1.本实用新型涉及谐波减速器技术领域，具体涉及一种波发生器和谐波减速器。
背景技术：2.谐波减速器是应用于工业机器人关节上的精密减速器，通常由柔轮、刚轮和波发生器三大构件组成，利用波发生器转动致使柔轮产生周期性波动变形，迫使柔轮与刚轮之间的少齿差内啮合，从而实现运动与动力的传递。其中波发生器、柔轮是谐波减速器中的关键零件和易损件，常先于其它部件发生精度失效和疲劳失效。
3.现有技术的谐波减速器，其波发生器外套设有柔性轴承，柔性轴承包括内圈和外圈，内外圈之间具有钢球，但是谐波减速器工作时，柔性轴承内圈温升最大，由于金属热膨胀，使柔性轴承游隙减小；由于负载作用，滚动体与滚道接触处产生变形也会使柔性轴承游隙发生改变。这种游隙的增大和减小会导致波发生器运行性能不稳定，降低了柔性齿轮的工作性能，达不到额定的寿命要求。
4.专利cn113417986a提出了通过削减传统柔性轴承的内圈，令内圈和波发生器一体化，能够大大增加椭圆形的波发生器对钢球带动的灵敏性，从而增加柔性齿轮的齿轮传动性能。但是其波发生器与柔轮之间仍然存在着较大的磨损。
5.由于现有技术中的谐波减速器在运行过程中由于温度变化而导致柔性轴承的游隙变化，使得柔性轴承与柔轮之间存在较大的摩擦，导致波发生器运行性能不稳定，降低了柔性齿轮的工作性能，达不到额定的寿命要求等技术问题，因此本实用新型研究设计出一种波发生器和谐波减速器。
技术实现要素：6.因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的谐波减速器在运行过程中由于温度变化而导致柔性轴承的游隙变化，导致柔性轴承与柔轮之间存在较大的摩擦的缺陷，从而提供一种波发生器和谐波减速器。
7.为了解决上述问题，本实用新型提供一种波发生器：其包括：
8.柔性轴承外圈、凸轮和滚珠，所述柔性轴承外圈为环状结构且套设于所述凸轮的外周，所述滚珠位于所述柔性轴承外圈与所述凸轮之间，所述柔性轴承外圈的内周与所述滚珠接触，所述凸轮的外周与所述滚珠接触，使得所述滚珠能在所述柔性轴承外圈与所述凸轮之间滚动；
9.所述凸轮的外周且与所述滚珠相接的位置设置有第一凹槽，所述第一凹槽中设置有热敏结构，所述热敏结构由热敏材料制成，且所述热敏结构能够在所述凸轮受热温度升高时发生膨胀，进而撑开所述第一凹槽的空间，使得所述滚珠落入所述第一凹槽中的部分体积增大。
10.在一些实施方式中，所述热敏结构还能够在所述凸轮温度降低时发生收缩，进而使得所述第一凹槽的空间收缩，使得所述滚珠落入所述第一凹槽中的部分体积减小。
11.在一些实施方式中，所述第一凹槽为在所述凸轮的外周上环绕一圈而形成的环形槽，且所述第一凹槽从所述凸轮的外周朝所述凸轮的径向内侧的方向延伸；所述滚珠为多个，多个所述滚珠均位于所述柔性轴承外圈与所述凸轮之间。
12.在一些实施方式中，所述热敏结构为卡设于所述第一凹槽中的环形结构。
13.在一些实施方式中，在经过所述波发生器的轴线的轴向截面内，所述第一凹槽包括矩形段和弧形段，所述弧形段位于所述凸轮的外周位置且与所述滚珠相适配，所述滚珠的部分结构卡设于所述弧形段中，所述矩形段位于所述弧形段的径向内周且与所述弧形段连通，所述热敏结构设置于所述矩形段中。
14.在一些实施方式中，所述矩形段包括位于所述凸轮的轴向一侧的第一直边和位于轴向另一侧的第二直边，变形后的第一直边与变形前的第一直边之间的夹角为θ，当所述凸轮的温度升高时，所述θ＞0。
