一種小型諧波減速器及其優(yōu)化設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明一種小型諧波減速器優(yōu)化設(shè)計方法，包括如下步驟，1）確定優(yōu)化設(shè)計所需的計算參數(shù)，并得出優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)參數(shù)；2）確定計算參數(shù)和目標(biāo)參數(shù)的取值范圍，得到符合取值范圍的目標(biāo)參數(shù)解集；3）將符合取值范圍的目標(biāo)參數(shù)解集中的目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行迭代循環(huán)篩選，得到最優(yōu)目標(biāo)參數(shù)；4）根據(jù)得到的最優(yōu)目標(biāo)參數(shù)以及其對應(yīng)的計算參數(shù)，計算得出其他加工制造參數(shù)，進(jìn)行小型諧波減速器的優(yōu)化設(shè)計制造。本發(fā)明一種小型諧波減速器，包括相配合的剛輪、柔輪和采用雙波凸輪結(jié)構(gòu)的波發(fā)生器；其加工制造參數(shù)以上所述的優(yōu)化設(shè)計方法計算得到。其通過加入修正系數(shù)，對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計調(diào)整，得到結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，壽命長，能夠?qū)崿F(xiàn)加工制造的小型諧波減速器。
【專利說明】一種小型諧波減速器及其優(yōu)化設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及諧波減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，具體為一種小型諧波減速器的優(yōu)化設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]標(biāo)準(zhǔn)諧波減速器已經(jīng)在導(dǎo)彈、衛(wèi)星、無人機(jī)等舵機(jī)領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)諧波減速器柔輪的壁厚為O= (0.01~0.0145) d，其中d為柔輪分度圓直徑，嚙合齒高為h=(1.4~1.6)m，其中m為齒輪模數(shù)；但是將現(xiàn)有的設(shè)計方法應(yīng)用到直徑小于25_，扭矩大于5N ? m的小型諧波減速器的設(shè)計時，得到的小型諧波減速器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠，容易發(fā)生柔輪的疲勞斷裂、齒面磨損、齒輪或波發(fā)生器產(chǎn)生滑移的問題，而且傳動扭矩小，不能滿足實(shí)際使用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種小型諧波減速器及其優(yōu)化設(shè)計方法，在滿足尺寸和扭矩的要求下，能夠滿足結(jié)構(gòu)和壽命要求，符合實(shí)際需要。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0005]本發(fā)明一種小型諧波減速器優(yōu)化設(shè)計方法，包括如下步驟，
[0006]I)確定優(yōu)化設(shè)計所需的計算參數(shù)，并計算得出優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)參數(shù)；
[0007]計算參數(shù)為齒輪齒高h(yuǎn)n，柔輪壁厚S`和柔輪變位系數(shù)^ ;根據(jù)修正系數(shù)和已知的設(shè)計參數(shù)通過如下優(yōu)化公式進(jìn)行運(yùn)算取值，
[0008]hn= (1.8 ~2) m，
[0009]S= ((75+Z1/4) ZlXm) /1000+ ^1Xm,
[0010]X1=L 25+S/m+ ( 2，
[0011]其中，m為齒輪模數(shù)，Z1為柔輪齒數(shù)，L I為扭矩修正系數(shù)，為柔輪齒形修正系數(shù)；
[0012]利用計算參數(shù)計算得出若干目標(biāo)參數(shù),并組成目標(biāo)參數(shù)解集；所述的目標(biāo)參數(shù)為對應(yīng)成組的柔輪變位系數(shù)X1和剛輪變位系數(shù)X2 ；
