CN113483075B - 一种摆线外环内齿廓的设计方法、摆线外环和摆线减速机 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种摆线外环内齿廓的设计方法、摆线外环和摆线减速机，其包括：S1、确定摆线外环，并获得摆线外环的初始内齿廓，摆线内齿为圆弧齿且与所述摆线外环一体设置；S2、确定摆线外环对应的摆线盘，并获得摆线盘的外齿廓；S3、确定修型后的摆线盘和摆线外环在两者啮合在第一摆线内齿处时的有效接触区域，根据有效接触区域确定修型半径

，并对摆线外环的摆线内齿进行修型。本申请具有提高了摆线减速机的组装效率，有助于拓宽了摆线减速机的设计方向，并通过对摆线内齿进行修型，削弱了摆线内齿一体布置对摆线外环的磨损和传动效率的影响的效果。

Description

一种摆线外环内齿廓的设计方法、摆线外环和摆线减速机

技术领域

本申请涉及摆线减速机的技术领域，尤其是涉及一种摆线外环内齿廓的设计方法、摆线外环和摆线减速机。

背景技术

摆线减速机是一种应用行星式传动原理，采用摆线针齿啮合的传动装置。相关技术中，摆线减速机一般包括摆线外环和两个摆线盘。摆线外环设置有针齿结构，针齿结构包括周向均匀开设在摆线外环内壁上的多个针槽以及旋转安装在针槽内的滚针。在进行上述摆线减速机的组装时，需要将滚针一个个安装到摆线外环的针槽内。

针对上述中的相关技术，发明人认为上述摆线减速机的组装效率较低。

发明内容

为了提高摆线减速机的组装效率，本申请提供一种摆线外环内齿廓的设计方法、摆线外环和摆线减速机。

第一方面，本申请提供一种摆线外环内齿廓的设计方法，采用如下的技术方案：一种摆线外环内齿廓的设计方法，包括：

S1、确定摆线外环和摆线盘，并获得摆线外环的初始内齿廓和摆线盘的外齿廓；

摆线外环的内环面上周向均匀设置有多个摆线内齿，摆线内齿为圆弧齿且与所述摆线外环一体设置；所述摆线外环的圆心为O；所述摆线内齿沿周向依次为第一摆线内齿、第二摆线内齿、第三摆线内齿、...、第z摆线内齿，第一摆线内齿、第二摆线内齿、第三摆线内齿、...、第z摆线内齿对应的圆心分别为N₁、N₂、N₃、...、N_z；

直线ON₁将摆线外环分隔成两个半区；定义第二摆线内齿所在的半区为第一半区，另一半区为第二半区；

摆线盘啮合在摆线外环的第一摆线内齿处，获得摆线盘和摆线外环的瞬心P的位置，并定义经过瞬心P且垂直于直线ON₁的垂线所经过的摆线内齿为第Q摆线内齿；

S2、对摆线外环进行修型；

确定修型后的摆线盘和摆线外环在两者啮合在第一摆线内齿处时的有效接触区域，且修型后的有效接触区域位于第一半区内，第Q摆线内齿位于修型后的有效接触区域内；

定义修型后的有效接触区域的侧边为射线OA和射线OB，射线OA位于靠近射线ON₁的一侧，射线OB位于远离射线ON₁的一侧，其中，10°＜∠N₁OA＜30°，100°＜∠N₁OB＜120°；

确定修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿，并根据修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿的齿廓和摆线盘的外齿廓所形成的啮合点以确定接触点M_S；

根据摆线外环的圆心O的位置与接触点M_S的位置获取线段OM_S，并根据线段OM_S获取该线段OM_S的长度

获取修型半径r，修型半径

其中，b为修型余量，且0mm＜b＜0.1mm；

以摆线外环的圆心O为中心，以修型半径r为半径形成修型圆，根据摆线外环以及修型圆以判断两者的重叠部分并定义为重叠区域；在摆线外环上去除该重叠区域以形成摆线外环的设计内齿廓。

通过采用上述技术方案，由于将摆线内齿和摆线外环一体设置，使得不需要像相关技术中将滚针一根根安装到摆线外环的针槽内，从而提高了摆线减速机的组装效率，并且，也避免了滚针从摆线外环的针槽中脱落下来，从而不需要将两个摆线盘进行差位设计，使得摆线减速机能够具有更多的设计方向。

