适用于重载工况的柔轮、谐波减速器的制作方法

1.本实用新型属于谐波减速器技术领域，具体涉及一种适用于重载工况的柔轮、谐波减速器。


背景技术：

2.谐波减速器主要由刚轮、柔轮和波发生器组成。柔轮在波发生器的作用下产生弹性变形，并与刚轮互相作用，具体的，波发生器输入，刚轮或者柔轮在齿间啮合的作用下作为输出，输出相对于输入达到减速的效果。
3.谐波减速器应用在重载工况时(即可超出减速器的瞬时容许最大转矩条件)，柔轮结构在保证正常传动的条件下，柔轮的齿槽啮合深度会增加，导致产生摩擦磨损的概率增加。为达到更好的承载能力，对柔轮齿宽方向的工作宽度需要增加。
4.重载工况(负载平均转矩超出就减速器额定转矩工况即为重载工况)一般会伴有负载转矩的短时增加或减少，即产生瞬时间较大的冲击载荷。柔轮在波发生器变形下的啮合深度会在啮入、啮出的瞬时状态产生干涉。故重载工况下应用的柔轮结构需要保证齿宽方向较大的工作区间的同时，避免柔轮齿廓顶点部的齿向修型线存在齿间干涉。同时修型线本身及其两端线段的连接点尽可能减少，或用相切的方式避免，曲线较大的曲率变化易产生干涉，导致摩擦磨损的情况产生。故重载工况下应用的柔轮需要尽可能扩大控制啮合区间，避免啮合存在干涉情况。


