一种减速机的摆线齿廓曲线仿真方法及系统与流程

本发明涉及减速机的运动仿真技术领域，尤其涉及一种减速机的摆线齿廓曲线仿真方法及系统。

背景技术：

20世纪70年代末以来，随着技术的突飞猛进，小型化、高速化、低噪声和高可靠性的减速机已经为冶金，缝制，军事等各行各业带来了前所未有的动力。到20世纪80年代，国外研究的硬齿面技术已日趋成熟。对通用减速器而言，除普遍采用硬齿面技术外，它的只要发展方向为模块化设计技术，旨在追求高性能的同时，尽可能减少零部件及毛坯的品种规格和数量，降低成本，获得规模效益。

众所周知，减速机当中，摆线轮齿廓线的精准为良好传动奠定了坚实的基础。因此，摆线轮齿廓线的拟合程度对减速机的效率高低有着巨大的影响。若摆线轮齿廓线拟合的偏差过大，则减速机运行时就会有杂音产生，同时会发热，进而增加零件的损耗，降低减速机的使用寿命。

尤其是近几年以年来，现代设计方法和计算机技术的高速发展，软件系统开发在工程机械领域发挥着不可比拟的作用，因此越来越多的仿真软件已经具体应用于摆线轮齿廓线运动曲线的仿真，但是现有摆线轮齿廓线运动曲线的仿真涉及的特征参数较单一，使得仿真结果误差较大，会给减速机实际运用带来损害。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种减速机的摆线齿廓曲线仿真方法及系统，结合减速机摆线轮齿实际运用及理论原理，形成多个特征参数进行仿真来降低仿真误差，提升了数据的可靠性、精确性和高效性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种减速机的摆线齿廓曲线仿真方法，所述方法包括以下步骤：

步骤s1、获取减速机的摆线轮齿的相关运动数据，并根据所述获取到的减速机的摆线轮齿的相关运动数据，绘制出减速机的摆线齿廓运动的实际曲线；

步骤s2、根据减速机的几何结构，得到减速机的摆线齿廓曲线的理论方程及其中的规格参数，并确定对所述摆线齿廓曲线的理论方程进行修正的修正参数，且进一步根据所述规格参数及所述修正参数，推导出与所述规格参数及所述修正参数进行关联计算的仿真参数的计算公式；

步骤s3、确定当前修正参数值，并在所述获取到的减速机的摆线轮齿廓的相关运动数据中提取所述规格参数的值，且根据所提取的规格参数的值、当前修正参数值以及仿真参数的计算公式，计算得到所述仿真参数的具体值后，进一步对所述摆线齿廓曲线的理论方程进行仿真，绘制出所述摆线轮齿廓运动的理论曲线；

步骤s4、对比所述减速机的摆线轮齿廓的实际曲线和理论曲线之中是否存在同一区间二者相同点上距离的差值均大于预设阈值；

步骤s5、如果是，则修改当前修正参数值后，返回步骤s3；

步骤s6、如果否，则输出最后仿真得到的摆线轮齿廓运动的理论曲线。

其中，所述减速机的摆线轮齿的相关运动数据是通过三坐标接触式测量仪来获取。

其中，所述规格参数包括外转子齿数、创成圆心分布圆半径、创成圆半径和偏心距；所述修正参数包括等距修形量、移距修形量和转角修形量。

本发明实施例还提供了一种减速机的摆线齿廓曲线仿真系统，所述系统：

实际曲线绘制单元，用于获取减速机的摆线轮齿的相关运动数据，并根据所述获取到的减速机的摆线轮齿的相关运动数据，绘制出减速机的摆线齿廓运动的实际曲线；

特征参数构建单元，用于根据减速机的几何结构，得到减速机的摆线齿廓曲线的理论方程及其中的规格参数，并确定对所述摆线齿廓曲线的理论方程进行修正的修正参数，且进一步根据所述规格参数及所述修正参数，推导出与所述规格参数及所述修正参数进行关联计算的仿真参数的计算公式；

