[發明專利]一種采用非干涉且大范圍嚙合齒廓的諧波齒輪裝置

有效

• 申請號: 201510244297.0
• 申請日: 2015-05-13
• 公開（公告）號: CN104819267B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 湯秀清;莊劍毅
• 申請（專利權）人: 廣州市昊志機電股份有限公司
• 主分類號: F16H55/08
• 分類號: F16H55/08;F16H55/17
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙)44288
• 代理人: 蔡碧慧

技術領域

本發明涉及諧波齒輪裝置，尤其涉及一種采用非干涉且大范圍嚙合齒廓的諧波齒輪裝置。

背景技術

諧波齒輪傳動是一種依靠柔性齒輪的彈性變形來傳遞力和運動的傳動方式。典型的諧波減速器由柔輪、剛輪和波發生器三個元件組成。通常情況下，剛輪固定，波發生器為橢圓構件，安裝在柔輪內部，迫使柔輪按照一定規律在長軸端產生徑向變形成為橢圓狀。當波發生器被驅動旋轉時，迫使柔輪不斷產生變形，柔輪齒在變形過程中逐漸進入剛輪齒間，與剛輪齒發生嚙合，然后逐漸退出，直至完全脫開。藉此，波發生器不斷旋轉，柔輪齒不斷和剛輪齒重復進行嚙入、嚙合、嚙出、脫開的循環相互錯齒運動，這種錯齒運動將波發生器的輸入轉化為柔輪的輸出實現減速傳動。

為保證高質量的傳動性能，諧波齒輪需具有角度傳動精度、強度、剛度等方面的卓越性能，這些性能均與齒廓的選用有莫大關系。

諧波齒輪最早時采用直線三角齒形，如專利號為US2906143的美國專利文獻1公開的齒廓形狀，后來采用漸開線齒形，目前我國所用諧波齒輪仍是以漸開線齒廓為主，因為漸開線齒形在工藝上發展得最為完善。然而，為了進一步提高諧波齒輪的傳動性能，日本提出了一種基于曲線(曲面)幾何映射理論的IH齒形，如專利號為US4823638的美國專利文獻2公開的齒廓形狀，目前日本的高性能諧波齒輪采用的都是這種IH齒形。但是，其齒形是在假定柔輪和剛輪為齒條的情況下的近似設計，未考慮柔輪與剛輪在相對運動過程中柔輪齒廓會產生傾斜的情況，因此，傳動中存在齒廓干涉現象。針對該缺陷，專利號為US5456139的美國專利文獻3公開提出一種改善方法，但它只考慮了柔輪齒廓的傾斜現象，而未考慮齒廓中性線上點的運動軌跡會改變的情況，因此，專利號為US5918508的美國專利文獻4做了進一步的改善。

根據專利文獻4，其基于專利文獻2的基于曲線(曲面)的幾何映射理論，假定柔輪和剛輪為齒條，然后根據柔輪相對剛輪的運動軌跡，即得到近似設計的齒廓。接著，考慮到柔輪齒廓的傾斜現象和運動軌跡改變的情況，對近似設計的齒廓作進一步修正，即得到嚙合情況比較理想的齒廓。該齒廓在諧波齒輪傳動過程中，處于嚙入和嚙出狀態時均保持連續的正確接觸，并且不會產生齒形干涉，這樣，同時參與嚙合的齒數就會增加，嚙合范圍大。因此，齒輪的傳動性能，例如，傳動精度、強度、剛度、使用壽命等性能，均有大幅提高。

然而，專利文獻4依然存在不足，即其沒有將柔輪中性線(圓)上的模數與分度圓上的模數區分開來，導致對柔輪相對剛輪的運動軌跡產生影響，對齒廓的傾斜現象也有影響，從而對最終齒廓的獲得和齒輪的傳動性能有重要影響。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種采用非干涉且大范圍嚙合齒廓的諧波齒輪裝置，具有更為合理的齒廓并實現更好的齒廓嚙合性能。

本發明的目的采用以下技術方案實現：

一種采用非干涉且大范圍嚙合齒廓的諧波齒輪裝置，包括具有內齒的剛輪、設置在剛輪中并具有外齒的柔輪以及安裝在柔輪中的波發生器，內齒和外齒嚙合，內齒和外齒的齒廓由下式獲得：

x＝mg·[0.25π-(±τ)]-0.25m·(2θ-sin2θ)-0.5(g1-g2)??(1)

y＝0.5·m·[1-cos2θ]??(2)

其中，

rn＝m·ZF/2

mg＝(2rn+t)/[ZF-2(ha*+c*)]

g1＝h·Φ

g2＝{0.5·m·[2θ-sin2θ]-xN}+0.5·tanθ·{yN-m[1-cos2θ]}

h＝0.5·t+mg·(ha*+c*)+f

f＝0.5·m·[1-cos2θ]-0.5·tanθ·{mg·[0.25π-(±τ)]-0.25m·(2θ-sin2θ)}

Φ＝γ+μ

φ2＝θ-0.5·m·sin2θ/rn

φ1＝(ZF/ZC)·θ

μ＝arctan{2·m·sin2θ/(rn+m·cos2θ)}

xN＝[rn+m·cos2θ]·sinγ

yN＝(rn+m)-(rn+m·cos2θ)·cosγ