技术实现要素：

5.因此，本实用新型提供一种适用于重载工况的柔轮、谐波减速器，能够降低啮合过程中的齿间干涉现象发生。
6.为了解决上述问题，本实用新型提供一种适用于重载工况的柔轮，包括筒体，所述筒体的内孔用于安装波发生器，所述筒体的外圆周壁上设有多个柔轮齿，多个所述柔轮齿沿所述筒体的周向均匀间隔设置且所述柔轮齿沿所述筒体的轴向延伸，所述柔轮齿的齿廓关于第一平面对称，所述第一平面为经过所述柔轮齿的齿廓顶点轴向延伸线与所述筒体的中轴线的平面，在所述第一平面上，沿着所述筒体的筒口至筒底的方向，所述柔轮齿的齿向修型曲线为连续圆滑曲线，且所述齿向修型曲线距所述中轴线的距离先增加后减小。
7.优选地，在所述第一平面上，以所述筒体的中轴线为x轴，以所述内孔的孔口端面为y轴，以所述中轴线与所述孔口端面的交点为坐标原点o建立xoy坐标系，在所述xoy坐标系内，所述齿向修型曲线的型线由方程y＝a β1·
x β2·
x2 β3·
x3 β4·
x4 β5·
x5限定，其中，a为型线起始常数项，β1为在波发生器的短轴处对应的柔轮筒体的变形量的修正值，β2为二次项系数，β3为三次项系数，β4为四次项系数，β5为五次项系数。
8.优选地，99.5％r
a
≤a≤99.9％r
a
，其中，r
a
为所述柔轮齿的齿顶圆半径。
9.优选地，50％(r
s
‑
r
h
)h
f
≤β1≤55％(r
s
‑
r
h
)h
f
，其中，r
s
为所述波发生器的短轴长度，r
h
为所述内孔的半径，h
f
为所述筒体由筒口至筒底靠近所述筒口一侧的轴向距离。
10.优选地，
‑
65％β1≤β2≤
‑
60％β1。
11.优选地，30％β2≤β3≤35％β2，和/或，30％β2≤β4≤50％β2。
12.优选地，30％β4≤β5≤50％β4。
13.优选地，
‑
l≤x≤0，其中，l为所述柔轮齿的齿宽修型长度，30％h
f
≤l≤40％h
f
，其中h
f
为所述筒体由筒口至筒底靠近所述筒口一侧的轴向距离。
14.本实用新型还提供一种谐波减速器，包括上述的柔轮。
15.本实用新型提供的一种适用于重载工况的柔轮、谐波减速器，能够保证所述柔轮在重载工况下，在所述啮入弧段能够顺利实现齿的啮入而不发生齿间干涉，在所述啮出弧段能够顺利实现齿的啮出而不发生齿间干涉，而在所述齿顶圆贴合弧段则能够尽可能保证沿着齿宽方向尺寸长，同时齿廓顶点部分又不参与啮合作用，从而能够有效增加柔轮在重载工况下的齿间接触面积，增加柔轮齿的实际作用表面与刚轮齿的齿间接触面积，提高接触面积比，进而提高了柔轮的承受载荷，保证重载工况下啮合的稳定性，保证柔轮齿更顺利的啮入与啮出杜绝齿间干涉，同时，齿向修型曲线为一段连续圆滑曲线无线段接触的相交点，避免了柔轮在达到磨合阶段后的相交点产生明显磨损的情况，从而避免了磨损后异常啮合的噪声。
附图说明
16.图1为本实用新型实施例的适用于重载工况的柔轮的轴截面结构示意图(在第一平面上)；
17.图2为图1中的局部位置的放大示意图。
18.附图标记表示为：
19.1、筒体；11、内孔；111、孔口端面；12、柔轮齿；121、齿向修型曲线；21、齿顶圆型线；22、过渡线。
具体实施方式
20.结合参见图1至图2所示，根据本实用新型的实施例，提供一种适用于重载工况的柔轮，包括筒体1，所述筒体1的内孔11用于安装波发生器，所述筒体1的外圆周壁上设有多个柔轮齿12，多个所述柔轮齿12沿所述筒体1的周向均匀间隔设置且所述柔轮齿12沿所述筒体1的轴向延伸，所述柔轮齿12的齿廓关于第一平面对称，所述第一平面为经过所述柔轮齿12的齿廓顶点轴向延伸线与所述筒体1的中轴线的平面，在所述第一平面上，沿着所述筒体1的筒口至筒底的方向，所述柔轮齿12的齿向修型曲线121为一段连续圆滑曲线，且所述齿向修型曲线121距所述中轴线的距离(为沿着所述内孔11的径向的距离)先增加后减小。该技术方案中，所述齿向修型曲线121沿内孔11的孔口至孔底的方向距中轴线的距离先增加后减小，从而使所述齿向修型曲线121成一个大致朝外拱起的结构，从而使所述柔轮齿12在齿宽方向上沿内孔11的孔口至孔底的方向依次具有啮入弧段、啮合承载弧段以及啮出弧段，这能够保证所述柔轮在重载工况下，在所述啮入弧段能够顺利实现齿的啮入而不发生齿间干涉，在所述啮出弧段能够顺利实现齿的啮出而不发生齿间干涉，而在所述啮合承载弧段则能够尽可能保证沿着齿宽方向尺寸长，从而能够有效增加柔轮在重载工况下的齿间接触面积，增加柔轮齿12的实际作用表面与刚轮齿的齿间接触面积，提高接触面积比，进而
提高了柔轮的承受载荷，保证重载工况下啮合的稳定性，保证柔轮齿更顺利的啮入与啮出降低齿间干涉现象，同时，齿向修型曲线121为一段连续圆滑曲线无线段接触的相交点，避免了柔轮在达到磨合阶段后的相交点产生明显磨损的情况，从而避免了磨损后异常啮合的噪声。
