[发明专利]一种用于谐波齿轮传动的双向共轭齿形设计方法

说明书

一种用于谐波齿轮传动的双向共轭齿形设计方法，先通过参数方程表示柔轮顶段凸齿廓坐标，转换到刚轮坐标系，求解得柔轮顶段凸齿廓的理论共轭凹齿廓和凸齿廓的离散点坐标，通过最小二乘拟合，确定刚轮齿廓工作齿高，将拟合曲线段确定为刚轮底段凹齿廓和刚轮顶段凸齿廓，计算完成刚轮的齿形设计；然后利用参数方程表示刚轮顶段凸齿廓坐标，转换到柔轮坐标系，求解得到柔轮底段范围内的理论凹共轭齿廓的离散点坐标，通过最小二乘拟合，确定柔轮齿高，将拟合曲线确定为柔轮底段凹齿廓，计算得到柔轮工作齿廓；本发明直接得到具有双共轭和二次共轭现象的柔轮和刚轮齿廓，提高共轭接触面积和啮合区，减小齿面接触应力，增大谐波减速器的传动精度。

技术领域

本发明涉及谐波减速器技术领域，具体涉及一种用于谐波齿轮传动的双向共轭齿形设计方法。

背景技术

谐波传动技术主要是利用柔性工作构件的弹性变形波来实现运动或动力传递，由于柔轮和刚轮之间存在齿数差，在波发生器转动过程中，柔轮与刚轮错齿运动，从而实现动力传递。谐波减速器中柔轮和刚轮的齿形对性能有着很大的影响。渐开线齿形由于工艺性较好，在谐波齿轮传动中得到广泛应用，但是渐开线齿廓不是共轭齿廓，在传动时柔轮齿廓与刚轮齿廓接触面较小，多数柔轮轮齿处在尖点啮合状态，不能达到最优的性能。选用共轭齿廓可以提高谐波减速器的寿命和传动性能。双圆弧齿形的工作齿廓可以由节圆分为顶段凸圆弧和底段凹圆弧，两段齿廓由公切线段连接，其具有较大的共轭区域，可以实现连续共轭接触。

目前双向共轭齿形设计方法是首先确定柔轮齿形参数，然后分别计算柔轮两段圆弧齿廓的共轭齿廓，再通过对共轭齿廓进行拟合来得到刚轮齿廓。通过包络法可以得到柔轮顶段凸齿廓ST1的理论共轭凹齿廓CT1和共轭凸齿廓CT2，以及底段凹齿廓SA1的理论共轭凹齿廓CA1。刚轮的齿廓ST2和SA2应由柔轮的理论共轭齿廓拟合而成。由于柔轮的两段圆弧齿廓都会与刚轮的凸圆弧段ST2啮合，并且在计算中会得到各自在刚轮顶段的共轭齿廓CT2和CA1，但是为了确保轮齿不发生干涉，只能选择共轭齿廓中最右侧一条作为刚轮凸齿廓。当CA1在右侧时，ST2由CA1确定，在啮入最深处存在一段啮合区，柔轮凸圆弧段和凹圆弧段同时与刚轮的两段圆弧齿廓形成共轭齿廓(即“双共轭”现象)，可以达到较大的共轭接触面积，但是在啮入和啮出的很长一部分区域，柔轮凸齿廓和刚轮凸齿廓不存在共轭关系，没有发生啮合，使得啮合区很小，同时参与啮合的齿数较少；当CT2在右侧时，ST2由CT2确定，在谐波传动的运动中，刚轮两段齿廓都是柔轮凸圆弧段的共轭齿廓(即“二次共轭”现象)，这样啮合区范围最大，但柔轮凹圆弧没有参与啮合，啮合的接触面较小；当CA1与CT2相交，将CA1和CT2两条线中的最右侧部分进行拟合得到ST2，兼具上两种情况的优缺点。

要想实现共轭接触面积最大，又要得到最大的啮合区，就要使CA1与CT2重合，现有的设计方法，不能获得这样结果；虽然可以通过优化柔轮齿形参数，来使得CA1与CT2尽量重合。但是因为柔轮的双圆弧齿形参数较多，通常需要进行大量计算才能找到合适的参数，这样使得双圆弧齿形的设计过程十分繁琐，耗费的时间也比较长，而且也只能得到近似结果。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种用于谐波齿轮传动的双向共轭齿形设计方法，直接得到具有双共轭和二次共轭现象的柔轮和刚轮齿廓，提高共轭接触面积和啮合区，减小齿面接触应力，增大谐波减速器的传动精度。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种用于谐波齿轮传动的双向共轭齿形设计方法，包括以下步骤：

1)首先根据谐波减速器的设计要求选定预设参数，预设参数包括柔轮内径、柔轮壁厚、节圆齿厚比和齿高系数等，用于确定柔轮顶段凸齿廓ST1的基本设计参数，并通过参数方程表示柔轮顶段凸齿廓ST1的坐标(x₁(s),y₁(s))；