CN110285203B - 一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型设计方法 - Google Patents

一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110285203B
CN110285203B CN201910507362.2A CN201910507362A CN110285203B CN 110285203 B CN110285203 B CN 110285203B CN 201910507362 A CN201910507362 A CN 201910507362A CN 110285203 B CN110285203 B CN 110285203B
Authority
CN
China
Prior art keywords
load distribution
harmonic reducer
meshing
gear
wave generator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910507362.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110285203A (zh
Inventor
刘志峰
张涛
杨聪彬
张彩霞
胡秋实
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing University of Technology
Original Assignee
Beijing University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing University of Technology filed Critical Beijing University of Technology
Priority to CN201910507362.2A priority Critical patent/CN110285203B/zh
Publication of CN110285203A publication Critical patent/CN110285203A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110285203B publication Critical patent/CN110285203B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H49/00—Other gearings
    • F16H49/001—Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/30—Circuit design
    • G06F30/36—Circuit design at the analogue level
    • G06F30/367—Design verification, e.g. using simulation, simulation program with integrated circuit emphasis [SPICE], direct methods or relaxation methods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)
  • Retarders (AREA)

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di
Figure BDA0002092269600000011
式中，i表示接触齿对的序号，
Figure BDA0002092269600000012
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(kgr) (1-2)
式中，kgr表示谐波减速器刚轮齿廓点顺时针旋转
Figure BDA0002092269600000021
角度后的斜率。
Li表示啮合点在固定坐标系下的矢径：
Figure BDA0002092269600000022
式中，xg和yg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Fi
Figure BDA0002092269600000023
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：
Figure BDA0002092269600000024
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di
Figure BDA0002092269600000031
式中，i表示接触齿对的序号，
Figure BDA0002092269600000032
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(kgr) (1-2)
式中，kgr表示谐波减速器刚轮齿廓点顺时针旋转
Figure BDA0002092269600000033
角度后的斜率。
Li表示啮合点在固定坐标系下的矢径：
Figure BDA0002092269600000034
式中，xg和yg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Fi
Figure BDA0002092269600000035
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：
Figure BDA0002092269600000036
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，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di
Figure FDA0002645666390000011
式中，i表示接触齿对的序号，
Figure FDA0002645666390000012
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(kgr) (1-2)
式中，kgr表示谐波减速器刚轮齿廓点顺时针旋转
Figure FDA0002645666390000013
角度后的斜率；
Li表示啮合点在固定坐标系下的矢径：
Figure FDA0002645666390000014
式中，xg和yg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Fi
Figure FDA0002645666390000015
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：
Figure FDA0002645666390000016
式中，δ表示谐波减速器扭转刚度系数。
CN201910507362.2A 2019-06-12 2019-06-12 一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型设计方法 Active CN110285203B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910507362.2A CN110285203B (zh) 2019-06-12 2019-06-12 一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910507362.2A CN110285203B (zh) 2019-06-12 2019-06-12 一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110285203A CN110285203A (zh) 2019-09-27
CN110285203B true CN110285203B (zh) 2020-10-27

Family

ID=68003992

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910507362.2A Active CN110285203B (zh) 2019-06-12 2019-06-12 一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110285203B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113790255B (zh) * 2021-07-17 2023-03-24 国华(青岛)智能装备有限公司 一种谐波减速器齿面啮合能量损耗比计算方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5207071B2 (ja) * 2009-04-07 2013-06-12 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 波動歯車装置の角度伝達誤差補償方法
JP5839510B2 (ja) * 2011-10-24 2016-01-06 株式会社ハーモニック・ドライブ・システムズ 波動歯車装置を備えたアクチュエータの位置決め制御システム
RU2551556C2 (ru) * 2012-04-05 2015-05-27 Валентин Алексеевич Абрамов Волновая герметичная передача абрамова в.а.
CN109002654B (zh) * 2018-08-23 2021-08-03 西北工业大学 一种同步运动传动误差曲线的设计方法及弧齿锥齿轮
CN109271715B (zh) * 2018-09-26 2023-04-14 北京工业大学 一种基于梯度下降法的谐波减速器柔轮结构集成优化方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110285203A (zh) 2019-09-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108679196B (zh) 一种球面渐开线直齿锥齿轮副及其齿廓修形方法
CN111625758B (zh) 一种基于齿形修正法的行星齿轮时变啮合刚度计算方法
CN108730480B (zh) 一种rv减速器的摆线轮及其齿廓逆向主动修形方法
CN110285203B (zh) 一种谐波减速器多齿啮合载荷分布模型设计方法
CN110008610A (zh) 摆线轮齿廓分段优化设计方法
CN111120622A (zh) 一种改性波凸轮及其设计方法、波发生器和谐波减速器
CN111967096A (zh) 金刚滚轮及蜗杆砂轮的设计方法
Liu et al. Design of a noncircular gear mechanism with twice unequal amplitude transmission ratio
CN110762181A (zh) 一种谐波减速器波发生器用非椭圆曲线凸轮及其加工和检测方法
CN103577713B (zh) 一种斜齿轮副对角修形量的计算方法
CN102581384A (zh) 一种基于等切削面积的插齿加工方法
CN106767606A (zh) 基于装配误差的双螺杆泵转子干涉检测方法
CN109492307B (zh) 一种弧齿锥齿轮齿面载荷接触性能参数的数值计算方法
CN106126844A (zh) 一种内切面齿轮的设计方法
CN115034021A (zh) 一种基于产形轮的齿轮加工机床设计方法、装置及介质
CN115320832A (zh) 一种小型齿轮系式舵机及其设计方法
CN109812544B (zh) 一种弧线齿面齿轮传动副及设计方法
Guanjin et al. Modal analysis of planetary gear train based on ANSYS Workbench
CN113010978A (zh) 一种基于动态仿真的航空直齿轮修形方法
CN203214772U (zh) 一种斜齿轮硬齿面减速机
CN102192303B (zh) 螺旋锥齿轮副啮合噪音计算方法
CN113790255B (zh) 一种谐波减速器齿面啮合能量损耗比计算方法
CN117195604B (zh) 用于加工齿轮的成形刀具截面形状的计算方法及成形刀具
CN116379128A (zh) 一种基于最速曲线的谐波齿形、谐波减速器的设计方法
CN113779490B (zh) 一种兆瓦级风电齿轮箱等效缩减方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant