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(dòng)針齒的擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)裝置及其修形方法。

背景技術(shù)：

擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)是一種利用擺線(xiàn)齒輪和針齒嚙合實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞的裝置。從幾何上看，擺線(xiàn)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(dòng)力傳遞，因此理論上說(shuō)，擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)具有承載能力大、傳動(dòng)精度高、裝置體積小等許多優(yōu)點(diǎn)。目前，擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)廣泛地應(yīng)用于工業(yè)機(jī)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(xiàn)針輪傳動(dòng)。

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

目前，國(guó)內(nèi)外不少研究人員采用多種方法試圖解決上述問(wèn)題。對(duì)擺線(xiàn)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(jī)械工程學(xué)報(bào)》(2000年3月第36卷第3期第51—55頁(yè))的論文“機(jī)器人用高精度RV減速器中擺線(xiàn)輪的優(yōu)化新齒形”提出了對(duì)擺線(xiàn)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(guó)機(jī)械工程》(2002年5月第13卷第10期第811—814頁(yè))的論文“擺線(xiàn)針輪行星傳動(dòng)中擺線(xiàn)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(xiàn)齒輪最佳修形量的計(jì)算公式。趙博等于2015年在《機(jī)械傳動(dòng)》(2015年12月第39卷第12期第1—6頁(yè))的論文“機(jī)器人RV減速器擺線(xiàn)輪修形的理論研究”中提出了一種基于單齒無(wú)側(cè)隙失配修形理論的拋物線(xiàn)修形方法。這些方法計(jì)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(wú)法適用于擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)過(guò)程中因磨損造成間隙而產(chǎn)生的不良狀況。

技術(shù)實(shí)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(dòng)針齒的擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)裝置及其修形方法，本發(fā)明修形方法通過(guò)修改擺線(xiàn)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(xiàn)齒輪接觸，從而顯著提高承載能力和傳動(dòng)精度，可以應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)用高精密減速器中的擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明技術(shù)方案一：

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

將傳統(tǒng)擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)裝置中的圓柱形針齒改為圓臺(tái)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(xiàn)針輪傳動(dòng)裝置中擺線(xiàn)齒輪側(cè)面改為圓錐面，從而與針齒的錐面相配合，擺線(xiàn)齒輪修形加工時(shí)，只需要對(duì)普通擺線(xiàn)齒輪去除錐度角θ角范圍外的部分；

利用圓臺(tái)形針齒圓臺(tái)的錐度，當(dāng)針齒與擺線(xiàn)齒輪出現(xiàn)間隙時(shí)，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(dòng)，從而自動(dòng)補(bǔ)償間隙；考慮到彈簧力可能不足以抵抗擺線(xiàn)齒輪嚙合力的軸向分力，為避免針齒受擺線(xiàn)齒輪的嚙合力推動(dòng)而發(fā)生軸向竄動(dòng)，本發(fā)明根據(jù)摩擦自鎖原理，提出圓臺(tái)形針齒錐度角角的設(shè)計(jì)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(xiàn)齒輪對(duì)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(mǎn)足摩擦自鎖的條件，針齒不會(huì)在嚙合力F的軸向分力的作用下竄動(dòng)；為得到角的設(shè)計(jì)要求，做如下力學(xué)計(jì)算：

殼體針齒槽對(duì)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(shí)，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(mǎn)足

擺線(xiàn)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(xiàn)齒輪、彈簧、端蓋的連接關(guān)系為：安裝各針齒時(shí)，將針齒一條母線(xiàn)與針齒殼內(nèi)的針齒槽平行對(duì)齊后插入，插入后各針齒均有一條母線(xiàn)緊靠在針齒槽的圓柱面上；選擇某一個(gè)針齒作為初始嚙合針齒，將擺線(xiàn)齒輪齒根處圓錐面緊靠該針齒內(nèi)側(cè)母線(xiàn)放入，該針齒與擺線(xiàn)齒輪表面應(yīng)完全貼合；彈簧對(duì)應(yīng)安裝在每個(gè)針齒大端面的軸線(xiàn)處，最后再將端蓋安裝好；實(shí)際應(yīng)用時(shí)，輸入曲軸與擺線(xiàn)齒輪的中心孔配合，輸出機(jī)構(gòu)與擺線(xiàn)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(dòng)針齒的擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)裝置，包括殼體、擺線(xiàn)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(kāi)設(shè)有用于放置針齒的針齒槽，所述的擺線(xiàn)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(shí)與擺線(xiàn)齒輪及針齒槽接觸，所述的針齒為圓臺(tái)形針齒，所述的擺線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)齒輪對(duì)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(mǎn)足摩擦自鎖的條件，針齒不會(huì)在嚙合力F的軸向分力的作用下竄動(dòng)；為得到角的設(shè)計(jì)要求，做如下力學(xué)計(jì)算：

