CN109307054B - 一种rv减速器摆线轮及其齿廓的分段修形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种RV减速器摆线轮及其齿廓的分段修形方法；摆线轮的齿廓分为齿顶段、工作段、齿根段；按照针齿到相对于转臂的转角的取值：0°～60°为齿根段AB；60°～120°为工作段BC；120°～180°为齿顶段CD；分段修形可分为：确定摆线轮齿廓的分段范围；分别对三段摆线轮齿廓构造修形量；将修形量沿标准齿廓的法线方向叠加至标准齿廓，得到最终的修形轮廓。本结构摆线轮能有效提高摆线针轮传动的承载能力和传动平稳性，更符合RV减速器应用在高精密、高负载的情况下的摆线齿轮轮廓修形。

Description

一种RV减速器摆线轮及其齿廓的分段修形方法
技术领域
本发明涉及RV减速器中摆线轮的设计与制造领域，尤其涉及一种RV减速器摆线轮及其齿廓的分段修形方法。
背景技术
机器人用RV减速器是一种新型的、二级封闭式、少齿差行星传动结构，由第一级渐开线行星轮系和第二级摆线针轮行星轮系复合而成，处于第二级的摆线针轮机构对RV减速器的传动效率、精度起着决定性的作用。摆线针轮行星传动理论上是无隙啮合，同时参与啮合的齿数可达到针齿齿数的一半。但在实际应用中，摆线轮与针齿的啮合需要留有一定的齿侧间隙以保证啮合面间形成油膜以便于润滑，需要留有一定的径向间隙以利用装配和补偿制造误差。因此，必须对摆线轮齿廓进行修形。
在目前的生产实践中，摆线齿轮的修形普遍采用等距修形法、移距修形法、转角修形法这三种传统修形方法。随着对摆线齿轮啮合副研究的深入和对其承载能力要求的不断提高，一些技术人员对这三种修形方法进行了改进。
一种改进是，将摆线轮工作段齿廓进行转角修形，将齿顶断齿廓与齿根段齿廓以三次多项式进行表示。
另一种改进是，将摆线针轮传动装置中的圆柱形针齿改为圆台形针齿，在传动过程中自动补偿摆线针轮间隙。这些修形方法虽然都可以提高摆线针轮传动的承载能力，但是其摆线轮工作齿廓段理论上不能与针齿形成共轭啮合，导致啮合处受力较大，不利于提高寿命及减低噪音。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种RV减速器摆线轮及其齿廓的分段修形方法。本发明根据修形目标对摆线轮齿廓的齿顶段、工作段、齿根段分别构造修形量，将修形量沿齿廓法线方向直接叠加至标准摆线齿廓，能有效提高摆线针轮传动的承载能力和传动平稳性。
本发明通过下述技术方案实现：
一种RV减速器摆线轮，所述摆线轮的齿廓分为齿顶段、工作段、齿根段；将摆线轮半齿廓分为三段，即按照针齿到相对于转臂的转角的取值：0°～60°为齿根段AB；60°～120°为工作段BC；120°～180°为齿顶段CD。
所述摆线轮包括一个中心轴孔1，对称分布在中心轴孔1两侧的两个偏心轴孔2；
所述中心轴孔1和两个偏心轴孔2的圆点均在一条直线上；所述两个偏心轴孔2的圆边分别与摆线轮的外圆边相切。
所述在摆线轮的空余部分各分布有六个直径相同的圆孔3；这六个圆孔3以中心轴孔1和两个偏心轴孔2的圆点连成的直线为界，等数量、等距分别分布在该直线的两侧；这六个圆孔3的圆边与摆线轮的外圆边相切。
所述圆孔3的直径小于偏心轴孔2的直径；偏心轴孔2的直径大于中心轴孔1的直径。
一种RV减速器摆线轮的齿廓分段修形方法，包括以下步骤：
步骤一：将摆线轮齿廓分为齿顶段、工作段、齿根段；
步骤二：分别对三段摆线轮齿廓构造修形量；
步骤三：将修形量沿摆线轮齿廓法线方向叠加至标准标准摆线齿廓，得到最终的修形轮廓。
