转动。
手动加载机构产生的压力是不变的，而加载器或自动加载机构的压力(从而牵引力)是随外负荷的大小而自动调整的。
图1的柔筒(10)内外各自的三条瞬时接触线基本上汇合于轴线上一点；图4的情况也相同，不过图4上的行星锥滚轮(15)和中心锥滚子(16)的锥体母线还共顶。因此，这些刚体滚动牵引元件无载时是理论的线接触，作纯滚；必要时可将母线修形，即将母线两端修成稍带曲度的曲线。
既然柔筒(10)的左端是在两条线或三条线上瞬时“压死”的，其作用相当于一个支承，因此柔筒(10)的右端，只需要一个径向轴承(14)，从而改变传统的输出轴上用两个轴承的结构，如图1a及图4右方所示。输出轴头只能担负扭矩，不能担负悬臂径向力。
本实用新型吸收了谐波齿轮减速器的优点，结构简单、零件少、减速比大(本实用新型没有上限)；也吸收了行星齿轮减速器的优点，对称分布、功率多支分流；径向力对称平衡，径向力基本上不传给轴承；注意到了对柔筒材料加工及表面质量的严格要求。所以，本实用新型在布局上、在造型上、在结构上、在材料上，都尽量做到合理，从而可以达到最佳的效果，突出的优点和积极效果如下(1)就减速器本体而言，只要满足了牵引元件等的材质和加工精度等要求，它的输入轴的最高输入转速只受轴承极限转速的限制，这是其它许多常用减速器，如谐波齿轮、行星齿轮、摆线针轮、RV传动等所不及的。值得一提的是本实用新型IA型所需要用到的加载器由于其中有滚子定向离合器，据现有资料，它的极限转速只有3000转／分，不无遗憾。但IB型及Ⅱ型无此限制。
(2)本实用新型的工作原理与行星锥滚轮所产生的离心力不相抵触，其中轴承与心轴的配合为间隙配合，离心力是对称平衡的；它又能传给柔筒的内、外接触线(带)上去，反而有利于牵引力的增加。而传动的正常工作又不依赖离心力。这一特点也是众多齿轮传动所没有的。
(3)本实用新型的“近亲”为谐波齿轮减速器，但减速比取消了档次，且只有下限而无上限；可为下限以上的任意值；突破了谐波齿轮最高转速的指标；输入功率相应提高。
牵引传动的固有特点是传动平稳、噪声低、传动效率高、宜于高速传动、刚度大、没有回差。它不仅可作系列化商品生产，并且更适合单件生产。
权利要求1.一种谐波牵引减速器，它的三大件为波发生器、光滑杯形柔筒及带有内锥度的固定刚环；其特征在于波发生器有两种型式，其一是在输入轴与尾轴之间构造一个框架，框架间安装着三个行星锥滚轮，锥滚轮的大端与小端各为一小段圆周带有凹槽的圆柱体，前后三个圆柱体之间夹装着一个平衡轮，它为带有凸边的圆盘或圆环，自动定心；其二是在输入轴上加工出一个中心锥滚子，锥顶角2α=1°～10°，行星锥滚轮为三个或两个轴线倾斜、由心轴(三根或两根)组成的支架，其中央有一个窝穴，它与中心锥滚子的延伸部份，以锥顶型式组成一个中心轴尖支承，中心锥滚子母线、行星锥滚轮母线(及其轴线)，连同刚环的内锥母线，在作无应力接触时是共顶的；光滑杯形柔筒的一方是敞口的，壁很薄，有一定斜度，直径与长度有适当的比例，它与输出轴是由整块材料机械加工而成，或两部份分别加工，然后在底部附近焊接成一整体；刚环如同单列圆锥滚子轴承的外圈，为一个带有内锥度的固定环，位于柔筒敞口之外，刚环的平均内径比相应处的光滑杯形柔筒外径稍大，由减速比来取定；刚环有一大段压合在右箱体中，与左箱体则为滑动配合。
2.根据权利要求1所述的一种谐波牵引减速器，其特征为柔筒表面光滑度高，基体金属屈服限高，而韧性大，要有很高的弯曲疲劳强度。
3.根据权利要求1所述的一种谐波牵引减速器，其特征为固定刚环的内锥度2α不超过32°。
4.根据权利要求1所述的一种谐波牵引减速器，其特征为在输入轴上的加载方式可以是单独的加载器加载，或为有内装的自动加载机构加载，或为有内装的手动加载机构加载。
专利摘要本实用新型的名称是“谐波牵引减速器”，属于机械传动领域。减速器本体主要由波发生器，光滑杯形柔筒和带有内锥度的固定刚环三大组件组成。波发生器分由行星支架直接输入和由中心锥滚子输入两种形式。由于在输入轴上加载方式的不同，减速器分为1A型、IB型和II型。减速比在60以上可高转速输入。本实用新型采用牵引油润滑。
文档编号F16H15/00GK2197518SQ9421854
公开日1995年5月17日 申请日期1994年8月22日 优先权日1994年8月22日
发明者王洪星 申请人:王洪星