对摆线外环的摆线内齿进行修型处理，削弱了摆线内齿一体布置造成的摆线内齿和摆线盘外齿的磨损量增加和传动效率降低的影响，从而延长了上述摆线外环的使用寿命以及具有上述摆线外环的摆线减速机的使用寿命。

未修型的摆线外环和摆线盘啮合在第一摆线内齿处时，摆线外环中第一半区内的摆线内齿和摆线盘是有效接触的，而摆线外环中第二半区的摆线内齿和摆线盘是不进行扭矩的传递。

其中，在未修型摆线外环的第一半区中部分摆线内齿所受的力较小，且传递的扭矩较小，并且这一部分的摆线内齿和摆线盘之间的摩擦力较大，因此需要缩小摆线外环和摆线盘的有效接触区域，使得上述这一部分摆线内齿和摆线盘不再发生接触，从而需要将摆线盘的摆线内齿进行修型。第一半区内的摆线内齿和摆线盘的啮合角越大，则该摆线内齿的受力越大，传递的扭矩越大。

在步骤S3中重新确定了修型后的有效接触区域，使得修型后的有效接触区域位于射线OA和射线OB之间，并限定了10°＜∠N₁OA＜30°，100°＜∠N₁OB＜120°，根据未修型的摆线外环与摆线盘啮合在第一摆线内齿时的各个摆线内齿的受力及有效扭矩示意图可知，在该区域中的摆线内齿具有良好的受力并传递较大的有效扭矩。

只要确保修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿能够和摆线盘接触，则修型后的有效接触区域中的其他摆线内齿均能够与摆线盘进行接触，因此在本设计方法中，修型半径

且0mm＜b＜0.1mm，使得修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿能够与摆线盘接触，从而参于传动，且第一半区中不在修型后的有效接触区域内的摆线内齿不与摆线盘接触，从而不参与传动。

并且，由于对摆线外环的摆线内齿进行了修型，打断了摆线外环中摆线内齿连续的圆弧形结构，从而能够采用拉削的加工方式对摆线外环内部的摆线内齿进行加工，有助于提升对摆线外环的摆线内齿的加工效率，从而降低加工成本。

可选的，∠N₁OA＝20°，∠N₁OB＝110°。

通过采用上述技术方案，当∠N₁OA＝20°，∠N₁OB＝110°，使得修型后的有效接触区域内的摆线内齿的受力均较为理想，并能够传递较为理想的扭矩。

可选的，确定修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿的方法如下：

定义修型后的有效接触区域两端的摆线内齿分别为第x摆线内齿和第y摆线内齿，且x＜y；其中，第x摆线内齿和第y摆线内齿的圆心分别为N_x、N_y；

获取第x摆线内齿与摆线盘的啮合角∠ON_xP的大小和第y摆线内齿与摆线盘的啮合角∠ON_yF的大小，并对比∠ON_xP和∠ON_yF以获得两个啮合角中最小啮合角对应的摆线内齿，该摆线内齿为修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿。

通过采用上述技术方案，由于第Q摆线内齿为与摆线盘的啮合角最大的摆线内齿，并且第Q摆线内齿位于修型后的有效接触区域内，使得修型后的有效接触区域内的摆线内齿的啮合角随远离第Q摆线内齿的方向逐渐减小，因此只要对比修型后的有效接触区域中两侧的摆线内齿对应的啮合角的大小，即可确定修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿。这种确定修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿的方向相较于计算修型后的有效接触区域中所有摆线内齿的啮合角的方法而言，更加简便。

可选的，b＝0.05mm。

第二方面，本申请提供一种摆线外环，采用如下的技术方案：

一种摆线外环，所述摆线外环在内环面上周向均匀设置有多个摆线内齿，所述摆线内齿为圆弧齿且与摆线外环一体设置，所述摆线内齿的齿顶部分设有修型弧面，所述修型弧面的圆心与摆线外环的圆心重合，所述修型弧面的半径为上述的修型半径r。

通过采用上述技术方案，将摆线内齿和摆线外环一体设置，使得不需要像相关技术中将滚针一根根安装到摆线外环的针槽内，从而提高了摆线减速机的组装效率。并且通过对摆线内齿进行修型，削弱了摆线内齿一体布置造成的摆线内齿和摆线盘外齿的磨损量增加和传动效率降低的影响，有助于提高了摆线外环的使用寿命。