15.在一些实施方式中，所述热敏结构的膨胀系数为0.004～0.006，当所述热敏结构的温度升高10℃，所述θ增大0.5
°
以上。
16.在一些实施方式中，所述热敏结构的温度变化与所述θ的变化成正比例函数的关系；所述游隙为所述滚珠在所述柔性轴承外圈与所述凸轮之间的运动间隙，游隙的变化与所述θ的变化成正相关的指数函数关系。
17.在一些实施方式中，所述柔性轴承外圈的内周且与所述滚珠相接的位置设置有第二凹槽，所述滚珠的部分结构卡设于所述第二凹槽中。
18.在一些实施方式中，所述第二凹槽为弧形槽且与所述滚珠相适配。
19.本实用新型还提供一种谐波减速器，其包括前任一项所述的波发生器。
20.本实用新型提供的一种波发生器和谐波减速器具有如下有益效果：
21.1.本实用新型通过将波发生器的凸轮上与滚珠相接处的外周面上设置第一凹槽的结构，并且在该第一凹槽中设置热敏结构，能够在凸轮受热温度上升时热敏结构感受到温度的升高进而产生膨胀形变，进而将第一凹槽挤压外扩变形，从而撑开并增大第一凹槽的空间，进而使得滚珠能够进一步落入第一凹槽中，即使得落入第一凹槽中的滚珠的体积增大，从而有效减小因为凸轮受热膨胀而对滚珠产生挤压，由滚珠挤压到柔性轴承外圈，而造成的滚珠游隙减小的情况，防止由于滚珠游隙的减小而带来的柔性轴承外圈被挤压而造成与柔轮之间的磨损加剧的情况，从而有效地防止或减小由于温度变化尤其是温度上升而带来的柔性轴承内部的游隙减小，进而产生轴承外圈与柔轮之间较大的摩擦或磨损的情况发生；保证柔性轴承内部的游隙维持在最佳的工作范围内，减小磨损，提高波发生器的运行稳定性，有效提高柔性齿轮的工作性能。
22.2.本实用新型还通过柔性轴承外圈设有外滚道，凸轮外圈设有内滚道，使柔性轴承与凸轮一体化，相较于常规的柔性轴承与凸轮装配方式，本实用新型因此省去了柔性轴承与凸轮的配合过程，消除了配合带来的误差。
附图说明
23.图1是本实用新型的波发生器的爆炸结构图；
24.图2是本实用新型的波发生器的组装结构图；
25.图3是本实用新型的波发生器的径向剖面结构图；
26.图4是图3中a部分旋转90
°
时的局部放大图；
27.图5a是本实用新型的参数曲线图1；
28.图5b是本实用新型的参数曲线图2；
29.图6是本实用新型的波发生器的滚珠部分的变形结构图。
30.附图标记表示为：
31.1、柔性轴承外圈；2、第二凹槽；3、滚珠；4、弧形段；5、凸轮；6、第一凹槽；61、矩形段；611、第一直边；612、第二直边；7、热敏结构。
具体实施方式
32.如图1-6所示，本实用新型提供一种波发生器：其包括：
33.柔性轴承外圈1、凸轮5和滚珠3，所述柔性轴承外圈1为环状结构且套设于所述凸轮5的外周，所述滚珠3位于所述柔性轴承外圈1与所述凸轮5之间，所述柔性轴承外圈1的内周与所述滚珠3接触，所述凸轮5的外周与所述滚珠3接触，使得所述滚珠3能在所述柔性轴承外圈1与所述凸轮5之间滚动；
34.所述凸轮5的外周且与所述滚珠3相接的位置设置有第一凹槽6，所述第一凹槽6中设置有热敏结构7，所述热敏结构7由热敏材料制成(热敏材料，是指由热能引起化学或物理变化而形成文字、图像、变色和改变形状等变化的材料。本实用新型的热敏材料为由温度变化而发生变形的材料)，且所述热敏结构7能够在所述凸轮5受热温度升高时发生膨胀，进而撑开所述第一凹槽6的空间，使得所述滚珠3落入所述第一凹槽6中的部分体积增大。
