本发明专利技术属于谐波减速器设计领域，提供了一种具有新廓形波发生器的小传动比谐波减速器。该类减速器将柔轮循环波动的次数设置为2，将刚轮与柔轮的齿差设置为2n。为了解决由于减小柔轮变形导致啮合深度减小和齿廓压力角增大的问题，提出了适用于小传动比谐波减速器的新廓形波发生器。这类谐波减速器能满足对传动比为20～60的减速器的应用市场的需求。由于新廓形波发生器的应用和齿廓的优化，小传动比谐波减速器具有柔轮变形小和二次共轭啮合的优点。此外，可以使用渐开线拟合理论齿廓，这便于通过成熟的技术对谐波减速器进行批量生产，从而降低成本并加快应用。降低成本并加快应用。降低成本并加快应用。
【技术实现步骤摘要】
一种具有新廓形波发生器的小传动比谐波减速器
[0001]本专利技术属于谐波减速器设计领域，具体涉及一种具有新廓形波发生器的小传动比谐波减速器。
技术介绍
[0002]谐波减速器因其传动精度高、体积小、重量轻等一系列优点得到广泛应用。然而，缺点是传动比通常不低于60。根据市场调查研究，超过60％的减速器的传动比低于60。这意味着大传动比限制了谐波减速器在需求小传动比(20～60)减速器市场上的应用。在设计小传动比谐波减速器时，面临着柔轮变形过大的问题。一般柔轮变形与谐波减速器的啮入深度和齿廓压力角相关。柔轮变形越小，啮入深度越小和齿廓压力角越大。如何在降低柔轮变形的情况下使啮合深度和减小压力角满足传动要求是设计小传动比谐波减速器面临的重要问题。
技术实现思路
[0003]为解决上述问题，本专利技术提供一种具有新廓形波发生器的小传动比谐波减速器。
[0004]本专利技术的技术方案：
[0005]一种具有新廓形波发生器的小传动比谐波减速器，包括刚轮、柔轮和波发生器；刚轮为刚性内齿轮；刚轮齿廓曲线根据式8)计算获得；柔轮为杯形圆柱直齿外齿轮；柔轮的啮合齿廓的圆弧根据式16)计算获得；刚轮齿数与柔轮齿数之差等于2n，其中n为大于1的正整数；与传统谐波减速器相比，该类谐波减速器具有更小的传动比；为了解决增大齿差导致柔轮变形增大、啮入深度降低以及可能不存在共轭齿廓的问题，提出了具有新廓形的波发生器，其包括凸轮和柔性轴承；波发生器的凸轮的廓形根据式2)确定；在这种波发生器的作用下，能明显减低柔轮变形，增大啮入深度以及设计符合啮合原理的共轭齿廓；
[0006]在新廓形波发生器的作用下，柔轮中线方程为：
[0007][0008]其中，a和b表示柔轮中线的半长轴和半短轴，m和n表示待定系数；表示离心角。
[0009]凸轮廓形的方程表示为：
[0010][0011]其中，ε表示参变量，h表示凸轮廓形与柔轮中线的法向距离；
[0012]把柔轮中线分成e等份，第K弧长表示为：
[0013][0014]把式3)代入式1)得：
[0015][0016]其中式4)表示柔轮中线上的点用K表示的形式；当给定K，根据式4)求得柔轮中线上的点的坐标值；
[0017]通过将式4)与坐标变换矩阵相乘，得到中线上点相对于刚轮的运动方程，其表达如下：
[0018][0019]其中，φ表示柔轮相对刚轮旋转的角度；
[0020]根据式5)推导刚轮理论齿廓；对点的运动轨迹进行偏移，求得偏移曲线方程为：
[0021][0022]其中，d表示偏移距离；Φ表示倾斜角，通过下式获得：
[0023][0024]对偏移曲线等距，求得刚轮理论齿廓为：
[0025][0026]其中，R表示等距距离；θ表示偏移曲线的切线的倾斜角，其值根据下式求得：
[0027][0028]其中，和分别表示x1和y1对的一阶导数；
[0029]由于x1和y1含有变量φ，在计算式9)时出现φ对的导数；根据谐波减速器几何运动学，该导数由下式求得：
[0030][0031]其中，z1表示柔轮齿数，z2表示刚轮齿数，并且z2‑
z1＝4；r
m
表示中线变形前的半径；
[0032]利用渐开线参数方程
[0033][0034]对根据式8)获得的刚轮理论齿廓的坐标(X
Ci
,Y
Ci
)(i＝1,2,3,
…
,m1)单侧逼近，以完成拟合；其中，R
C
表示刚轮分度圆半径，δ
