少齿差行星减速机构及其齿形设计方法技术

本发明专利技术公开了一种少齿差行星减速机构及其齿形设计方法。该齿形设计方法包括：构建少齿差行星减速机构，包括行星齿轮、弹性齿圈和限位齿轮架，弹性齿圈具有能够和行星齿轮的第一外齿啮合的第一内齿及能够和限位齿轮架的第二内齿啮合的第二外齿，行星齿轮由偏心轴驱动并相对限位齿轮架偏心设置，使得弹性齿圈和行星齿轮在啮合后变形；令所述少齿差行星减速机构满足关系式，使第一外齿形成无尖点的运动轨迹M；根据所述运动轨迹M获得第一内齿的齿形函数。本发明专利技术的齿形设计方法能够提高少齿差行星减速机构的传动精度及额定传动扭矩。星减速机构的传动精度及额定传动扭矩。星减速机构的传动精度及额定传动扭矩。

【技术实现步骤摘要】
少齿差行星减速机构及其齿形设计方法


[0001]本专利技术涉及一种少齿差行星减速机构及其齿形设计方法，特别是一种采用弹性齿圈的少齿差行星减速机构及其弹性齿圈内齿的齿形设计方法。

技术介绍

[0002]齿轮传动具有效率高、传动比准确、结构紧凑等特点，其作为机械传动中应用最广泛的传动机构之一。现有的齿轮传动理论大多基于刚性啮合，即计算啮合副对应的共轭曲线（如渐开线、摆线）时，将啮合副两者视为刚体，不考虑传递扭矩大小和啮合齿面产生的变形，啮合副运动视为已知刚体位移。
[0003]刚性啮合理论可以使得啮合副“纯滚动”，理论上可以实现齿轮传动效率最优。然而任何啮合副的制造都存在着客观误差，且需要考虑润滑或温度影响所需的间隙。基于刚性啮合理论的齿轮都会存在一定侧隙，否则将导致制造出来的机构不能装配或不能使用。因而刚性传动理论无法克服侧隙问题。
[0004]侧隙大小直接影响齿轮系的传动精度。在轮系反转时，主动轮会先反转，从动齿轮才会依序反转，输出角度误差，造成设备的不准确。若是大功率输出，背隙会导致整个轮系振动，产生噪声，严重时破坏齿轮的齿及其他零件。因而基于刚性啮合理论设计的齿轮系，只能通过不断提升齿轮加工、装配精度提升齿轮系机构的精度，来减少以上不利影响。
[0005]基于刚性啮合理论设计的齿轮系，齿的啮合数量由齿的几何设计决定，受到大扭矩载荷，很容易发生受载齿单独破坏导致齿系失效的问题。
[0006]总的来说基于刚性啮合理论设计的齿轮，若要满足工业发展对未来传动精度、传动能量密度的要求，主要存在以下问题：有侧隙、精度要求高、加工难度大；啮合齿数较少且固定、受大扭矩载荷容易局部失效。
[0007]行业内对于少齿差行星传动机构中行星齿轮上齿的运动轨迹主要基于对应行星齿轮机构构型所对应的理论框架。RV减速器与谐波减速器的理论框架内都存在轨迹尖点；运动轨迹如图1a所示，运动轨迹中的一个尖点放大如图1b所示。尖点即意味着在这一点的齿轮啮合状态必须“完全精确”，必须达到理论位置才能实现理论啮合效果。显然这在实际加工中试不可能实现的，任何啮合副的制造都存在着客观误差，而且需要考虑润滑或温度影响所需的间隙。否则制造出来的机构不能装配或不能使用。
[0008]RV减速器摆线齿廓不可回避所需的啮合间隙，此间隙的存在啮合副的分度圆直径改变，但摆线针轮啮合副与渐开线齿轮的变位在性质上完全不同，从以上分析可知，摆线齿廓以节圆分度为基础，分度圆的改变就意味着节圆的改变，齿廓就不符合单节点啮合纯滚动摆线生成的原理，因此齿廓不是共轭曲线。理论上传动方向上有将近一半齿针可以同时啮合，具有一定的承载能力。但是，由于啮合间隙的存在，间隙在各齿处分布不是一致的，因此不能保证这么多齿数啮合，虽然由于针齿的弹性变形也可能造成多齿啮合，但不确定啮合齿数，可靠的承载能力只能按照单齿啮合来设计。所设计出来机构尺寸大，标称的承载能力小。
[0009]谐波减速器中尽管可以通过调整波发生器的变形系数可以消除尖点，但这样的调整会导致柔轮刚轮间的侧隙增加，精度降低。
[0010]因此行业内研究了一系列方案旨在修整齿形，以使谐波减速器或者RV减速器的齿能在达补到理论轨迹点的啮合状态中仍能保持部分精度，或是减小非理论理想啮合状态对齿轮造成的损伤，提高齿轮寿命。但业内始终没有办法克服轨迹尖点带来的不利影响。

