[发明专利]一种柔轮及其齿形设计方法和谐波减速器

说明书

本发明涉及一种柔轮及其齿形设计方法和谐波减速器，方法包括：建立直角坐标系XOY；以距离Y轴长度为b的线作为基准线l，根据所述基准线l确定滚圆的圆心和半径后，基于所述直角坐标系XOY、基准线l和滚圆建立第一齿廓设计模型，采用第一齿廓设计模型进行直摆线CE段的设计；基建立第二齿廓设计模型，采用第二齿廓设计模型进行齿顶过渡圆弧BD段的设计后，以齿顶过渡圆弧BD段来代替柔轮齿形的齿顶直摆线齿形CD段和直线BC段；建立第三齿廓设计模型，采用第三齿廓设计模型进行副啮合区用圆弧齿廓EF段的设计；建立第四齿廓设计模型，采用第四齿廓设计模型进行齿根圆弧FG段的设计。本发明解决了目前谐波减速器柔轮应力集中、共轭区间小、磨损大等问题。

技术领域

本发明涉及谐波减速器技术领域，尤其涉及一种柔轮及其齿形设计方法和谐波减速器。

背景技术

谐波减速器具有传动比大、体积小、重量轻、承载能力高、传动效率高、传动精度高等优点，在机器人，雷达，卫星，机床以及航天航空等领域广泛应用。谐波减速器主要由三大部件构成，柔轮，刚轮，波发生器，是一种依靠柔性齿轮的弹性变形来传递力和运动的传动方式。

谐波减速器的运动过程是基于柔轮的周期弹性变形以及刚轮和柔轮之间齿廓的啮合，这要求设计适当的齿廓来保证传动平稳，精度及承载能力。目前谐波减速器柔轮主要采用的渐开线或双圆弧齿形，渐开线齿形因其加工工艺成熟，可实现变位等优点得到了广泛应用，但其也有很明显的缺陷：齿根部有严重的应力集中现象；接触应力大，齿廓磨损严重；共轭区间小，受载变形时存在尖点啮合等。普通双圆弧齿形虽然在一定程度上提高了承载能力和解决了应力集中现象，但无法变位，且传动承载能力，抗磨损能力以及传动平稳性方面仍有优化空间。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种柔轮及其齿形设计方法和谐波减速器，用以解决目前谐波减速器的柔轮应力集中、共轭区间小、磨损大的问题。

第一方面，本发明提供一种柔轮齿形的设计方法，包括如下步骤：

建立直角坐标系XOY，其中，所述直角坐标系XOY以柔轮的轮齿对称轴为Y轴，以柔轮的中性层曲线与Y轴的交点为原点O；

以距离Y轴长度为b的线作为基准线l，根据所述基准线l确定滚圆的圆心和半径后，基于所述直角坐标系XOY、基准线l和滚圆建立第一齿廓设计模型，采用第一齿廓设计模型进行柔轮齿形的直摆线CE段的设计；

基于所述柔轮齿形的直摆线CE段建立第二齿廓设计模型，采用第二齿廓设计模型进行齿顶过渡圆弧BD段的设计后，以齿顶过渡圆弧BD段来代替柔轮齿形的齿顶直摆线齿形CD段和直线BC段；

基于所述柔轮齿形的直摆线CE段建立第三齿廓设计模型，采用第三齿廓设计模型进行柔轮齿形的副啮合区用圆弧齿廓EF段的设计；

基于所述柔轮齿形的副啮合区用圆弧齿廓EF段建立第四齿廓设计模型，采用第四齿廓设计模型进行柔轮齿形的齿根圆弧FG段的设计，以完成所述柔轮齿形的设计。

优选的，所述的柔轮齿形的设计方法中，所述第一齿廓设计模型为：

其中，θ为滚圆沿基准线l向上转动的角度，θ∈[θ_E4,θ_C4]，r₄为滚圆半径，k为短幅系数，θ_E4为直摆线CE段在E点转角，θ_C4为直摆线CE段在C点转角，ph为初始点H与X轴的距离，x_CE为直摆线CE段上与滚圆圆心O₄的夹角为θ的点的横坐标，y_CE为直摆线CE段上与滚圆圆心O₄的夹角为θ的点的纵坐标。

优选的，所述的柔轮齿形的设计方法中，所述θ_E4的值不小于10°，且不大于30°。