本發(fā)明涉及精密減速器領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于浮動針齒的擺線針輪傳動裝置及其修形方法。

背景技術(shù)：

擺線針輪傳動是一種利用擺線齒輪和針齒嚙合實現(xiàn)動力傳遞的裝置。從幾何上看，擺線齒輪與所有針齒都接觸；從力學(xué)上看，有一半數(shù)目的針齒參與動力傳遞，因此理論上說，擺線針輪傳動具有承載能力大、傳動精度高、裝置體積小等許多優(yōu)點。目前，擺線針輪傳動廣泛地應(yīng)用于工業(yè)機器人關(guān)節(jié)用高精密減速器，比如日本Nabtesc公司的RV減速器就采用了擺線針輪傳動。

但是，由于制造誤差以及工作磨損，實際擺線針輪傳動中往往不是所有針齒都能與擺線齒輪接觸，部分針齒與擺線齒輪之間存在間隙，僅有少數(shù)針齒與擺線齒輪相接觸而傳遞動力，導(dǎo)致以下不良情況：(1)這幾對相互接觸的輪齒承受過大載荷而容易斷裂及疲勞失效；(2)間隙產(chǎn)生針齒與擺線齒輪之間的沖擊碰撞，發(fā)出噪聲，引起振動；(3)間隙降低了擺線針輪傳動的精度和剛度。

目前，國內(nèi)外不少研究人員采用多種方法試圖解決上述問題。對擺線齒輪的傳統(tǒng)修形方法有：移距修形法、等距修形法、轉(zhuǎn)角修形法。有不少研究人員在這三種方法的基礎(chǔ)上改進(jìn)修形方法，例如，何衛(wèi)東和李力行于2000年在《機械工程學(xué)報》(2000年3月第36卷第3期第51—55頁)的論文“機器人用高精度RV減速器中擺線輪的優(yōu)化新齒形”提出了對擺線齒輪進(jìn)行負(fù)等距與負(fù)移距優(yōu)化組合的修形方法。關(guān)天明于2002年在《中國機械工程》(2002年5月第13卷第10期第811—814頁)的論文“擺線針輪行星傳動中擺線輪最佳修形量的確定方法”中提出了“負(fù)移距+正等距”修形方法，推導(dǎo)出了擺線齒輪最佳修形量的計算公式。趙博等于2015年在《機械傳動》(2015年12月第39卷第12期第1—6頁)的論文“機器人RV減速器擺線輪修形的理論研究”中提出了一種基于單齒無側(cè)隙失配修形理論的拋物線修形方法。這些方法計算修形量復(fù)雜，尺寸精度要求高，加工難度大，更重要地是，這些方法無法適用于擺線針輪傳動過程中因磨損造成間隙而產(chǎn)生的不良狀況。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于浮動針齒的擺線針輪傳動裝置及其修形方法，本發(fā)明修形方法通過修改擺線齒輪和針齒的齒廓形狀，利用摩擦自鎖和附加彈簧力使得全部針齒都與擺線齒輪接觸，從而顯著提高承載能力和傳動精度，可以應(yīng)用于工業(yè)機器人關(guān)節(jié)用高精密減速器中的擺線針輪傳動。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

本發(fā)明技術(shù)方案一：

一種基于浮動針齒的擺線針輪傳動裝置的修形方法，用于擺線針輪傳動裝置，傳統(tǒng)的擺線針輪傳動裝置包括殼體、針齒及擺動齒輪，本發(fā)明修形方法能夠使擺線針輪傳動裝置中所有針齒都與擺線齒輪始終保持接觸，并且能夠自動消除因工作磨損造成的齒側(cè)間隙，從而提高擺線針輪傳動的承載能力和傳動精度，

