CN110160763A - 一种波发生器工作性能的测量与评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种波发生器工作性能的测量与评价方法，包括以下步骤：1、计算啮合区域角度参数α及参与啮合的轮齿对数4N‑2；2、将刚轮的基本参数作为柔轮检测参数，刚轮设计齿形作为柔轮的理论齿形；3、测量得到当前状态下柔轮上一个轮齿的双侧齿形实际坐标点；4、旋转波发生器相对柔轮转动一个角度δ，按照普通齿轮检测方法，测量得到当前状态轮齿的双侧齿形坐标点；5、每次转动同样的角度δ，测量不同工作状态下的柔轮同一个轮齿的双侧齿形坐标点；6、分析波发生器形状对柔轮性能指标的变化影响。本发明的核心是体现波发生器对实际齿形的改变，解决了现有仿真技术与实际使用情况有差距，无法真实反应波发生器工作性能的问题。

Description

一种波发生器工作性能的测量与评价方法

技术领域

本发明涉及谐波齿轮传动检测技术领域，具体涉及一种波发生器工作性能的测量与评价方法。

背景技术

谐波齿轮减速器主要包括一个带内齿的刚轮、一个工作时可产生径向弹性形变的带外齿的柔轮，和一个装在柔轮内部、呈椭圆形的波发生器。谐波齿轮减速器具有结构简单、体积小、重量轻、传动效率高等诸多优点。在谐波传动的应用领域，特别是工业机器人领域，对谐波齿轮传动精度和空间尺寸要求极为严格，目前研究人员的主要研究热点集中在谐波传动动力学特性、结构参数优化、波发生器设计、柔轮齿形设计、加工、柔轮变形与应力研究等方面。

其中柔轮的齿形在实际使用时在波发生器的作用下产生的形变机理为研究热点之一，目前常采用仿真方法对波发生器的作用机理其进行研究。仿真方法中，首先柔轮按照常规齿轮设计方法进行齿形设计与加工，然后基于波发生器对柔轮形变的作用机理，进行柔轮工作时齿形建模，并通过仿真结果指导波发生器的设计。由于仿真建模理论复杂，常常采用诸多如假定和简化，例如柔轮齿形无加工误差、柔轮齿形为刚性无变形、柔性薄壁中性线长度不变等，与实际使用情况有一定的差距。

发明内容

本发明提供一种波发生器工作性能的测量与评价方法，以解决现有仿真技术与实际使用情况有差距，无法真实反应波发生器工作性能的问题。

为了达到上述目的，本发明提供的解决方案是:

一种波发生器工作性能的测量与评价方法，包括以下步骤：

1)建立基于刚轮参数的Oxy坐标系，O与刚轮的回转中心重合，柔轮轮齿相对X轴对称，与波发生器的长轴方向与X轴方向一致，波发生器的短轴与Y轴方向一致；在波发生器的作用下，柔轮产生形变，靠近波发生器长轴附近轮齿参与啮合，远离波发生器长轴附近轮齿不参与啮合，即在相对X轴对称的4个灰色区域内的轮齿参与啮合，通过计算可得到啮合区域角度参数α及参与啮合的轮齿对数4N-2；

2)将刚轮的基本参数作为柔轮检测参数，刚轮设计齿形作为柔轮的理论齿形；

3)按照普通齿轮检测方法，测量得到当前状态下柔轮上一个轮齿的双侧齿形实际坐标点；

4)旋转波发生器相对柔轮转动一个角度δ，按照普通齿轮检测方法，测量得到当前状态下步骤3)中所述轮齿的双侧齿形坐标点；

5)重复步骤4)，每次转动同样的角度δ，测量不同工作状态下的柔轮同一个轮齿的双侧齿形坐标点；

6)根据刚轮设计齿形，计算得到各工作状态下的柔轮同一轮齿双侧齿形误差，分析波发生器形状对柔轮性能指标的变化影响。

进一步的，上述步骤2)中刚轮的基本参数，包括刚轮模数、齿数、压力角、齿根圆直径、齿顶圆直径。

进一步的，上述步骤6)中，所述柔轮性能指标包括轮齿齿形、齿距、传动顶隙、传动侧隙、啮合对数和干涉情况。

本发明的核心是体现波发生器对实际齿形的改变，与现有技术相比，本发明的优点是：

1)不管波发生器的形状对柔轮的影响规律如何，最终应该被关注的是柔轮与刚轮的啮合传动性能。因此，本发明提出波发生器工作性能的测量与评价方法，与实际使用状态更为接近，实现对波发生器性能对柔轮齿形及谐波减速器传动性能影响的直接评估。

2)根据本发明提供的方法可以测量得到所有工作状态下的同一轮齿齿形，柔轮的全啮合状态齿形可进行齿形、齿距、齿厚、传动顶隙、传动侧隙、啮合对数、是否存在干涉等性能评价；