理论曲线绘制单元，用于确定当前修正参数值，并在所述获取到的减速机的摆线轮齿廓的相关运动数据中提取所述规格参数的值，且根据所提取的规格参数的值、当前修正参数值以及仿真参数的计算公式，计算得到所述仿真参数的具体值后，进一步对所述摆线齿廓曲线的理论方程进行仿真，绘制出所述摆线轮齿廓运动的理论曲线；

对比单元，用于对比所述减速机的摆线轮齿廓的实际曲线和理论曲线之中是否存在同一区间二者相同点上距离的差值均大于预设阈值；

修正单元，用于修改当前修正参数值后，返回所述理论曲线绘制单元；

输出单元，用于输出最后仿真得到的摆线轮齿廓运动的理论曲线。

其中，所述减速机的摆线轮齿的相关运动数据是通过三坐标接触式测量仪来获取。

其中，所述规格参数包括外转子齿数、创成圆心分布圆半径、创成圆半径和偏心距；所述修正参数包括等距修形量、移距修形量和转角修形量。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，结合减速机的几何结构，得到具有特定的规格参数的减速机的摆线齿廓曲线的理论方程，同时引入修正参数来重新整合该摆线齿廓曲线的理论方程的仿真参数，使得仿真参数能随修正参数的改变而改变，从而通过修正参数的改变来实现摆线齿廓的实际曲线和理论曲线的高度拟合，因此结合了减速机摆线轮齿实际运用及理论原理，形成多个特征参数进行仿真来降低仿真误差，提升了数据的可靠性、精确性和高效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的减速机的摆线针轮平面结构的原理图；

图2为本发明实施例提供的减速机的摆线齿廓形成的原理图；

图3为本发明实施例提供的减速机的摆线齿廓曲线仿真方法的流程图；

如图4a-4c为本发明实施例提供的减速机的摆线齿廓曲线仿真方法中规格参数、修正参数及仿真参数等数值的应用场景图；

图5为本发明实施例提供的减速机的摆线齿廓曲线仿真方法中修正参数的应用场景图；

图6为本发明实施例提供的减速机的摆线齿廓曲线仿真系统的结构示意图图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为摆线针轮行星结构的平面示意图。其中zb为针轮，zz为摆线行星轮，h为系杆，v为输出轴。其为一个偏心的系统，与渐开线一齿差行星传动一样，摆线针轮传动也是一种khv型齿差行星传动。

通过内齿合发生圆出来的短幅度的外摆线能够用来表示转动行星摆线温度齿廓，但其传递的动力需要通过足够的实体的结构强度来保障。设rrp为实际的针齿半径，但实际的齿廓也会存在一定的形变。以理论的摆线曲线人一点当圆心，再以rrp为半径画圆，这样出来的等圆包络出来的等距离的曲线能用来作为摆线轮的齿廓。由其齿合关系可以得到，其转动的节点总是在发生圆和基圆的切点出，基圆和发生圆分别为摆线轮和针轮的节圆，如图2所示。

发明人发现，若要生成摆线针轮啮合副的装配间隙与设计需要的润滑间隙，需要对本次设计的实际齿廓进行修行处理。实际与理论的齿廓必然会存在一定的修形上的误差。对实际齿廓的修行主要有以下几种方法：1、其齿形的差异有可能是由于摆线轮自身的分度误差造成的。对齿廓转角进行修形，通过对已经成品标准的齿廓进行摆线轮处理，此时需要再调整一个小角度的补偿量给分度机构，再把所有齿面磨出来后得到一个修行好后的齿廓，转角的修形量可以用符号δ来表示。得到的曲线与理论齿廓的曲线符合，只是没有径向的间隙。2、由于针齿的圆半径的改变而导致的齿形差异，对移距的修形，在磨齿的时候其磨轮对中心工作台有一小段位移，其移距量可以用δrp表示，所得到的两个间隙分别为较大的径向间隙和较小的侧间隙，但到时齿廓的共轭性质被破坏。3、可能是原始齿廓的误差导致齿厚的厚薄，等距修行，为了使径向间隙和侧间隙相等，在磨齿时改变墨轮的圆弧半径的微量值，等距修行量可以用δrrp来表示，但到时齿廓的共轭性质也会被破坏。

