CN110188475B

CN110188475B - 一种基于刚轮参数的工作状态下的柔轮测量与评价方法

Info

Publication number: CN110188475B
Application number: CN201910468105.2A
Authority: CN
Inventors: 卢春霞; 王建华; 姜冰清; 李少康; 王林艳; 刘海涛
Original assignee: Xian Technological University
Current assignee: Xian Technological University
Priority date: 2019-05-31
Filing date: 2019-05-31
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2039-05-31
Also published as: CN110188475A

Abstract

本发明涉及一种基于刚轮参数的工作状态下的柔轮测量与评价方法，包括：1.通过计算得到啮合区域角度参数α及参与啮合的轮齿对数4N‑2；2将刚轮的基本参数作为柔轮检测参数，刚轮设计齿形作为柔轮的理论齿形；3.测量被评价柔轮的不同轮齿在不同工作状态下的双侧齿形实际坐标点；同时进行柔轮的性能评价；4.测量柔轮上与波发生器的长径相差角度为δ位置的第i个轮齿齿形实际坐标点及其齿形误差，当‑α<δ<α时，第i个轮齿处于啮合工作状态，否则第i个轮齿处于非啮合状态；5.重复步骤4；6.综合评价柔轮质量。本发明提供的方法旨在反应综合误差，不仅包含设计，加工齿形误差，还包含了对波发生器的影响；解决了现有技术无法对柔轮性能进行测量和评价的问题。

Description

一种基于刚轮参数的工作状态下的柔轮测量与评价方法

技术领域

本发明涉及谐波齿轮传动检测技术领域，具体涉及一种基于刚轮参数的工作状态下的柔轮测量与评价方法。

背景技术

谐波齿轮减速器主要包括一个带内齿的刚轮、一个工作时可产生径向弹性形变的带外齿的柔轮，和一个装在柔轮内部、呈椭圆形的波发生器。谐波齿轮减速器具有结构简单、体积小、重量轻、传动效率高等诸多优点。在谐波传动的应用领域，特别是工业机器人领域，对谐波齿轮传动精度和空间尺寸要求极为严格，目前研究人员的主要研究热点集中在谐波传动动力学特性、结构参数优化、柔轮齿形设计、加工、柔轮变形与应力研究等方面。

其中柔轮的齿形对谐波齿轮传动的性能影响重大，目前常采用仿真方法对其进行研究。首先柔轮按照常规齿轮设计方法进行齿形设计与加工，然后基于波发生器对柔轮形变的作用机理，进行柔轮工作时齿形建模，并根据柔轮该齿形进行刚轮齿形的设计。而目前柔轮齿形数学建模理论复杂，常常采用诸多如假定和简化，柔轮齿形无加工误差、柔轮齿形为刚性无变形、柔性薄壁中性线长度不变等，与实际使用情况有一定的差距。由于柔轮工作时产生形变，按照普通齿轮测量与评价得到的柔轮数据不能代表柔轮的工作性能。目前缺乏对工作状态下柔轮齿形的检测与误差评价方法，而常常采用综合测试台等检测谐波齿轮减速器的综合传动精度，无法确定柔轮对传动精度的影响。

发明内容

本发明提供一种基于刚轮参数的工作状态下的柔轮测量与评价方法，以解决现有技术无法对柔轮性能进行测量和评价的问题。

为了达到上述目的，本发明提供的解决方案是：

一种基于刚轮参数的工作状态下的柔轮测量与评价方法，包括以下步骤：

1)建立基于刚轮参数的Oxy坐标系，O与刚轮的回转中心重合，柔轮轮齿相对X轴对称，与波发生器的长轴方向与X轴方向一致，波发生器的短轴与Y轴方向一致；在波发生器的作用下，柔轮产生形变，靠近波发生器长轴附近轮齿参与啮合，远离波发生器长轴附近轮齿不参与啮合，通过计算可得到啮合区域角度参数α及参与啮合的轮齿对数4N-2；

2)将刚轮的基本参数作为柔轮检测参数，刚轮设计齿形作为柔轮的理论齿形；

3)按照普通齿轮检测方法，测量得到被评价柔轮的不同轮齿在不同工作状态下的双侧齿形实际坐标点；同时进行柔轮的性能评价；

4)测量柔轮上与波发生器的长径相差角度为δ位置的第i个轮齿齿形实际坐标点及其齿形误差，当-α<δ<α时，第i个轮齿处于啮合工作状态，否则第i个轮齿处于非啮合状态；

