考虑柔轮空间变形的谐波齿轮传动齿形设计方法

为了解决基于平面设计的轮齿在柔轮空间变形影响下的齿廓干涉问题,提出了一种考虑柔轮空间变形的双向共轭法.该方法分别在柔轮轮齿前后端截面对预设柔轮凸圆弧进行共轭计算,得到刚轮的双圆弧齿廓,用刚轮凸圆弧在前端截面反向共轭计算柔轮凹圆弧齿廓,并与预设凸圆弧结合得到柔轮齿廓.基于三维有限元分析进行谐波齿轮传动啮合仿真,证明了将柔轮空间变形引入齿形设计可以有效避免齿廓干涉.     

双圆弧谐波齿轮传动基本齿形的研究

在研究圆弧齿廓谐波齿轮传动啮合原理的基础上,提出了双圆弧谐波齿轮传动柔轮和刚轮基本齿廓设计方法。通过三维CAD设计软件SolidWorks查看柔轮和刚轮的配合情况,并用有限元法研究柔轮齿形的位移变形,模拟波发生器下柔轮的弹性变形过程,通过仿真结果验证柔轮齿形设计的合理性。     

用B矩阵法建立谐波齿轮啮合基本方程

利用文献［１］提出的建立啮合方程的Ｂ矩阵法，建立了谐波齿轮传动的理论啮合方程，求出了任意变形形状时谐波齿轮传动Ｂ矩阵的一般形式。设计者只须给出齿形方程及其法线方程，而无须在改变齿形时重新计算啮合点的相对速度（对应包络法中的各个偏导数）。计算了具有余弦凸轮波发生器的谐波齿轮传动中，与渐开线柔轮齿廓共轭的刚轮齿廓及形成共轭的发生器转角区间。得出在这种变形形状下，在柔轮齿的啮入侧或啮出侧分别有两个共轭区间，在发生器转角为±３９°附近的第二条共轭曲线是由柔轮的内齿廓包络形成     

双圆弧谐波齿轮传动柔轮齿廓参数对侧隙的影响

在谐波齿轮传动中,空载啮合侧隙对其传动性能有显著影响。基于谐波传动共轭精确求解方法,研究了谐波齿轮传动共轭区间、刚轮理论共轭齿廓和侧隙随柔轮齿廓参数的变化规律。研究结果表明,柔轮齿廓参数对啮合共轭区间、刚轮理论共轭齿廓和侧隙具有决定性作用。减少凸齿廓圆弧半径有利于增加啮合共轭区间,但不利于减小侧隙;凹齿廓圆弧半径对共轭区间影响不明显,对侧隙影响较大;减小公切线倾角有利于增加共轭区间,也有利于减小侧隙值和改善侧隙分布;凸齿廓、凹齿廓圆弧半径对刚轮齿廓参数影响明显,公切线倾角对刚轮齿廓参数几乎无影响。合理选择柔轮齿廓参数能够获得更大的共轭区和更均匀的侧隙分布,从而提高承载能力和传动性能。     

渐开线谐波齿轮空间齿廓设计及仿真分析

针对杯形柔轮在波发生器作用下的锥度变形特征造成垂直于回转轴的横截面内中面变形曲线差异的问题,设计刚轮空间齿廓以提高谐波齿轮的啮合性能。基于杯形柔轮的空间变性特征,将刚轮空间齿廓设计转化为垂直于轴线的多个横截面内的平面齿廓设计。设计了与变形后的柔轮齿廓实现空间啮合的刚轮空间齿廓设计方法,及其啮合齿面间的侧隙计算方法。基于多个平面内的共轭齿廓,利用放样算法生成空间齿廓,并进行干涉检查和侧隙结果验证。验证表明:空间齿廓能增大啮合区间和齿廓接触面积;采用两截面直引导线的放样方法生成的空间齿廓与多个截面内设计的共轭齿廓差别不大,可以满足一般精度的谐波齿廓传动的设计要求。     

圆弧齿廓谐波齿轮传动齿形设计中的几个问题

谐波齿轮传动采用圆弧齿廓后,可以改善柔轮齿根的应力状况和传动的啮合质量,提高承载能力和扭转刚度。本文首先计算出柔轮采用圆弧齿廓时,刚轮与之共轭的理论齿廓,通过用拟合圆弧对其进行逼近,得到拟合误差的变化规律;最后指出在开发双圆弧齿廓谐波齿轮传动时,应首先合理确定波发生器形式和柔轮径向变形量系数。     

