一种谐波减速器刚轮齿形优化方法技术

本发明专利技术公开了一种谐波减速器刚轮齿形优化方法，通过使用一种谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置测量得到啮合运动状态下真实的谐波减速器柔轮参数，通过MATLAB仿真得到高度拟合真实柔轮运动的运动轨迹，取柔轮运动轨迹包络线，基于该包络线采用多段圆弧拟合包络线以获得优化后刚轮的齿廓。本发明专利技术可以有效优化谐波减速器刚轮齿形，通过本发明专利技术优化后的刚轮与柔轮间侧隙更小，啮合传动效率更高，齿面受力更均匀，使用寿命更长，使柔轮与刚轮具有更好的啮合性能，更优的齿面接触受力条件，杜绝因刚轮齿形设计不合理而与柔轮齿产生干涉的情况。的情况。的情况。

【技术实现步骤摘要】
一种谐波减速器刚轮齿形优化方法


[0001]本专利技术涉及谐波减速器刚轮齿形设计
，尤其涉及一种谐波减速器刚轮齿形优化方法，适用于优化谐波减速器的刚轮齿形，减小减速器侧隙，提高谐波减速器啮合性能，使柔轮与钢轮啮合时受力更均匀。

技术介绍

[0002]波减速器具有传动比大、传动精度高、结构紧凑、承载能力强等特点，因此适用于高精、高负载、安装空间小的应用场景，目前被广泛应用于航空航天、工业机器人等领域。谐波减速器主要由波发生器、刚轮、柔轮构成。波发生器装入柔轮内部，柔轮因被波发生器撑大而产生与波发生形状相同的变形。装入波发生器后的柔轮长轴部分齿与刚轮齿接触、啮合，短轴部分齿与刚轮齿脱开。长短轴的位置随着波发生器的转动发生交替变化。刚轮和柔轮之间因存在极小的齿数差，依据传动比公式i＝(Zf
‑
Zc)/Zf(Zf是柔轮齿数，Zc是刚轮齿数)，可实现大减速比传动。
[0003]柔轮、刚轮间通过相互啮合传递运动与力，刚轮齿形与柔轮齿形对于啮合效果起着决定性作用，因此好的齿形可以提高传动效率与传动精度，使啮合齿面之间受力更加均匀，提高啮合性能与齿轮寿命。
[0004]目前设计与优化刚轮齿形多采用包络法。该方法是代入柔轮参数到柔轮运动轨迹方程得到柔轮理论运动轨迹，基于该轨迹取包络线得到刚轮齿廓的近似曲线。该方法最大的问题在于代入的柔轮参数多采用经验值或是通过静态测量方法得到，而以上两种方法获得的柔轮参数均不准确，因此难以仿真得到接近真实情况的柔轮运动轨迹，包络得到的刚轮齿形与柔轮齿形在实际啮合过程中传动效果较差，甚至会产生柔轮、刚轮干涉的现象。

