[發(fā)明專利]一種改善柔輪外輪廓應力集中的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110571803.2
• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113324008B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設計）人: 胡秋實;王超;王廣;李磊;周宏根
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: F16H49/00
• 分類號: F16H49/00;F16H55/17;F16H55/08
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 王美麗

本發(fā)明公開了一種改善柔輪外輪廓應力集中的方法，包括對柔輪外輪廓的結(jié)構(gòu)形狀建立坐標系，柔輪外輪廓包括依次相連的杯底法蘭直線段、杯底法蘭與杯體連接曲線段、杯底曲線過渡段、杯體連接曲線段、齒后端連接直線段、齒頂直線段、齒前端直線段和齒根曲線段。本發(fā)明通過連續(xù)的曲線方程進行柔輪外輪廓的數(shù)學描述，杯底法蘭與杯體連接段及杯體連接段采用曲線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直線，有效降低了柔輪杯底、柔輪杯體與法蘭連接處的應力集中；齒根采用曲線代替直線，有效降低由于波發(fā)生器支撐導致的柔輪齒前端與剛輪發(fā)生干涉，從而減少應力集中現(xiàn)象的發(fā)生；此外，柔輪外輪廓采用連續(xù)的曲線方程進行表征，為其加工和檢測提供數(shù)學模型，具有良好的應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及一種改善應力集中的方法，尤其涉及一種改善柔輪外輪廓應力集中的方法。

背景技術

機器人關節(jié)諧波減速器屬于高精密、高減速比的齒輪傳動裝置，是機器人實現(xiàn)運動功能必不可少的核心零部件。當前主流諧波減速器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其核心部件為圖2所示的禮帽形柔輪和剛輪，諧波減速器運動過程主要依靠橢圓形的波發(fā)生器支撐禮帽形柔輪產(chǎn)生彈性變形，波發(fā)生器轉(zhuǎn)動過程中禮帽形柔輪與剛輪形成差齒傳動，因此變形后柔輪的力學性能尤為關鍵。

由于禮帽形柔輪受到波發(fā)生器的支撐產(chǎn)生較大的應變，導致極易在柔輪齒部的前端和后端、柔輪杯底、柔輪杯體與法蘭連接處形成應力集中，如圖3和圖4所示，造成諧波減速器在使用過程中出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，極大的降低了諧波減速器的疲勞壽命。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明目的是提供一種改善柔輪外輪廓應力集中的方法，以提升諧波減速器的使用壽命。

技術方案：本發(fā)明包括以下步驟：

(1)對柔輪外輪廓的結(jié)構(gòu)形狀建立坐標系，所述的柔輪外輪廓包括依次相連的杯底法蘭直線段AB、杯底法蘭與杯體連接曲線段BC、杯底曲線過渡段CD、杯體連接曲線段DE、齒后端連接直線段EF、齒頂直線段FG、齒前端直線段GH和齒根曲線段EH；

(2)杯底法蘭與杯體連接曲線段BC，其曲線方程為：

式中，y_BC為曲線BC上任一點在笛卡爾坐標系XOY中的縱坐標值，x_BC為曲線BC上任一點在笛卡爾坐標系XOY中的橫坐標值，h為杯底的厚度，m為杯底法蘭的厚度，n為杯底法蘭距離橫坐標的距離，K為杯底的寬度；

(3)杯體連接曲線段DE，其曲線方程為：

式中，y_DE為曲線DE上任一點在笛卡爾坐標系XOY中的縱坐標值，x_DE為曲線DE上任一點在笛卡爾坐標系XOY中的橫坐標值，L為禮帽形柔輪杯體的長度；

(4)齒根曲線段EH，其曲線方程為：

式中，y_EH為曲線EH上任一點在笛卡爾坐標系XOY中的縱坐標值，x_EH為曲線EH上任一點在笛卡爾坐標系XOY中的橫坐標值。

所述步驟(1)中杯底法蘭直線段AB的直線方程為：

式中，x_AB為直線段AB上任一點在笛卡爾坐標系XOY中的橫坐標值，y_AB為直線段AB上任一點在笛卡爾坐標系中的縱坐標值，m為杯底法蘭的厚度，n為杯底法蘭距離橫坐標的距離，K為杯底的寬度。

所述步驟(1)中杯底曲線過渡段CD的曲線方程為：