[0013]2)確定計算參數(shù)和目標(biāo)參數(shù)的取值范圍，得到符合取值范圍的目標(biāo)參數(shù)解集；為了滿足直徑小于25mm的設(shè)計要求，得到柔輪壁厚S的取值范圍為1.2~1.5m，m為齒輪模數(shù)；為了保證工作壓力角小于28度，得到X1的取值范圍為2.45~3.5 ;為了滿足實(shí)現(xiàn)加工的要求，X2的取值范圍為X1+ (I~1.2)；
[0014]3)將符合取值范圍的目標(biāo)參數(shù)解集中的目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行迭代循環(huán)篩選，得到最優(yōu)目標(biāo)參數(shù)；所述的目標(biāo)參數(shù)分別迭代到標(biāo)準(zhǔn)諧波減速器的設(shè)計方法中，利用約束條件和仿真模擬得出最優(yōu)目標(biāo)參數(shù)，所述的最優(yōu)目標(biāo)參數(shù)為對應(yīng)成組的最優(yōu)柔輪變位系數(shù)Xl和最優(yōu)剛輪變位系數(shù)X2 ；
[0015]4)根據(jù)得到的最優(yōu)目標(biāo)參數(shù)以及其對應(yīng)的計算參數(shù)，計算得出其他加工制造參數(shù)，進(jìn)行小型諧波減速器的優(yōu)化設(shè)計制造。
[0016]優(yōu)選的，根據(jù)小型諧波減速器的扭矩大于5N ? m的設(shè)計要求，扭矩修正系數(shù)(!表示為C1=Iy(IiiZ1);根據(jù)柔輪工作壓力角在25-28度范圍內(nèi)按0.01的增量從小增大變化取值的設(shè)計要求，柔輪齒形修正系數(shù)表示為(2=T/(2Z1);其中，T為輸出力矩，m為齒輪模數(shù)，Zl為柔輪齒數(shù)。
[0017]優(yōu)選的，所述的約束條件包括如下六個條件，
[0018]a.嚙合齒輪齒頂弧長不小于0.4m, m為齒輪模數(shù)；
[0019]b.插齒刀所能加工的條件，保證不發(fā)生剛輪頂切；
[0020]c.齒輪嚙入或嚙出瞬時不發(fā)生齒頂干涉；
[0021]d.任意位置不發(fā)生齒廓重迭干涉；
[0022]e.不發(fā)生過渡曲線干涉；
[0023]f.滿足最小側(cè)隙要求，允許在曲線最低點(diǎn)存在小于0.005mm的輕度干涉。
[0024]進(jìn)一步，所述的齒輪嚙入或嚙出瞬時不發(fā)生齒頂干涉需要滿足>外2 ；
[0025]
【權(quán)利要求】
1.一種小型諧波減速器優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，包括如下步驟， 1)確定優(yōu)化設(shè)計所需的計算參數(shù)，并計算得出優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)參數(shù)； 計算參數(shù)為齒輪齒高h(yuǎn)n，柔輪壁厚S和柔輪變位系數(shù)^ ;根據(jù)修正系數(shù)和已知的設(shè)計參數(shù)通過如下優(yōu)化公式進(jìn)行運(yùn)算取值，
hn= (1.8 ~2) m，
S= ((75+Z1/4) ZlXm) /1000+ ^1Xm,
X1=L 25+S/m+ ( 2， 其中，m為齒輪模數(shù)，Z1為柔輪齒數(shù)，(I為扭矩修正系數(shù)，(2為柔輪齒形修正系數(shù)； 利用計算參數(shù)計算得出若干目標(biāo)參數(shù)，并組成目標(biāo)參數(shù)解集；所述的目標(biāo)參數(shù)為對應(yīng)成組的柔輪變位系數(shù)X1和剛輪變位系數(shù)X2 ； 2)確定計算參數(shù)和目標(biāo)參數(shù)的取值范圍，得到符合取值范圍的目標(biāo)參數(shù)解集；為了滿足直徑小于25mm的設(shè)計要求，得到柔輪壁厚S的取值范圍為1.2~1.5m，m為齒輪模數(shù)；為了保證工作壓力角小于28度，得到X1的取值范圍為2.45~3.5 ;為了滿足實(shí)現(xiàn)加工的要求，X2的取值范圍為X1+ (I~1.2)； 3)將符合取值范圍的目標(biāo)參數(shù)解集中的目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行迭代循環(huán)篩選，得到最優(yōu)目標(biāo)參數(shù)；所述的目標(biāo)參數(shù)分別迭代到標(biāo)準(zhǔn)諧波減速器的設(shè)計方法中，利用約束條件和仿真模擬得出最優(yōu)目標(biāo)參數(shù)，所述的最優(yōu)目標(biāo)參數(shù)為對應(yīng)成組的最優(yōu)柔輪變位系數(shù)Xl和最優(yōu)剛輪變位系數(shù)X2 ； 4)根據(jù)得到的最優(yōu)目標(biāo)參數(shù)以及其對應(yīng)的計算參數(shù)，計算得出其他加工制造參數(shù)，進(jìn)行小型諧波減速器的優(yōu)化設(shè)計制造。