阅读说明：本技术 对数螺旋线共轭齿廓谐波减速器 (Logarithmic spiral conjugate tooth profile harmonic speed reducer ) 是由 杨玉虎 周国成 解然 沈兆光 于 2021-08-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种对数螺旋线共轭齿廓谐波减速器,包括刚轮、柔轮、波发生器以及柔性轴承。刚轮和柔轮在啮入状态下的齿廓,分别采用同一条对数螺旋线上的两段不同区间的曲线设计齿廓,所述对数螺旋线原点与所述柔轮的回转中心重合,在啮合传动过程中实现完全共轭。其中,刚轮齿廓曲线的最小曲率半径大于柔轮齿廓曲线的最大曲率半径。在啮入状态下,刚轮和柔轮的齿廓间形成渐缩式楔形侧隙,在负载时,共轭齿廓达到近似的面接触；且刚轮和柔轮的齿廓曲线的曲率半径相差越小,共轭齿廓间侧隙越小,近似面接触程度越高。对数螺旋线共轭齿廓谐波减速器具有高承载、抗冲击,高精度、小回差,低滑动率、高效率等特点。(The invention discloses a logarithmic spiral conjugate tooth profile harmonic reducer which comprises a rigid gear, a flexible gear, a wave generator and a flexible bearing. The tooth profiles of the rigid gear and the flexible gear in a meshing state are respectively designed by adopting two sections of curves in different intervals on the same logarithmic spiral, the origin of the logarithmic spiral is superposed with the rotation center of the flexible gear, and complete conjugation is realized in the meshing transmission process. Wherein, the minimum curvature radius of the rigid gear tooth profile curve is larger than the maximum curvature radius of the flexible gear tooth profile curve. In a meshing state, a tapered wedge-shaped side gap is formed between tooth profiles of the rigid gear and the flexible gear, and the conjugate tooth profiles are in approximate surface contact when in load; and the smaller the difference of the curvature radiuses of the tooth profile curves of the rigid gear and the flexible gear is, the smaller the backlash between conjugate tooth profiles is, and the higher the contact degree of the approximate surface is. The logarithmic spiral conjugate tooth profile harmonic reducer has the characteristics of high bearing capacity, impact resistance, high precision, small return difference, low slip rate, high efficiency and the like.)

对数螺旋线共轭齿廓谐波减速器

技术领域

本发明涉及精密齿轮传动领域，具体涉及谐波传动领域，尤其涉及一种对数螺旋线共轭齿廓谐波减速器。

背景技术

近年来，随着生产的发展与科技的进步，航空航天、国防、医疗、机器人、精密机床等领域，对减速器提出了更高的要求。尤其在国防与武器装备等特种领域应用的精密减速器，往往具有小体积、高承载、抗冲击等更为苛刻的性能要求。

谐波齿轮传动具有结构紧凑、速比大、体积小、质量轻、承载能力大、背隙小与传动精度高等突出优点，成为了工程应用的首选。在谐波齿轮传动中，柔轮随着波发生器的形状产生复杂的弹性变形，因而谐波传动领域的新型齿廓具有更大的设计空间，成为了齿轮传动的研究热点。

回顾谐波传动的发展历史，1955年美国学者C.W.Musser首次提出椭圆形波发生器直线齿廓谐波传动的基本构想，但没有考虑柔轮中性层线上点的切向位移，以及弹性变形所引起的柔轮齿的摆动，因此直线齿形啮合性能不好，并非谐波传动的理想齿廓。为提高齿廓的啮合性能，相关学者围绕齿廓的优化与创新展开了大量研究。渐开线齿形由于其成熟的工艺性，很早被用以替代柔轮的直线齿形，但渐开线齿廓在负载状态下存在齿顶干涉和边缘啮合的问题，印度学者R.Maiti提出波发生器凸轮形状在长轴啮合段采用圆弧，在脱开啮合段采用椭圆曲线与圆弧相切，可实现渐开线齿廓理论完全共轭啮合。

目前广泛应用的谐波齿轮齿形还有双圆弧齿形，其是由两段圆弧及一段与之相切的直线组成，改善了空载状态下啮合齿数过少的问题，同时参与啮合齿数大大提高。然而，针对双圆弧齿形的研究，都是对柔轮齿形进行设计，利用啮合方程求出复杂的刚轮齿形，进而用简单曲线进行逼近拟合，以满足加工的需要。这种方法会导致实际加工出的齿廓啮合状态与理论分析结果存在偏差，降低齿廓性能，且难以根据性能对齿廓参数进行调整，实现正向设计。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提出一种具有理论设计基础的新型高性能的对数螺旋线共轭齿廓谐波减速器。

为了解决上述技术问题，本发明提出的对数螺旋线共轭齿廓谐波减速器，包括刚轮、柔轮、波发生器以及柔性轴承，所述柔性轴承设置于柔轮和波发生器之间；所述刚轮和所述柔轮在啮入状态下的齿廓，分别采用同一条对数螺旋线上两段不同区间的曲线设计，所述对数螺旋线原点与所述柔轮的回转中心重合；所述刚轮和所述柔轮的齿廓在啮合传动过程中实现完全共轭，所述刚轮的齿廓曲线的最小曲率半径大于所述柔轮的齿廓曲线的最大曲率半径。