i
表示渐开线上的第i点的参数，θ1表示刚轮基圆上的齿槽宽所对中心角的二分之一，表示m1正整数；
[0035]让渐开线单侧逼近刚轮齿廓，且不相交，下列条件必须被满足：
[0036]ΔX
Ci
＝X
eCi
‑
X
Ci
≥012)
[0037]定义M
C
为渐开线与刚轮齿廓上的对应点间的距离D(x
MC
,δ
i
)的算术平均数；则利用渐开线拟合刚轮理论齿廓可表示为：
[0038][0039]其中，x
MC
表示刚轮的变位系数；
[0040]对上式求条件极值，过程如下：
[0041](1)对x
MC
赋初值为了防止人为因素对计算结果的影响，这里采用均匀分布的伪随机数(0,1)生成
[0042](2)确定θ1；根据刚轮齿数和变位系数为0的插齿刀齿数z，求得θ1，其表达式如下：
[0043][0044]其中，m
g
表示刚轮模数，α表示刚轮齿形压力角；
[0045](3)计算δ
i
；以初始齿廓上的任意一点I(X
Ci
,Y
Ci
)与坐标原点O的连线为半径
作圆，该圆与渐开线相交于点I
e
(X
eCi
,Y
eCi
)；那么，点I
e
对应的参数δ
i
根据下式求得：
[0046][0047](4)把θ1和δ
i
代入式11)，计算I
e
(X
eCi
,Y
eCi
)；
[0048](5)验算式12)；当ΔX
Ci
≥0时，计算M
C
；当ΔX
Ci
＜0时，对第(1)步生成的改变一个然后从第(2)步依次重新计算；
[0049](6)确定M
C
；计算给定刚轮齿廓的所有坐标(X
Ci
,Y
Ci
)(i＝1,2,3,
…
,m1)对应的渐开线上的点(X
eCi
,Y
eCi
)(i＝1,2,3,
…
,m1)；为了使M
C
最小，取一Δx
MC
，使其中，n1表示正整数；在满足式11)的条件下，不停的重复步骤(2)到步骤(6)；当不满足式12)时，取然后令Δx
MC
′
＝Δx
MC
/2，代入中，重复计算，直到Δx
MC
′
＜0.00000001；这时求得M
C
的最小值，而与它对应的x
MC
则为渐开线刚轮的变位系数；由此获得刚轮渐开线齿廓；
[0050]所述柔轮齿廓由啮合齿廓和过渡齿廓组成；啮合齿廓为一段圆弧，它的方程为：
[0051][0052]其中，u表示参变量；与啮合齿廓光滑连接的过渡齿廓，把它设计成直线；
[0053]本专利技术的有益效果：本专利技术提供一种具有新廓形波发生器的小传动比谐波减速器。这种谐波减速器能满足对传动比为20～60的减速器市场的需求。由本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有新廓形波发生器的小传动比谐波减速器，其特征在于，该具有新廓形波发生器的小传动比谐波减速器包括刚轮、柔轮和波发生器；刚轮为刚性内齿轮；刚轮齿廓曲线根据式8)计算获得；柔轮为杯形圆柱直齿外齿轮；柔轮的啮合齿廓的圆弧根据式11)计算获得；刚轮齿数与柔轮齿数之差等于2n，其中n为大于1的正整数；具有新廓形的波发生器包括凸轮和柔性轴承，波发生器的凸轮的廓形根据式2)确定；在波发生器的作用下，柔轮中线在直角坐标系的方程为：其中，a和b表示柔轮中线的半长轴和半短轴，m和n表示待定系数；表示离心角；凸轮的新廓形在第一象限的方程表示为：其中，ε表示参变量，h表示凸轮廓形与柔轮中线的法向距离；柔轮中线分成e等份，第K弧长表示为：其中，S表示柔轮中线的弧长，表示第K弧长对应的离心角；把式3)代入式1)，得到：其中，式4)表示柔轮中线上的点用K表示的形式；当给定K时，根据式4)求得柔轮中线上的点的坐标值；将式4)与如下的坐标变换矩阵相乘，得到柔轮中线...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓东，于振江，娄志峰，郑元松，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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