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基于改进运动学法和瞬态动力学的谐波齿轮新型齿廓设计研究
Research on a Novel Tooth Profile Design of Harmonic Gears Based on Improved Kinematics and Transient Dynamics
- 机械传动 2023年47卷第11期 页码：37-42
- 作者机构：
1.内江职业技术学院 智能制造与汽车学院， 四川 内江 641199
2.江南大学 机械工程学院， 江苏 无锡 214122
3.江南大学 江苏省食品先进制造装备技术重点实验室， 江苏 无锡 214122
- 作者简介：
邓杨（1984— ），男，四川内江人，硕士，工程师；研究方向为机械制造工艺的实施、质量分析，数控技术的应用等；dyang1984@126.com。
何雪明（1966— ），男，江苏苏州人，博士，教授；研究方向为谐波齿轮传动、机械复杂关键零部件CAD/CAM/PLM、间歇分度凸轮机构、双螺杆压缩机、罗茨泵、逆向工程；hxuem2003@163.com。
- 基金信息：国家自然科学基金项目(51975251┫四川省产教融合示范项目（“产学研用”一体化平台建设）)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2023.11.006
中图分类号：纸质出版日期：2023-11-15，
收稿日期：2022-11-24，
修回日期：2023-06-01，
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邓杨,何雪明,李鹏超等.基于改进运动学法和瞬态动力学的谐波齿轮新型齿廓设计研究[J].机械传动,2023,47(11):37-42.
Deng Yang,He Xueming,Li Pengchao,et al.Research on a Novel Tooth Profile Design of Harmonic Gears Based on Improved Kinematics and Transient Dynamics[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(11):37-42.
邓杨,何雪明,李鹏超等.基于改进运动学法和瞬态动力学的谐波齿轮新型齿廓设计研究[J].机械传动,2023,47(11):37-42. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.11.006.
Deng Yang,He Xueming,Li Pengchao,et al.Research on a Novel Tooth Profile Design of Harmonic Gears Based on Improved Kinematics and Transient Dynamics[J].Journal of Mechanical Transmission,2023,47(11):37-42. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2023.11.006.
摘要
为了提升谐波减速器的啮合性能、改善机器人的工作性能，提出了基于改进运动学法和瞬态动力学的谐波齿轮新型齿廓设计方法。首先，针对公切线双圆弧齿廓和S型齿廓的特点，提出了由S型齿廓和公切线双圆弧齿廓相结合的新型柔轮齿廓；其次，基于改进运动学法计算了共轭刚轮的齿廓，并运用瞬态动力学方法对比分析了在不考虑塑形变形情况下齿廓谐波齿轮的啮合侧隙和柔轮应力。对比分析发现，在不考虑塑形变形情况下，新型齿廓谐波齿轮具有更小的啮合侧隙和等效应力，最小啮合侧隙仅为0.003 6 mm，给定负载工况下最大等效应力仅为1 211.6 MPa，与双圆弧齿廓柔轮、S型齿廓柔轮、公切线双圆弧齿廓相比都明显降低；新型齿廓设计方法可有效改善谐波齿轮的传动性能，为高性能谐波齿轮设计奠定了理论基础。
Abstract
To improve the meshing performance of harmonic reducers and the working performance of robots
a novel tooth profile design method for harmonic gears based on the improved kinematics and transient dynamics is proposed. Firstly
based on the characteristics of common tangent double arc tooth profile and S-type tooth profile
a new flexible tooth profile is proposed
which is the combination of S-type tooth profile and common tangent double arc tooth profile. Secondly
the tooth profile of the steel gear is calculated based on the improved kinematics method. Finally
the meshing backlash between the different tooth profiles and the stress of flexsplines without considering plastic deformation are analyzed based on the transient dynamics method. Through comparative analysis
it is found that the new tooth profile without considering plastic deformation has smaller meshing backlash and equivalent stress
the minimum meshing backlash is only 0.003 6 mm
the maximum equivalent stress under the given load condition is only 1 211.6 MPa
which are significantly lower than those of the double circular arc tooth profile flexspline
the S-shaped tooth profile flexspline
and the common tangent double circular arc tooth profile. The novel tooth profile design method can effectively improve the transmission performance of harmonic gears
which lays a theoretical foundation for the design of high-performance harmonic gears.
关键词
谐波齿轮改进运动学瞬态动力学新型齿廓设计啮合性能
Keywords
Harmonic gearImproved kinematicsTransient dynamicsNovel tooth profile designMeshing performance
references
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