进一步讲，本发明所述的对数螺旋线共轭齿廓谐波减速器，其中：

在啮入状态下，所述刚轮和所述柔轮的共轭齿廓间形成渐缩式楔形侧隙，且所述刚轮和所述柔轮的齿廓曲线的曲率半径相差越小，共轭齿廓间的楔形侧隙越小。

所述波发生器的廓线是所述柔轮的中性层的内等距曲线，所述廓线关于所述波发生器的长轴和短轴分别对称，所述廓线包括：两个长轴过渡段、两个短轴过渡段和四个分别位于每段长轴过渡段和短轴过渡段之间的工作段；其中，所述长轴过渡段和工作段的连接点、所述短轴过渡段和工作段的连接点均采用光滑连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的对数螺旋线共轭齿廓谐波减速器，其中的刚轮齿廓曲线的曲率半径大于所述柔轮齿廓曲线的曲率半径，保证了啮合传动过程中轮齿不发生干涉。

在啮入状态下，刚轮和柔轮的共轭齿廓间形成渐缩式楔形侧隙，有利于形成润滑油膜，而且当刚轮和柔轮的齿廓曲线的曲率半径相差越小，则共轭齿廓间侧隙越小，近似面接触程度越高，在负载时，共轭齿廓达到近似的面接触，有利于提高承载能力。

在啮入和啮出状态下，柔轮轮齿在传动受载时，中心线分别向啮合侧和啮出侧偏离微小角度，有利于预压，消除回差。

综上，本发明对数螺旋线共轭齿廓谐波减速器具有高承载、抗冲击，高精度、小回差，低滑动率、高效率等特点。

附图说明

通过阅读参照以下附图，本发明的特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明对数螺旋线齿廓谐波减速器结构示意简图；

图2是图1中所示刚轮和柔轮在啮入状态下的齿廓示意图；

图3是图1中所示柔轮中性层线的示意图；

图4是图1中所示波发生器廓线的示意图；

图中：

1-刚轮，2-柔轮，3-波发生器，4-柔性轴承，5-波发生器廓线，6-中性层，7-长轴过渡段，8-短轴过渡段，9-工作段。

具体实施方式

本发明的设计构思是：谐波传动减速器中的刚轮和柔轮在啮入状态下的齿廓分别采用同一条对数螺旋线上的两段不同区间的曲线设计，且所述对数螺旋线原点与所述柔轮的回转中心重合，在啮合传动过程中实现完全共轭。其中，刚轮齿廓曲线的最小曲率半径大于柔轮齿廓曲线的最大曲率半径，可以保证啮合传动过程中轮齿不发生干涉；在啮入状态下，刚轮和柔轮的齿廓间形成渐缩式楔形侧隙，在负载时，共轭齿廓达到近似的面接触；且刚轮和柔轮的齿廓曲线的曲率半径相差越小，共轭齿廓间侧隙越小，近似面接触程度越高，有利于提高承载能力。

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明，本发明的特征、目的将会变得更明显，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。另外，需要强调的是：不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明提出的一种对数螺旋线共轭齿廓谐波减速器，包括刚轮1、柔轮2、波发生器3以及柔性轴承4，所述柔性轴承4设置于柔轮2和波发生器3之间。

如图2所示，所述刚轮1和所述柔轮2在啮入状态下的齿廓，分别采用同一条对数螺旋线上两段不同区间的曲线设计，所述对数螺旋线原点与所述柔轮的回转中心重合，所述刚轮1和所述柔轮2的齿廓在啮合传动过程中实现完全共轭。其中，为保证啮合传动过程中轮齿不发生干涉，所述刚轮1的齿廓曲线的最小曲率半径大于所述柔轮2的齿廓曲线的最大曲率半径。

例如，中性层变形后，刚轮1和柔轮2的齿廓方程在直角坐标系下分别可表示为：

式中，R为对数螺旋线的初始极径，β为螺旋角，θ为曲线角度参数。A₁、B₁分别为刚轮齿廓的齿顶点和齿根点，A₂、B₂分别为柔轮齿廓的齿顶点和齿根点。θ_a1、θ_b1、θ_a2、θ_b2分别为A₁、B₁、A₂、B₂所对应的圆心角，如图2所示。

在啮入状态下，所述刚轮1和所述柔轮2的共轭齿廓间形成渐缩式楔形侧隙，在负载时，共轭齿廓达到近似的面接触；且所述刚轮1和所述柔轮2的齿廓曲线的曲率半径相差越小，共轭齿廓间的楔形侧隙越小，近似面接触程度越高。

如图3和图4所示，所述波发生器3的廓线是所述柔轮2的中性层6的内等距曲线，所述廓线5关于所述波发生器3的长轴和短轴分别对称，波发生器廓线5包括：两个长轴过渡段7、两个短轴过渡段8和四个分别位于每段长轴过渡段7和短轴过渡段8之间的工作段9；其中，所述长轴过渡段7和工作段9的连接点、所述短轴过渡段8和工作段9的连接点均采用光滑连接。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离本发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。