第三方面，本申请提供一种摆线减速机，采用如下的技术方案：

一种摆线减速机，包括上述的摆线外环。

通过采用上述技术方案，摆线减速机采用上述摆线外环，使得摆线减速机的装配效率提升。

综上所述，本申请的有益技术效果如下：通过在摆线外环的内环面一体布置的摆线内齿，提高了摆线减速机的组装效率，有助于拓宽了摆线减速机的设计方向，并通过对摆线内齿进行修型，削弱了摆线内齿一体布置对摆线外环的磨损和传动效率的影响。

附图说明

图1是未修型的摆线外环和摆线盘的配合示意图。

图2是未修型的摆线外环与摆线盘啮合在第一摆线内齿时的第一半区内的各个摆线内齿的受力及有效扭矩示意图。

图3是未修型的摆线外环、摆线盘和修型圆的配合示意图。

图4是修型后的摆线外环的结构示意图。

附图标记说明：1、摆线外环；11、摆线内齿；12、第一半区；13、第二半区；14、修型弧面；15、重叠区域；2、摆线盘；3、修型圆。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种摆线外环内齿廓的设计方法，包括：

S1、参照图1，确定摆线外环1和摆线盘2，并获得摆线外环1的初始内齿廓和摆线盘2的初始外齿廓。

根据摆线针轮减速器的设计中的关于摆线外环和摆线盘的设计方法确定摆线外环1和摆线盘2。本申请实施例中的摆线外环1和相关技术中的摆线外环1的区别在于，本申请实施例中的摆线内齿11与摆线外环1一体布置，而相关技术中的摆线外环1采用针槽和滚针的配合方式形成摆线内齿11。

参照图1，摆线外环1呈圆形状。摆线外环1在内环面上周向均匀设置有多个摆线内齿11。摆线内齿11为圆弧齿且与摆线外环1一体设置。

摆线外环1的圆心为O，摆线内齿11的圆心分布圆的半径为R₁，摆线外环1的摆线内齿11的齿数为z，摆线内齿11的半径为R₂。

在本实施例中，摆线外环1的摆线内齿11的齿数z＝40；摆线内齿11的圆心分布圆的半径R₁＝60mm；摆线内齿11的半径R₂＝3mm。

摆线外环1的摆线内齿11沿周向依次为第一摆线内齿、第二摆线内齿、第三摆线内齿、...、第四十摆线内齿，第一摆线内齿、第二摆线内齿、第三摆线内齿、...、第四十摆线内齿对应的圆心分别为N₁、N₂、、...、N₄₀。

直线ON₁将摆线外环1分隔成两个半区，并定义第二摆线内齿所在的半区为第一半区12，另一半区为第二半区13。

参照图1，使得摆线盘2啮合在摆线外环1的第一摆线内齿处，摆线盘2的圆心为O₁，圆心O₁位于直线ON₁上。其中，摆线外环1和摆线盘2的偏心距为a，a等于线段OO₁的长度。

获取摆线盘2和摆线外环1的瞬心P的位置。由于瞬心P位于线段ON₁上，且线段OP的长度L_OP＝a×z，因此可以确定瞬心P的位置。其中，为摆线外环1和摆线盘2的偏心距，z为摆线外环1中摆线内齿11的齿数。

参照图1，定义经过瞬心P且垂直于直线ON₁的垂线所经过的摆线内齿11为第Q摆线内齿。在本实施例中，第Q摆线内齿为第五初始内齿。

参照图1和图2，图2为未修型的摆线外环1与摆线盘2啮合在第一摆线内齿11时第一半区内的各个摆线内齿11的受力及有效扭矩示意图，其中，F为各个摆线内齿11的受力值，F_max为各个摆线内齿11中的最大受力值，T为各个摆线内齿11的有效扭矩，T_max为各个摆线内齿11中的传递的最大有效扭矩，N₁、N₂、N₃、...、N₂₀代表对应的各个摆线内齿11。

根据图1和图2可知：未修型的摆线外环1在第一半区12中存在一个受力最大且有效扭矩最大的摆线内齿11。该摆线内齿11就是第Q摆线内齿，也就是说，在本实施例中，第五摆线内齿为受力最大且有效扭矩最大的摆线内齿。

根据图1和图2可知，未修型的摆线外环1在第一半区12中的摆线内齿11越靠近第五摆线内齿11，受力越大且有效扭矩越大；未修型的摆线外环1在第一半区12中的摆线内齿11越远离第五摆线内齿11，受力越小且有效扭矩越小。