35.本实用新型通过将波发生器的凸轮上与滚珠相接处的外周面上设置第一凹槽的结构，并且在该第一凹槽中设置热敏结构，能够在凸轮受热温度上升时热敏结构感受到温度的升高进而产生膨胀形变，进而将第一凹槽挤压外扩变形，从而撑开并增大第一凹槽的空间，进而使得滚珠能够进一步落入第一凹槽中，即使得落入第一凹槽中的滚珠的体积增大，从而有效减小因为凸轮受热膨胀而对滚珠产生挤压，由滚珠挤压到柔性轴承外圈，而造成的滚珠游隙减小的情况，防止由于滚珠游隙的减小而带来的柔性轴承外圈被挤压而造成与柔轮之间的磨损加剧的情况，从而有效地防止或减小由于温度变化尤其是温度上升而带来的柔性轴承内部的游隙减小，进而产生轴承外圈与柔轮之间较大的摩擦或磨损的情况发生；保证柔性轴承内部的游隙维持在最佳的工作范围内，减小磨损，提高波发生器的运行稳定性，有效提高柔性齿轮的工作性能。
36.本实用新型的创新点在于：
37.1.设计带有环形槽的凸轮结构，凸轮内嵌有环状热敏材料，通过增加环形槽结构和利用热敏材料的热膨胀性，利用热敏材料的膨胀变形来调节波发生器的游隙，实现了柔性轴承游隙的自调节，减轻谐波减速器磨损，降低柔性轴承与柔轮的摩擦损失，有效提高减速器寿命，；
38.2.本实用新型的波发生器结构通过温度变化和环形槽体积变化来调节波发生器的游隙，该热敏材料在温度范围为30℃-60℃特别敏感，响应效果突出，在这个温度范围外物理性能稳定，体积不变。它的热膨胀系数为0.0056，温度升高该热敏材料的体积发生膨胀变形，即温度每升高10℃，环形槽外壁与法向方向单边变形夹角θ增大0.5
°
，使柔性轴承滚珠下移一段距离。
39.3.本实用新型的凸轮与柔性轴承做成一体，通过设置柔性轴承与凸轮一体化结构，增加凸轮对滚珠带动的灵敏性，从而降低了波发生器疲劳失效的概率。
40.在一些实施方式中，所述热敏结构7还能够在所述凸轮5温度降低时发生收缩，进而使得所述第一凹槽6的空间收缩，使得所述滚珠3落入所述第一凹槽6中的部分体积减小。本实用新型还能通过热敏结构在温度降低时形成收缩作用，能够减小第一凹槽的扩张，从而将滚珠向外顶出一部分，从而达到调节游隙的效果。
41.在一些实施方式中，所述第一凹槽6为在所述凸轮5的外周上环绕一圈而形成的环形槽，且所述第一凹槽6从所述凸轮5的外周朝所述凸轮5的径向内侧的方向延伸；所述滚珠3为多个，多个所述滚珠3均位于所述柔性轴承外圈1与所述凸轮5之间。这是本实用新型的第一凹槽的优选结构形式，即形成为环形槽的结构并朝径向内侧延伸，能够在周向上形成一圈能够容纳滚珠进入其中的凹槽结构。
42.在一些实施方式中，所述热敏结构7为卡设于所述第一凹槽6中的环形结构或弧形段结构。这是本实用新型的热敏结构的进一步优选结构形式，可通过环形结构卡设于环形槽中，也可通过弧形段结构卡设于环形槽中，以提高在周向方向扩张第一凹槽的能力，在周向方向提高防止柔性轴承与柔轮之间磨损的效果。
43.在一些实施方式中，在经过所述波发生器的轴线的轴向截面内，所述第一凹槽6包括矩形段61和弧形段4(即内滚道)，所述弧形段4位于所述凸轮5的外周位置且与所述滚珠3相适配，所述滚珠3的部分结构卡设于所述弧形段4中，所述矩形段61位于所述弧形段4的径向内周且与所述弧形段4连通，所述热敏结构7设置于所述矩形段61中。这是本实用新型的第一凹槽的进一步优选结构形式，即包括矩形段和弧形段的结构，弧形段即内滚道，即与滚珠相匹配的弧形面结构，而矩形段位于凸轮的内部，能够使得凸轮在受热时通过热敏结构的受热膨胀作用而扩开矩形段，使得滚珠落入矩形段中的体积增大。
