[发明专利]一种谐波减速器刚轮齿形优化方法

说明书

本发明公开了一种谐波减速器刚轮齿形优化方法，通过使用一种谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置测量得到啮合运动状态下真实的谐波减速器柔轮参数，通过MATLAB仿真得到高度拟合真实柔轮运动的运动轨迹，取柔轮运动轨迹包络线，基于该包络线采用多段圆弧拟合包络线以获得优化后刚轮的齿廓。本发明可以有效优化谐波减速器刚轮齿形，通过本发明优化后的刚轮与柔轮间侧隙更小，啮合传动效率更高，齿面受力更均匀，使用寿命更长，使柔轮与刚轮具有更好的啮合性能，更优的齿面接触受力条件，杜绝因刚轮齿形设计不合理而与柔轮齿产生干涉的情况。

技术领域

本发明涉及谐波减速器刚轮齿形设计技术领域，尤其涉及一种谐波减速器刚轮齿形优化方法，适用于优化谐波减速器的刚轮齿形，减小减速器侧隙，提高谐波减速器啮合性能，使柔轮与钢轮啮合时受力更均匀。

背景技术

波减速器具有传动比大、传动精度高、结构紧凑、承载能力强等特点，因此适用于高精、高负载、安装空间小的应用场景，目前被广泛应用于航空航天、工业机器人等领域。谐波减速器主要由波发生器、刚轮、柔轮构成。波发生器装入柔轮内部，柔轮因被波发生器撑大而产生与波发生形状相同的变形。装入波发生器后的柔轮长轴部分齿与刚轮齿接触、啮合，短轴部分齿与刚轮齿脱开。长短轴的位置随着波发生器的转动发生交替变化。刚轮和柔轮之间因存在极小的齿数差，依据传动比公式i＝(Zf-Zc)/Zf(Zf是柔轮齿数，Zc是刚轮齿数)，可实现大减速比传动。

柔轮、刚轮间通过相互啮合传递运动与力，刚轮齿形与柔轮齿形对于啮合效果起着决定性作用，因此好的齿形可以提高传动效率与传动精度，使啮合齿面之间受力更加均匀，提高啮合性能与齿轮寿命。

目前设计与优化刚轮齿形多采用包络法。该方法是代入柔轮参数到柔轮运动轨迹方程得到柔轮理论运动轨迹，基于该轨迹取包络线得到刚轮齿廓的近似曲线。该方法最大的问题在于代入的柔轮参数多采用经验值或是通过静态测量方法得到，而以上两种方法获得的柔轮参数均不准确，因此难以仿真得到接近真实情况的柔轮运动轨迹，包络得到的刚轮齿形与柔轮齿形在实际啮合过程中传动效果较差，甚至会产生柔轮、刚轮干涉的现象。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种谐波减速器刚轮齿形优化方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种谐波减速器刚轮齿形优化方法，具体包括以下步骤：

S1、通过二次切割加工在谐波减速器刚轮上形成观测豁口；

S2、将切割加工后的谐波减速器安装到谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置中，经过谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置测量得到啮合运动状态下谐波减速器的柔轮参数；

S3、通过MATLAB对得到的柔轮参数进行处理，并将处理后的柔轮参数代入柔轮运动轨迹方程，通过MATLAB仿真得到高度拟合真实柔轮运动的运动轨迹；

S4、取真实柔轮运动的运动轨迹包络线，基于该包络线采用多段圆弧拟合包络线以获得优化后的刚轮齿形。

步骤S1所述的观测豁口形状为扇形体，扇形体两弧线中心均位于刚轮中心轴线上，半径分别同刚轮齿顶圆半径、刚轮外轮廓半径相等，扇形体高度与刚轮齿轮长度相等。

所述扇形体所对应圆心角的度数为27.5度。

所述的谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置包括有固定安装在固定基座上的运动装置本体部分和参数测量部分。