機(jī)器人諧波減速機(jī)位置：

諧波減速器的制造技術(shù)基礎(chǔ)是諧波傳動，諧波傳動是由波發(fā)生器、柔性輪和剛性輪3個基本構(gòu)件組成的機(jī)械傳動。這種傳動是在波發(fā)生器的作用下使柔性輪產(chǎn)生彈性變形并與剛性輪相互作用達(dá)到傳遞運(yùn)動或動力的目的，諧波單元軸承產(chǎn)生諧波運(yùn)動，帶動諧波減速器柔性輪(與軸承配合)產(chǎn)生諧波運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)大傳動比的變速要求。早先的波發(fā)生器工作原理示意圖如圖1所示，基本上也能實(shí)現(xiàn)應(yīng)有功能，滿足使用要求。但其有一個缺點(diǎn)，就是柔性輪的可控彈性變形(形狀改變)要求特別高。

從圖1可看出柔性輪與波發(fā)生器接觸處是剛性接觸，變形也能滿足要求，但其他部分由于不是剛性接觸，其彈性變形不可控。因此，為了解決柔性輪的可控變形問題，用諧波軸承單元取代老式波發(fā)生器就顯得十分必要，圖2所示為針對諧波減速器，設(shè)計制造的一種型號為456109的新型薄壁軸承，并稱之為柔性軸承(諧波軸承單元)。

柔性軸承的設(shè)計方法：

由于與柔性軸承配合的軸是橢圓形的，軸承安裝后內(nèi)圈也呈橢圓形，常規(guī)方法設(shè)計的軸承在裝配時由于橢圓變形容易出現(xiàn)散架，且運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。為了解決此問題，可采用特大填球角設(shè)計方法，即將填球角加大到263°，以增加填充鋼球的數(shù)量。柔性軸承屬于特殊的薄壁球軸承，部分設(shè)計可參照薄壁球軸承的設(shè)計方法，如主參數(shù)鋼球直徑(Dw)、溝曲率系數(shù)(fe，fi)、溝徑(D-d)的選擇和計算、材料的選擇、熱處理及車、磨加工工藝等。但由于它的特殊使用要求，其主參數(shù)如鋼球數(shù)量(z)、球組節(jié)圓直徑(D)、擋邊直徑、填球角、保持架球兜直徑和形狀、游隙的選取和計算公式需要作相應(yīng)改變。

1、基本參數(shù)計算

柔性軸承型號為456109，內(nèi)徑為45mm，外徑為61mm，外圈寬度為9mm，內(nèi)圈寬度為6mm，球組節(jié)圓直徑為53mm，鋼球數(shù)為23粒，鋼球直徑為5.556mm，理論填球角為263°。

2、材料和熱處理的選擇

套圈、鋼球(G10)材料選用高碳鉻軸承鋼GCrl5；保持架材料選用PA66+25％GF；熱處理采用真空熱處理并進(jìn)行冷凍處理，內(nèi)圈硬度57～61HRC，外圈硬度59-63HRC，鋼球熱處理硬度61-66HRC，組織均為2-4級。

3、柔性軸承的裝配

常規(guī)填球法：

最后一粒鋼球填裝法傳統(tǒng)上是在186-195°填球角間對外圈施加徑向力，使其彈性變形填裝最后一粒球，這種方法使用雖然非常普遍，但也存在鋼球被夾傷及套圈產(chǎn)生塑性變形的問題。

圓弧填球槽法：

當(dāng)填球角大于195°時，在內(nèi)、外圈擋邊至溝底徑這段距離開一個比鋼球直徑大一點(diǎn)的圓弧形槽，裝配時將鋼球一粒一粒填入溝道，這種方法裝配效率低，生產(chǎn)成本高，質(zhì)量不易控制。填球槽開深了，套圈就會報廢；開淺了，填不進(jìn)鋼球。開槽對軸承使用性能也有一定影響，主要是大幅降低高速性能，軸向竄動也受到限制。

斷裂法：

當(dāng)填球角大于195°時，且軸承使用工況要求較低，轉(zhuǎn)速及振動要求都不高時，使用斷裂填球法。需要在外圈熱處理之前，在內(nèi)徑上開一小槽，通過熱處理產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)外圈磨加工結(jié)束后，敲裂外圈；填球時通過脹開外圈填入需要填人的鋼球。這是一種以犧牲軸承的使用性能而達(dá)到增大填球數(shù)的一種方法。

柔性軸承特殊填球法的彈性裝填原理：

所謂彈性裝填原理就是在軸承套圈拉應(yīng)力允許范圍內(nèi)，通過將套圈徑向拉伸變形脹大，然后將鋼球填人溝道的一種方法。施力主要是壓外圈端面，外圈被向下壓，鋼球就不斷撐大外圈，變成鋼球在徑向方向給外圈的張力，隨著下壓距離的增加，參與的鋼球數(shù)量也不斷增加，外圈所受張力也不斷增大，直至完全張開鋼球進(jìn)入溝道為止。其受力過程如圖3所示。采用此方法理論上可以滿足360°填球角的裝填要求。

經(jīng)計算內(nèi)、外圈平均接觸應(yīng)力和彈性趨近量均小于其極限接觸應(yīng)力和極限趨近量，同時實(shí)踐證明，此種裝配方法沒有損傷鋼球和套圈。

裝配過程：

按照原理及變形過程圖，首先需要固定內(nèi)圈和鋼球，把鋼球?qū)?zhǔn)內(nèi)圈溝道并固定位置，鋼球先歸于一邊，然后放入外圈，外圈的一邊溝道也對準(zhǔn)鋼球，這時外圈是斜放的，外圈上放一個壓蓋，便于施力，逐步加力下壓，這樣鋼球?qū)错樞蜻M(jìn)入外圈溝道，直至完成。裝配過程如圖4所示。

因?yàn)橥馊熳冃螘r，鋼球給外圈一個張力，同時外圈下壓，鋼球與外圈擋邊摩擦進(jìn)入溝道。為了防止傷害鋼球，需要磨加工外圈內(nèi)徑，并附加內(nèi)、外圈串光處理，這樣對套圈和鋼球無任何損傷。

裝配模具設(shè)計：

按照實(shí)施方案主要設(shè)計上、下模具，上模套住外圈便于施力，下模起固定內(nèi)圈和鋼球的作用，下模設(shè)計時應(yīng)使鋼球中心與內(nèi)圈溝道在同一平面內(nèi)，同時設(shè)計一個小斜坡，不使鋼球滾落，并附加一個限位塊使鋼球歸于一起。模具具體構(gòu)造如圖5所示。

這種型號為456109的柔性軸承的設(shè)計與試制的成功，不僅解決了柔性輪的可控彈性變形問題，同時也簡化了波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了諧波減速器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。其重量輕、體積小，傳動裝置的零件少，且傳動平穩(wěn)，噪聲小，運(yùn)動精度高，大大提高了傳動效率，且方便維修，便于保養(yǎng)、檢查和更換零件，提高了諧波減速器的使用壽命。

（來源：伺服與運(yùn)動控制）