[发明专利]一种改善柔轮外轮廓应力集中的方法

说明书

本发明公开了一种改善柔轮外轮廓应力集中的方法，包括对柔轮外轮廓的结构形状建立坐标系，柔轮外轮廓包括依次相连的杯底法兰直线段、杯底法兰与杯体连接曲线段、杯底曲线过渡段、杯体连接曲线段、齿后端连接直线段、齿顶直线段、齿前端直线段和齿根曲线段。本发明通过连续的曲线方程进行柔轮外轮廓的数学描述，杯底法兰与杯体连接段及杯体连接段采用曲线代替传统的直线，有效降低了柔轮杯底、柔轮杯体与法兰连接处的应力集中；齿根采用曲线代替直线，有效降低由于波发生器支撑导致的柔轮齿前端与刚轮发生干涉，从而减少应力集中现象的发生；此外，柔轮外轮廓采用连续的曲线方程进行表征，为其加工和检测提供数学模型，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种改善应力集中的方法，尤其涉及一种改善柔轮外轮廓应力集中的方法。

背景技术

机器人关节谐波减速器属于高精密、高减速比的齿轮传动装置，是机器人实现运动功能必不可少的核心零部件。当前主流谐波减速器的结构如图1所示，其核心部件为图2所示的礼帽形柔轮和刚轮，谐波减速器运动过程主要依靠椭圆形的波发生器支撑礼帽形柔轮产生弹性变形，波发生器转动过程中礼帽形柔轮与刚轮形成差齿传动，因此变形后柔轮的力学性能尤为关键。

由于礼帽形柔轮受到波发生器的支撑产生较大的应变，导致极易在柔轮齿部的前端和后端、柔轮杯底、柔轮杯体与法兰连接处形成应力集中，如图3和图4所示，造成谐波减速器在使用过程中出现断裂现象，极大的降低了谐波减速器的疲劳寿命。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种改善柔轮外轮廓应力集中的方法，以提升谐波减速器的使用寿命。

技术方案：本发明包括以下步骤：

(1)对柔轮外轮廓的结构形状建立坐标系，所述的柔轮外轮廓包括依次相连的杯底法兰直线段AB、杯底法兰与杯体连接曲线段BC、杯底曲线过渡段CD、杯体连接曲线段DE、齿后端连接直线段EF、齿顶直线段FG、齿前端直线段GH和齿根曲线段EH；

(2)杯底法兰与杯体连接曲线段BC，其曲线方程为：

式中，y_BC为曲线BC上任一点在笛卡尔坐标系XOY中的纵坐标值，x_BC为曲线BC上任一点在笛卡尔坐标系XOY中的横坐标值，h为杯底的厚度，m为杯底法兰的厚度，n为杯底法兰距离横坐标的距离，K为杯底的宽度；

(3)杯体连接曲线段DE，其曲线方程为：

式中，y_DE为曲线DE上任一点在笛卡尔坐标系XOY中的纵坐标值，x_DE为曲线DE上任一点在笛卡尔坐标系XOY中的横坐标值，L为礼帽形柔轮杯体的长度；

(4)齿根曲线段EH，其曲线方程为：

式中，y_EH为曲线EH上任一点在笛卡尔坐标系XOY中的纵坐标值，x_EH为曲线EH上任一点在笛卡尔坐标系XOY中的横坐标值。

所述步骤(1)中杯底法兰直线段AB的直线方程为：

式中，x_AB为直线段AB上任一点在笛卡尔坐标系XOY中的横坐标值，y_AB为直线段AB上任一点在笛卡尔坐标系中的纵坐标值，m为杯底法兰的厚度，n为杯底法兰距离横坐标的距离，K为杯底的宽度。

所述步骤(1)中杯底曲线过渡段CD的曲线方程为：