[發(fā)明專(zhuān)利]一種柔輪及其齒形設(shè)計(jì)方法和諧波減速器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110306879.2
• 申請(qǐng)日: 2021-03-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113032923B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李波;韓金林
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/17
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/17;G06F30/20;F16H49/00;G06F111/04
• 代理公司: 武漢智嘉聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 42231
• 代理人: 黃君軍

本發(fā)明涉及一種柔輪及其齒形設(shè)計(jì)方法和諧波減速器，方法包括：建立直角坐標(biāo)系XOY；以距離Y軸長(zhǎng)度為b的線作為基準(zhǔn)線l，根據(jù)所述基準(zhǔn)線l確定滾圓的圓心和半徑后，基于所述直角坐標(biāo)系XOY、基準(zhǔn)線l和滾圓建立第一齒廓設(shè)計(jì)模型，采用第一齒廓設(shè)計(jì)模型進(jìn)行直擺線CE段的設(shè)計(jì)；基建立第二齒廓設(shè)計(jì)模型，采用第二齒廓設(shè)計(jì)模型進(jìn)行齒頂過(guò)渡圓弧BD段的設(shè)計(jì)后，以齒頂過(guò)渡圓弧BD段來(lái)代替柔輪齒形的齒頂直擺線齒形CD段和直線BC段；建立第三齒廓設(shè)計(jì)模型，采用第三齒廓設(shè)計(jì)模型進(jìn)行副嚙合區(qū)用圓弧齒廓EF段的設(shè)計(jì)；建立第四齒廓設(shè)計(jì)模型，采用第四齒廓設(shè)計(jì)模型進(jìn)行齒根圓弧FG段的設(shè)計(jì)。本發(fā)明解決了目前諧波減速器柔輪應(yīng)力集中、共軛區(qū)間小、磨損大等問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及諧波減速器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種柔輪及其齒形設(shè)計(jì)方法和諧波減速器。

背景技術(shù)

諧波減速器具有傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、承載能力高、傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)精度高等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)器人，雷達(dá)，衛(wèi)星，機(jī)床以及航天航空等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。諧波減速器主要由三大部件構(gòu)成，柔輪，剛輪，波發(fā)生器，是一種依靠柔性齒輪的彈性變形來(lái)傳遞力和運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)方式。

諧波減速器的運(yùn)動(dòng)過(guò)程是基于柔輪的周期彈性變形以及剛輪和柔輪之間齒廓的嚙合，這要求設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)凝X廓來(lái)保證傳動(dòng)平穩(wěn)，精度及承載能力。目前諧波減速器柔輪主要采用的漸開(kāi)線或雙圓弧齒形，漸開(kāi)線齒形因其加工工藝成熟，可實(shí)現(xiàn)變位等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用，但其也有很明顯的缺陷：齒根部有嚴(yán)重的應(yīng)力集中現(xiàn)象；接觸應(yīng)力大，齒廓磨損嚴(yán)重；共軛區(qū)間小，受載變形時(shí)存在尖點(diǎn)嚙合等。普通雙圓弧齒形雖然在一定程度上提高了承載能力和解決了應(yīng)力集中現(xiàn)象，但無(wú)法變位，且傳動(dòng)承載能力，抗磨損能力以及傳動(dòng)平穩(wěn)性方面仍有優(yōu)化空間。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，有必要提供一種柔輪及其齒形設(shè)計(jì)方法和諧波減速器，用以解決目前諧波減速器的柔輪應(yīng)力集中、共軛區(qū)間小、磨損大的問(wèn)題。

第一方面，本發(fā)明提供一種柔輪齒形的設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

建立直角坐標(biāo)系XOY，其中，所述直角坐標(biāo)系XOY以柔輪的輪齒對(duì)稱(chēng)軸為Y軸，以柔輪的中性層曲線與Y軸的交點(diǎn)為原點(diǎn)O；

以距離Y軸長(zhǎng)度為b的線作為基準(zhǔn)線l，根據(jù)所述基準(zhǔn)線l確定滾圓的圓心和半徑后，基于所述直角坐標(biāo)系XOY、基準(zhǔn)線l和滾圓建立第一齒廓設(shè)計(jì)模型，采用第一齒廓設(shè)計(jì)模型進(jìn)行柔輪齒形的直擺線CE段的設(shè)計(jì)；

基于所述柔輪齒形的直擺線CE段建立第二齒廓設(shè)計(jì)模型，采用第二齒廓設(shè)計(jì)模型進(jìn)行齒頂過(guò)渡圓弧BD段的設(shè)計(jì)后，以齒頂過(guò)渡圓弧BD段來(lái)代替柔輪齒形的齒頂直擺線齒形CD段和直線BC段；

基于所述柔輪齒形的直擺線CE段建立第三齒廓設(shè)計(jì)模型，采用第三齒廓設(shè)計(jì)模型進(jìn)行柔輪齒形的副嚙合區(qū)用圓弧齒廓EF段的設(shè)計(jì)；

基于所述柔輪齒形的副嚙合區(qū)用圓弧齒廓EF段建立第四齒廓設(shè)計(jì)模型，采用第四齒廓設(shè)計(jì)模型進(jìn)行柔輪齒形的齒根圓弧FG段的設(shè)計(jì)，以完成所述柔輪齒形的設(shè)計(jì)。

優(yōu)選的，所述的柔輪齒形的設(shè)計(jì)方法中，所述第一齒廓設(shè)計(jì)模型為：

其中，θ為滾圓沿基準(zhǔn)線l向上轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，θ∈[θ_E4,θ_C4]，r₄為滾圓半徑，k為短幅系數(shù)，θ_E4為直擺線CE段在E點(diǎn)轉(zhuǎn)角，θ_C4為直擺線CE段在C點(diǎn)轉(zhuǎn)角，ph為初始點(diǎn)H與X軸的距離，x_CE為直擺線CE段上與滾圓圓心O₄的夾角為θ的點(diǎn)的橫坐標(biāo)，y_CE為直擺線CE段上與滾圓圓心O₄的夾角為θ的點(diǎn)的縱坐標(biāo)。

優(yōu)選的，所述的柔輪齒形的設(shè)計(jì)方法中，所述θ_E4的值不小于10°，且不大于30°。