44.具体地，如图1所示，本实用新型公开的波发生器，包括柔性轴承外圈1、外滚道(即第二凹槽2)、滚珠3、内滚道(即弧形段4)、凸轮5、环形槽(第一凹槽6)、热敏结构7。柔性轴承外圈1设有外滚道，凸轮5外圈设有内滚道，使柔性轴承内圈与凸轮5一体化，相较于常规的柔性轴承与凸轮装配方式，这样本实用新型省去了柔性轴承与凸轮的配合过程，消除了配合带来的误差。同时该结构也减少了加工工序，增加工作效率。
45.本实用新型的凸轮5上设有一环形槽(第一凹槽6)，环形槽中的矩形段位于内滚道(弧形段)的正下方，矩形段内嵌有一种环状热敏结构7，这种热敏材料能够感知温度的变化，其体积随一定范围温度的变化而变化。当谐波减速器在恶劣工况下或长时间运行时，其波发生器温度升高，凸轮5发生受热发生轻微膨胀，这个时候波发生器游隙变小(即滚珠在所述柔性轴承外圈1与所述凸轮5之间的运动间隙，更准确地，游隙为滚珠在柔性轴承外圈1内的滚道与所述凸轮5上的滚道之间的运动间隙)，热敏结构7感知凸轮5温度升高，发生膨胀变形，体积变大，如图4所示导致环形槽外扩变形，使柔性轴承滚珠下移一段距离x，波发生器游隙会增大，这样就达到调节游隙的效果，这样一来波发生器运行性能更加稳定，提高了柔性齿轮的工作性能，增加波发生器额定的寿命要求。
46.当凸轮5工作温度升高，热敏材料体积膨胀变大，环形槽受力外扩变形，使柔性轴承滚珠下移，波发生器游隙会增大；当凸轮5温度降低，热敏材料体积收缩减小，第一凹槽6受力收缩变形，使柔性轴承滚珠上移，波发生器游隙会减小。这样就达到了平衡游隙的效
果，使柔性轴承中的游隙为平稳状态，保证柔性轴承得以灵活无阻滞地运转，同时也能保证柔性轴承运转平稳，轴承的轴线没有显著沉降，以及承担载荷的滚动体的数目会尽可能多，柔性轴承的动态性能(噪声，振动和摩擦)和旋转精度都会提高。
47.在一些实施方式中，所述矩形段61包括位于所述凸轮5的轴向一侧的第一直边611和位于轴向另一侧的第二直边612，变形后的第一直边与变形前的第一直边之间的夹角为θ，当所述凸轮5的温度升高时，所述θ＞0。这是本实用新型的第一凹槽的进一步优选结构形式，即矩形段的优选结构形式，在温度升高时膨胀变形使得第一凹槽的第一和第二直边之间在开口处变得更大，即第一凹槽外张得更大；而温度降低时该第一凹槽外张得更小，从而形成如图6所示的θ结构，膨胀后的θ＞0。
48.在一些实施方式中，所述热敏结构7的膨胀系数为0.004～0.006，当所述热敏结构7的温度升高10℃，所述θ增大0.5
°
以上。本实用新型通过将热敏结构的膨胀系数设置到上述范围内，优选为0.0056，能够最大程度地增大θ，从而提高第一凹槽的外扩程度，即提高滚珠落入第一凹槽中的效果，提高对游隙的调节的敏感度。
49.在一些实施方式中，所述热敏结构7的温度变化与所述θ的变化成正比例函数的关系；所述游隙为所述滚珠在所述柔性轴承外圈1与所述凸轮5之间的运动间隙(更准确地，即滚珠在轴承外圈的外滚道(即第二凹槽2)与凸轮的内滚道(即弧线段4)之间的运动间隙)，游隙的变化与所述θ的变化成正相关的指数函数关系。如图5a-5b所示，本实用新型的游隙的变化与所述θ的变化成正相关的指数函数关系，温度变化与所述θ的变化成正比例函数的关系，能够使得温度变化较小值却能带来较大的游隙调节能力，使得本实用新型的游隙调节能力大大提高。