未修型的摆线外环1在第一半区12中的摆线内齿11中存在部分摆线内齿11受力较小且有效扭矩较小，但这一部分摆线内齿11会和摆线盘2进行接触，造成摆线外环1和摆线盘2之间的磨损量较大，并影响摆线外环1和摆线盘2之间的传动效率。因此需要对摆线外环1的摆线内齿11进行修型，以使得摆线外环1和摆线盘2啮合于第一摆线内齿时，上述受力较小且有效扭矩较小的摆线内齿11不和摆线盘2接触。

S2、参照图1和图3，对摆线外环1进行修型。

S2.1、确定修型后的摆线盘2和摆线外环1在两者啮合在第一摆线内齿11处时的有效接触区域。

修型后的有效接触区域位于第一半区12内，且第五初始内齿位于有效接触区域内。

定义修型后的有效接触区域的两条侧边分别为射线OA和射线OB，射线OA位于靠近射线ON₁的一侧，射线OB位于远离射线ON₁的一侧。其中，10°＜∠N₁OA＜30°，100°＜∠N₁OB＜120°。在本实施例中，∠N₁OA＝20°，∠N₁OB＝110°。

S2.2、确定修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿11。

由于第五摆线内齿11为与摆线盘2的啮合角最大的摆线内齿11，并且第五摆线内齿11位于修型后的有效接触区域内，使得修型后的有效接触区域内的摆线内齿11的啮合角随远离第五摆线内齿11的方向逐渐减小，因此只需要对比修型后的有效接触区域中两侧的摆线内齿11对应的啮合角的大小。

位于修型后的有效接触区域两侧的摆线内齿11分别为第x摆线内齿和第y摆线内齿，且x＜y。其中，第x摆线内齿和第y摆线内齿的圆心分别为N_x、N_y。在本实施例中，x＝3，y＝13。

获取第三摆线内齿与摆线盘2的啮合角∠ON₃P的大小和第十三摆线内齿与摆线盘2的啮合角∠ON₁₃P的大小，并对比∠ON₃P和∠ON₁₃P以获得两个啮合角中最小啮合角对应的摆线内齿11。

本实施例中，获取∠ON₃P和∠ON₁₃P的数值的步骤如下所示：

引入参数i，i∈(3，13)，N_i为修型后的有效接触接触区域中第i摆线内齿11的圆心。

对于第i摆线内齿11而言，

根据余弦定理，

因此，

其中，O为摆线外环1的圆心，z为摆线外环1中摆线内齿11的齿数，P为摆线外环1和摆线盘2啮合于第一摆线内齿处时的瞬心，

为线段N_iP的长度，L_0P为线段OP的长度，

为ON_i的长度。

在本实施例中，∠ON₃P＞∠ON₁₃P，因此，第十三摆线内齿为修型后的有效接触区域内啮合角最小的啮合角。根据第十三摆线内齿的齿廓和摆线盘2的外齿廓所形成的啮合点以确定接触点M_S。

接触点M_S还可以通过以下方法获取：连接第十三摆线内齿的圆心N₁₃和瞬心P获得线段N₁₃P，线段N₁₃P和第十三摆线内齿的齿廓的交点即为接触点M_S。

根据摆线外环1的圆心O的位置与接触点M_S的位置获取线段OM_S，并根据线段OM_S获取该线段OM_S的长度

S2.3、参照图1和图3，获取修型半径r。

只要确保修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿11能够和摆线盘2接触，则修型后的有效接触区域中的其他摆线内齿11均能够与摆线盘2进行接触。若

则此时修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿11刚刚能够和摆线盘2接触，也就是说，

是一个临界值，在后续加工误差的影响下，有可能造成修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿11无法和摆线盘2接触，从而造成有效接触区域的减小。

因此引入修型余量b，适当减小修行半径，使得修型半径

且0mm＜b＜0.1mm。在本实施例中，修型余量b＝0.05mm。

S2.4、获取摆线外环1的设计内齿廓。

参照图3，以摆线外环1的圆心O为中心，以修型半径r为半径形成修型圆3。根据摆线外环1以及修型圆3以判断两者的重叠部分并定义为重叠区域15，在摆线外环1上去除该重叠区域15以形成摆线外环1的设计内齿廓。

结合图1至图3，本申请实施例一种摆线外环内齿廓的设计方法的实施原理为：通过将摆线内齿11一体设置在摆线外环1上，并通过对摆线内齿11进行修型，缩小摆线外环1和摆线盘2的有效接触区域，不仅提高了具有该摆线盘2的摆线减速机的组装效率，而且削弱了摆线内齿11一体设置造成的摆线外环1和摆线盘2的磨损提高和传动效率降低的影响。