因此，发明人根据减速机的几何结构，推导出来一种曲线摆线齿廓曲线的理论方程，该方程具体如公式(1)所示：

其中，t是变量，z2是外转子齿数，rpc是创成圆心分布圆半径，rc是创成圆半径，a是偏心距。

并且，发明人认为有必要构建一种可以基于外转子齿数、创成圆心分布圆半径、创成圆半径及偏心距作为特征参数并结合等距修形量、转角修形量和移距修形量等修正参数来整合仿真参数进行仿真的方法，能够降低仿真误差，提升数据的可靠性、精确性和高效性。

如图3所示，为本发明实施例中，发明人提出的一种减速机的摆线齿廓曲线仿真方法，所述方法包括以下步骤：

步骤s1、获取减速机的摆线轮齿的相关运动数据，并根据所述获取到的减速机的摆线轮齿的相关运动数据，绘制出减速机的摆线齿廓运动的实际曲线；

步骤s2、根据减速机的几何结构，得到减速机的摆线齿廓曲线的理论方程及其中的规格参数，并确定对所述摆线齿廓曲线的理论方程进行修正的修正参数，且进一步根据所述规格参数及所述修正参数，推导出与所述规格参数及所述修正参数进行关联计算的仿真参数的计算公式；

步骤s3、确定当前修正参数值，并在所述获取到的减速机的摆线轮齿廓的相关运动数据中提取所述规格参数的值，且根据所提取的规格参数的值、当前修正参数值以及仿真参数的计算公式，计算得到所述仿真参数的具体值后，进一步对所述摆线齿廓曲线的理论方程进行仿真，绘制出所述摆线轮齿廓运动的理论曲线；

步骤s4、对比所述减速机的摆线轮齿廓的实际曲线和理论曲线之中是否存在同一区间二者相同点上距离的差值均大于预设阈值；

步骤s5、如果是，则修改当前修正参数值后，返回步骤s3；

步骤s6、如果否，则输出最后仿真得到的摆线轮齿廓运动的理论曲线。

具体过程为，在步骤s1中，通过三坐标接触式测量仪来获取减速机的摆线轮齿的相关运动数据，该相关运动数据最后转化成坐标点，并采用matlab仿真软件绘制减速机的摆线齿廓运动的实际曲线。以接触式测量机作为三坐标接触式测量仪为例来说明扫描物体表面获取相关运动数据的方法。借助测量机应用pc-dmis软件在被测物体表面特定区域内进行数据点采集，此区域可以是一条线、一个面片、零件的一个截面、零件的曲线或距边缘一定距离的周线。

在步骤s2中，构建出减速机的摆线齿廓曲线的理论方程，如公式(1)所示，以及包括外转子齿数z2、创成圆心分布圆半径rpc、创成圆半径rc和偏心距a的规格参数，并确定包括等距修形量d、转角修形量z和移距修形量y的修正参数，且进一步根据规格参数及修正参数，推导出与规格参数及修正参数进行关联计算的仿真参数的计算公式。

仿真参数的计算公式，具体包括如下：

k1＝z2*a/rpc；

k2＝rpc*sin(180*0.0174532925199432/z2)/rc；

r1＝(z2-1)*a；％定圆半径

r2＝z2*a；％滚圆半径(相切圆)

ra＝rpc+a-rc；％内转子顶半径

rf＝rpc-a-rc；％内转子根半径

p＝2*pi*a；

d2f＝(ra+a+0.35)*2；％外转子根直径

d2a＝(rf-a)*2；％外转子顶直径

z1＝z2-1；％内转子齿数(内圆)

k11＝z2*a/(rpc+y)；

fay＝t*360*pi()/180*z1；

e＝(1-z2/z1)*fay；

f＝z2*fay/z1；

g＝cos(fay)；

h＝cos(fay)；

s＝-g*2*k1+1+k1*k1；

j＝sqrt(s)；

fay1＝sqrt(-g*2*k11+1+k11*k11)；

k＝rpc+y-(rc+d)./fay1；

l＝a-k11*(rc+d)./fay1；

x＝k.*cos(e-z)-l.*cos(f+z)；

y＝k.*sin(e-z)+l.*sin(f+z)；

在步骤s3中，根据当前修正参数值以及规格参数的值，计算出仿真参数的具体值，并根据计算出仿真参数的具体值，对摆线齿廓曲线的理论方程进行仿真，绘制出摆线轮齿廓运动的理论曲线。例如，取z2＝36；rpc＝80；rc＝4；a＝1.7；