將傳統(tǒng)擺線針輪傳動裝置中的圓柱形針齒改為圓臺形針齒，并在各針齒大端面配有彈簧及固定彈簧的端蓋；

將傳統(tǒng)擺線針輪傳動裝置中擺線齒輪側(cè)面改為圓錐面，從而與針齒的錐面相配合，擺線齒輪修形加工時，只需要對普通擺線齒輪去除錐度角θ角范圍外的部分；

利用圓臺形針齒圓臺的錐度，當(dāng)針齒與擺線齒輪出現(xiàn)間隙時，針齒可以在彈簧力的作用下沿已修形的殼體針齒槽作軸向移動，從而自動補償間隙；考慮到彈簧力可能不足以抵抗擺線齒輪嚙合力的軸向分力，為避免針齒受擺線齒輪的嚙合力推動而發(fā)生軸向竄動，本發(fā)明根據(jù)摩擦自鎖原理，提出圓臺形針齒錐度角角的設(shè)計要求為其中μ為殼體針齒槽與針齒相接觸表面的摩擦系數(shù)；

錐度角角是根據(jù)針齒受力分析而確定的，受力分析中擺線齒輪對針齒產(chǎn)生嚙合力F，針齒與針齒槽內(nèi)壁有摩擦，摩擦力為f_v。當(dāng)滿足摩擦自鎖的條件，針齒不會在嚙合力F的軸向分力的作用下竄動；為得到角的設(shè)計要求，做如下力學(xué)計算：

殼體針齒槽對針齒的摩擦阻力為

其中μ為針齒槽與針齒相接觸表面的摩擦系數(shù)，因針齒槽與針齒接觸面近似為半圓柱面，所以摩擦力為平面接觸的倍。

當(dāng)時，針齒將發(fā)生摩擦自鎖，解不等式得

即本發(fā)明所述修形方案的針齒角需要滿足

擺線齒輪在寬度方向上的錐度角θ角與針齒錐度角有關(guān)，且

修形后的針齒、殼體、擺線齒輪、彈簧、端蓋的連接關(guān)系為：安裝各針齒時，將針齒一條母線與針齒殼內(nèi)的針齒槽平行對齊后插入，插入后各針齒均有一條母線緊靠在針齒槽的圓柱面上；選擇某一個針齒作為初始嚙合針齒，將擺線齒輪齒根處圓錐面緊靠該針齒內(nèi)側(cè)母線放入，該針齒與擺線齒輪表面應(yīng)完全貼合；彈簧對應(yīng)安裝在每個針齒大端面的軸線處，最后再將端蓋安裝好；實際應(yīng)用時，輸入曲軸與擺線齒輪的中心孔配合，輸出機構(gòu)與擺線齒輪除中心孔外的圓周孔配合。

本發(fā)明技術(shù)方案二：

一種基于浮動針齒的擺線針輪傳動裝置，包括殼體、擺線齒輪、針齒、彈簧及端蓋，所述的殼體內(nèi)部中空，并在內(nèi)側(cè)壁開設(shè)有用于放置針齒的針齒槽，所述的擺線齒輪放置在殼體中心，所述的針齒放置于針齒槽內(nèi)，其針齒槽半徑由針齒大端面半徑?jīng)Q定，且針齒同時與擺線齒輪及針齒槽接觸，所述的針齒為圓臺形針齒，所述的擺線齒輪側(cè)面為與針齒的錐面相配合的圓錐面，所述的端蓋連接在殼體上，所述的彈簧設(shè)置在各針齒的大端面與端蓋之間。

所述的針齒的錐度角角為：其中μ為針齒槽與針齒相接觸表面的摩擦系數(shù)，擺線齒輪在寬度方向上的錐度角θ角與針齒錐度角有關(guān)，且

錐度角角是根據(jù)針齒受力分析而確定的，受力分析中擺線齒輪對針齒產(chǎn)生嚙合力F，針齒與針齒槽內(nèi)壁有摩擦，摩擦力為f_v。當(dāng)滿足摩擦自鎖的條件，針齒不會在嚙合力F的軸向分力的作用下竄動；為得到角的設(shè)計要求，做如下力學(xué)計算：

