CN113931991A - 一种小减速比谐波传动齿形确定方法 - Google Patents

一种小减速比谐波传动齿形确定方法 Download PDF

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Abstract

一种小减速比谐波传动齿形确定方法，包括步骤如下：步骤一、给定滚齿刀基准齿条廓形；步骤二、利用齿廓法线法求解出与滚刀相共轭的柔轮齿廓；步骤三、给定凸轮变形量；步骤四、利用谐波齿轮传动共轭理论推导求解出与柔轮相共轭的刚轮齿廓；步骤五、计算刚轮齿顶圆弧与柔轮齿底圆弧距离Δ，如果Δ＜0.02·m，则方法结束；如果Δ≥0.02·m，则返回步骤一，修改滚齿刀基准齿条廓形。本发明的方法解决因凸轮变形量过大致使柔轮疲劳寿命过低的问题，提高齿轮承载能力。

Description

一种小减速比谐波传动齿形确定方法
技术领域
本发明涉及一种谐波传动齿形的确定方法。
背景技术
谐波齿轮传动主要是由受到凸轮激波器的影响使得柔轮产生周期性的波动，同时借助少齿差齿轮传动原理，实现减速比输出的。谐波齿轮传动存在减速比越小，凸轮变形量越大，柔轮变形应力越大，柔轮疲劳寿命越低的问题，导致谐波齿轮传动难以实现小减速比输出。
目前针对小减速比谐波齿轮传动仍然采用20度压力角渐开线齿形，该齿形虽然加工便捷，但是存现共轭区小(表征为同时啮合齿数少)、齿根圆弧半径小，弯曲强度低等缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提出一种小减速比谐波传动齿形确定方法，解决因凸轮变形量过大致使柔轮疲劳寿命过低的问题，提高齿轮承载能力。
本发明所采用的技术方案是：一种小减速比谐波传动齿形确定方法，包括步骤如下：
步骤一、给定滚齿刀基准齿条廓形；
步骤二、利用齿廓法线法求解出与滚刀相共轭的柔轮齿廓；
步骤三、给定凸轮变形量；
步骤四、利用谐波齿轮传动共轭理论推导求解出与柔轮相共轭的刚轮齿廓；
步骤五、计算刚轮齿顶圆弧与柔轮齿底圆弧距离Δ，如果Δ＜0.02·m，则方法结束；如果Δ≥0.02·m，则返回步骤一，修改滚齿刀基准齿条廓形。
用于加工柔轮的滚齿刀基准齿条廓形包括齿顶直线AB、过渡圆弧BC、齿顶工作圆弧CD、齿根工作圆弧DE、齿根过渡圆弧EF；
其中，齿厚的调整系数λ＝π/20～π/16，刀具的齿顶圆弧半径R1＝(0.5～0.6)×m，刀具齿顶段工作圆弧半径Ra＝(3～4)×m，刀具齿根段工作圆弧半径Rf＝(3～4)×m，刀具齿底圆弧半径R2＝(0.2～0.3)×m，刀具分度圆处压力角a＝(30～35)°、刀具齿底高hf＝(0.5～0.6)×m、刀具齿顶高ha＝(0.6～0.7)×m；m为刀具模数。
凸轮变形量W＝(0.8～0.9)×Wo，其中，Wo为谐波传动名义变形量。
一种小减速比谐波传动柔轮，所述柔轮的齿形采用所述齿形确定方法得到。
一种小减速比谐波传动刚轮，所述刚轮的齿形采用所述齿形确定方法得到。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明方法得到的小减速比谐波传动齿形能够适应减速比≤50的谐波齿轮传动，能够降低柔轮内应力，形成楔形油膜，提高谐波传动使用寿命。
(2)本发明方法得到的齿形能够大幅降低凸轮的变形量，实现欠变形(变形系数K小于1，实际变形量小于当量变形量)谐波齿轮传动，提高柔轮的疲劳寿命；通过增加柔轮齿底圆弧半径，使得柔轮承载能力大幅提升。
附图说明
图1为谐波齿轮传动组成图
图2(a)为柔轮未变形图，图2(b)为凸轮长轴对应处柔轮变形图，图2(c)为凸轮短轴对应处柔轮变形图。
图3为基准齿形图；
图4为刚轮齿廓包络原理图；
图5为小减速比谐波传动齿形的确定方法的流程图；
图6为刚轮、柔轮啮合图。
具体实施方式
如图1，谐波齿轮传动包括刚轮1、柔轮2、凸轮3及柔性轴承4，在凸轮3作用下，柔轮2出现翘曲现象，图2(a)为柔轮2未变形图，图2(b)为凸轮3长轴对应处柔轮2变形图，图2(c)为凸轮3短轴对应处柔轮2变形图。
如图5，本发明提出一种基于欠变形(变形系数K小于1，实际变形量小于当量变形量)谐波传动齿形的确定方法，即用于小减速比谐波传动齿形的确定方法，包括步骤如下：
步骤一、给定滚齿刀基准齿条廓形；
如图3所示，本发明采用一种应用于小减速比、由多段圆弧组成的谐波传动齿形，该齿形即为加工柔轮2的滚齿刀基准齿条廓形包括齿顶直线AB、过渡圆弧BC、齿顶工作圆弧CD、齿根工作圆弧DE、齿根过渡圆弧EF(2段凸圆+2段凹圆+1段恒直线)。其中，m为刀具模数，齿厚的调整系数λ＝π/20～π/16，刀具的齿顶圆弧半径R1＝(0.5～0.6)×m，刀具齿顶段工作圆弧半径Ra＝(3～4)×m，刀具齿根段工作圆弧半径Rf＝(3～4)×m，刀具齿底圆弧半径R2＝(0.2～0.3)×m，刀具分度圆处压力角a＝(30～35)°、刀具齿底高hf＝(0.5～0.6)×m、刀具齿顶高ha＝(0.6～0.7)×m。
步骤二、利用齿廓法线法求解出与滚刀相共轭的柔轮齿廓；
步骤三、给定凸轮3变形量；
凸轮3变形量：W＝(0.8～0.9)×Wo，其中，Wo为谐波传动名义变形量，该值与谐波齿轮传动减速比及滚齿刀具模数有关。
步骤四、利用谐波齿轮传动共轭理论推导求解出与柔轮相共轭的刚轮齿廓，如图4；
步骤五、计算刚轮齿顶圆弧与柔轮齿底圆弧距离Δ，如果Δ＜0.02·m，则方法结束；如果Δ≥0.02·m，则返回步骤一，修改滚齿刀基准齿条廓形。
由图6可见，刚轮2齿廓主要是由柔轮2齿顶圆弧及柔轮2齿顶工作圆弧共同包络下形成的，为了提高承载能力，通过调整齿形参数，使得柔轮齿根圆弧与刚轮齿顶圆弧尽可能吻合，二者最大间隙不超过0.02×m。
本发明提供了一种小减速比谐波传动柔轮，柔轮的齿形采用上述齿形确定方法得到。
本发明提供了一种小减速比谐波传动刚轮，柔轮的齿形采用上述齿形确定方法得到。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (5)

