[发明专利]具有双圆弧齿廓的谐波齿轮传动

说明书

技术领域

本发明涉及一种谐波齿轮传动，特别是一种具有双圆弧齿廓的谐波齿轮传动。

背景技术

谐波传动技术是二十世纪中期随着空间科学、宇航技术的发展，在弹性薄壳理论的基础上出现的一种新型的传动技术。它具有运动精度高、传动比大、重量轻、体积小、承载能力大、并能在密闭空间和介质辐射的工况下正常工作等优点，已经成功应用于空间技术、仪器仪表、机器人、印刷机械及医疗器械等领域中。

谐波传动装置通常由波发生器、柔轮和刚轮等构件组成，俗称“三大件”。其运动学可简述如下。

如附图1所示的具有内置波发生器的谐波传动，在波发生器1的作用下，横截面为圆形的弹性薄壁构件柔轮2发生弹性变形。在波发生器长轴方向，柔轮2的外壁被紧压在横截面为圆形的刚轮3的内壁上。当波发生器1旋转时，柔轮2沿则着刚轮1的内壁滚动。如果为无滑动的滚动，则柔轮2与刚轮3相互转过由其周长差决定的角度。假设柔轮2外壁未变形前的半径为r，刚轮3内壁的半径为R，其周长差为2π(R-r)＝2πw₀。波发生器1每转一转，两轮相对转过的转角为：当刚轮3固定时，柔轮2沿波发生器1的旋转方向转过φ＝2πw₀/r的角度；当柔轮2固定时，刚轮3沿波发生器1旋转的反方向转过φ＝-2πw₀/R的角度。在上述情况下，从波发生器1到柔轮2的传动比为i123=r/w0=r/(R-r),]]>从波发生器1到刚轮3的传动比为i132=-R/w0=-R/(R-r).]]>在普通的摩擦传动中，传动比等于两个摩擦轮直径之比，如果柔轮2与刚轮3的接触面分别制有轮齿，则上述比值应代以齿数与齿数差之比，谐波摩擦传动即演变为谐波齿轮传动。国内生产的谐波齿轮传动目前主要采用渐开线齿廓。

谐波齿轮传动工作能力的主要准则，可以列为以下几个方面：柔轮的疲劳强度，轮齿的磨损，轮齿或波发生器产生滑移，柔性轴承的强度以及发热问题等，而柔轮的疲劳断裂是造成谐波齿轮传动失效的主要原因。

柔轮齿圈影响系数和柔轮齿根理论应力集中系数是影响柔轮疲劳断裂的主要因素。

柔轮齿圈的刚度不连续使柔轮齿圈的周向应力是光壳的k_t倍，因此称k_t为轮齿影响系数。由于实际渐开线齿形方程很复杂，所以将轮齿简化为具有节圆齿厚和节圆压力角的梯形。实际上，轮齿影响系数是随齿高厚度比(h/t〕、柔轮变位系数和齿数而变化的。计算表明，随着h/t增大和齿数的增多，k_t呈上升趋势，其中以齿高壁厚比的影响最显著。因为随着变位系数的增加，节圆处压力角增大，齿厚系数有所减小，导致齿槽与齿根惯性矩的比值上升，所以k_t随着变位系数的增加而减小。

由于齿根圆角的存在，在齿根部分实际上存在着应力集中，在光弹实验和齿条试验的基础上，获得的应力集中系数的近似值为1.8～2.0^[1]。为了定量地描述齿根圆角半径的影响，可以利用Shuwalov计算公式：