谐波齿轮传动双圆弧齿形双向共轭设计方法

针对目前广泛采用的双圆弧齿形单向共轭设计方法存在的刚轮凸圆弧段共轭齿廓不确定问题,提出了一种基于柔轮和刚轮齿形联合共轭计算的双圆弧齿形双向共轭设计方法。该方法通过预设柔轮凸圆弧参数来进行共轭计算和拟合得到刚轮的双圆弧齿廓;增加了刚轮凸圆弧齿廓反向共轭计算得到柔轮凹圆弧齿廓的计算过程;将柔轮的拟合凹圆弧和预设凸圆弧相结合得到柔轮整体齿形;保证了刚轮凸圆弧段与柔轮两段圆弧均能共轭啮合。双圆弧齿形的啮合侧隙分析与有限元接触分析结果表明:与单向共轭法的设计结果相比,双向共轭法所设计的双圆弧齿形在整个齿廓段都能参与啮合,存在多点啮合现象,具有更大的齿廓接触面积和更小的齿面接触应力,提升了谐波齿轮传动的啮合性能。     

三圆弧谐波齿轮传动齿廓设计及参数优化

以三圆弧谐波齿轮为研究对象,结合改进运动学法和数值离散思想方法,求解出谐波齿轮柔轮齿廓方程和谐波齿轮传动的啮合不变矩阵,进而求解柔轮共轭齿廓;在共轭齿廓基础上,采用圆弧拟合和几何计算相结合的方法,设计求解出刚轮齿廓,并分析柔轮齿廓参数对柔轮共轭齿廓的影响。为进一步提高谐波齿轮的传动精度、传动平稳性、啮合刚度和承载能力,以增大谐波齿轮传动双共轭区间为目标,建立优化函数,对柔轮齿廓参数进行单变量和多变量优化分析。研究结果表明:采用合理的齿廓参数,可增加刚轮齿廓所包含的柔轮的理论共轭啮合点,最大化谐波齿轮传动双共轭区间,提高谐波齿轮啮合传动特性。     

柔轮凸齿廓半径对双圆弧谐波齿轮传动摩擦学性能的影响

基于改进的运动学法,利用啮合不变矩阵建立公切线双圆弧柔轮齿廓弧长参数方程和理论啮合方程,可求得理论共轭啮合区以及刚轮齿廓参数。综合考虑真实表面粗糙度、载荷、轮齿几何接触、卷吸速度等,建立双圆弧齿廓谐波减速器柔轮与刚轮在共轭啮合区域的混合润滑数学模型。分析啮合区域不同齿廓参数对于谐波传动装置润滑性能的影响。研究结果表明:在设计柔轮齿廓的时候,合理增加凸圆弧齿廓的半径有利于改善接触区域润滑状态。在工况不变的情况下特别是在中高速的工况下,加大柔轮凸圆弧齿廓半径可以增加接触区油膜厚度,增大膜厚比,且改善的效果随着转速的增加而增大,但当凸齿廓半径增大到很接近凹齿廓半径时,继续增加几乎不改善润滑条件。     

齿廓形状对谐波齿轮共轭啮合区润滑性的影响

采用公切线双圆弧齿廓作为谐波传动柔轮齿廓,通过包络理论推导出刚轮与柔轮的共轭齿廓方程和共轭区域,同时运用最小二乘法拟合刚轮齿廓的离散点,得到刚轮的拟合圆弧曲率半径.在此基础上,综合考虑卷吸速度、啮合点法向载荷、真实表面粗糙度和轮齿接触几何等因素,建立了双圆弧齿廓和渐开线齿廓谐波齿轮在共轭啮合区的混合润滑数学模型,分析了不同转速下谐波齿轮共轭啮合区处齿根啮合点和齿顶圆啮合点的润滑状态.研究结果表明:齿廓形状对润滑性能影响显著,采用双圆弧齿廓能显著增加平均油膜厚度和降低最大油膜压力,使润滑性能得到改善;随着波发生器转速逐渐降低,共轭齿根啮合点和共轭齿顶圆啮合点的平均油膜厚度和膜厚比随之减小,接触载荷比随之增大,润滑效果变差.     

