[发明专利]凸轮及其曲线的优化设计方法、波发生器以及谐波减速机

说明书

本发明公开了一种凸轮曲线的优化设计方法，所述凸轮曲线的优化设计方法包括：步骤一、定义凸轮曲线的长短轴；步骤二、构建角等分线；步骤三、构建多组标准椭圆参考线；步骤四、确定修正点；步骤五、曲线修行。本发明还提供了一种根据所述凸轮曲线的优化设计方法设计出的凸轮、以及应用所述凸轮的波发生器、应用所述波发生器的谐波减速机。本发明提供的方法能根据实际需求对现有凸轮的标准椭圆曲线进行修正，设计出的凸轮使得柔轮和刚轮啮合的齿数增加到20％‑30％，可以兼顾强度和精度的要求，而且所啮合的柔轮和刚轮无干涉，有效地提高谐波减速机的承载能力。

技术领域

本发明涉及谐波减速机技术领域，具体涉及一种凸轮及其曲线的优化设计方法、波发生器以及谐波减速机。

背景技术

谐波减速机是一种利用柔性组件产生弹性变形来传递动力的减速机构。谐波减速机可在体积很小的情况下获得较大的减速比，单位面积的负载小，使得其承载能力较其它传动高，且还具有体积小、重量轻、传动效率高、传动平稳、无冲击等优点。因此谐波减速机广泛应用于航空航天、医疗机械、机器人等精密传动领域，尤其随着科技的不断发展，机器人的应用越来越广泛，人们对谐波减速机的设计、制作也越来越重视。

谐波减速机主要由三大部分组成：具有外齿的柔轮、具有内齿的刚轮、以及具有长短轴的波发生器。波发生器是使柔轮变形产生变形波的构件，是谐波减速机传动的重要元件之一，它的结构形式不仅决定了柔轮构件的受力状态，还决定了柔轮啮合的特征曲线。

波发生器的结构有多种，其中以机械式波发生器应用最广，机械式波发生器中又以凸轮薄壁轴承式波发生器应用最多，凸轮薄壁轴承式波发生器多数采用标准椭圆曲线构成的凸轮，虽然标准椭圆曲线构成的凸轮结构简单、加工方便，但随着人们对谐波减速机精度、承载能力的要求，标准椭圆曲线构成的凸轮不能满足承载大的扭矩的要求，因为标准椭圆曲线构成的凸轮工作时，柔轮与刚轮完全啮合的齿数少，只能达到10％左右，而单个齿承载能力是一样，那么总的承载力较小，同时也会影响柔轮和刚轮的啮合特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种凸轮及其曲线优化设计方法，用于解决现有的标准椭圆曲线构成的凸轮工作时柔轮与刚轮完全啮合的齿数少以致总承载力小，不能兼顾强度和精度要求的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种凸轮曲线的优化设计方法，所述凸轮曲线的优化设计方法包括：

步骤一、定义凸轮曲线的长短轴：

计算机通过CAD系统建立CAD模型，所述CAD模型包括用于谐波减速机的刚轮、柔轮以及柔性轴承，以所述刚轮和所述柔轮完全啮合时所述柔轮的长轴定义凸轮曲线的长轴，以所述柔性轴承的内径定义凸轮曲线的短轴，所述CAD系统以所述短轴和所述长轴的交点为原点，所述短轴为横轴，所述长轴为纵轴建立直角坐标系，并通过所述长轴和所述短轴做出第一标准椭圆参考线；

步骤二、构建角等分线：

根据所述刚轮和所述柔轮的啮合状态，在所述柔轮呈啮出状态的齿形范围内，所述CAD系统在所述直角坐标系的第一象限自所述原点做出第一修正线，并做出多条角等分线分别将所述长轴与所述第一修正线形成的夹角、以及所述第一修正线与所述短轴形成的夹角N等分，其中，N为整数且70≥N≥20；

其中，所述步骤二、构建角等分线包括：

根据所述刚轮和所述柔轮的啮合状态，在所述柔轮呈啮出状态的齿形范围内，所述CAD系统在所述直角坐标系的第一象限自所述原点做出第一修正线；所述第一修正线位于所述柔轮呈啮出状态的齿形范围内，所述第一修正线与所述短轴形成的夹角为40°-70°；

所述CAD系统自所述原点以第一等分角度将所述长轴与所述第一修正线形成的夹角N等分，得到N-1条第一角等分线，其中，N为整数且70≥N≥20；