d＝0；z＝6.92；y＝0.1；分别计算出上述仿真参数值，并根据计算的仿真参数值进行仿真得到摆线轮齿廓运动的理论曲线。

在步骤s4中，对比减速机的摆线轮齿廓的实际曲线和理论曲线之中是否存在同一区间二者相同点上距离的差值均大于预设阈值(误差值0.02毫米)；如果是，则执行步骤s5；否则，跳转至步骤s6；

在步骤s5中，说明两条曲线有偏差，通过修改当前修正参数值后，继续返回步骤3中仿真，用以消除误差；在步骤s6中，说明两条曲线高度拟合，则输出最后仿真得到的摆线轮齿廓运动的理论曲线，

如图4和图5所示，对本发明实施例中的减速机的摆线齿廓曲线仿真方法的应用场景做进一步说明：

第一步、由三坐标测量仪取得的数据最后转化成坐标点，保存在excel表格中，并采用excel表格的筛选工具选取x点和y点数据，得到90组实际数据的数据表。

第二步、使用excel表格自带的图表工具进行初步诊断，曲线的走向。根据90组实际点数据，用matlab绘制出摆线齿廓运动的实际曲线。

第三步、测量出选定规格参数的值，并确定当前修正参数值以及计算出仿真参数的具体值(如图4a-4c所示)，并根据上述仿真参数的值绘制出摆线齿廓运动的理论曲线。

第四步、将理论曲线与实际曲线相互比对，一般为0.02毫米以内，若仍然存在一定的误差。由此可以通过调节三个修正参数(如图5所示)，使其更加吻合，将最后拟合得到的曲线输出即可。

如图6所示，为本发明实施例中，提供的一种减速机的摆线齿廓曲线仿真系统，所述系统：

实际曲线绘制单元110，用于获取减速机的摆线轮齿的相关运动数据，并根据所述获取到的减速机的摆线轮齿的相关运动数据，绘制出减速机的摆线齿廓运动的实际曲线；

特征参数构建单元120，用于根据减速机的几何结构，得到减速机的摆线齿廓曲线的理论方程及其中的规格参数，并确定对所述摆线齿廓曲线的理论方程进行修正的修正参数，且进一步根据所述规格参数及所述修正参数，推导出与所述规格参数及所述修正参数进行关联计算的仿真参数的计算公式；

理论曲线绘制单元130，用于确定当前修正参数值，并在所述获取到的减速机的摆线轮齿廓的相关运动数据中提取所述规格参数的值，且根据所提取的规格参数的值、当前修正参数值以及仿真参数的计算公式，计算得到所述仿真参数的具体值后，进一步对所述摆线齿廓曲线的理论方程进行仿真，绘制出所述摆线轮齿廓运动的理论曲线；

对比单元140，用于对比所述减速机的摆线轮齿廓的实际曲线和理论曲线之中是否存在同一区间二者相同点上距离的差值均大于预设阈值；

修正单元150，用于修改当前修正参数值后，返回所述理论曲线绘制单元；

输出单元160，用于输出最后仿真得到的摆线轮齿廓运动的理论曲线。

其中，所述减速机的摆线轮齿的相关运动数据是通过三坐标接触式测量仪来获取。

其中，所述规格参数包括外转子齿数、创成圆心分布圆半径、创成圆半径和偏心距；所述修正参数包括等距修形量、转角修形量和转角修形量。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

在本发明实施例中，结合减速机的几何结构，得到具有特定的规格参数的减速机的摆线齿廓曲线的理论方程，同时引入修正参数来重新整合该摆线齿廓曲线的理论方程的仿真参数，使得仿真参数能随修正参数的改变而改变，从而通过修正参数的改变来实现摆线齿廓的实际曲线和理论曲线的高度拟合，因此结合了减速机摆线轮齿实际运用及理论原理，形成多个特征参数进行仿真来降低仿真误差，提升了数据的可靠性、精确性和高效性。

值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个系统单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如rom/ram、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。