一种谐波减速器波发生器外轮廓修形方法

本发明属于谐波减速器波发生器结构设计的技术领域，具体涉及一种谐波减速器波发生器外轮廓修形方法。

背景技术：

谐波减速器的三大基本构建包括波发生器、柔轮与刚轮，柔轮是带有外齿圈的柔性薄壁弹性体零件，通常安装在减速器输出端，柔轮是由合金钢制成的薄圆柱杯，杯的开口端带有外齿，与刚轮内齿发生啮合。

而将波发生器插入柔轮时，柔轮将呈椭圆形。柔轮变形后的形状与波发生器形状类似波发生器是使柔轮产生连续变形波的构建，其几何参数，决定了谐波齿轮传动原始曲线的形状，谐波齿轮传动是依靠柔轮的可控弹性变形实现与刚轮啮合运动，柔轮与刚轮的齿廓平稳接触对装置传动性能影响十分显著。理论上，柔轮与刚轮按照设计齿廓进行完美啮合，但实际中，柔轮无齿端被固定，有齿端处于悬空，因此柔轮薄圆柱杯可以视为悬臂梁，如图2所示，其会因为受力产生变形。导致载荷分布不均，应力状况恶化，极大降低谐波减速器寿命。

其受重力和弯矩影响，会产生变形，此外，在工程实际中谐波齿轮在混合润滑状况下工作，在瞬态加减速(启动、制动)等极端工况下，柔轮薄圆柱杯远离固定的啮合端会产生严重的扭转变形。故柔轮与刚轮不能按最初的设计路径啮合。为解决这一问题，可以对波发生器外轮廓进行修形，用波发生器的外扩修形抵消薄壁圆杯柔轮产生的变形，使得波发生器和柔轮之间载荷均匀，从而使刚轮柔轮齿廓平稳啮合。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种谐波减速器波发生器外轮廓修形方法，以解决或改善上述的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种谐波减速器波发生器外轮廓修形方法，其包括以下步骤：

s1、绘制谐波减速器三维模型，建立波发生器、柔轮、刚轮装配模型；

s2、基于有限元分析谐波减速器三维模型中啮合装配模型应力，并将波发生器外廓曲线及波发生器倒角设置为变量；

s3、将修形后的波发生器外廓打断并提取坐标节点，使用多项式函数对外廓形状进行曲线拟合，获得最优波发生器外廓的函数表达式；

s4、根据最优波发生器外廓的函数表达式，得到波发生器外廓修形倒角范围。

进一步地，步骤s1中绘制谐波减速器三维模型，建立波发生器、柔轮、刚轮装配模型，包括：绘制波发生器、柔轮、刚轮的三维模型，根据现有波发生器绘制参数化曲线，获得波发生器外轮廓；

根据波发生器外轮廓绘制参数化波发生器模型，通过改变倒角、曲线拟合参数改变外轮廓形貌。

进一步地，步骤s2中基于有限元分析谐波减速器三维模型中啮合装配模型应力，并将波发生器外廓曲线及波发生器倒角设置为变量，包括：

在有限元软件中建立波发生器、柔轮、刚轮的啮合装配模型，以波发生器外轮廓参数为自变量，通过有限元计算不同外扩下柔轮的最大下表面应力，获得最优波发生器参数。

进一步地，步骤s3中获得最优波发生器外廓的函数表达式：

f(x)＝lg(a)+d1*lg(b)+d2*lg(c)+(e0+e1*x+e2*x²+e3*x³)

其中，x为目标函数在笛卡尔坐标系中的横坐标；a,b,c,d1,d2,d3,e0,e1,e2,e3为所求系数；f(x)为所求最优波发生器外轮廓的函数式。

进一步地，步骤s4中根据最优波发生器外廓的函数表达式，得到波发生器外廓修形倒角范围ɑ为45°<ɑ<90°，谐波减速器波发生器外廓半径r为150<r<200。

本发明提供的谐波减速器波发生器外轮廓修形方法，具有以下有益效果：

本发明按照修形公式指导波发生器设计，使用瞬态传动润滑分析修形前和修形后的齿面接触区域油膜厚度及压力分布，发现修形之后油膜分布更加均匀，乏油区域有效减少，且接触压力分布更为均匀，同时修形之后柔轮的最大下表面应力有所下降，有效地证实了波发生器外廓修形能够提高谐波传动的平稳性。

附图说明

图1为谐波减速器装配图。

图2为柔轮薄圆柱杯受力。

图3为修形前后柔轮啮合齿下表面应力对比。

其中，1、波发生器；2、刚轮；3、柔轮。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的谐波减速器波发生器1外轮廓修形方法，包括以下步骤：

s1、绘制谐波减速器三维模型，建立波发生器1、柔轮3、刚轮2装配模型；

s2、基于有限元分析谐波减速器三维模型中啮合装配模型应力，并将波发生器1外廓曲线及波发生器1倒角设置为变量；

s3、将修形后的波发生器1外廓打断并提取坐标节点，使用多项式函数对外廓形状进行曲线拟合，获得最优波发生器1外廓的函数表达式；

s4、根据最优波发生器1外廓的函数表达式，得到波发生器1外廓修形倒角范围。

根据本申请的一个实施例，以下将对上述步骤进行详细描述；

s1、根据波发生器1外廓对柔轮3变形的影响，绘制谐波减速器三维模型，主要建立波发生器1、柔轮3、刚轮2装配模型。

s2、基于有限元分析谐波减速器三维模型中啮合装配模型应力，并将波发生器1外廓曲线及波发生器1倒角设置为变量。

随后根据波发生器1外轮廓绘制参数化波发生器1模型，可通过改变倒角、曲线拟合参数改变外轮廓形貌。之后在有限元软件中建立波发生器1、柔轮3、刚轮2的啮合装配模型。

s3、将修形后的波发生器1外廓打断并提取坐标节点，使用多项式函数对外廓形状进行曲线拟合，获得最优波发生器1外廓的函数表达式；

得到波发生器1外廓修形倒角范围：

得到波发生器1外廓修形母线公式：

f(x)＝lg(a)+d1*lg(b)+d2*lg(c)+(e0+e1*x+e2*x²+e3*x³)

其中，x为目标函数在笛卡尔坐标系中的横坐标；a,b,c,d1,d2,d3,e0,e1,e2,e3为所求系数；f(x)为所求最优波发生器1外轮廓的函数式。

s4、根据最优波发生器1外廓的函数表达式，得到波发生器1外廓修形倒角范围。

倒角ɑ范围：45°<ɑ<90°，谐波减速器波发生器1外廓半径r：150<r<200。

参考图3，本发明按照修形公式指导波发生器1设计，使用瞬态传动润滑分析修形前和修形后的齿面接触区域油膜厚度及压力分布，发现修形之后油膜分布更加均匀，乏油区域有效减少，且接触压力分布更为均匀，同时修形之后柔轮3的最大下表面应力有所下降，有效地证实了波发生器1外廓修形能够提高谐波传动的平稳性。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。