技术实现思路

[0005]本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种谐波减速器刚轮齿形优化方法。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种谐波减速器刚轮齿形优化方法，具体包括以下步骤：
[0008]S1、通过二次切割加工在谐波减速器刚轮上形成观测豁口；
[0009]S2、将切割加工后的谐波减速器安装到谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置中，经过谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置测量得到啮合运动状态下谐波减速器的柔轮参数；
[0010]S3、通过MATLAB对得到的柔轮参数进行处理，并将处理后的柔轮参数代入柔轮运动轨迹方程，通过MATLAB仿真得到高度拟合真实柔轮运动的运动轨迹；
[0011]S4、取真实柔轮运动的运动轨迹包络线，基于该包络线采用多段圆弧拟合包络线以获得优化后的刚轮齿形。
[0012]步骤S1所述的观测豁口形状为扇形体，扇形体两弧线中心均位于刚轮中心轴线
上，半径分别同刚轮齿顶圆半径、刚轮外轮廓半径相等，扇形体高度与刚轮齿轮长度相等。
[0013]所述扇形体所对应圆心角的度数为27.5度。
[0014]所述的谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置包括有固定安装在固定基座上的运动装置本体部分和参数测量部分。
[0015]所述的运动装置本体部分包括有交流伺服电机、十字滑块联轴器一、转矩转速传感器一、十字滑块联轴器二、切割加工后的谐波减速器、凸缘联轴器、转矩转速传感器二、十字滑块联轴器三和磁粉制动器；所述交流伺服电机通过十字滑块联轴器一驱动扭矩转速传感器一转动，扭矩转速传感器一通过十字滑块联轴器二带动切割加工后的谐波减速器转动，切割加工后的谐波减速器通过凸缘联轴器驱动扭矩转速传感器二转动，扭矩转速传感器二通过十字滑块联轴器三驱动磁粉制动器转动。
[0016]所述的交流伺服电机固定安装在电机固定底座上，转矩转速传感器一和转矩转速传感器二分别固定在传感器固定座一和传感器固定座二上，所述切割加工后的谐波减速器固定安装在减速器固定底座上，所述的电机固定底座、传感器固定座一、传感器固定座二、减速器固定底座和磁粉制动器分别固定安装在所述固定基座上。
[0017]所述的参数测量部分包括有固定支架板一、固定支架板二、三自由度位移台、位移台固定板和传感器固定板，所述固定支架板一和固定支架板二平行对称布置于固定基座宽度方向中部，固定支架板一和固定支架板二之间连接有固定支架板三，所述三自由度位移台由三个不同位移方向的位移台连接构成，三自由度位移台底部固定于位移台固定板的中心位置，位移台固定板固定在固定支架板一和固定支架板二上；所述点激光位移传感器固定于传感器固定板的一端，传感器固定板固定于三自由度位移台的其中一个位移台上。
[0018]所述步骤S2具体过程如下：
[0019]S2.1将切割加工后的谐波减速器安装到谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置中后，通过三自由度位移台校准点激光位移传感器位置，使点激光位移传感器能够正常测量，并且固定于刚轮上观测豁口的开口端；
[0020]S2.2、打开交流伺服电机，交流伺服电机转动，依次带动扭矩转速传感器一、谐波减速器、扭矩转速传感器二和磁粉制动器转动，点激光位移传感器记录数据；S2.3、通过三自由度位移台使点激光位移传感器沿x轴负方向移动0.5mm；
[0021]S2.4、重复步骤S2.2、S2.3，直到点激光位移传感器移动到刚轮观测豁口闭口端。
[0022]所述的步骤S3的具体内容如下：通过MATLAB对点激光位移传感器记录的数据进行降噪、优化处理，最终获得沿x轴每间隔0.5mm的截面位置上柔轮径向变形量最大值与最小值差值的绝对值δ，从多个绝对值δ中选出最大值δmax与最小值δmin。
[0023]将所述柔轮径向变形量极值δmax、δmin代入柔轮运动轨迹方程，通过MATLAB仿真得到柔轮运动轨迹。
[0024]本专利技术的优点是：
[0025]本专利技术通过使用一种谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置测量得到啮合运动状态下真实的谐波减速器柔轮参数，通过MATLAB仿真得到高度拟合真实柔轮运动的运动轨迹，取柔轮运动轨迹包络线，基于该包络线采用多段圆弧拟合包络线以获得优化后刚轮的齿廓。本专利技术提供了一种高可靠性的谐波减速器刚轮齿形优化方法，对谐波减速器刚轮齿形优化具有重要意义。
[0026]本专利技术可以有效优化谐波减速器刚轮齿形，通过本专利技术优化后的刚轮与柔轮间侧隙更小，啮合传动效率更高，齿面受力更均匀，使用寿命更长，使柔轮与刚轮具有更好的啮合性能，更优的齿面接触受力条件，杜绝因刚轮齿形设计不合理而与柔轮齿产生干涉的情况。
附图说明
[0027]图1为本专利技术谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置的结构示意图；
[0028]图2为本专利技术方法流程图；
[0029]图3为切割加工后的谐波减速器爆炸图；
[0030]图4为处理后的数据图；
[0031]图5为柔轮运动轨迹仿真与包络曲线图；
[0032]图6为参数测量部分结构示意图。
具体实施方式
[0033]如图2所示，一种谐波减速器刚轮齿形优化方法，具体包括下述步骤：
[0034]第一步，通过二次切割加工在谐波减速器9刚轮93上形成特定形状的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种谐波减速器刚轮齿形优化方法，其特征在于：具体包括以下步骤：S1、通过二次切割加工在谐波减速器刚轮上形成观测豁口；S2、将切割加工后的谐波减速器安装到谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置中，经过谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置测量得到啮合运动状态下谐波减速器的柔轮参数；S3、通过MATLAB对得到的柔轮参数进行处理，并将处理后的柔轮参数代入柔轮运动轨迹方程，通过MATLAB仿真得到高度拟合真实柔轮运动的运动轨迹；S4、取基于真实柔轮径向变形量仿真得到的柔轮运动轨迹包络线，基于该包络线采用多段圆弧拟合包络线以获得优化后的刚轮齿形。2.根据权利要求1所述的一种谐波减速器刚轮齿形优化方法，其特征在于：步骤S1所述的观测豁口形状为扇形体，扇形体两弧线中心均位于刚轮中心轴线上，半径分别同刚轮齿顶圆半径、刚轮外轮廓半径相等，扇形体高度与刚轮齿轮长度相等。3.根据权利要求2所述的一种谐波减速器刚轮齿形优化方法，其特征在于：所述扇形体所对应圆心角的度数为27.5度。4.根据权利要求2所述的一种谐波减速器刚轮齿形优化方法，其特征在于：所述的谐波减速器柔轮轮齿径向变形量测量装置包括有固定安装在固定基座上的运动装置本体部分和参数测量部分。5.根据权利要求4所述的一种谐波减速器刚轮齿形优化方法，其特征在于：所述的运动装置本体部分包括有交流伺服电机、十字滑块联轴器一、转矩转速传感器一、十字滑块联轴器二、切割加工后的谐波减速器、凸缘联轴器、转矩转速传感器二、十字滑块联轴器三和磁粉制动器；所述交流伺服电机通过十字滑块联轴器一驱动扭矩转速传感器一转动，扭矩转速传感器一通过十字滑块联轴器二带动切割加工后的谐波减速器转动，切割加工后的谐波减速器通过凸缘联轴器驱动扭矩转速传感器二转动，扭矩转速传感器二通过十字滑块联轴器三驱动磁粉制动器转动。6.根据权利要求5所述的一种谐波减速器刚轮齿形优化方法，其特征在于：所述的交流伺服电机固定安装在电机固定底座上，转矩转速传感器一和转矩转速传感器二分别固定在传感器固定座一和传感器固定座二上，所述切割加工后的谐波减速...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯平法，袁庆龙，曾龙，冯峰，查慧婷，曾广胜，吴凯平，张世林，邱楚锋，
申请(专利权)人：清华大学深圳国际研究生院，
类型：发明
国别省市：