本申请实施例还公开了一种摆线外环1。

参照图4，摆线外环1在内环面上周向均匀设有多个摆线内齿11。摆线内齿11为圆弧齿且与摆线外环1一体设置。在本实施例中，摆线外环1的摆线内齿11的数量为四十个，摆线内齿11的圆心分布圆的半径为60mm，摆线内齿11的半径为3mm。

其中，摆线内齿11在齿顶部分设有修型弧面14。修型弧面14的圆心与摆线外环1的圆心重合，且修型弧面14的半径为实施例1中获得修型半径r。

本申请实施例还公开了一种摆线减速机，包括实施例2中的摆线外环1。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种摆线外环内齿廓的设计方法，其特征在于，包括：

S1、确定摆线外环1和摆线盘2，并获得摆线外环1的初始内齿廓和摆线盘2的外齿廓；

摆线外环1的内环面上周向均匀设置有多个摆线内齿11，摆线内齿11为圆弧齿且与所述摆线外环1一体设置；所述摆线外环1的圆心为O；所述摆线内齿11沿周向依次为第一摆线内齿、第二摆线内齿、第三摆线内齿、...、第z摆线内齿，第一摆线内齿、第二摆线内齿、第三摆线内齿、...、第z摆线内齿对应的圆心分别为N₁、N₂、N₃、...、N_z；

直线ON₁将摆线外环1分隔成两个半区；定义第二摆线内齿所在的半区为第一半区12，另一半区为第二半区13；

摆线盘2啮合在摆线外环1的第一摆线内齿处,获得摆线盘2和摆线外环1的瞬心P的位置，并定义经过瞬心P且垂直于直线ON₁的垂线所经过的摆线内齿11为第Q摆线内齿；

S2、对摆线外环1进行修型；

确定摆线盘2和修型后的摆线外环1在两者啮合在第一摆线内齿处时的有效接触区域，且修型后的有效接触区域位于第一半区12内，第Q摆线内齿位于修型后的有效接触区域内；

定义修型后的有效接触区域的侧边为射线OA和射线OB，射线OA位于靠近射线ON₁的一侧，射线OB位于远离射线ON₁的一侧，其中，10°<∠N₁OA<30°，100°<∠N₁OB<120°；

确定修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿11，并根据修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿11的齿廓和摆线盘2的外齿廓所形成的啮合点以确定接触点M_S；

根据摆线外环1的圆心O的位置与接触点M_S的位置获取线段OM_S，并根据线段OM_S获取该线段OM_S的长度

获取修型半径r，修型半径

其中，b为修型余量，且0mm<b<0.1mm；

以摆线外环1的圆心O为中心，以修型半径r为半径形成修型圆3，根据摆线外环1以及修型圆3以判断两者的重叠部分并定义为重叠区域15；在摆线外环1上去除该重叠区域15以形成摆线外环1的设计内齿廓。

2.根据权利要求1所述的一种摆线外环内齿廓的设计方法，其特征在于，∠N₁OA＝20°，∠N₁OB＝110°。

3.根据权利要求1所述的一种摆线外环内齿廓的设计方法，其特征在于，确定修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿11的方法如下：

定义修型后的有效接触区域两端的摆线内齿11分别为第x摆线内齿和第y摆线内齿，且x<y；其中，第x摆线内齿和第y摆线内齿的圆心分别为N_x、N_y；

获取第x摆线内齿与摆线盘2的啮合角∠ON_xP的大小和第y摆线内齿与摆线盘2的啮合角∠ON_yP的大小，并对比∠ON_xP和∠ON_yP以获得两个啮合角中最小啮合角对应的摆线内齿11，该摆线内齿11为修型后的有效接触区域中啮合角最小的摆线内齿11。

4.根据权利要求1所述的一种摆线外环内齿廓的设计方法，其特征在于，b＝0.05mm。

5.一种摆线外环1，其特征在于，所述摆线外环1在内环面上周向均匀设置有多个摆线内齿11，所述摆线内齿11为圆弧齿且与摆线外环1一体设置，所述摆线内齿11的齿顶部分设有修型弧面14，所述修型弧面14的圆心与摆线外环1的圆心重合，所述修型弧面14的半径为按照权利要求1的摆线外环内齿廓的设计方法所确定的所述修型半径r。

6.一种摆线减速机，其特征在于，包括权利要求5中所述的摆线外环1。

Images