1.一种小减速比谐波传动齿形确定方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一、给定滚齿刀基准齿条廓形；
步骤二、利用齿廓法线法求解出与滚刀相共轭的柔轮齿廓；
步骤三、给定凸轮(3)变形量；
步骤四、利用谐波齿轮传动共轭理论推导求解出与柔轮相共轭的刚轮齿廓；
步骤五、计算刚轮齿顶圆弧与柔轮齿底圆弧距离Δ，如果Δ＜0.02·m，则方法结束；如果Δ≥0.02·m，则返回步骤一，修改滚齿刀基准齿条廓形。
2.根据权利要求1所述的一种小减速比谐波传动齿形的确定方法，其特征在于，用于加工柔轮(2)的滚齿刀基准齿条廓形包括齿顶直线AB、过渡圆弧BC、齿顶工作圆弧CD、齿根工作圆弧DE、齿根过渡圆弧EF；
其中，齿厚的调整系数λ＝π/20～π/16，刀具的齿顶圆弧半径R1＝(0.5～0.6)×m，刀具齿顶段工作圆弧半径Ra＝(3～4)×m，刀具齿根段工作圆弧半径Rf＝(3～4)×m，刀具齿底圆弧半径R2＝(0.2～0.3)×m，刀具分度圆处压力角a＝(30～35)°、刀具齿底高hf＝(0.5～0.6)×m、刀具齿顶高ha＝(0.6～0.7)×m；m为刀具模数。
3.根据权利要求2所述的一种小减速比谐波传动齿形的确定方法，其特征在于，凸轮(3)变形量W＝(0.8～0.9)×Wo，其中，Wo为谐波传动名义变形量。
4.一种小减速比谐波传动柔轮，其特征在于，所述柔轮的齿形采用如权利要求1～3任一所述齿形确定方法得到。
5.一种小减速比谐波传动刚轮，其特征在于，所述刚轮的齿形采用如权利要求1～3任一所述齿形确定方法得到。
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