结构参数驱动的谐波传动齿廓设计及参数优化

基于改进运动学法,提出结构参数驱动的谐波传动齿廓设计方法．该方法由结构参数决定柔轮凸齿廓,然后用柔轮凸齿廓来共轭求刚轮齿廓,最后用刚轮凸齿廓共轭求柔轮凹齿廓．该方法减少了输入参数,消除了刚轮凸齿廓的差异问题,增加了双共轭区域．为进一步提高谐波传动的传动性能,以增加共轭区域Ⅰ和减少空白区域为目标,进行了单变量和多变量分析．结果表明：共轭区域Ⅰ的最大值和空白区域的最小值都存在于存在共轭齿廓与不存在共轭齿廓的交界面上;采取合理的柔轮分度圆到中性层的距离、径向变形量系数及柔轮弧倾角,可以增加双共轭区域,提高谐波传动的传动性能．     

双圆弧谐波传动齿廓参数对柔轮应力影响

针对设计规范中未考虑齿廓参数对柔轮疲劳寿命影响的问题,采用包络法设计无公切线双圆弧共轭齿廓,进行多体接触有限元分析,并建立齿廓参数与柔轮应力的响应面模型,分析各齿廓参数对柔轮应力的影响规律.结果表明:由于刚轮与柔轮之间的啮合齿对会约束装入波发生器时产生的柔轮变形,所以柔轮应力对齿廓参数变化的敏感度较高;谐波传动为多齿啮合传动,单个接触齿对受载较小,载荷对柔轮应力影响较小;齿厚比和双圆弧倾角对柔轮应力的影响最大,齿顶高系数和齿根圆角半径的影响次之,齿根高系数的影响最小;柔轮应力随齿根半径和齿根高系数的增大先减小后增大,其余齿形参数与柔轮应力呈负相关.     

考虑柔轮杯体变形的谐波传动空间共轭齿廓设计与分析

提出一种精确描述凸轮波发生器谐波传动刚柔轮之间复杂空间变形的方法,该方法基于直母线假定考虑柔轮空间变形带来的中面曲线变化和柔轮齿空间方位变化等因素搭建谐波传动运动学模型。以椭圆凸轮为例,利用数值法计算柔轮空间共轭齿廓,研究柔轮杯体空间变形所产生的空间转角及其对啮合过程中的共轭区域、柔轮齿运动轨迹和齿面啮合迹线带来的特殊影响。研究结果表明:柔轮齿空间方位转角不可忽视,其中切向位移引起的转角变化更加剧烈,所得柔轮齿廓共轭区域显著增大,齿圈轴向各截面均无干涉且存在两点啮合,啮合接触状况更优。     

公切线式双圆弧齿廓谐波齿轮传动设计

谐波传动轮齿齿廓对装置啮合性能具有显著影响.为提高谐波传动的啮合性能,采用公切线式双圆弧齿廓作为柔轮齿廓,基于改进运动学理论计算双圆弧齿廓谐波传动共轭区域、共轭齿廓,并采用最小二乘拟合方法对理论共轭齿廓进行圆弧拟合;利用MATLAB对谐波传动侧隙、重合度、装配变形、运动轨迹等进行仿真分析.研究结果表明:所设计的双圆弧谐波传动轮齿啮合连续、啮合点不断改变,且存在"双共轭"现象,理论啮合弧长为109.3mm,重合度达到69.03,啮合性能显著优于传统渐开线齿廓谐波传动,并且优选径向变形量系数是消除谐波传动啮合干涉的重要方式之一.     

谐波齿轮传动共轭齿廓的计算机数值模拟研究

该文根据包络理论 ,建立了谐波齿轮传动共轭齿廓分析的通用数学模型。在已知柔轮齿廓的条件下 ,求得刚轮共轭齿廓的离散点 ,应用最小二乘法拟合刚轮的工作齿廓 ,并设计了啮合区段干涉检验法用于校验齿廓的重叠干涉 ,最后对所求的刚轮、柔轮工作齿廓进行计算机数值模拟与运动学仿真 ,以验证所求工作齿廓的合理性 ,为探索小速比谐波齿轮传动的新型工作齿廓提供了理论依据     

