[发明专利]具有连续啮合齿形的谐波齿轮的齿形设计方法

说明书

本发明提供了一种具有连续啮合齿形的谐波齿轮的廓形设计方法，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；本发明提供的一种应用旋转变换法而形成的具有连续啮合齿形的谐波齿轮的齿形设计方法，具有齿形设计简便，设计的谐波齿轮具有啮合齿数多，承载能力大、疲劳寿命长、柔轮发生畸变小，啮入深度大，传动精度高，平稳性好和耐磨等特点，非常适合高精尖谐波齿轮传动的齿形设计。

技术领域

本发明属于谐波齿轮传动技术领域，尤其涉及一种具有连续啮合齿形的谐波齿轮的齿形设计方法。

背景技术

随着工业机器人行业的迅猛发展，谐波齿轮传动装置的使用需求变得更加广泛，尤其是高精度、小体积和高可靠性谐波齿轮传动的使用量急剧增加，这对研究谐波齿轮传动较晚的我国科研人员来说具有较大的挑战。目前全国各地研究和制造谐波齿轮传动的院所和企业有许多，它们的主要研究范围是多方面的，其中之一就是啮合齿形的研究。

关于齿形方面的研究，谐波齿轮传动最早使用的是直线齿形，它是由美国学者C.W.Musser提出的。受谐波齿轮传动问世不久，C.W.Musser对它的啮合原理认识不充分，没有考虑到柔轮中线曲率的变化会引起柔轮轮齿对称轴线的转动。所以，提出的直线齿形很难保证齿轮啮合时两齿相互共轭。随着啮合理论研究的深入，科研人员证明了渐开线齿形应用于谐波齿轮传动的可行性，并付诸于实践。加之于渐开线齿形有着成熟的工艺，使它在谐波齿轮传动中成为应用最广泛的齿形。但是严格来说，渐开线齿形的正确啮合角小，只有几度，在其他啮合角时属于尖点啮合，从而造成了谐波齿轮传动精度不高和负载能力低，可靠性较差等问题。这些缺点对于传动要求较高的机械设备来说显然是无法接受的。

近年来，为了设计出满足高精度要求的谐波齿轮，各种各样的齿形被设计了出来。日本科研人员设计的S型齿形，理论上实现了谐波齿轮传动的连续啮合。由于该齿形的设计是基于齿数无穷多的假设，对于有些齿数较少的谐波齿轮传动装置，并不符合共轭啮合，亦就不能保证最佳的啮合性能。国内学者，基于包络法、改进运动法、瞬心线法或旋转变换法(CN110688716A)等设计了双圆弧共轭齿形。这种齿形的设计思路，是先给定一种齿轮的齿形参数来求共轭齿形。然后根据分析评价啮合性能指标，来调节初始参数，使互为共轭的齿形达到最佳啮合性能。最后对共轭齿形进行拟合，实现谐波齿轮传动齿形的设计。由于双圆弧齿形是由多段曲线拼接而成，需要对每一段齿形的共轭齿形进行分析评价和共轭齿形的拟合，故而实现起来比较繁琐。而且对于拟合误差、拟合函数的选择比较困难，若拟合函数选择不当会对谐波齿轮传动的设计造成很大的问题。通常还需要对拟合曲线进行侧隙评估，而侧隙评估方法的优劣和计算误差也会对共轭齿形的设计产生影响。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种可使柔轮与刚轮的啮合齿对连续接触和实现所有齿对啮合的(实现所有齿对啮合，可能对谐波齿轮传动造成影响；可根据实际情况，调节齿形参数，使柔轮与刚轮啮合时保留一定量的侧隙，原本在波发生器短轴处刚好接触的刚轮与柔轮齿保持适当距离，以实现啮合齿对数最大化的同时不影响谐波齿轮传动)，能够提高传动精度和承载能力、降低噪音的具有连续啮合齿形的谐波齿轮。

本发明所要解决的技术问题是，为使繁琐的齿形设计方法得到简化和设计出符合谐波齿轮啮合原理的齿形，提供一种应用旋转变换法而形成的具有连续啮合齿形的谐波齿轮的齿形设计方法。