殼體針齒槽對針齒的摩擦阻力為

其中μ為針齒槽與針齒相接觸表面的摩擦系數(shù)，因針齒槽與針齒接觸面近似為半圓柱面，所以摩擦力為平面接觸的倍。

當(dāng)時，針齒將發(fā)生摩擦自鎖，解不等式得

即本發(fā)明所述修形方案的針齒角需要滿足

所述的擺線齒輪上設(shè)有用于與輸入曲軸配合的中心孔，及設(shè)置在中心孔周圍用于與輸出機構(gòu)配合的圓周孔。

所述的針齒共設(shè)有7個。

本發(fā)明的基于浮動針齒的擺線針輪傳動裝置具有摩擦自鎖功能，針齒具有自動調(diào)節(jié)功能，當(dāng)由于制造誤差或工作磨損導(dǎo)致某瞬時針齒與擺線齒輪之間有間隙時，針齒會在彈簧力作用下軸向運動而與擺線齒輪再次接觸，從而彌補間隙。這種自動調(diào)節(jié)的方式可以保證所有針齒都與擺線齒輪始終接觸。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是：

1、所提出的基于浮動針齒的擺線齒輪與針齒的修形方法簡便易行，能夠彌補制造誤差和工作磨損帶來的擺線齒輪與針齒之間的間隙缺陷，使所有針齒都與擺線齒輪保持接觸，從而顯著提高擺線針輪傳動的承載能力和傳動精度，可以應(yīng)用于工業(yè)機器人關(guān)節(jié)用高精密減速器中的擺線針輪傳動。

2、本發(fā)明的基于浮動針齒的擺線針輪傳動裝置具有摩擦自鎖功能，能夠彌補制造誤差和工作磨損帶來的擺線齒輪與針齒之間的間隙缺陷，使所有針齒都與擺線齒輪保持接觸，從而顯著提高擺線針輪傳動的承載能力和傳動精度，可以應(yīng)用于工業(yè)機器人關(guān)節(jié)用高精密減速器中的擺線針輪傳動。

附圖說明

圖1為針齒的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為針齒的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為針齒的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為擺線齒輪的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為擺線齒輪的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為擺線齒輪的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為擺線齒輪在寬度方向上的錐度角示意圖；

圖8為殼體的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9為殼體的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10為端蓋及彈簧的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11為本發(fā)明基于浮動針齒的擺線針輪傳動裝置分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本發(fā)明基于浮動針齒的擺線針輪傳動裝置裝配完成后結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13為本發(fā)明基于浮動針齒的擺線針輪傳動裝置裝配完成后去除端蓋結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14為針齒受力分析示意圖；

圖15為針齒動態(tài)調(diào)整示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

實施例

一種基于浮動針齒的擺線針輪傳動裝置的修形方法，用于擺線針輪傳動裝置，傳統(tǒng)的擺線針輪傳動裝置包括殼體、針齒及擺動齒輪，本發(fā)明修形方法能夠使擺線針輪傳動裝置中所有針齒都與擺線齒輪始終保持接觸，并且能夠自動消除因工作磨損造成的齒側(cè)間隙，從而提高擺線針輪傳動的承載能力和傳動精度，

將傳統(tǒng)擺線針輪傳動中的圓柱形針齒改為圓臺形針齒，并在各針齒大端面配有彈簧及固定彈簧的端蓋；

將傳統(tǒng)擺線針輪傳動裝置中擺線齒輪側(cè)面改為圓錐面，從而與針齒的錐面相配合，擺線齒輪修形加工時，只需要對普通擺線齒輪去除錐度角θ角范圍外的部分；

利用圓臺形針齒圓臺的錐度，當(dāng)針齒與擺線齒輪出現(xiàn)間隙時，針齒可以在彈簧力的作用下沿已修形的殼體針齒槽作軸向移動，從而自動補償間隙；考慮到彈簧力可能不足以抵抗擺線齒輪嚙合力的軸向分力，為避免針齒受擺線齒輪的嚙合力推動而發(fā)生軸向竄動，本發(fā)明根據(jù)摩擦自鎖原理，提出圓臺形針齒錐度角角的設(shè)計要求為其中μ為殼體針齒槽與針齒相接觸表面的摩擦系數(shù)；