基于包络仿真的谐波齿轮刚轮设计方法

为提高谐波齿轮设计效率,以谐波齿轮中的刚轮为研究对象,在MATLAB中,根据柔轮齿廓完成了啮合包络仿真,得到了柔轮的包络线簇。针对不同的径向变形系数进行了仿真,结果表明径向变形系数对刚轮和柔轮之间的运动产生显著影响,进而影响刚轮共轭齿廓。在此基础之上,提取了组成刚轮齿廓的坐标点,通过曲线拟合得到了刚轮齿廓。最后,将包络仿真得到的齿廓导入到Creo中,得到了刚轮的三维模型。     

基于瞬心线的谐波传动双圆弧齿形设计方法

为提高谐波传动的啮合性能,提出一种基于轮齿瞬心线的成对双圆弧齿形设计方法.根据谐波传动轮齿瞬心线与其共轭啮合点的相伴运动建立齿形共轭、二次共轭及双共轭条件式,并依据瞬心线与双圆弧曲率特性推导出瞬心线、齿形曲率及其拐点相关的共轭区间连续条件式.以齿廓的起止啮合点与拐点为特定共轭点,将谐波传动双圆弧齿形设计问题转化为特定点共轭约束的成对同时设计问题,建立设计方法,并设计了一对三个特定共轭点的双圆弧新齿形,实现了共轭区间连续不间断.该设计方法几何意义明确,从原理上避免谐波传动齿顶干涉,不再需要圆弧拟合与齿形优化.啮合仿真表明所设计的一对双圆弧齿形在非共轭点位置有很好的啮合性能.     

谐波传动柔轮空间齿廓设计与制造工艺

为了消除柔轮装配后"杯口张角"对谐波传动的不利影响,在分析了传统的共轭齿廓设计方式的缺陷之后,对传统空间齿廓设计方式进行了优化改进,提出了柔轮齿圈壁厚内倾式调整的设计方式;针对柔轮齿圈壁厚内倾式调整的设计方式,提出了柔轮齿廓连续切割制造工艺方案并设计了专用工装夹具,并进行了实验试制.结果表明:相较常规柔轮齿廓设计模型,新型空间齿廓柔轮装配后不与刚轮发生干涉,装配应力降低50.2%,啮合面积占比增加7.6个百分点;最大齿形工艺偏差远小于设备加工精度.试制实验结果与理论分析相符,验证了该方法的可行性.     

考虑齿轮形变的谐波减速器齿廓优化方法

为解决谐波减速器传动过程中刚轮以及柔轮出现的过啮合和欠啮合的问题,对谐波减速器装配过程中柔轮形变进行分析,发现柔轮在装配后的实际齿廓线空间位置与理论位置存在差异。为避免由于该形变不足所导致的啮合干涉和啮合不充分问题,提出了一种轮齿齿廓线的修正方法来对柔轮齿廓进行设计优化。在此基础上,以某型号谐波减速器为例,建立谐波减速器装配有限元模型,对谐波减速器装配过程进行有限元量化分析;采用所提方法对齿廓线进行优化修正并进行有限元分析;通过对优化前后的啮合初始侧隙、啮合区间以及预计寿命进行仿真分析以及数值对比,证明优化后的谐波减速器预计寿命提升超过20%,验证了该方法的正确性,从而可为谐波减速器柔轮以及齿形设计优化制造提供一种有效的设计思路与方法。     

基于圆弧啮合线内啮合齿轮设计与特性分析

针对内啮合齿轮传动,提出1种基于圆弧啮合线的大重合度内啮合齿轮构造方法。选取连接外齿轮和内齿圈节圆交点和齿顶圆交点的圆弧为啮合线,构造在该啮合线上共轭的外齿轮和内齿圈齿顶齿廓;根据共轭原理设计与齿顶齿廓共轭的齿根齿廓,完成内齿圈齿根齿廓修形;对新齿形进行根切检验,分析新齿形啮合几何特性及加载接触;利用数控加工方法完成内啮合齿轮样件的加工并进行啮合试验。研究结果表明:新齿形不产生根切和齿顶干涉;与渐开线内啮合齿轮相比,新齿形重合度大大提高,相对滑动率减小,相对法曲率增大;齿面接触和齿根弯曲应力显著降低,承载能力大大提高;齿数比为38/53的新齿形存在7对齿接触,验证了新齿形的大重合度啮合。     

基于不同啮合原理的谐波传动齿廓研究

为了研究双圆弧齿廓和S形齿廓在空载状态下的啮合性能差异,对采用包络啮合理论设计的双圆弧齿廓进行共轭齿廓拟合分析,并根据齿条近似原理给出S形齿廓的完整表达式,对基于不同啮合原理设计的谐波传动齿廓的运动轨迹、啮合侧隙进行对比分析.结果表明:双圆弧齿廓和S形齿廓都存在啮合侧隙,但是由于S形齿廓在凸齿廓共轭区啮合侧隙更小,侧隙分布更均匀,因此其啮合性能比双圆弧齿廓更好.此外,双圆弧齿廓的齿顶高系数对其啮合侧隙和啮合范围均有很大影响,而S形齿廓的齿顶高系数对其啮合侧隙没有影响.     