50.在实现调节游隙的过程中，该热敏材料在温度范围为30℃-60℃特别敏感，响应效果突出，在这个温度范围外物理性能稳定，体积不变。它的热膨胀系数为0.0056，温度升高该热敏材料的体积发生膨胀变形，即温度每升高10℃，环形槽外壁与法向方向单边变形夹角θ增大0.5
°
，使柔性轴承滚珠下移一段距离。其温度与变形量、变形量与游隙的关系如图5a-5b所示，在一定温度范围内，环形槽外壁与法向方向单边变形夹角θ随着温度t增大而增大，呈正比例函数；波发生器的游隙随环形槽外壁与法向方向单边变形夹角θ增大而增大,呈指数函数。
51.在一些实施方式中，所述柔性轴承外圈1的内周且与所述滚珠3相接的位置设置有第二凹槽2(即外滚道)，所述滚珠3的部分结构卡设于所述第二凹槽2中。这是本实用新型的柔性轴承外圈的优选结构形式，通过第二凹槽的结构能够有效形成外滚道的结构，使得滚珠的径向外侧部分能够卡设于该外滚道中，起到定位的作用，在其中进行滚动，提高滚动的效果。
52.在一些实施方式中，所述第二凹槽2为弧形槽且与所述滚珠3相适配。
53.本实用新型还提供一种谐波减速器，其包括前任一项所述的波发生器。优选还包括柔轮，所述柔轮套设于所述波发生器的外周，以能通过所述波发生器驱动所述柔轮运动。
54.本实用新型的有益效果：
55.1.常规谐波减速器在恶劣工况下或长时间运行，波发生器温度升高，凸轮发生轻微热膨胀，这个时候波发生器游隙变小，相较于常规的波发生器，本实用新型的凸轮长轴处设有一环形槽，环形槽内嵌有一种环状热敏材料，利用波发生器运行过程中温度变化和热
敏材料的热膨胀性来调节波发生器的游隙，本实用新型的热敏材料感知温度升高，发生膨胀变形，使柔性轴承滚珠下移，达到调节游隙的效果从而降低了波发生器疲劳失效的概率。
56.2.本实用新型在实现调节游隙的过程中，该热敏材料在温度范围为30℃-60℃特别敏感，响应效果突出，温度升高该热敏材料的体积发生膨胀变形，热膨胀系数为0.0056，即温度每升高10℃，环形槽外壁与法向方向单边夹角增大0.5
°
，使柔性轴承滚珠下移一段距离，游隙发生改变。
57.3.本实用新型的柔性轴承外圈设有外滚道，凸轮外圈设有内滚道，使柔性轴承与凸轮一体化，相较于常规的柔性轴承与凸轮装配方式，本实用新型省去了柔性轴承与凸轮的配合过程，消除了配合带来的误差。
58.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
技术特征：1.一种波发生器，其特征在于：包括：柔性轴承外圈(1)、凸轮(5)和滚珠(3)，所述柔性轴承外圈(1)为环状结构且套设于所述凸轮(5)的外周，所述滚珠(3)位于所述柔性轴承外圈(1)与所述凸轮(5)之间，所述柔性轴承外圈(1)的内周与所述滚珠(3)接触，所述凸轮(5)的外周与所述滚珠(3)接触，使得所述滚珠(3)能在所述柔性轴承外圈(1)与所述凸轮(5)之间滚动；所述凸轮(5)的外周且与所述滚珠(3)相接的位置设置有第一凹槽(6)，所述第一凹槽(6)中设置有热敏结构(7)，所述热敏结构(7)由热敏材料制成，且所述热敏结构(7)能够在所述凸轮(5)受热温度升高时发生膨胀，进而撑开所述第一凹槽(6)的空间，使得所述滚珠(3)落入所述第一凹槽(6)中的部分体积增大。