技术实现思路

[0011]针对上述问题，本专利技术的一个目的是提供一种少齿差行星减速机构的齿形设计方法，提高传动精度及额定传动扭矩。
[0012]本专利技术的另一个目的是提供一种具有少齿差行星减速机构，其具有较高的传动精度和额定传动扭矩。
[0013]根据本专利技术的一个方面，一种少齿差行星减速机构的齿形设计方法，包括如下步骤：（1）构建少齿差行星减速机构，所述少齿差行星减速机构包括行星齿轮、弹性齿圈和限位齿轮架，所述弹性齿圈能够弹性变形并位于所述行星齿轮和所述限位齿轮架之间，所述弹性齿圈具有能够和所述行星齿轮的第一外齿啮合的第一内齿及能够和所述限位齿轮架的第二内齿啮合的第二外齿，所述行星齿轮由偏心轴驱动并相对所述限位齿轮架偏心设置，使得所述弹性齿圈和所述行星齿轮在啮合后变形，变形后的所述弹性齿圈具有相互垂直的长轴和短轴；（2）令所述少齿差行星减速机构满足如下关系式（a）至（c），使所述第一外齿形成如下参数方程（d）表示的无尖点的运动轨迹M；
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（a）
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（b）
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（c）
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（d）上式中：为所述弹性齿圈圆心与所述行星齿轮圆心的间距；、分别为所述第一外齿的节圆半径、所述第一内齿的节圆半径，分别为在所述弹性齿圈变形后所述行星齿轮、所述弹性齿圈啮合的等效节圆半径，且，；为所述行星齿轮和所述弹性齿圈的传动比；
为所述弹性齿圈变形后所形成的椭圆的短轴的长度；为所述第一内齿的齿数，为所述第一内齿的模数；、分别为所述行星齿轮的第一外齿节圆与齿中心线交点在坐标系中的坐标，该坐标系以所述限位齿轮架的中心为原点，分别以变形后的所述弹性齿圈形成近似椭圆的短轴、长轴为x轴、y轴；为所述偏心轴转过的角度；（3）根据所述运动轨迹M获得所述第一内齿的齿形函数。
[0014]在一优选的实施例中，关系式（a）中，其中，为所述第一外齿的模数，为所述第一外齿的齿数。
[0015]在一优选的实施例中，步骤（2）中，其中，为所述第一外齿的齿数。
[0016]在一优选的实施例中，步骤（2）中，所述约等于所述弹性齿圈变形后第一内齿的模数。
[0017]在一优选的实施例中，步骤（3）中，根据所述运动轨迹M求得第一内齿的包络线方程，具体如下：其中，为第一外齿在坐标系中的齿形函数，为沿轨迹M运动形成的以偏心轴转动角度为参数的曲线族。
[0018]在一优选的实施例中，步骤（3）中，根据所述运动轨迹M用轨迹函数生成所述第一外齿的包络函数数值解，拟合获得所述弹性齿圈的第一内齿的齿形函数。
[0019]在一优选的实施例中，变形后的所述弹性齿圈的邻近长轴处的部分和所述行星齿轮啮合，长轴。
[0020]在一优选的实施例中，所述弹性齿圈与所述行星齿轮的啮合处形成等效于节圆半径、模数的啮合状态。
[0021]在一优选的实施例中，变形后的所述弹性齿圈的邻近长轴一端处的部分和一个行星齿轮啮合，变形后的所述弹性齿圈的邻近长轴另一端处的部分和另一个行星齿轮啮合，两个所述行星齿轮偏心设置且具有相同的第一外齿。