谐波齿轮柔轮啮合点周向刚度的理论分析及仿真

为揭示柔轮结构对其啮合点周向刚度的影响规律,提升谐波齿轮的传动刚度,提出柔轮啮合点周向刚度的理论计算方法。该算法首先将周向力引起的柔轮啮合点变形拆分为筒体变形和齿体变形,分别推导周向力作用下柔轮杯底、光筒、齿圈和圆弧过渡部分的扭转变形及渐开线轮齿的弯曲和齿根转动的理论公式,并基于周向位移等效折算柔轮啮合点周向刚度;然后建立包含工艺结构及渐开线齿廓等真实结构的杯型柔轮实体单元有限元模型,对未装配变形柔轮模型和波发生器作用下产生装配变形的柔轮模型分别施加周向力,获得柔轮筒体和齿体的负载变形。有限元仿真结果表明:杯底对柔轮筒体的扭转刚度的影响最大,齿体弯曲在齿体变形中的占比最大;装配变形增加了柔轮筒体的刚度,使其负载周向变形减小了约10%;减小齿廓压力角、增大变位系数和齿宽,可提高齿体刚度;柔轮筒体和齿体变形的理论解与有限元解的偏差分别为1.3%和2.2%;啮合点周向刚度的理论解与有限元解的相对偏差为-5%,验证了该算法的有效性。     

谐波传动系统齿廓优化设计与侧隙控制补偿

基于ANSYS有限元仿真数据,采用包络法对谐波减速器的刚、柔轮共轭齿廓进行设计和初步优化.在对刚轮空间齿廓进一步优化时,在刚轮与柔轮齿廓之间设定一个齿侧间隙常数,建立谐波传动系统的动力学模型,采用PID控制补偿方法对谐波传动系统的齿侧间隙误差控制补偿进行研究.结果表明,借助仿真数据初步优化后的刚轮空间齿廓与柔轮空间变形...     

离散齿谐波传动啮合力及接触应力分析

对离散齿谐波传动啮合副进行力学分析,基于变形协调方程计算作用于离散齿上的力,并根据赫兹方程求解啮合副处的接触应力.由离散齿谐波传动的周期性,通过连续取波发生器的输入角值,得到离散齿谐波传动啮合力和接触应力在刚轮齿廓、波发生器和离散齿体上的分布.对刚轮齿廓出现与未出现顶切现象,得到啮合力和接触应力在接触面上的变化趋势,以及传动中出现高啮合力和高接触应力的位置,为进一步的强度校核和结构优化设计提供依据.     

四齿差谐波齿轮传动的啮合原理

在利用运动学法建立的谐波齿轮传动理论啮合方程的基础上,研究了啮合参数和结构参数对四齿差谐波齿轮传动共轭区间的影响规律;揭示了柔轮与刚轮共轭齿廓相对运动的特点;数值方法证明四齿差谐波齿轮传动可以使用渐开线齿廓,这为实际生产提供了理论依据．     

考虑力学特性的谐波齿轮啮合参数优化方法

针对谐波齿轮薄壁柔轮易发生疲劳失效的问题,提出了一种考虑力学特性的谐波齿轮啮合参数优化方法。该方法从特有的薄壁件受力与变形特点出发,将对柔轮应力具有较大影响的波发生器径向变形量与啮合区间一起作为优化目标,以波发生器廓线参数、柔轮齿廓参数与刚轮齿廓参数为设计变量,结合遗传算法与罚函数法建立了谐波齿轮啮合参数的无约束多目标优化数学模型,在平衡啮合区间与力学特性的基础上,确定了优化目标权重系数,并通过力学特性分析方法对优化结果的接触、刚度和应力进行分析,从而在啮合参数计算时,改善了易失效零件的受力状况。