一种谐波减速器柔轮的三维齿形设计方法技术

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　　本发明专利技术所公开的谐波减速器柔轮的三维齿形设计方法，包括建立柔轮、刚轮齿廓参数方程；计算不同极角下柔轮齿廓与刚轮齿廓的最小啮合侧隙CX；计算由于波发生器部件间配合间隙和波发生器与柔轮内壁配合间隙产生的柔轮周向位移量v

　　，具体公开了一种谐波减速器柔轮的三维齿形设计方法，尤其涉及一种改变柔轮齿圈轮缘厚度的谐波减速器柔轮的三维齿形设计方法。

　　[0002]谐波减速器主要由柔轮、刚轮和波发生器组成，是一种依靠柔轮在波发生器的作用下产生周期性可控弹性变形来实现轮齿啮合运动，完成运动与动力传递的减速装置，具有传动比大、传动比范围广、精度高等一系列优点。无论是作为高灵敏度随动系统的精密传动，还是作为传递大负载的动力传动，都能表现出了良好的传动性能。[0003]由于谐波减速器结构特点车床，刚轮的齿形沿齿向具有相同的形状，为一正齿轮，柔轮与波发生器装配后，齿圈部位在波发生器的作用下成近似椭圆形状，柔轮杯底部位与输出轴固连不发生变形，保持圆形，形成了柔轮从杯口到杯底的锥度变形现象。针对上述现象，为了避免刚轮齿廓与柔轮齿廓的装配干涉与啮合干涉磨球，需要对柔轮齿圈不同截面的齿廓施加变位量h，即改变柔轮齿圈轮缘的厚度。

　　[0004]有鉴于此，本专利技术为了解决现有谐波减速器装配状态下柔轮齿廓与刚轮齿廓的无侧隙接触设计方法，存在柔轮与刚轮承载啮合时极易发生啮入啮出干涉现象，影响谐波减速器运行可靠性以及使用寿命的问题，提供一种谐波减速器柔轮的三维齿形设计方法，充分考虑载荷工况下柔轮齿圈的周向拉伸位移量，对柔轮齿圈不同截面的齿廓施加变位量h，即改变柔轮齿圈轮缘的厚度，达到避免谐波减速器啮合干涉的问题。[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：[0006]一种谐波减速器柔轮的三维齿形设计方法，包括以下步骤：[0007]S1：建立以齿廓弧长s为变量的柔轮齿廓参数方程；[0008]S2：建立以齿廓弧长s为变量的刚轮齿廓参数方程；[0009]S3：依照谐波减速器传动轮齿运动规律，计算出装配状态下不同极角下柔轮齿廓与刚轮齿廓的最小啮合侧隙CX；[0010]S4：计算由于波发生器部件间配合间隙(主要是滚子与内外圈的游隙)和波发生器与柔轮内壁配合间隙产生的柔轮周向位移量vδ；[0011]S5：计算由于柔性轴承滚子与内外圈沟道的弹性接触变形所产生的柔轮周向位移[0012]S6：计算柔轮受到齿面啮合力后，中性层曲线由于拉伸作用引起周向位移vp；[0013]S7：计算由于柔轮杯体扭转影响，柔轮齿圈各截面相对主截面的周向位移改变量vKP；[0014]S8：计算考虑以上因素后的，柔轮齿圈不同截面在不同共轭角度处所需预留的最小啮合侧隙量vTi；[0015]S9：采用数值迭代计算方法，判断计算截面最小啮合侧隙CX的大小，求解出柔轮齿圈不同截面齿廓的变位量h；[0016]S10：对步骤S9计算得到的不同截面的变位量h采用最小二乘法圆弧拟合，获得适用于柔轮滚削加工的变位曲线中柔轮齿廓在柔轮中性层曲线处建立坐标系Sf(xfoyf)，以齿廓顶点起的齿廓弧长s为参变量的齿形参数方程为[0018][0019]进一步液压执行元件，步骤S2中刚轮齿廓在刚轮回转中心为原点建立坐标系Sc(xcoyc)，以齿根底点起的齿廓弧长s为参变量的齿形参数方程为[0020][0021]进一步，步骤S3中啮合侧隙是指谐波齿轮装配后可能接触的啮合齿面之间的最短距离，通常以空载情况下，柔轮工作齿面与刚轮工作齿面之间的周向侧隙AB来表示，考虑到谐波齿轮啮合过程的周期性与对称性，以柔轮转角β∈[0，π/2]时的周向侧隙来反映整个传动过程中的啮合侧隙。其计算原理为：在刚轮坐标系Sc(xcoyc)中，柔轮齿廓任意点A的坐标值为(xjA,yjA)，此时A点所对应的半径rj[0022][0023]以原点o为圆心，rj为半径的圆刚轮齿廓相交于B点，在刚轮坐标系Sc(xcoyc)中，B点坐标为(xjB,yjB)。故A、B两点的圆周侧隙为[0024][0025]计算出该运动状态下柔轮齿廓上所有点对应的圆周侧隙lAB，此时，侧隙lAB的最小值就是计算截面内相应齿轮副的啮合侧隙CX[0026]CX＝min(lAB)。[0027]进一步，步骤S4中波发生器部件间配合间隙δ主要包含柔性轴承的游隙δ1和柔轮和轴承外圈接触面之间的配合间隙δ2[0028]δ＝K(δ1+δ2)[0029]式中：K为由于谐波齿轮零件磨损而引起的间隙增大系数；[0030]消除间隙δ产生的位移量vδ为：[0031][0032]式中：为柔轮变形端极角。[0033]进一步，步骤S5中柔轮轴承滚子与内外圈沟道的弹性接触变形所产生的柔轮周向位移为[0034][0035]式中：δR0为负载下柔轮轴承的最大接触变形量，波发生器的柔性主要是柔轮轴承滚子与内外圈沟道的弹性接触变形造成的径向位移wR，该位移取决于柔性轴承滚子的接触力以及沿波发生器圆周方向力的分布，符合[0036]进一步，步骤S6中柔轮受到齿面啮合力后，中性层曲线会由于拉伸作用引起周向位移vv为[0037][0038]式中：T为负载扭矩，E为柔轮材料的弹性模量，bw为柔轮参与啮合的等效齿宽，t为柔轮齿圈壁厚。[0039]进一步，步骤S7中柔轮杯体由于载荷作用发生扭转后，对轮齿的相对位置分析起作用的并不是扭转引起的点位移，而是引起的柔轮母线的转角λKP，即[0040]λKP＝Tr0/GIp[0041]式中：G为切变模量；IP为极惯性矩，IP＝2πr03t；[0042]由于柔轮扭转的影响，柔轮齿圈各截面相对主截面的周向位移改变量vKP为[0043]vKP＝T(l0‑l)/2πGr02t[0044]式中：l0为主截面距柔轮杯底的轴向距离，l为待计算的截面距柔轮杯底的轴向距离。[0045]进一步，步骤S8中在三维齿形设计中，不同截面在不同的共轭角度处所需预留的啮合侧隙量vTi为[0046][0047]进一步，步骤S9

