[發明專利]一種小型諧波減速器及其優化設計方法

有效

• 申請號: 201310548529.2
• 申請日: 2013-11-06
• 公開（公告）號: CN103615501A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 龔榮文;李忠濤;趙亞妮;代永波
• 申請（專利權）人: 中國航天科技集團公司第九研究院第七七一研究所
• 主分類號: F16H1/28
• 分類號: F16H1/28;F16H55/17;F16H55/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明涉及諧波減速器的結構設計，具體為一種小型諧波減速器的優化設計方法。

背景技術

標準諧波減速器已經在導彈、衛星、無人機等舵機領域得到了廣泛地應用，標準諧波減速器柔輪的壁厚為σ=（0.01～0.0145）d，其中d為柔輪分度圓直徑，嚙合齒高為h=（1.4～1.6）m，其中m為齒輪模數；但是將現有的設計方法應用到直徑小于25mm，扭矩大于5N·m的小型諧波減速器的設計時，得到的小型諧波減速器的結構強度不夠，容易發生柔輪的疲勞斷裂、齒面磨損、齒輪或波發生器產生滑移的問題，而且傳動扭矩小，不能滿足實際使用需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種小型諧波減速器及其優化設計方法，在滿足尺寸和扭矩的要求下，能夠滿足結構和壽命要求，符合實際需要。

本發明是通過以下技術方案來實現：

本發明一種小型諧波減速器優化設計方法，包括如下步驟，

1）確定優化設計所需的計算參數，并計算得出優化設計的目標參數；

計算參數為齒輪齒高h_n，柔輪壁厚S和柔輪變位系數x₁；根據修正系數和已知的設計參數通過如下優化公式進行運算取值，

h_n=（1.8～2）m，

S=（（75+Z1/4）Z1×m）/1000+ζ₁×m，

x₁=1.25+S/m+ζ₂，

其中，m為齒輪模數，Z₁為柔輪齒數，ζ₁為扭矩修正系數，ζ₂為柔輪齒形修正系數；

利用計算參數計算得出若干目標參數，并組成目標參數解集；所述的目標參數為對應成組的柔輪變位系數x₁和剛輪變位系數x₂；

2）確定計算參數和目標參數的取值范圍，得到符合取值范圍的目標參數解集；為了滿足直徑小于25mm的設計要求，得到柔輪壁厚S的取值范圍為1.2～1.5m，m為齒輪模數；為了保證工作壓力角小于28度，得到x₁的取值范圍為2.45～3.5；為了滿足實現加工的要求，x₂的取值范圍為x₁+（1～1.2）；

3）將符合取值范圍的目標參數解集中的目標參數進行迭代循環篩選，得到最優目標參數；所述的目標參數分別迭代到標準諧波減速器的設計方法中，利用約束條件和仿真模擬得出最優目標參數，所述的最優目標參數為對應成組的最優柔輪變位系數X1和最優剛輪變位系數X2；

4）根據得到的最優目標參數以及其對應的計算參數，計算得出其他加工制造參數，進行小型諧波減速器的優化設計制造。

優選的，根據小型諧波減速器的扭矩大于5N·m的設計要求，扭矩修正系數ζ₁表示為ζ₁=T/(mZ₁)；根據柔輪工作壓力角在25-28度范圍內按0.01的增量從小增大變化取值的設計要求，柔輪齒形修正系數ζ₂表示為ζ₂=T/(2Z1)；其中，T為輸出力矩，m為齒輪模數，Z1為柔輪齒數。

優選的，所述的約束條件包括如下六個條件，

a.嚙合齒輪齒頂弧長不小于0.4m，m為齒輪模數；

b.插齒刀所能加工的條件，保證不發生剛輪頂切；

c.齒輪嚙入或嚙出瞬時不發生齒頂干涉；

d.任意位置不發生齒廓重迭干涉；

e.不發生過渡曲線干涉；

f.滿足最小側隙要求，允許在曲線最低點存在小于0.005mm的輕度干涉。

進一步，所述的齒輪嚙入或嚙出瞬時不發生齒頂干涉需要滿足；