[發(fā)明專利]對數(shù)螺旋線共軛齒廓諧波減速器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110930198.3
• 申請日: 2021-08-13
• 公開（公告）號: CN113503353B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊玉虎;周國成;解然;沈兆光
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: F16H49/00
• 分類號: F16H49/00;F16H57/021;F16H57/023
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發(fā)明公開了一種對數(shù)螺旋線共軛齒廓諧波減速器，包括剛輪、柔輪、波發(fā)生器以及柔性軸承。剛輪和柔輪在嚙入狀態(tài)下的齒廓，分別采用同一條對數(shù)螺旋線上的兩段不同區(qū)間的曲線設(shè)計齒廓，所述對數(shù)螺旋線原點與所述柔輪的回轉(zhuǎn)中心重合，在嚙合傳動過程中實現(xiàn)完全共軛。其中，剛輪齒廓曲線的最小曲率半徑大于柔輪齒廓曲線的最大曲率半徑。在嚙入狀態(tài)下，剛輪和柔輪的齒廓間形成漸縮式楔形側(cè)隙，在負(fù)載時，共軛齒廓達(dá)到近似的面接觸；且剛輪和柔輪的齒廓曲線的曲率半徑相差越小，共軛齒廓間側(cè)隙越小，近似面接觸程度越高。對數(shù)螺旋線共軛齒廓諧波減速器具有高承載、抗沖擊，高精度、小回差，低滑動率、高效率等特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及精密齒輪傳動領(lǐng)域，具體涉及諧波傳動領(lǐng)域，尤其涉及一種對數(shù)螺旋線共軛齒廓諧波減速器。

背景技術(shù)

近年來，隨著生產(chǎn)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，航空航天、國防、醫(yī)療、機器人、精密機床等領(lǐng)域，對減速器提出了更高的要求。尤其在國防與武器裝備等特種領(lǐng)域應(yīng)用的精密減速器，往往具有小體積、高承載、抗沖擊等更為苛刻的性能要求。

諧波齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)緊湊、速比大、體積小、質(zhì)量輕、承載能力大、背隙小與傳動精度高等突出優(yōu)點，成為了工程應(yīng)用的首選。在諧波齒輪傳動中，柔輪隨著波發(fā)生器的形狀產(chǎn)生復(fù)雜的彈性變形，因而諧波傳動領(lǐng)域的新型齒廓具有更大的設(shè)計空間，成為了齒輪傳動的研究熱點。

回顧諧波傳動的發(fā)展歷史，1955年美國學(xué)者C.W.Musser首次提出橢圓形波發(fā)生器直線齒廓諧波傳動的基本構(gòu)想，但沒有考慮柔輪中性層線上點的切向位移，以及彈性變形所引起的柔輪齒的擺動，因此直線齒形嚙合性能不好，并非諧波傳動的理想齒廓。為提高齒廓的嚙合性能，相關(guān)學(xué)者圍繞齒廓的優(yōu)化與創(chuàng)新展開了大量研究。漸開線齒形由于其成熟的工藝性，很早被用以替代柔輪的直線齒形，但漸開線齒廓在負(fù)載狀態(tài)下存在齒頂干涉和邊緣嚙合的問題，印度學(xué)者R.Maiti提出波發(fā)生器凸輪形狀在長軸嚙合段采用圓弧，在脫開嚙合段采用橢圓曲線與圓弧相切，可實現(xiàn)漸開線齒廓理論完全共軛嚙合。

目前廣泛應(yīng)用的諧波齒輪齒形還有雙圓弧齒形，其是由兩段圓弧及一段與之相切的直線組成，改善了空載狀態(tài)下嚙合齒數(shù)過少的問題，同時參與嚙合齒數(shù)大大提高。然而，針對雙圓弧齒形的研究，都是對柔輪齒形進(jìn)行設(shè)計，利用嚙合方程求出復(fù)雜的剛輪齒形，進(jìn)而用簡單曲線進(jìn)行逼近擬合，以滿足加工的需要。這種方法會導(dǎo)致實際加工出的齒廓嚙合狀態(tài)與理論分析結(jié)果存在偏差，降低齒廓性能，且難以根據(jù)性能對齒廓參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)正向設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提出一種具有理論設(shè)計基礎(chǔ)的新型高性能的對數(shù)螺旋線共軛齒廓諧波減速器。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的對數(shù)螺旋線共軛齒廓諧波減速器，包括剛輪、柔輪、波發(fā)生器以及柔性軸承，所述柔性軸承設(shè)置于柔輪和波發(fā)生器之間；所述剛輪和所述柔輪在嚙入狀態(tài)下的齒廓，分別采用同一條對數(shù)螺旋線上兩段不同區(qū)間的曲線設(shè)計，所述對數(shù)螺旋線原點與所述柔輪的回轉(zhuǎn)中心重合；所述剛輪和所述柔輪的齒廓在嚙合傳動過程中實現(xiàn)完全共軛，所述剛輪的齒廓曲線的最小曲率半徑大于所述柔輪的齒廓曲線的最大曲率半徑。

進(jìn)一步講，本發(fā)明所述的對數(shù)螺旋線共軛齒廓諧波減速器，其中：

在嚙入狀態(tài)下，所述剛輪和所述柔輪的共軛齒廓間形成漸縮式楔形側(cè)隙，且所述剛輪和所述柔輪的齒廓曲線的曲率半徑相差越小，共軛齒廓間的楔形側(cè)隙越小。

所述波發(fā)生器的廓線是所述柔輪的中性層的內(nèi)等距曲線，所述廓線關(guān)于所述波發(fā)生器的長軸和短軸分別對稱，所述廓線包括：兩個長軸過渡段、兩個短軸過渡段和四個分別位于每段長軸過渡段和短軸過渡段之間的工作段；其中，所述長軸過渡段和工作段的連接點、所述短軸過渡段和工作段的連接點均采用光滑連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明的對數(shù)螺旋線共軛齒廓諧波減速器，其中的剛輪齒廓曲線的曲率半徑大于所述柔輪齒廓曲線的曲率半徑，保證了嚙合傳動過程中輪齒不發(fā)生干涉。