圆周分割凸轮波形发生器的制作方法

1.本发明涉及一种主要适用于工业用机器人的关节的谐波减速器的构成要素之一即波形发生器，尤其涉及一种可以防止发生反冲或摩擦扭矩下降的现象的经过改良的波形发生器。


背景技术：

2.通常来讲，适用于工业用机器人的谐波减速器10将伺服电机的高速旋转以1:30～1:320的高减速比传递到输出轴，如图1所示，其减速的核心在于当椭圆形波形发生器11发生旋转时，对其进行围绕的柔性齿轮12与外侧的刚性齿轮13齿合的位置沿着圆周方向进行移动并根据其齿数差异向逆方向进行旋转。
3.但是，在如上所述原理的谐波减速器中，可能会因为齿形设计以及加工误差、如轴承等部件的磨损所造成的齿形之间的空隙而导致发生反冲的问题。
4.尤其是，因为波形发生器11为椭圆形的凸轮形状，其外形的精密加工非常困难，因此会导致难以实现大批量生产以及生产单价过高的问题。此外，还具有在对波形发生器11的凸轮形状进行精密测定时同样需要非常昂贵的装置的问题。进而，因为柔性齿轮12是以弹性变形的状态组装到所述波形发生器11，因此具有需要熟练的技术且生产性较低的问题。
5.此外，为了解决如上所述的问题，申请人曾经提出了在韩国专利第10-2303050号(公开日期：2021.09.16.)、韩国专利第10-2345641号(公告日期：2021.12.31.)以及韩国专利公开第10-2021-0155587号(公开日期：2021.12.23.)中公开的发明。
6.如图2所示，其核心在于拟通过将柔性齿轮22与刚醒齿轮23之间的结合转换成摩擦结构而解决齿形设计以及因此而导致的反冲问题。
7.但是，即使是在如上所述的情况下，在凸轮型波形发生器21的加工方面仍然具有较大的问题。尤其是，在因为加工误差、摩擦面的磨损以及轴承的磨损等原因导致波形发生器21的垂直面压v无法充分传递到柔性齿轮22一侧的情况下，会因为与刚性齿轮23的摩擦力f下降而无法生成足够的摩擦扭矩，从而可能会进一步导致无法保障作为减速器的性能的问题。