啮合算法及结构参数对谐波传动的影响

为分析谐波传动啮合算法及结构参数对装置传动性能的影响,代入柔轮转角精确计算方法及近似计算方法,分别得到基于包络啮合理论的精确啮合算法及近似啮合算法,对不同算法的渐开线齿廓谐波传动共轭区域、共轭齿廓进行了分析,并研究了径向变形量系数及波发生器形式等参数对其影响规律。研究结果表明:渐开线谐波传动存在两个共轭区域及"双共轭"现象,且近似啮合算法、径向变形量系数、波发生器形式对共轭区域一啮合角度、共轭齿廓、啮合偏差影响较小,对共轭区域二啮合角度、共轭齿廓、啮合偏差影响较大。     

基于包络精确算法的渐开线齿廓谐波齿轮侧隙计算

啮合侧隙大小是影响谐波齿轮传动工作性能的重要指标之一。为了更准确计算渐开线谐波齿轮的侧隙,应用基于柔轮装配变形的共轭精确算法确定变形后柔轮齿的位置,计算渐开线齿廓柔轮的共轭齿廓,用曲线拟合的方法获得刚轮渐开线齿廓的变位系数,并进行侧隙计算。侧隙计算结果发现:渐开线齿廓谐波齿轮的最小侧隙出现在柔轮齿顶或刚轮齿顶。在柔轮最大变形左侧,最小侧隙出现在刚轮齿顶处,而在右侧则出现在柔轮齿顶处。     

径向变形量系数对谐波齿轮传动啮合特性的影响

径向变形量系数是衡量柔轮弹性变形的重要参数之一,选取公切线双圆弧齿廓为谐波传动柔轮齿廓,基于谐波传动包络啮合理论,采用MATLAB编程计算,研究了径向变形量系数对共轭区域、共轭齿廓、啮合轨迹等性能的影响。研究结果表明,径向变形量系数对长轴与短轴附近轮齿的径向变形、长短轴过渡段轮齿的切向变形与法向转角影响较大;随着径向变形量系数减小,共轭区域增大,而共轭区域之间的空白区域减小,且共轭曲线一齿廓向上偏移,共轭曲线二齿廓向下偏移,存在有效共轭区域及有效共轭齿廓;合理选择径向变形量系数是避免谐波传动啮合干涉并提高啮合性能的重要方式之一。     

渐开线谐波齿轮空间齿廓设计及优化分析

为了提高渐开线齿廓谐波齿轮的啮合性能,利用柔轮装配变形的包络精确算法获得了设计截面内共轭齿廓离散点,基于渐开线特征对共轭齿廓离散点拟合,得出刚轮渐开线齿廓.考虑柔轮锥度变形的影响,建立了侧隙优化控制模型,对不同径向位移下柔轮截面的变位系数进行了优化.部分柔轮截面在减小齿廓工作段高的基础上再选择合理变位系数,设计出满足空间啮合要求的渐开线齿廓谐波齿轮,并通过运动仿真分析对设计结果进行了验证.结果表明,相对于设计截面,最大径向位移增大的截面通过减小变位系数可避免干涉,最大径向位移减小的截面通过增大变位系数可获得良好啮合性能;变位系数调整量与该截面至设计截面间的距离成近似线性关系.对最大径向位移减小幅度较大而引起干涉的柔轮后端截面,需减小柔轮齿高并合理改变变位系数,才可获得良好的啮合性能.相比平面齿廓,所设计的空间齿廓能增大啮合区间和齿廓接触面积,较大幅度提升传动性能.     

离散齿谐波传动结构及齿形分析

针对现有谐波传动的传动刚度较差、传动比下限高以及轴向尺寸大等问题,离散齿谐波传动采用离散齿轮代替柔轮,是对现有谐波传动的改进。对离散齿谐波传动装置的传动原理以及结构进行了介绍与分析。基于传动原理与等速共轭原理推导了刚轮齿廓曲线方程,并给出了齿形形状。建立了齿形曲线参数与传动性能的关系,在齿形曲线参数的影响下,考虑了传动重合度与刚轮齿形压力角的变化趋势,以提高传动稳定性及传动效率。研究结果表明,在满足正常传动的前提下,适当调节齿形参数可改善传动性能,同时也为今后进行齿形优化设计提供了依据。     

四齿差谐波齿轮传动精度特征的试验研究

采用四齿差双波谐波齿轮传动的主要目的是为了在小传动比情况下不致影响柔轮的强度 ,本文主要研究其精度特征。通过对四齿差谐波齿轮传动与其对应的二齿差谐波齿轮传动的啮合包角进行计算 ,在工程上实用的误差评估公式的基础上 ,得出四齿差谐波齿轮传动运动精度比二齿差谐波齿轮传动提高百分之十以上的结论。利用研制的样机进行运动精度对比实验 ,实验结果与理论预测有较好的一致性 ,这为四齿差谐波齿轮传动的工程应用提供了运动精度高和加工经济的可靠依据     

谐波齿轮传动柔轮有限元力学分析及结构参数改进

谐波齿轮传动的主要失效形式是柔轮的疲劳断裂,谐波齿轮传动柔轮的强度问题一直是谐波齿轮设计者的一个课题.本文在分析现有的柔轮强度研究方法的基础上,提出了基于接触问题的有限元法,建立数值模型并进行分析,其分析结果与已有的分析结果相符.在此基础上, 结合理论分析改变柔轮的结构参数,采用基于接触边界的有限元分析法,得到一组使得柔轮质量轻、强度高的结构参数.     

