高负载谐波减速器齿型曲线的设计方法技术

本发明专利技术提出了一种高负载谐波减速器齿型曲线的设计方法，首先选定谐波减速器发生器的轮廓曲线C(u)、预先设定新的四次B样条曲线C(u)上的若干型值点Pi；之后根据累计弦长参数化法，可由Pi求出对应的u

【技术实现步骤摘要】
高负载谐波减速器齿型曲线的设计方法


[0001]本专利技术属于谐波减速器
，更具体地说，涉及一种高负载谐波减速器齿型曲线的设计方法。

技术介绍

[0002]谐波减速器主要由波发生器、柔性和刚齿三个基本构件组成，一种靠波发生器装配上柔性轴承使柔性齿轮产生可控弹性变形，并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动机构。其应用学科：机械工程(一级学科)；传动(二级学科)；齿轮传动(三级学科)谐波齿轮传动减速器是利用谐波啮合原理发展起来的一种新型减速器。
[0003]在机器人领域，用户经常会让谐波减速器处于超负载运行状态，其结果会使得谐波减速器的寿命比额定寿命短加速谐波减速器的损坏。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高负载谐波减速器齿型曲线的设计方法，从谐波减速器的工作原理出发，设计出了一种适合于超负载运行的谐波减速器齿型，它可以在不降低谐波减速器性能指标的前提下，比正常的谐波减速器的工作负荷高出约20％。
[0005]一种高负载谐波减速器齿型曲线的设计方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、选定谐波减速器的轮廓曲线C(u)、预先设定新的四次B样条曲线C(u)上的若干型值点Pi；
[0007][0008][0009]0≤m
i
≤90；ρ
i
为型值点Pi对应的极坐标半径；
[0010]步骤2、根据累计弦长参数化法，可由Pi求出对应的u
i
；
[0011]步骤3、将Pi依次赋值给C(u)，结合选定的边界条件，形成关于新的四次B样条曲线C(u)中控制点di的方程组；
[0012]基于控制点di的方程组，可求出Pi对应的控制点di的坐标；
[0013]至此，由pi反求出新的四次B样条曲线C(u)的表达式；
[0014]步骤4、基于步骤3中C(u)的表达式，多次改变其中u的值，以获取一系列连续的型值点，其中，0≤u≤1；
[0015]步骤5、根据步骤4中获取的型值点，绘制步骤3中求出的C(u)表达式对应的形状；
[0016]步骤6、根据步骤5中C(u)的形状，利用对性可得谐波啮合圆的形状，之后根据设谐波啮合圆计特定规格的柔轮齿型；
[0017]步骤7、根据柔轮的齿廓形状，利用共轭原理，设计出刚轮的齿型曲线。
[0018]优选地，步骤1中，预先设计的型值点Pi的个数为21。
[0019]优选地，步骤3中，选定的边界条件为首末端切矢量边界条件。
[0020]优选地，步骤1中，选定的谐波减速器为32
‑
100谐波减速器。
[0021]优选地，m
i
的取值步长不大于5.
[0022]与现有技术相比，本专利技术的优点为：
[0023]与正常的谐波减速器相比，通过给改变柔轮和刚轮的啮合性质，在不改变其他所有尺寸的前提下，提高了约20％的承载能力。
附图说明
[0024]图1为预先设定的型值点Pi示意图；
[0025]图2为由pi反求出新的四次Bezier样条曲线C(u)的样条曲线形状；
[0026]图3为谐波啮合圆的形状；
[0027]图4为弹性协调曲线示意图；
[0028]图5为柔轮齿廓示意图；
[0029]图6为刚轮齿廓示意图；
[0030]图7为柔轮和刚轮的实际啮合效果较图；
[0031]图8为柔轮和刚轮的实际啮合的放大图；
[0032]图9为控制点di的求解流程图。
具体实施方式
[0033]下面将结合示意图对本专利技术的高负载谐波减速器齿型曲线的设计方法进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。
[0034]如图1～9，步骤1、选定32
‑
100谐波减速器，其对应的轮廓曲线为曲线C(u)。
[0035]预先设计若干型值点Pi；假定型值点Pi均通过C(u)。预先设计的型值点Pi的个数为21。
[0036][0037][0038]其中，0≤m
i
≤90，m
i
的取值步长不大于5。
[0039]ρ
i
为型值点Pi处对应的极坐标半径。
[0040]在本实施例中，假定型值点Pi如下：其中：ρ
i
的含义参见图1；
[0041]其中，m
i
的取值如下表1所示。
[0042]表1 m
i
的取值表
[0043][0044][0045]步骤2、根据累计弦长参数化法(现有技术)，可由Pi求出对应的ui。
[0046]步骤3、将Pi依次赋值给C(u)，结合首末端切矢量边界条件，形成关于新的四次B样条曲线C(u)中控制点di的方程组；基于控制点di的方程组可求出Pi对应的控制点di的坐标，如表2所示。
[0047]至此，由pi反求出新的四次B样条曲线C(u)的表达式。
[0048]表2控制点di的坐标值
[0049]控制点数值控制点数值d0(0,30.46)d1(0.000381,30.46)d2(0.579099,30.45759)d3(1.448243,30.43473)d4(2.989154,30.32389)d5(4.936347,30.082778)d6(7.158701,29.5799)d7(9.46987,28.90562)d8(11.72383,27.98906)d9(14.00697,26.89117)d
10
(16.22525,325.48841)d
11
(18.37065,23.93483)d
12
(20.29962,22.16471)d
13
(22.12728,20.275328)d
14
(23.71535,18.20315)d
15
(25.18136,16.04541)d
16
(26.39178,13.73972)d
17
(27.46603,11.38253)d
18
(28.27452,8.911596)d
19
(28.93813,6.425473)d
20
(29.33017,3.830992)d
21
(29.51309,2.107022)d
22
(29.54,0.013677)d
23
(29.54,0)
[0050]步骤4、基于步骤3中C(u)的表达式，，利用参数u的连续性，改变其中u的值，以获取一系列连续的型值点，其中，0≤u≤1。其中，一个u值，对应一个型值点。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高负载谐波减速器齿型曲线的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、选定谐波减速器的发生器轮廓曲线C(u)、预先设定新的四次B样条曲线C(u)上的若干型值点Pi；的若干型值点Pi；0≤m
i
≤90；ρ
i
为型值点Pi对应的极坐标半径；步骤2、根据累计弦长参数化法，可由Pi求出对应的u
i
；步骤3、将Pi依次赋值给C(u)，结合选定的边界条件，形成关于新的四次B样条曲线C(u)中控制点di的方程组；基于控制点di的方程组，可求出Pi对应的控制点di的坐标；至此，由pi反求出新的四次B样条曲线C(u)的表达式；步骤4、基于步骤3中C(u)的表达式，多次改变其中u的值，以获取一系列连续的型值点，其中，0≤u≤1；步骤5、根据步骤4中获取的型值点，绘...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁安富，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：