　　【技术特征摘要】1.一种谐波减速器柔轮的三维齿形设计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：建立以齿廓弧长s为变量的柔轮齿廓参数方程；S2：建立以齿廓弧长s为变量的刚轮齿廓参数方程；S3：依照谐波减速器传动轮齿运动规律柔轮齿圈壁厚中性层，计算装配状态下不同极角下柔轮齿廓与刚轮齿廓的最小啮合侧隙CX；S4：计算由于波发生器部件间配合间隙(主要是滚子与内外圈的游隙)和波发生器与柔轮内壁配合间隙产生的柔轮周向位移量v

　　δ；S5：计算由于柔性轴承滚子与内外圈沟道的弹性接触变形所产生的柔轮周向位移S6：计算柔轮受到齿面啮合力后，中性层曲线由于拉伸作用引起周向位移vp；S7：计算由于柔轮杯体扭转影响，柔轮齿圈各截面相对主截面的周向位移改变量vKP；S8：计算考虑以上因素后的，柔轮齿圈不同截面在不同共轭角度处所需预留的最小啮合侧隙量vTi；S9：采用数值迭代计算方法低背压式机械密封，判断计算截面最小啮合侧隙CX的大小，求解出柔轮齿圈不同截面齿廓的变位量h；S10：对步骤S9计算得到的不同截面的变位量h采用最小二乘法圆弧拟合，获得适用于柔轮滚削加工的变位曲线所述谐波减速器柔轮的三维齿形设计方法，其特征在于：步骤S1中柔轮齿廓在柔轮中性层曲线处建立坐标系Sf(xfoyf)，以齿廓顶点起的齿廓弧长s为参变量的齿形参数方程为3.根据权利要求2所述谐波减速器柔轮的三维齿形设计方法，其特征在于：步骤S2中刚轮齿廓在刚轮回转中心为原点建立坐标系Sc(xcoyc)，以齿根底点起的齿廓弧长s为参变量的齿形参数方程为4.根据权利要求3所述谐波减速器柔轮的三维齿形设计方法，其特征在于：步骤S3中啮合侧隙是指谐波齿轮装配后可能接触的啮合齿面之间的最短距离，通常以空载情况下，柔轮工作齿面与刚轮工作齿面之间的周向侧隙AB来表示，考虑到谐波齿轮啮合过程的周期性与对称性，以柔轮转角β∈[0，π/2]时的周向侧隙来反映整个传动过程中的啮合侧隙。其计算原理为：在刚轮坐标系Sc(xcoyc)中螺尾，柔轮齿廓任意点A的坐标值为(xjA，yjA)，此时A点所对应的半径rj以原点o为圆心，rj为半径的圆刚轮齿廓相交于B点，在刚轮坐标系Sc(xcoyc)中，B点坐标为(xjB，yjB)。故A、B两点的圆周侧隙为计算出该运动状态下柔轮齿廓上所有点对应的圆周侧隙lAB，此时，侧隙lAB...