技术实现要素：

8.本发明的第一目的在于提供一种形状加工容易的经过改良的波形发生器。
9.本发明的第二目的在于提供一种不仅可以在齿形减速器中防止发生反冲，还可以在非齿形减速器中防止所传递的垂直面压下降的波形发生器。
10.为了达成如上所述的目的，本发明提供一种波形发生器，其特征是：作为谐波减速器用波形发生器，由多个长径侧分割凸轮以及与其同等数量的短径侧分割凸轮沿着圆周方向交替对接而形成一个凸轮，其中所述长径侧分割凸轮的外周面具有半径较小的一定的圆周面，而所述短径侧分割凸轮的外周面具有半径较大的一定的圆周面，在所述长径侧分割
凸轮的圆周面与所述短径侧分割凸轮的圆周面彼此相交的位置具有共同切线。
11.其中，在所述长径侧分割凸轮的圆周面以及所述短径侧分割凸轮的圆周面沿着圆周方向彼此连接形成v形槽并构成一个轨道，沿着所述轨道可以安置有多个球。
12.或者，在所述长径侧分割凸轮的圆周面以及所述短径侧分割凸轮的圆周面上可以滚动接触有多个滚柱。
13.此时，在所述长径侧分割凸轮的圆周面以及所述短径侧分割凸轮的圆周面上的圆周面两侧沿着圆周方向彼此连接形成通过对所述滚柱进行导向而防止其脱离轨道的分隔壁并构成一个轨道，所述多个滚柱可以沿着所述轨道安置。
14.或者，在所述多个长径侧分割凸轮的圆周面以及所述多个短径侧分割凸轮的圆周面上结合有一个柔性轴承内圈，在所述柔性轴承内圈上可以安置有多个球或滚柱。
15.此时，在所述多个球或滚柱上还可以结合有一个柔性轴承外圈。
16.此外，在所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮的内侧安装有中心轴，在所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮的内周面与所述中心轴的外周面之间沿着圆周方向延长形成向轴方向倾斜的锥形槽，在所述锥形槽中插入有多个球，通过利用结合到所述中心轴的外周面的锁紧螺母将所述多个球向所述轴方向进行加压，可以将所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮的位置向外侧进行微细调节。
17.此时，所述长径侧分割凸轮具有与所述长径侧分割凸轮的外周面相邻并沿着圆周方向延长形成的长孔，从而还可以借助于向所述轴方向进行加压的多个球，通过所述长孔的宽度变窄的弹性变形向半径方向发挥出加压力。
18.或者，在所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮的内侧安装有中心轴，在所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮的内周面分别形成向轴方向倾斜的锥形槽，在所述锥形槽中插入有球，通过利用结合到所述中心轴的外周面的锁紧螺母将所述球向所述轴方向进行加压，可以将所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮的位置向外侧进行微细调节。
19.此时，从所述中心轴的一端部向半径方向延长形成将所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮向轴方向进行支撑的凸缘，所述凸缘借助于被所述球加压的所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮向所述轴方向发生弹性变形，从而可以防止过大的力量通过所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮传递到半径方向。
20.如上所述，通过适用本发明的波形发生器，因为长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮的各个外周面都具有一定半径的圆周面，因此可以通过单纯的旋转借助于车削或磨削方式简单、快速且准确地对分割凸轮的外周面进行精密加工。
21.此外，通过向分割凸轮与中心轴之间的锥形槽插入球并利用锁紧螺母进行挤压的构成，可以将所述分割凸轮向外侧进行微细调节，可以使得结合到外侧的柔性齿轮以及刚性齿轮之间彼此贴紧，从而不仅可以在齿形结合的情况下防止发生反冲，还可以在非齿形结合的情况下防止所传递的垂直面压下降。
附图说明
22.图1是适用现有技术的齿形谐波减速器的正面图以及详细图。
23.图2是适用现有技术的非齿形谐波减速器的正面图以及详细图。
24.图3是适用本发明的实施例的波形发生器的正面图。
25.图4是对图3的波形发生器的变形例进行图示的正面图。
26.图5是图3的波形发生器的左侧面图。
27.图6至图8是对图5的波形发生器的变形例进行图示的左侧面图。
28.图9是图5的截面图。
29.图10是对图9的变形例进行图示的截面图。
30.图11是对图10的另一变形例进行图示的部分分解斜视图。
31.图12是适用本发明的另一实施例的波形发生器的正面图。
32.图13是用于对图12的长径侧分割凸轮的弹性部进行说明的正面图。
33.图14是对图12的波形发生器的切割状态进行图示的斜视图。
34.图15是适用图3的波形发生器的非齿形谐波减速器的正面图以及截面图。
35.图16是适用图12的波形发生器的齿形谐波减速器的正面图以及截面图。
36.【标号说明】
37.100：波形发生器
38.110：凸轮
39.111：长径侧分割凸轮
40.111a：圆周面
41.111b：v形槽
42.111c：分隔壁
43.111d：内周面
44.111e：内周面(锥形面)
45.111f：锥形槽
46.111g：长孔
47.112：短径侧分割凸轮
48.112a：圆周面
49.112b：v形槽
50.112f：锥形槽
51.120：球
52.130：柔性轴承内圈
53.140：柔性轴承外圈
54.150：滚柱
55.160：中心轴
56.161：锥形面
57.162：凸缘
58.162a：缺口
59.170：球
60.180：锁紧螺母
具体实施方式
61.适用本发明的实施例的波形发生器100如图3所示，由两个长径侧分割凸轮111以及两个短径侧分割凸轮112沿着圆周方向交替对接构成一个凸轮110。
62.长径侧分割凸轮111以及短径侧分割凸轮112分别具有一定半径的圆周面111a、112a，即具有正圆的圆周面，其中长径侧分割凸轮111具有半径r1较小的圆周面111a，而短径侧分割凸轮112具有半径r2较大的圆周面112a。
63.此时，长径侧分割凸轮111以及短径侧分割凸轮112分别具有不同的中心o1、o2，并通过在各个圆周面11a与圆周面112a相交的位置彼此具有共同切线l而使得圆周面111a、112a之间平滑连接。通过如上所述的方式，可以形成由四个分割凸轮111、112构成的一个凸轮圆周面。
64.如上所述的利用分割凸轮的组合的凸轮如图4所示，也可以由六个分割凸轮即三个长径侧分割凸轮111’以及三个短径侧分割凸轮112’的组合实现，同理，也可以适用如八个分割凸轮等。
65.此外，在所有分割凸轮的组合中，长径侧分割凸轮111、111’的圆周面111a、111a’将成为对外侧的柔性齿轮(参阅图1中的12)或刚性齿轮13的作用面。
66.多个球120将沿着长径侧分割凸轮111以及短径侧分割凸轮112的圆周面111a、112a滚动接触，为此如图5所示，在所述圆周面111a、112a中沿着圆周方向连接形成v形槽111b、112b，从而使得球120可以沿着所述轨道安置。
67.或者如图6所示，可以采用在圆周面111a、112a上结合柔性轴承内圈130并将球120安置到其上方的构成，或者如图7所示，也可以采用追加结合柔性轴承外圈140的构成。此外，图6以及图7中的球120以及柔性轴承内外圈130、140也可以利用滚柱(未图示)以及与其对应的柔性轴承内外圈(未图示)进行替代。
68.作为另一变形例，如图8所示，可以采用在长径侧分割凸轮111以及短径侧分割凸轮112的圆周面111a、112a上滚动接触有多个滚柱150的构成，为此，在所述圆周面111a、112a上为了确保滚柱150的流畅的轨道循环而沿着圆周方向连接形成一定宽度的分隔壁111c，从而确保所安置的所述滚柱150不会从圆周面111a、112a上的轨道脱离。
69.此外，考虑到波形发生器100的加工误差、在减速器中的安装误差、在使用过程中发生的磨损等，如图9所示，通过在分割凸轮111、112与其中心轴160之间介有球170，可以对分割凸轮111、112在半径方向上的位置进行微细调节。
70.具体来讲，可以通过在中心轴160的外周面形成倾斜的锥形面161在与分割凸轮111、112的内周面111d之间形成锥形槽h，从而插入所述球170。此外，通过在中心轴160的外周面螺纹结合锁紧螺母180，可以以垫圈181媒介将球170向锥形槽h内侧进行加压。借此，借助于插入到锥形槽h内侧的球170，可以对分割凸轮111、112的外侧即半径方向上的位置进行调节。
71.如上所述的锥形槽h如图10所示，可以通过以一定半径的圆周面形成中心轴160’的外周面并以锥形面构成分割凸轮111、112的内周面111e的方式形成。
72.或者如图11所示，也可以采用通过在分割凸轮111、112的内周面形成向轴方向倾斜的锥形槽111f、112f并将球170’插入到各个锥形槽111f、112f而利用锁紧螺母(参阅图10中的180’)进行加压的构成。
73.此外，在图3中，当因为在分割凸轮111、112的圆周面111a、112a上循环旋转的球120或滚柱及其轴承的磨损和/或结合到波形发生器100的外侧的柔性纸轮(参阅图1中的12)或刚性齿轮(参阅13)的磨损而导致垂直面压下降或发生反冲的现象时，作为可以自动进行补偿的构成，如图12至图14所示，可以在与长径侧分割凸轮111的圆周面111a相邻的内侧位置配备沿着圆周方向延长形成的长孔111g。
74.在图14中，在被锁紧螺母180加压的球170的作用下向外侧受力的分割凸轮111，将通过长孔111g的宽度变窄的弹性变形向圆周面111a上的球120发挥出加压力。借此，球120将更加贴紧外侧的柔性齿轮(参阅图1中的12)以及刚性齿轮13，从而防止所传递的垂直面压下降或发生反冲的现象。
75.此时，为了对分割凸轮111、112进行支撑，通过在从中心轴160的一端部向半径方向延长形成的凸缘162的基台部形成缺口162a，在通过锁紧螺母180对球170进行加压的力量过大的情况下，可以使得凸缘162在轴方向(图14中为左侧方向)上发生弹性变形，从而防止过大的力量被直接传递到分割凸轮111、112上。
76.在本实施例中，采用了为了凸缘162的轴方向弹性变形而形成缺口162a的构成，但是本发明并不限定于如上所述的构成，也可以适用如通过减小凸缘162的厚度而更加轻易地实现弹性变形的方法等多种方案，从而替代如上所述的构成。
77.此外，如上所述的凸缘160发生弹性变形的构成，也可以适用于如图10所示的没有在分割凸轮111中形成长孔111g的结构。
78.图15是适用图3以及图10的波形发生器100的非齿形谐波减速器200，柔性齿轮210在分割凸轮111、112外侧的球120的垂直面压作用下在刚性齿轮220的内周面上进行滚动运动并根据其直径差异进行逆向旋转，从而相对于驱动轴(即中心轴160)以高减速比驱动被动轴230进行旋转。
79.图16是适用图12以及图14的波形发生器的齿形谐波减速器300，柔性齿轮310同样在分割凸轮111、112外侧的球120的加压作用下以与刚性齿轮320贴紧齿合的状态使其齿合位置沿着圆周方向进行移动并根据其齿数差异进行逆向旋转，从而以高减速比驱动被动轴330进行旋转。
80.在上述内容中进行说明的波形发生器只是用于帮助理解本发明的一实施例，因此通过所附的权利要求书做出定义的本发明的权利范围乃至技术范围并不应该限定于在上述内容中进行的说明。