3)根据本发明提供的方法可以测量得到同一轮齿在不同工作状态下的齿形变形情况，全啮合状态齿形更能直观地反应波发生器对柔轮齿形、齿距、传动侧隙等的影响，从而为波发生器的设计提供依据。

附图说明

图1为波发生器与第1个轮齿初始位置与测量坐标系示意图；

图2波发生器相对柔轮转动角度δ后的第1个轮齿为不完全啮合位置示意图；

图3波发生在不同转角下的柔轮齿形测量结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例对本发明的方法进行详细地说明。

实施例：

一种波发生器工作性能的测量与评价方法，包括以下步骤：

步骤1)，如图1所示为谐波齿轮减速装置。建立基于刚轮参数的Oxy坐标系，O与刚轮的回转中心重合。柔轮轮齿相对X轴对称，与波发生器的长轴方向与X轴方向一致，波发生器的短轴与Y轴方向一致；在波发生器的作用下，柔轮产生形变，使得靠近波发生器长轴附近轮齿参与啮合，远离波发生器长轴附近轮齿不参与啮合，即在相对X轴对称的4个灰色区域内的轮齿参与啮合，通过计算可得到啮合区域角度参数α及参与啮合的轮齿对数4N-2；

步骤2)，将刚轮的基本参数作为柔轮检测参数，刚轮设计齿形作为柔轮的理论齿形，刚轮的基本参数包括刚轮模数、齿数、压力角、齿根圆直径、齿顶圆直径；

步骤3)，按照普通齿轮检测方法，测量得到当前状态下柔轮上一个轮齿，本实施例选择的是柔轮上第1个轮齿的双侧齿形实际坐标点；

步骤4)，如图2所示，旋转波发生器的相对柔轮转动一个角度δ，按照普通齿轮检测方法，测量得到当前状态下柔轮第1个轮齿的双侧齿形坐标点；

步骤5)，重复步骤4)，测量不同工作状态下的柔轮同一个轮齿的双侧齿形坐标点，波发生器转动一圈，可测量所有工作状态下的柔轮第1个轮齿的双侧齿形坐标点；

步骤6)，根据刚轮设计齿形，计算得到各工作状态下的柔轮同一轮齿双侧齿形误差，分析波发生器形状对轮齿齿形、齿距、传动顶隙、传动侧隙、啮合对数、干涉等性能指标的变化影响。

按照上述的方法，对应不同的δ即可测量得到柔轮同一轮齿在不同工作状态下的齿形。

参见图3，这是以刚轮设计齿形为理论齿形，计算各齿的齿形误差曲线图；当柔轮齿顶小于刚轮齿根时，则存在顶隙；当实际齿形与刚轮齿形存在间隙时，则说明传动过程中存在侧隙；当实际齿形与刚轮齿形相交，则说明为存在干涉；相邻齿同一侧的侧隙之差即为相邻齿距偏差；同一齿左右侧隙之和即为齿厚偏差；当柔轮齿顶低于刚轮齿顶时，则为干涉状态；当柔轮齿顶低于刚轮齿顶时，则为非啮合状态，啮合齿数为所有位于刚轮齿顶内的所有的轮齿个数2N-1，总啮合对数为4N-2。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (3)

1.一种波发生器工作性能的测量与评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、建立基于刚轮参数的Oxy坐标系，O与刚轮的回转中心重合，柔轮轮齿相对X轴对称，与波发生器的长轴方向与X轴方向一致，波发生器的短轴与Y轴方向一致；在波发生器的作用下，柔轮产生形变，靠近波发生器长轴附近轮齿参与啮合，远离波发生器长轴附近轮齿不参与啮合，即在相对X轴对称的4个灰色区域内的轮齿参与啮合，通过计算可得到啮合区域角度参数α及参与啮合的轮齿对数4N-2；

2)、将刚轮的基本参数作为柔轮检测参数，刚轮设计齿形作为柔轮的理论齿形；

3)、按照普通齿轮检测方法，测量得到当前状态下柔轮上一个轮齿的双侧齿形实际坐标点；

4)、旋转波发生器相对柔轮转动一个角度δ，按照普通齿轮检测方法，测量得到当前状态下步骤3)中所述轮齿的双侧齿形坐标点；

5)、重复步骤4)，每次转动同样的角度δ，测量不同工作状态下的柔轮同一个轮齿的双侧齿形坐标点；

6)、根据刚轮设计齿形，计算得到各工作状态下的柔轮同一轮齿双侧齿形误差，分析波发生器形状对柔轮性能指标的变化影响。

2.根据权利要求1所述的波发生器工作性能的测量与评价方法，其特征在于，上述步骤2)中刚轮的基本参数，包括刚轮模数、齿数、压力角、齿根圆直径、齿顶圆直径。

3.根据权利要求1或2所述的波发生器工作性能的测量与评价方法，其特征在于，上述步骤6)中，所述柔轮性能指标包括轮齿齿形、齿距、传动顶隙、传动侧隙、啮合对数和干涉情况。