[发明专利]具有连续啮合齿形的谐波齿轮的齿形设计方法

权利要求书

1.一种具有连续啮合齿形的谐波齿轮的齿形设计方法，其中谐波齿轮由刚轮、柔轮、波发生器组成，刚轮为刚性内齿轮，柔轮为杯形圆柱直齿外齿轮，刚轮齿数与所述柔轮齿数之差为二，刚轮齿形由旋转变换法描述的柔轮变形端中线上点的运动轨迹通过偏移和等距生成，柔轮齿形由设计刚轮齿形的等距距离为半径的圆弧齿顶和与圆弧齿顶光滑过渡的曲线组成；其特征在于：包括步骤如下：

第一步：谐波齿轮传动第一类运动，此时波发生器为固定状态，柔轮和刚轮为运动状态；得到柔轮变形端中线上任意点用K表示的形式：

其中，K表示柔轮变形端中线的弧长被均分成e段的第K段，e取正整数；Φ₁(K-1)表示横坐标值；Φ₂(K-1)表示纵坐标值；

第二步：谐波齿轮传动的第二类运动，给第一步谐波齿轮传动第一类运动的整个轮系加上一个与刚轮角速度相反的旋转运动，刚轮处于静止状态，则谐波齿轮传动第一类运动转化为第二类运动，此时柔轮和波发生器为转动状态，刚轮为固定状态；

第一步中的式(1)乘上一个坐标变换矩阵得到第二类运动状态，柔轮变形端中线上任意点在刚轮不动坐标系下的运动轨迹表达式：

其中，φ′表示谐波齿轮传动第一类运动转化为第二类运动转过的角度；

第三步：确定柔轮变形端中点轨迹的偏移曲线；柔轮变形端中点轨迹的偏移距离以如下形式给出：

其中，d表示柔轮变形端中点轨迹的偏移距离；

然后在谐波齿轮传动的第二类运动中，根据式(2)和式(3)可求得在刚轮不动坐标系下柔轮变形端中点轨迹的偏移曲线，其曲线方程如下式：

根据式(4)，可求得柔轮变形端中点轨迹的偏移曲线的切线倾斜角为：

第四步：刚轮齿形的确定；刚轮齿形是由柔轮变形端中点轨迹的偏移曲线的等距曲线生成，所以，根据式(4)可获得刚轮的理论齿形；其齿形方程为：

或

其中，R表示等距距离；

柔轮齿形由设计刚轮齿形的等距距离R为半径的圆弧齿顶和与圆弧齿顶光滑过渡的曲线组成，与圆弧齿顶光滑过渡的直线包裹起来的区域，理论上在此区域内的曲线都可作为柔轮的过渡曲线。

2.根据权利要求1所述的具有连续啮合齿形的谐波齿轮的齿形设计方法，其特征在于，第一步中波发生器为椭圆凸轮、余弦凸轮或双偏心圆弧凸轮中的一种形式。