步骤一所述将摆线轮齿廓分为齿顶段、工作段、齿根段，具体为：
根据承载能力及传动平稳性的要求，将摆线轮半齿廓分为三段；
按照针齿到相对于转臂的转角的取值：0°～60°为齿根段AB；60°～120°为工作段BC；120°～180°为齿顶段CD。
步骤二所述分别对三段摆线轮齿廓构造修形量，其具体为：
对每段摆线轮齿廓构造修形量如下：
式中，为转臂相对针齿中心的转角，摆线轮半齿廓对应的/>为0°～180°；ai、bi、ci、di为三次多项式的系数；
对于修形量中的多项式系数求解，以Δr1为参照，其系数求解方程如下：
步骤三所述将修形量沿摆线轮齿廓法线方向叠加至标准标准摆线齿廓，得到最终的修形轮廓，具体为：
标准摆线轮齿廓方程为：
式中，K1为短幅系数，K1＝azp/rp；rp为针齿中心分布圆半径；rrp为针齿半径；a为偏心距；zp为针齿齿数；zc为摆线轮齿数；/>为针齿到相对于转臂的转角；iH为摆线针轮相对传动比，iH＝zp/zc；
最终得到的修形齿廓方程为：
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明所提出的修形齿廓是一个三段曲线复合而成的复杂曲线，在齿顶段、齿根段留有一定的径向间隙以确保润滑和补偿制造误差，在工作段仍采用标准齿廓以提高承载能力。为消除应力集中、降低噪音，该修形方法考虑了三段曲线的几何连续性，进一步提高了摆线针轮传动的平稳性。
本发明摆线轮包括一个中心轴孔，对称分布在中心轴孔两侧的两个偏心轴孔；中心轴孔和两个偏心轴孔的圆点均在一条直线上；两个偏心轴孔的圆边分别与摆线轮的外圆边相切。这种分布形式可保证摆线轮装配时的相位对齿，免去正反面标号的工艺步骤。
本发明所述在摆线轮的空余部分各分布有六个直径相同的圆孔；这六个圆孔以中心轴孔和两个偏心轴孔的圆点连成的直线为界，等数量、等距分别分布在该直线的两侧；这六个圆孔的圆边与摆线轮的外圆边相切。这种分布形式可以大幅减小摆线轮自重，并保持重心在中心轴孔的圆心处。
附图说明
图1为本发明RV减速器摆线轮结构示意图。
图2为本发明RV减速器摆线轮分段修形示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
步骤一：确定摆线轮齿廓的分段范围；
标准摆线轮齿廓方程为：
式中，K1为短幅系数，K1＝azp/rp；rp为针齿中心分布圆半径；rrp为针齿半径；a为偏心距；zp为针齿齿数；zc为摆线轮齿数；/>为针齿到相对于转臂的转角；iH为摆线针轮相对传动比，iH＝zp/zc。
根据承载能力及传动平稳性的要求，将摆线轮齿廓分为三段：齿根段AB、工作段BC、齿顶段CD。
步骤二：分别对三段摆线轮齿廓构造修形量Δri；
为提高承载能力和传动平稳性，摆线轮齿廓的工作段BC修形量Δr2为0，即工作段齿廓即为标准齿廓的一部分。为消除应力集中以保证传动平稳，三段修行后摆线轮齿廓必须光滑连接，几何连续性达到G1连续，即三段曲线的连接处曲率方向相同。齿根段修形量Δr1与齿顶段修形量Δr3应为三次多项式。修形量的多项式方程如下：
式中，为转臂相对针齿中心的转角，摆线轮半齿廓对应的/>为0°～180°；ai、bi、ci、di为三次多项式的系数。
步骤三：将修形量Δri沿法线方向叠加至标准标准摆线齿廓，得到最终的修形轮廓。
将修形量Δri加至公式(1)表示的标准摆线齿廓，最终修形齿廓方程为：
对于公式(2)中的多项式系数求解，以Δr1为例，其系数求解方程如下：