錐度角角是根據(jù)針齒受力分析而確定的，受力分析中擺線齒輪對針齒產(chǎn)生嚙合力F，針齒與針齒槽內(nèi)壁有摩擦，摩擦力為f_v。當(dāng)滿足摩擦自鎖的條件，針齒不會在嚙合力F的軸向分力的作用下竄動；為得到角的設(shè)計要求，做如下力學(xué)計算：

殼體針齒槽對針齒的摩擦阻力為

其中μ為針齒槽與針齒相接觸表面的摩擦系數(shù)，因針齒槽與針齒接觸面近似為半圓柱面，所以摩擦力為平面接觸的倍。

當(dāng)時，針齒將發(fā)生摩擦自鎖，解不等式得

即本發(fā)明所述修形方案的針齒角需要滿足

擺線齒輪在寬度方向上的錐度角θ角與針齒錐度角有關(guān)，且

一種基于浮動針齒的擺線針輪傳動裝置，如圖1-圖13所示，包括殼體1、擺線齒輪2、針齒3、彈簧4及端蓋5，殼體1內(nèi)部中空，并在內(nèi)側(cè)壁開設(shè)有用于放置針齒3的針齒槽11，其針齒槽半徑由針齒大端面半徑?jīng)Q定，擺線齒輪2放置在殼體1中心，針齒3放置于針齒槽11內(nèi)，且針齒3同時與擺線齒輪2及針齒槽11接觸，針齒3為圓臺形針齒，擺線齒輪2側(cè)面為與針齒3的錐面相配合的圓錐面，端蓋5連接在殼體1上，彈簧4設(shè)置在各針齒3的大端面與端蓋5之間。

針齒3的錐度角角為：其中μ為針齒槽11與針齒3相接觸表面的摩擦系數(shù)，擺線齒輪2在寬度方向上的錐度角θ角與針齒錐度角有關(guān)，且

如圖14所示，錐度角角是根據(jù)針齒受力分析而確定的，受力分析中擺線齒輪對針齒產(chǎn)生嚙合力F，針齒與針齒槽內(nèi)壁有摩擦，摩擦力為f_v。當(dāng)滿足摩擦自鎖的條件，針齒不會在嚙合力F的軸向分力的作用下竄動；為得到角的設(shè)計要求，做如下力學(xué)計算：

殼體針齒槽對針齒的摩擦阻力為

其中μ為針齒槽與針齒相接觸表面的摩擦系數(shù)，因針齒槽與針齒接觸面近似為半圓柱面，所以摩擦力為平面接觸的倍。

當(dāng)時，針齒將發(fā)生摩擦自鎖，解不等式得

即本發(fā)明所述修形方案的針齒角需要滿足

擺線齒輪2上設(shè)有用于與輸入曲軸配合的中心孔21，及設(shè)置在中心孔21周圍用于與輸出機構(gòu)配合的圓周孔22。

針齒3共設(shè)有7個。

修形后的針齒、殼體、擺線齒輪、彈簧、端蓋的連接關(guān)系為：安裝各針齒時，將針齒一條母線與殼體上的針齒槽平行對齊后插入，插入后各針齒均有一條母線緊靠在殼體針齒槽的圓柱面上；選擇某一個針齒作為初始嚙合針齒，將擺線齒輪齒根處圓柱面緊靠該針齒內(nèi)側(cè)母線放入，該針齒與擺線齒輪表面應(yīng)完全貼合；彈簧對應(yīng)安裝在每個針齒大端面的軸線處，最后再將端蓋安裝好；實際應(yīng)用時，輸入曲軸與擺線齒輪的中心孔配合，輸出機構(gòu)與擺線齒輪除中心孔外的圓周孔配合。

如圖15所示，本發(fā)明的擺線針輪傳動裝置具有摩擦自鎖功能，針齒具有自動調(diào)節(jié)功能，當(dāng)由于制造誤差或工作磨損導(dǎo)致某瞬時針齒與擺線齒輪之間有間隙時，針齒會在彈簧力作用下軸向運動而與擺線齒輪再次接觸，從而彌補間隙。這種自動調(diào)節(jié)的方式可以保證所有針齒都與擺線齒輪始終接觸。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進(jìn)和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。