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型諧波減速器優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述的扭矩修正系數(shù)C1表示為C1=T/(IiiZ1),柔輪齒形修正系數(shù)表示C2=IVOZ1);其中，T為輸出力矩，m為齒輪模數(shù)，Z1為柔輪齒數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型諧波減速器優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述的約束條件包括如下六個條件， a.嚙合齒輪齒頂弧長不小于0.4m, m為齒輪模數(shù)； b.插齒刀所能加工的條件，保證不發(fā)生剛輪頂切； c.齒輪嚙入或嚙出瞬時不發(fā)生齒頂干涉； d.任意位置不發(fā)生齒廓重迭干涉； e.不發(fā)生過渡曲線干涉； f.滿足最小側(cè)隙要求，允許在曲線最低點(diǎn)存在小于0.005mm的輕度干涉。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種小型諧波減速器優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述的齒輪嚙入或嚙出瞬時不發(fā)生齒頂干涉需要滿足％! ；

ra2lral<m






9
(Pt! = —^+^
、Z22ral其中，％!為柔輪的齒頂坐標(biāo)角，外2為剛輪的齒頂坐標(biāo)角，C點(diǎn)為理論上柔輪中心線與變形后柔輪中心線的交點(diǎn)，以齒輪徑向?yàn)閄OY軸向?yàn)閆建立坐標(biāo)系；C點(diǎn)發(fā)生變形的實(shí)際坐標(biāo)角為^^:=?^ + 17'，柔輪齒頂與剛輪齒頂坐標(biāo)重合時，未變形原始曲線上C點(diǎn)的坐標(biāo)，V為變形后C點(diǎn)的切向位移，柔輪的中心線半徑為rm=Rzw+S/2，Rzw為柔輪軸承外圓直徑，S為柔輪壁厚，Sal為柔輪齒頂厚，ea2為剛輪齒槽寬，Z1為柔輪齒數(shù)，Z2為剛輪齒數(shù)，U為剛輪齒槽中心線與OC連線的夾角，ral為柔輪齒形齒頂高，ra2為剛輪齒形齒頂高，w為發(fā)生器波高，a al為工作壓力角。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種小型諧波減速器優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述的任意位置不發(fā)生齒廓重迭干涉需要滿足如下條件， 柔輪嚙合面齒廓上某點(diǎn)h在坐標(biāo)系(X，0，Y)的坐標(biāo)為(Xkl，Ykl),以Tkl=^Xkl2+Ykl2半 徑作圓，交剛輪的嚙合面齒廓
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種小型諧波減速器優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述的不

發(fā)生過渡曲線干涉需要滿足條件表示為
7.—種小型諧波減速器，其特征在于，包括相配合的剛輪、柔輪和采用雙波凸輪結(jié)構(gòu)的波發(fā)生器；其加工制造參數(shù)由權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的小型諧波減速器優(yōu)化設(shè)計方法計算得到。
【文檔編號】F16H55/08GK103615501SQ201310548529
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】龔榮文, 李忠濤, 趙亞妮, 代永波 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第九研究院第七七一研究所