CN110285203A - 一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型设计方法，该方法包括如下步骤，步骤一：采用瞬时载荷分布模型的周期正弦函数表征动态载荷：基于小模数齿轮传动特点，采用波发生器长轴与柔轮齿中心轴线重合时的瞬时状态来计算动态传动过程的载荷分布；步骤二：波发生器长轴与柔轮齿中心轴线重合时的瞬时状态下载荷分配计算；本发明通过分析谐波减速器刚柔轮传动特点，采用瞬时状态的余弦函数表征动态载荷分布规律，并提出了波发生器长轴与柔轮齿中心轴线重合时的瞬时状态下载荷分配计算方法，为谐波减速器传动性能的提高奠定了理论基础。

Description

一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型设计方法

技术领域

本发明涉及谐波减速器的设计与制造领域技术领域，特别是涉及一种谐波减速器多齿啮合载荷分布区间模型设计方法。

背景技术

谐波减速器是机器人关节的核心元件，谐波减速器柔轮和刚轮的啮合属于大变形条件下小模数多齿啮合，因此研究谐波减速器多齿接触过程中的载荷分配模型是谐波减速器设计的关键。目前针对多齿接触过程中的载荷分配模型，研究多集中在采用有限元仿真的方式获得，这不就要求对刚柔轮的材料属性定义准确还需要有准确的三维建模齿廓参数，而且仿真过程中容易出现应力集中现象。

发明内容

本发明目的是：为提高谐波减速器刚柔轮啮合质量，通过分析谐波减速器刚柔轮多齿啮合点的位置、法线方向、力臂等参数，提出一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型。

本发明所采取的技术方案是：一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型设计方法，该方法包括如下步骤，

步骤一：采用瞬时载荷分布模型的周期正弦函数表征动态载荷：基于小模数齿轮传动特点，当波发生器以2000r/min的额定转速运行时，以谐波减速器刚轮齿数为202个齿为参照，基于柔轮输出方式在速比为100的情况下柔轮的转动速度为120°/s，即瞬时状态交替间隔为0.015s/2＝0.075s，所以采用波发生器长轴与柔轮齿中心轴线重合时的瞬时状态来计算动态传动过程的载荷分布；

步骤二：波发生器长轴与柔轮齿中心轴线重合时的瞬时状态下载荷分配计算；

计算瞬时状态下谐波减速器啮合点的力臂d_i

式中，i表示接触齿对的序号，表示波发生器转角，θ表示的是啮合点法线与固定坐标轴正方向的夹角，能够表示为法线斜率的反余弦，即：

θ＝arctan(k_gr) (1-2)

式中，k_gr表示谐波减速器刚轮齿廓点顺时针旋转角度后的斜率。

L_i表示啮合点在固定坐标系下的矢径：

式中，x_g和y_g分别表示固定坐标系下刚轮的横坐标和纵坐标。

计算瞬时状态下谐波减速器啮合点接触应力F_i

式中，M表示外载荷的负载扭矩，n表示同时参与啮合齿数的一半。

谐波减速器柔轮与刚轮啮合瞬时属于刚体传动，不同位置啮合点共同作用下引起相同的中心转角，则满足：

式中，δ表示谐波减速器扭转刚度系数。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明通过分析谐波减速器刚柔轮传动特点，采用瞬时状态的余弦函数表征动态载荷分布规律，并提出了波发生器长轴与柔轮齿中心轴线重合时的瞬时状态下载荷分配计算方法，为谐波减速器传动性能的提高奠定了理论基础。

附图说明

图1波发生器长轴与柔轮齿中心轴线重合时的瞬时状态下载荷分配几何关系；

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型，包括如下步骤：

步骤一：采用瞬时载荷分布模型的周期正弦函数表征动态载荷：基于小模数齿轮传动特点，当波发生器以2000r/min的额定转速运行时，以谐波减速器刚轮齿数为202个齿为参照，基于柔轮输出方式在速比为100的情况下柔轮的转动速度为120°/s，即瞬时状态交替间隔为0.015s/2＝0.075s，所以可以采用波发生器长轴与柔轮齿中心轴线重合时的瞬时状态来计算动态传动过程的载荷分布；

步骤二：如图1所示，波发生器长轴与柔轮齿中心轴线重合时的瞬时状态下载荷分配计算；

计算瞬时状态下谐波减速器啮合点的力臂d_i

式中，i表示接触齿对的序号，表示波发生器转角，θ表示的是啮合点法线与固定坐标轴正方向的夹角，能够表示为法线斜率的反余弦，即：

θ＝arctan(k_gr) (1-2)

式中，k_gr表示谐波减速器刚轮齿廓点顺时针旋转角度后的斜率。

L_i表示啮合点在固定坐标系下的矢径：

式中，x_g和y_g分别表示固定坐标系下刚轮的横坐标和纵坐标。

计算瞬时状态下谐波减速器啮合点接触应力F_i

式中，M表示外载荷的负载扭矩，n表示同时参与啮合齿数的一半。

谐波减速器柔轮与刚轮啮合瞬时属于刚体传动，不同位置啮合点共同作用下引起相同的中心转角，则满足：

式中，δ表示谐波减速器扭转刚度系数。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明通过分析谐波减速器刚柔轮传动特点，采用瞬时状态的余弦函数表征动态载荷分布规律，并提出了波发生器长轴与柔轮齿中心轴线重合时的瞬时状态下载荷分配计算方法，为谐波减速器传动性能的提高奠定了理论基础。

Claims (1)

1.一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型设计方法，其特征在于：该方法包括如下步骤，

步骤一：采用瞬时载荷分布模型的周期正弦函数表征动态载荷：基于小模数齿轮传动特点，当波发生器以2000r/min的额定转速运行时，以谐波减速器刚轮齿数为202个齿为参照，基于柔轮输出方式在速比为100的情况下柔轮的转动速度为120°/s，即瞬时状态交替间隔为0.015s/2＝0.075s，所以采用波发生器长轴与柔轮齿中心轴线重合时的瞬时状态来计算动态传动过程的载荷分布；

步骤二：波发生器长轴与柔轮齿中心轴线重合时的瞬时状态下载荷分配计算；

计算瞬时状态下谐波减速器啮合点的力臂d_i

式中，i表示接触齿对的序号，表示波发生器转角，θ表示的是啮合点法线与固定坐标轴正方向的夹角，能够表示为法线斜率的反余弦，即：

式中，k_gr表示谐波减速器刚轮齿廓点顺时针旋转角度后的斜率；

L_i表示啮合点在固定坐标系下的矢径：

式中，x_g和y_g分别表示固定坐标系下刚轮的横坐标和纵坐标；

计算瞬时状态下谐波减速器啮合点接触应力F_i

式中，M表示外载荷的负载扭矩，n表示同时参与啮合齿数的一半；

谐波减速器柔轮与刚轮啮合瞬时属于刚体传动，不同位置啮合点共同作用下引起相同的中心转角，则满足：

式中，δ表示谐波减速器扭转刚度系数。