本发明所提出的修形齿廓是一个三段曲线复合而成的复杂曲线，在齿顶段、齿根段留有一定的径向间隙以确保润滑和补偿制造误差，在工作段仍采用标准齿廓以提高承载能力。为消除应力集中、降低噪音，该修形方法考虑了三段曲线的几何连续性，进一步提高了摆线针轮传动的平稳性。
下面通过一个实施例进一步对本发明作如下说明：
本实施例的摆线针轮啮合副基本参数是：
rp＝64；rrp＝3；zp＝40；zc＝39；a＝1.3；
步骤一：确定摆线轮齿廓的分段范围；
根据承载能力及传动平稳性的要求，将摆线轮半齿廓分为三段。按照的取值：
0°～60°为齿根段AB；
60°～120°为工作段BC；
120°～180°为齿顶段CD。
径向间隙为0.225mm，则4个分段点的坐标分别为：A(0，0.225)，B(60，0),C(120，0),D(180，0.225)。
步骤二：分别对三段摆线轮齿廓构造修形量Δri；
对每段摆线轮齿廓构造修形量如下：
根据公式(4)，将数据带入计算可得：
步骤三：将修形量Δri沿法线方向叠加至标准标准摆线齿廓，得到最终的修形轮廓。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种RV减速器摆线轮的齿廓分段修形方法，其特征在于，所述RV减速器摆线轮的齿廓分为齿顶段、工作段、齿根段；
将摆线轮半齿廓分为三段，即按照针齿到相对于转臂的转角的取值：0°～60°为齿根段AB；60°～120°为工作段BC；120°～180°为齿顶段CD；
所述摆线轮包括一个中心轴孔(1)，对称分布在中心轴孔(1)两侧的两个偏心轴孔(2)；
所述中心轴孔(1)和两个偏心轴孔(2)的圆点均在一条直线上；所述两个偏心轴孔(2)的圆边分别与摆线轮的外圆边相切；
所述在摆线轮的空余部分各分布有六个直径相同的圆孔(3)；这六个圆孔(3)以中心轴孔(1)和两个偏心轴孔(2)的圆点连成的直线为界，等数量、等距分别分布在该直线的两侧；这六个圆孔(3)的圆边与摆线轮的外圆边相切；
齿廓分段修形步骤如下：
步骤一：将摆线轮齿廓分为齿顶段、工作段、齿根段；
步骤二：分别对三段摆线轮齿廓构造修形量；
步骤三：将修形量沿摆线轮齿廓法线方向叠加至标准标准摆线齿廓，得到最终的修形轮廓；
步骤一所述将摆线轮齿廓分为齿顶段、工作段、齿根段，具体为：
根据承载能力及传动平稳性的要求，将摆线轮半齿廓分为三段；
按照针齿到相对于转臂的转角的取值：0°～60°为齿根段AB；60°～120°为工作段BC；120°～180°为齿顶段CD；
步骤二所述分别对三段摆线轮齿廓构造修形量，其具体为：
对每段摆线轮齿廓构造修形量如下：
式中，为转臂相对针齿中心的转角，摆线轮半齿廓对应的/>为0°～180°；ai、bi、ci、di为三次多项式的系数；
对于修形量中的多项式系数求解，以Δr1为参照，其系数求解方程如下：
步骤三所述将修形量沿摆线轮齿廓法线方向叠加至标准标准摆线齿廓，得到最终的修形轮廓，具体为：
标准摆线轮齿廓方程为：
式中，K1为短幅系数，K1＝azp/rp；rp为针齿中心分布圆半径；rrp为针齿半径；a为偏心距；zp为针齿齿数；zc为摆线轮齿数；/>为针齿到相对于转臂/>的转角；iH为摆线针轮相对传动比，iH＝zp/zc；
最终得到的修形齿廓方程为：
2.根据权利要求1所述RV减速器摆线轮的齿廓分段修形方法，其特征在于：所述圆孔(3)的直径小于偏心轴孔(2)的直径；偏心轴孔(2)的直径大于中心轴孔(1)的直径。
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