2.根据权利要求1所述的波发生器，其特征在于：所述热敏结构(7)还能够在所述凸轮(5)温度降低时发生收缩，进而使得所述第一凹槽(6)的空间收缩，使得所述滚珠(3)落入所述第一凹槽(6)中的部分体积减小。3.根据权利要求1所述的波发生器，其特征在于：所述第一凹槽(6)为在所述凸轮(5)的外周上环绕一圈而形成的环形槽，且所述第一凹槽(6)从所述凸轮(5)的外周朝所述凸轮(5)的径向内侧的方向延伸；所述滚珠(3)为多个，多个所述滚珠(3)均位于所述柔性轴承外圈(1)与所述凸轮(5)之间。4.根据权利要求3所述的波发生器，其特征在于：所述热敏结构(7)为卡设于所述第一凹槽(6)中的环形结构。5.根据权利要求3所述的波发生器，其特征在于：在经过所述波发生器的轴线的轴向截面内，所述第一凹槽(6)包括矩形段(61)和弧形段(4)，所述弧形段(4)位于所述凸轮(5)的外周位置且与所述滚珠(3)相适配，所述滚珠(3)的部分结构卡设于所述弧形段(4)中，所述矩形段(61)位于所述弧形段(4)的径向内周且与所述弧形段(4)连通，所述热敏结构(7)设置于所述矩形段(61)中。6.根据权利要求5所述的波发生器，其特征在于：所述矩形段(61)包括位于所述凸轮(5)的轴向一侧的第一直边(611)和位于轴向另一侧的第二直边(612)，变形后的第一直边与变形前的第一直边之间的夹角为θ，当所述凸轮(5)的温度升高时，所述θ＞0。7.根据权利要求6所述的波发生器，其特征在于：所述热敏结构(7)的膨胀系数为0.004～0.006，当所述热敏结构(7)的温度升高10℃，所述θ增大0.5
°
以上。8.根据权利要求6所述的波发生器，其特征在于：所述热敏结构(7)的温度变化与所述θ的变化成正比例函数的关系；游隙为所述滚珠在所述柔性轴承外圈(1)与所述凸轮(5)之间的运动间隙，所述游隙的变化与所述θ的变化成正相关的指数函数关系。9.根据权利要求1所述的波发生器，其特征在于：所述柔性轴承外圈(1)的内周且与所述滚珠(3)相接的位置设置有第二凹槽(2)，所述滚珠(3)的部分结构卡设于所述第二凹槽(2)中。10.根据权利要求9所述的波发生器，其特征在于：所述第二凹槽(2)为弧形槽且与所述滚珠(3)相适配。
11.一种谐波减速器，其特征在于：包括权利要求1-10中任一项所述的波发生器。
技术总结本实用新型提供一种波发生器和谐波减速器，波发生器包括：柔性轴承外圈、凸轮和滚珠，柔性轴承外圈为环状结构且套设于凸轮的外周，滚珠位于柔性轴承外圈与凸轮之间，柔性轴承外圈的内周与滚珠接触，凸轮的外周与滚珠接触，使得滚珠能在柔性轴承外圈与凸轮之间滚动；凸轮的外周且与滚珠相接的位置设置有第一凹槽，第一凹槽中设置有热敏结构，热敏结构由热敏材料制成，且热敏结构能够在凸轮受热温度升高时发生膨胀，进而撑开第一凹槽的空间，使得滚珠落入第一凹槽中的部分体积增大。根据本实用新型能够保证柔性轴承内部的游隙维持在最佳的工作范围内，减小波发生器与柔轮之间的磨损，提高波发生器的运行稳定性，有效提高柔性齿轮的工作性能。的工作性能。的工作性能。
技术研发人员：刘云飞 张亚超 谷甲甲 程中甫 石立腾 蔡达成
受保护的技术使用者：珠海格力电器股份有限公司
技术研发日：2022.08.23
技术公布日：2022/12/2