21.在一些实施方式中，在所述第一平面上，以所述筒体1的中轴线为x轴(沿所述筒体1的筒底至筒口方向为正)，以所述内孔11的孔口端面111为y轴(沿所述筒体1的径向内向外为正)，以所述中轴线与所述孔口端面111的交点为坐标原点o建立xoy坐标系，在所述xoy坐标系内，所述齿向修型曲线121的型线由方程y＝a β1·
x β2·
x2 β3·
x3 β4·
x4 β5·
x5限定，其中，a为型线起始常数项(如图2中b点示出位置)，β1为在波发生器的短轴处对应的柔轮筒体1的变形量的修正值，β2为二次项系数，β3为三次项系数，β4为四次项系数，β5为五次项系数。该技术方案中给出了所述齿向修型曲线121的一种优化的限定工程，其通过相应的系数的选择能够得到更为饱满的曲线修型方程，可满足重载工况条件下，最大限度增加承载啮合区间，能够进一步缩小齿间啮合的空隙，使空隙占比啮合区间比例减小，利于噪声的进一步降低。
22.具体的，方程y＝a β1·
x β2·
x2 β3·
x3 β4·
x4 β5·
x5中，a实际上控制的是所述齿向修型曲线121相对于所述中轴线的偏移量(其具体表征了一条水平直线)，优选地，99.5％r
a
≤a≤99.9％r
a
，其中，r
a
为所述柔轮齿12的齿顶圆半径(也即齿顶圆型线21的半径)；一次项部分中，50％(r
s
‑
r
h
)h
f
≤β1≤55％(r
s
‑
r
h
)h
f
，其中，r
s
为所述波发生器的短轴长度，r
h
为所述内孔11的半径，h
f
为所述筒体1由筒口至筒底靠近所述筒口一侧的轴向距离，将常数项a向齿顶圆延伸，需要说明的是，由于r
s
＜r
h
＜r
l
(波发生器的长轴长度)，因此，β1实际上为一负值；二次项部分对一次项方程(包含常数项)曲线进一步修正，使曲线向齿顶圆靠拢，优选地，
‑
65％β1≤β2≤
‑
60％β1；三次项部分对一次项方程(包含常数项)曲线进一步修正，保证曲线趋近齿顶圆，优选地，30％β2≤β3≤35％β2；四次项部分对二次项方程(包含常数项)曲线进行修正，保证曲线远离齿顶圆，优选地，30％β2≤β4≤50％β2；五次项部分对四次项方程(包含常数项)曲线进行修正，保证曲线快速远离齿顶圆，优选地，30％β4≤β5≤50％β4。在前述的各个系数的取值范围内，在柔轮达到重载工况或负载转矩短时骤变工况下，能够显著提升啮合抗冲击能力，降低柔轮工作产生的噪声，避免齿间啮合的异常噪声。
23.优选地，
‑
l≤x≤0，其中，l为所述柔轮齿12的齿宽修型长度，30％h
f
≤l≤40％h
f
，其中h
f
为所述筒体1由筒口至筒底靠近所述筒口一侧的轴向距离，能够提高柔轮的结构抗疲劳变形的能力。
24.前文中的x、y、a、r
s
、h
f
、r
h
、r
l
、r
a
、l的单位皆为mm即可，而β1、β2、β3、β4、β5为系数无量纲。
25.结合图2所示出，所述筒体1的外周壁与所述柔轮齿12朝向所述内孔11的孔底的一端通过过渡线22连接，所述齿向修型曲线121与所述过渡线22之间相交于图2所示的a点，而为了避免应力集中所带来的断裂现象发生，在实际的加工过程中，所述筒体1的外周壁与所述柔轮齿12朝向所述内孔11的孔底的一端通过过渡线22进行圆滑连接(例如倒圆)。同样道理的，所述齿向修型曲线121与所述孔口端面111相交于b点，在实际的加工过程中，在b点处将进行倒角处理，并对倒角与所述齿向修型曲线121以及孔口端面111的相交位置做圆滑处理(例如倒圆)。
26.需要说明的是，前述的柔轮的齿廓修型技术方案针对空间齿廓的谐波齿轮，空间齿廓是一种垂直于齿形任意截面皆存在修型的齿廓结构，即空间齿廓垂直齿宽方向的不同截面存在不同差异。所以前文中的修型曲线(也即齿向修型曲线121)仅仅以柔轮的齿廓顶点作代表，确定修型曲线的参数，空间齿廓能增大啮合区间和齿廓接触面积，更多的啮合齿对保证了空间齿廓谐波齿轮具有更高的承载能力和更长的疲劳寿命。
27.与未采用本实用新型的齿向修型曲线的柔轮比较，采用本实用新型的齿向修型曲线的柔轮在与刚轮匹配形成谐波减速器后，空载噪声测试得到其在额定转速下，平均声压级降低5％；平均负载转矩的容许最大值提高11％，也即能够有效降低噪音并提高最大承载能力。
28.本实用新型还提供一种谐波减速器，包括上述的柔轮。
29.本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
30.以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。