三波谐波齿轮传动圆盘式波发生器的设计

建立了用于三波谐波齿轮传动的圆盘式波发生器分析模型，根据弹性理论得到波发生器作用下柔轮的径向位移与切向位移表达式，进而求出柔轮的弯曲应力计算公式，通过分析不同包角情况下柔轮弯曲应力沿圆周方向的分布，确定柔轮弯曲应力幅值最小时的角色，从而确定波发生器的圆盘半径以及圆盘的偏心距。给出了传动比为68的设计实例和设计过程。     

端面谐波齿轮传动啮合性能的分析

端面谐波齿轮传动较径向谐波齿轮传动有不同的特点,它是在轴向变形力的作用下迫使端面齿柔轮变形使其与端面齿刚轮啮合并产生相对运动。对端面谐波齿轮传动来说,啮入深度、齿侧间隙等是分析和评价其啮合性能的质量指标,而齿形角、柔轮的变形规律和变形量的大小,又是影响啮入深度和齿侧间隙的主要因素。为此本文利用已建立的啮合分析计算方法,通过计算机绘出的图形,着重分析齿形角、最大变形量等对啮入深度和齿侧间隙的影响,并从中获得了一些有实用价值的结论,从而为端面谐波齿轮传动选取合理的啮合参数和结构参数提供了依据。     

HEAT-SPINNING TECHNOLOGY OF HARMONIC GEAR-CLOSED FLEXSPLINE

０ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＨａｒｍｏｎｉｃｇｅａｒｄｒｉｖｅｉｓａｋｉｎｄｏｆｎｅｗｓｔｙｌｅｔｒａｎｓｍｉｓｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｈｉｃｈｄｅｐｅｎｄｓｏｎｅｌａｓｔｉｃｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｆｌｅｘｉｂｌｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｔｏａｃｈｉｅ...     

基于ANSYS的谐波减速器杯型柔轮应力分析与参数优化

谐波齿轮的主要失效形式是柔轮的破坏,所以对柔轮的强度研究是谐波齿轮传动的重要课题。本文通过对柔轮应力的理论分析,得出柔轮厚径比和筒体长度是柔轮强度的主要影响因数。进而结合实例在Pro/E中建立包含轮齿的柔轮的精确三维实体模型,导入到ANSYS中进行应力分析,得到柔轮厚径比和筒体长度对柔轮应力的影响规律,然后在此基础上对柔轮的参数进行了改进。最后利用Matlab按最小二乘原理对得到的试验数据进行曲线拟合,证明了理论计算的正确性。     

谐波马达的原理与特点

利用液压、气功元件、电磁力以及功能材料的周期性位移输出使柔轮产生周期变形，根据谐波传动原理，从而产生机械运动输出，完成能量的转换。由此出现的具有液压式、气动式、电磁式以及压电式等波发生器的新型谐波传动形式分别被称为液压、气功、电磁以及压电谐波马达，重点讨论了电磁谐波马达和压电谐波马达的结构、工作原理及其特点。     

谐波齿轮传动啮合参数优化设计

以谐波齿轮传动齿侧隙最小为目标,建立齿侧间隙计算数学模型,该模型通过柔轮附加扭转角形式对侧隙减小量进行补偿,弥补了以往设计中将侧隙减小值直接放在目标函数侧隙值中的缺点.并针对四力作用型谐波齿轮传动实例进行了啮合参数优化设计,所得参数为谐波齿轮的精密制造提供了可靠依据.     

四齿差谐波齿轮传动采用渐开线齿廓的合理性证明

由于齿差系数的不同,四齿差谐波齿轮传动能否采用渐开线齿廓,不能利用以前的结论。本文研究了当柔轮采用渐开线齿廓时,与之共扼的刚轮采用渐开线对其理论齿廓进行拟合所造成的齿形误差的变化规律。通过与普通小模数渐开线圆柱齿轮传动的齿形公差进行比较,表明只要合理选择变位系数,刚轮就可以采用渐开线齿廓,这为在实际工程中研制四齿差谐波齿轮传动装置打下了理论基础。