5)重复步骤4)，测量得到分别处于啮入、啮合、啮出不同工作状态下的轮齿双侧齿形实际坐标点；

6)根据不同工作状态下的轮齿齿形信息，综合评价柔轮质量。

进一步的，上述步骤2)中刚轮的基本参数，包括刚轮模数、齿数、压力角、齿根圆直径和齿顶圆直径。

进一步的，上述步骤6)中，柔轮质量是指每个轮齿齿形、齿距、齿厚、顶隙、侧隙、啮合对数、是否存在干涉的性能指标。

不管波发生器的形状对柔轮的影响规律如何，最终应该被关注的是柔轮与刚轮的啮合传动性能。本发明提供的方法旨在反应综合误差，不仅包含设计，加工齿形误差，还包含了对波发生器的影响。与现有技术相比，本发明的优点是：

1)因此，本发明提出了基于刚轮参数的工作状态下的柔轮测量与评价方法，可以直接简化柔轮数学理论模型，实现对谐波齿轮传动性能的直接评估。

2)本发明基于刚轮齿形获得理论柔轮齿形的理论线型，即为零误差传动线型，所建立的柔轮齿形模型无原理性误差。

3)根据本发明提供的方法可以测量得到所有工作状态下的不同轮齿齿形，柔轮的全啮合状态齿形可进行齿形、齿距、齿厚、顶隙、侧隙、啮合对数、是否存在干涉等性能评价；同时全啮合状态齿形可为波发生器的设计提供依据。

附图说明

图1为波发生器与第1齿初始位置与测量坐标系示意图；

图2为波发生器相对柔轮转动后的第1个轮齿为不完全啮合位置示意图；

图3为柔轮不同工作状态下的齿形测量结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施案例对本发明的方法进行详细地说明。

实施例：

步骤1)，参见图1，在谐波齿轮的减速装置上，首先建立基于刚轮参数的Oxy坐标系，O与刚轮的回转中心重合，柔轮轮齿相对X轴对称，与波发生器的长轴方向与X轴方向一致，波发生器的短轴与Y轴方向一致；在波发生器的作用下，柔轮产生形变，使得靠近波发生器长轴附近轮齿参与啮合，远离波发生器长轴附近轮齿不参与啮合，即在相对X轴对称的4个灰色区域内的轮齿参与啮合，通过计算可得到啮合区域角度参数α及参与啮合的轮齿对数4N-2；

步骤2)，将刚轮的基本参数作为柔轮检测参数，刚轮设计齿形作为柔轮的理论齿形，所述刚轮的基本参数包括刚轮模数、齿数、压力角、齿根圆直径和齿顶圆直径；

步骤3)，按照普通齿轮检测方法，测量得到柔轮上第1个处于啮合状态下的轮齿的双侧齿形实际坐标点；

步骤4)，如图2所示，测量柔轮上与波发生器的长径相差角度为δ位置的第i个轮齿齿形实际坐标点及其齿形误差，当-α<δ<α时，第i个轮齿处于啮合工作状态，否则第i个轮齿处于非啮合状态；

步骤5)，重复步骤4)可以测量得到分别处于啮入、啮合、啮出不同工作状态下的轮齿双侧齿形实际坐标点；

步骤6)，根据不同工作状态下的轮齿齿形信息，综合评价柔轮质量；比如可计算每个轮齿齿形、齿距、齿厚、顶隙、侧隙、啮合对数、是否存在干涉等性能。

参见图3，这是以刚轮设计齿形为理论齿形，计算各齿的齿形误差曲线图；当柔轮齿顶小于刚轮齿根时，则存在顶隙；当实际齿形与刚轮齿形存在间隙时，则说明传动过程中存在侧隙；当实际齿形与刚轮齿形相交，则说明为存在干涉；相邻齿同一侧的侧隙之差即为相邻齿距偏差；同一齿左右侧隙之和即为齿厚偏差；当柔轮齿顶低于刚轮齿顶时，则为干涉状态；当柔轮齿顶低于刚轮齿顶时，则为非啮合状态，啮合齿数为所有位于刚轮齿顶内的所有的轮齿个数2N-1，总啮合对数为4N-2。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims

1.一种基于刚轮参数的工作状态下的柔轮测量与评价方法，其特征在于，包括以下步骤：

6)根据不同工作状态下的轮齿齿形信息，综合评价柔轮质量；

所述步骤2)中刚轮的基本参数，包括刚轮模数、齿数、压力角、齿根圆直径和齿顶圆直径。

2.根据权利要求1所述基于刚轮参数的工作状态下的柔轮测量与评价方法，其特征在于，上述步骤6)中，柔轮质量是指每个轮齿齿形、齿距、齿厚、顶隙、侧隙、啮合对数、是否存在干涉的性能指标。