[0022]在一优选的实施例中，所述齿形设计方法还包括如下步骤：（4）使所述行星齿轮的所述第一外齿的啮合包容角满足下式（e）
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（e）。
[0023]所述弹性齿圈的第一内齿的齿形与行星齿轮第一外齿啮合内外齿存在侧隙，机构啮合过程中不会卡死。啮合包容角为行星齿轮第一外齿啮合范围，理论上超90星。调整行星齿轮的偏心量d可以控制轨迹M，从而调整第一内齿的齿形与行星齿轮第一外齿啮合侧隙，控制多齿啮合范围，可通过设本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种少齿差行星减速机构的齿形设计方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）构建少齿差行星减速机构，所述少齿差行星减速机构包括行星齿轮、弹性齿圈和限位齿轮架，所述弹性齿圈能够弹性变形并位于所述行星齿轮和所述限位齿轮架之间，所述弹性齿圈具有能够和所述行星齿轮的第一外齿啮合的第一内齿及能够和所述限位齿轮架的第二内齿啮合的第二外齿，所述行星齿轮由偏心轴驱动并相对所述限位齿轮架偏心设置，使得所述弹性齿圈和所述行星齿轮在啮合后变形，变形后的所述弹性齿圈具有相互垂直的长轴和短轴；（2）令所述少齿差行星减速机构满足如下关系式（a）至（c），使所述第一外齿形成如下参数方程（d）表示的无尖点的运动轨迹M；
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（a）
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（b）
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（c）
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（d）上式中：为所述弹性齿圈圆心与所述行星齿轮圆心的间距；、分别为所述第一外齿的节圆半径、所述第一内齿的节圆半径，、分别为在所述弹性齿圈变形后所述弹性齿圈、所述行星齿轮啮合齿的等效节圆半径，且，；为所述行星齿轮和所述弹性齿圈的传动比；为所述弹性齿圈变形后所形成的近似椭圆的短轴的长度；为所述第一内齿的齿数，为所述第一内齿的模数；、分别为所述行星齿轮的第一外齿节圆与齿中心线交点在坐标系中的坐标，该坐标系以所述限位齿轮架的中心为原点，分别以变形后的所述弹性齿圈形成近似椭圆的短轴、长轴为x轴、y轴；为所述偏心轴转过的角度；（3）根据所述运动轨迹M获得所述第一内齿的齿形函数。2.根据权利要求1所述的少齿差行星减速机构的齿形设计方法，其特征在于，关系式（a）中，
其中，为所述第一外齿的模数，为所述第一外齿的齿数。3.根据权利要求1所述的少齿差行星减速机构的齿形设计方法，其特征在于，步骤（2）中，其中，为所述第一外齿的齿数。4.根据权利要求1所述的少齿差行星减速机构的齿形设计方法，其特征在于，步骤（2）中，所述约等于所述弹性齿圈变形后第一内齿的模数。5.根据权利要求1所述的少齿差行星减速机构的齿形设计方法，其特征在于，步骤（3）中，根据所述运动轨迹M求得第一内齿的包...

【专利技术属性】
技术研发人员：金正已，胡牧原，
申请(专利权)人：柔昊精密科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：