技术特征：
1.一种波形发生器，其特征在于：作为谐波减速器用波形发生器，由多个长径侧分割凸轮以及与其同等数量的短径侧分割凸轮沿着圆周方向交替对接而形成一个凸轮，其中所述长径侧分割凸轮的外周面具有半径较小的一定的圆周面，而所述短径侧分割凸轮的外周面具有半径较大的一定的圆周面，在所述长径侧分割凸轮的圆周面与所述短径侧分割凸轮的圆周面彼此相交的位置具有共同切线。2.根据权利要求1所述的波形发生器，其特征在于：在所述长径侧分割凸轮的圆周面以及所述短径侧分割凸轮的圆周面沿着圆周方向彼此连接形成v形槽并构成一个轨道，沿着所述轨道安置有多个球。3.根据权利要求1所述的波形发生器，其特征在于：在所述长径侧分割凸轮的圆周面以及所述短径侧分割凸轮的圆周面上滚动接触有多个滚柱。4.根据权利要求3所述的波形发生器，其特征在于：在所述长径侧分割凸轮的圆周面以及所述短径侧分割凸轮的圆周面上的两侧沿着圆周方向彼此连接形成通过对所述滚柱进行导向而防止其脱离轨道的分隔壁并构成一个轨道，所述多个滚柱沿着所述轨道安置。5.根据权利要求1所述的波形发生器，其特征在于：在所述多个长径侧分割凸轮的圆周面以及多个所述短径侧分割凸轮的圆周面上结合有一个柔性轴承内圈，在所述柔性轴承内圈上安置有多个球或滚柱。6.根据权利要求5所述的波形发生器，其特征在于：在所述多个球或滚柱上还结合有一个柔性轴承外圈。7.根据权利要求1所述的波形发生器，其特征在于：在所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮的内侧安装有中心轴，在所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮的内周面与所述中心轴的外周面之间沿着圆周方向延长形成向轴方向倾斜的锥形槽，在所述锥形槽中插入有多个球，通过利用结合到所述中心轴的外周面的锁紧螺母将所述多个球向所述轴方向进行加压，将所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮的位置向外侧进行微细调节。8.根据权利要求7所述的波形发生器，其特征在于：所述长径侧分割凸轮具有与所述长径侧分割凸轮的外周面相邻并沿着圆周方向延长形成的长孔，从而借助于向所述轴方向进行加压的多个球，通过所述长孔的宽度变窄的弹性变形向半径方向发挥出加压力。9.根据权利要求1所述的波形发生器，其特征在于：在所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮的内侧安装有中心轴，
在所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮的内周面分别形成向轴方向倾斜的锥形槽，在所述锥形槽中插入有球，通过利用结合到所述中心轴的外周面的锁紧螺母将所述球向所述轴方向进行加压，将所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮的位置向外侧进行微细调节。10.根据权利要求7所述的波形发生器，其特征在于：从所述中心轴的一端部向半径方向延长形成将所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮向轴方向进行支撑的凸缘，所述凸缘借助于被所述球加压的所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮向所述轴方向发生弹性变形，从而防止过大的力量通过所述多个长径侧分割凸轮以及短径侧分割凸轮传递到半径方向。

技术总结
本发明涉及一种波形发生器，其特征是：作为谐波减速器用波形发生器，由多个长径侧分割凸轮以及与其同等数量的短径侧分割凸轮沿着圆周方向交替对接而形成一个凸轮，其中所述长径侧分割凸轮的外周面具有半径较小的一定的圆周面，而所述短径侧分割凸轮的外周面具有半径较大的一定的圆周面，在所述长径侧分割凸轮的圆周面与所述短径侧分割凸轮的圆周面彼此相交的位置具有共同切线。借此，可以轻易地对波形发生器的凸轮面的形状进行加工。波形发生器的凸轮面的形状进行加工。波形发生器的凸轮面的形状进行加工。


技术研发人员：周桑完
受保护的技术使用者：C&M机器人有限公司
技术研发日：2022.03.23
技术公布日：2023/10/8