一种三圆弧谐波齿轮插齿刀及其齿廓设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109630652A(43)申请公布日2019.04.16(21)申请号201910017231.6(22)申请日2019.01.08(71)申请人四川大学地址610000四川省成都市一环路南一段24号(72)发明人周青华杨勇王家序时志奇黄彦彦周广武蒲伟(74)专利代理机构成都顶峰专利事务所(普通合伙)51224代理人何红信(51)Int.Cl.F16H55/17(2006.01)F16H55/08(2006.01)F16H49/00(2006.01)G06F17/50(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图5页(54)发明名称一种三圆弧谐波齿轮插齿刀及其齿廓设计方法(57)摘要本发明公开了一种三圆弧谐波齿轮插齿刀，属于谐波减速器齿轮加工刀具的技术领域，所述刀齿的基本齿廓由三段依次相切的圆弧段构成；所述上圆弧段的半径为ρ1、中圆弧段的半径为ρ2以及下圆弧段的半径ρ3；还公开了一种三圆弧谐波齿轮插齿刀的的齿廓设计方法，其设计出满足条件的柔轮三圆弧齿廓和刚轮三圆弧齿廓，依据得到的刚轮三圆弧齿廓，采用齿轮啮合运动学法，得到A段理论共轭齿廓、B段理论共轭齿廓和C段理论共轭齿廓；采用圆弧拟合得到上圆弧段Ac1和下圆弧段Ac3及其相关参数；通过平面解析几何方法，求得中圆弧段Ac2及其相关参数；最后，按被加工谐波齿轮的工艺需求确定辅助参数，以达到加工出三圆弧谐波齿轮工作齿廓的目的。CN109630652ACN109630652A权利要求书1/3页1.一种三圆弧谐波齿轮插齿刀，包括刀柄和设于该刀柄上的刀体，所述刀体的轮廓面设有刀齿，且刀齿的齿顶前角和齿顶后角分别为γ和αt，其特征在于，所述刀齿的基本齿廓由三段依次相切的圆弧段构成，且三段圆弧段分别为上圆弧段、中圆弧段和下圆弧段；所述上圆弧段的半径为ρ1、中圆弧段的半径为ρ2以及下圆弧段的半径ρ3；所述上圆弧段与中圆弧段之间形成上切点且上切点夹角为δ1，中圆弧段与下圆弧段之间形成下切点且下切点夹角为δ2；所述上圆弧段的圆心偏移量为xa和圆心移距量为ya、下圆弧段的圆心偏移量为xf和圆心移距量为yf；所述ρ1、ρ2、ρ3、δ1、δ2、xa、ya、xf和yf的参数值由被加工的三圆弧谐波齿轮的工作齿廓经计算啮合确定。2.根据权利要求1所述的三圆弧谐波齿轮插齿刀，其特征在于，所述刀齿的基本齿廓还包括齿顶圆角、齿根圆角、齿顶、齿根、顶隙和根隙，所述齿顶圆角的半径为ra，齿根圆角的半径为rf、齿顶的高度为ha、齿根的高度为hf、顶隙为ca、根隙为cf。所述ra、rf、ha、hf、ca和cf的参数值由被加工的三圆弧谐波齿轮的工艺需求确定。3.根据权利要求1所述的三圆弧谐波齿轮插齿刀，其特征在于，所述刀齿的法向齿廓由齿顶圆角、齿根圆角、所述上圆弧段、中圆弧段和下圆弧段构成。4.一种三圆弧谐波齿轮插齿刀的齿廓设计方法，其特征在于，该齿廓设计方法包括以下步骤：(1)按照谐波齿轮的柔轮与刚轮啮合过程满足“双共轭”和“二次共轭”的设计要求，设计出满足条件的柔轮三圆弧齿廓和刚轮三圆弧齿廓；(2)依据得到的刚轮三圆弧齿廓，采用齿轮啮合运动学法，通过求解插齿刀切制刚轮的啮合方程，得到插齿刀中分别与刚轮三圆弧齿廓中上圆弧、中圆弧和下圆弧三段圆弧齿廓共轭的A段理论共轭齿廓、B段理论共轭齿廓和C段理论共轭齿廓；(3)对A段理论共轭齿廓和C段理论共轭齿廓均采用圆弧拟合，分别得到上圆弧段Ac1和下圆弧段Ac3，以确定上圆弧段的半径ρ1、下圆弧段的半径ρ3、上圆弧段的圆心偏移量xa、上圆弧段的圆心移距量ya、下圆弧段的圆心偏移量xf、下圆弧段的圆心移距量yf；(4)通过平面解析几何方法，求得与B段理论共轭齿廓对应的中圆弧段Ac2，以确定中圆弧段的半径ρ2、上切点夹角δ1和下切点夹角δ2；(5)按被加工谐波齿轮的工艺需求确定辅助参数，该辅助参数包括：齿顶圆角半径ra、齿根圆角半径rf、齿顶高ha、齿根高hf、顶隙ca、根隙cf。5.根据权利要求4所述的三圆弧谐波齿轮插齿刀的齿廓设计方法，其特征在于，所述步骤(2)对A段理论共轭齿廓、B段理论共轭齿廓和C段理论共轭齿廓进行计算的方法如下：(2.1)建立插齿刀加工谐波齿轮中刚轮的坐标变换，与刚轮固连的坐标系S1(O1,x1,y1)到与插齿刀相固连的坐标系S2(O2,x2,y2)的变换矩阵M21为：其中，r1为被加工刚轮的分度圆半径，r2为插齿刀原始截面的分度圆半径；2CN109630652A权利要求书2/3页(2.2)建立坐标系S1到S2的底矢变换矩阵W21如下：(2.3)根据在相互包络齿廓的接触点处，相对运动的速度矢量垂直于齿廓的法线矢量，两曲面在接触点处必须满足以下啮合方程：(12)ni·vi＝0(i＝1,