殼體針齒槽對(duì)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(shí)，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(mǎn)足

所述的擺線(xiàn)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?chē)糜谂c輸出機(jī)構(gòu)配合的圓周孔。

所述的針齒共設(shè)有7個(gè)。

本發(fā)明的基于浮動(dòng)針齒的擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)裝置具有摩擦自鎖功能，針齒具有自動(dòng)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(shí)針齒與擺線(xiàn)齒輪之間有間隙時(shí)，針齒會(huì)在彈簧力作用下軸向運(yùn)動(dòng)而與擺線(xiàn)齒輪再次接觸，從而彌補(bǔ)間隙。這種自動(dòng)調(diào)節(jié)的方式可以保證所有針齒都與擺線(xiàn)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(dòng)針齒的擺線(xiàn)齒輪與針齒的修形方法簡(jiǎn)便易行，能夠彌補(bǔ)制造誤差和工作磨損帶來(lái)的擺線(xiàn)齒輪與針齒之間的間隙缺陷，使所有針齒都與擺線(xiàn)齒輪保持接觸，從而顯著提高擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)的承載能力和傳動(dòng)精度，可以應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人關(guān)節(jié)用高精密減速器中的擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)。

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

附圖說(shuō)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(xiàn)齒輪的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為擺線(xiàn)齒輪的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為擺線(xiàn)齒輪的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為擺線(xiàn)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(dòng)針齒的擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)裝置分解結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12為本發(fā)明基于浮動(dòng)針齒的擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)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(dòng)針齒的擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)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(dòng)態(tài)調(diào)整示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例

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

將傳統(tǒng)擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)中的圓柱形針齒改為圓臺(tái)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(xiàn)針輪傳動(dòng)裝置中擺線(xiàn)齒輪側(cè)面改為圓錐面，從而與針齒的錐面相配合，擺線(xiàn)齒輪修形加工時(shí)，只需要對(duì)普通擺線(xiàn)齒輪去除錐度角θ角范圍外的部分；

利用圓臺(tái)形針齒圓臺(tái)的錐度，當(dāng)針齒與擺線(xiàn)齒輪出現(xiàn)間隙時(shí)，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(dòng)，從而自動(dòng)補(bǔ)償間隙；考慮到彈簧力可能不足以抵抗擺線(xiàn)齒輪嚙合力的軸向分力，為避免針齒受擺線(xiàn)齒輪的嚙合力推動(dòng)而發(fā)生軸向竄動(dòng)，本發(fā)明根據(jù)摩擦自鎖原理，提出圓臺(tái)形針齒錐度角角的設(shè)計(jì)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(xiàn)齒輪對(duì)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(mǎn)足摩擦自鎖的條件，針齒不會(huì)在嚙合力F的軸向分力的作用下竄動(dòng)；為得到角的設(shè)計(jì)要求，做如下力學(xué)計(jì)算：

殼體針齒槽對(duì)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(shí)，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(mǎn)足

擺線(xiàn)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(dòng)針齒的擺線(xiàn)針輪傳動(dòng)裝置，如圖1-圖13所示，包括殼體1、擺線(xiàn)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(kāi)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(xiàn)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(shí)與擺線(xiàn)齒輪2及針齒槽11接觸，針齒3為圓臺(tái)形針齒，擺線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)齒輪對(duì)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(mǎn)足摩擦自鎖的條件，針齒不會(huì)在嚙合力F的軸向分力的作用下竄動(dòng)；為得到角的設(shè)計(jì)要求，做如下力學(xué)計(jì)算：

殼體針齒槽對(duì)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(shí)，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(mǎn)足

擺線(xiàn)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?chē)糜谂c輸出機(jī)構(gòu)配合的圓周孔22。

針齒3共設(shè)有7個(gè)。

修形后的針齒、殼體、擺線(xiàn)齒輪、彈簧、端蓋的連接關(guān)系為：安裝各針齒時(shí)，將針齒一條母線(xiàn)與殼體上的針齒槽平行對(duì)齊后插入，插入后各針齒均有一條母線(xiàn)緊靠在殼體針齒槽的圓柱面上；選擇某一個(gè)針齒作為初始嚙合針齒，將擺線(xiàn)齒輪齒根處圓柱面緊靠該針齒內(nèi)側(cè)母線(xiàn)放入，該針齒與擺線(xiàn)齒輪表面應(yīng)完全貼合；彈簧對(duì)應(yīng)安裝在每個(gè)針齒大端面的軸線(xiàn)處，最后再將端蓋安裝好；實(shí)際應(yīng)用時(shí)，輸入曲軸與擺線(xiàn)齒輪的中心孔配合，輸出機(jī)構(gòu)與擺線(xiàn)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(xiàn)針輪傳動(dòng)裝置具有摩擦自鎖功能，針齒具有自動(dòng)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(shí)針齒與擺線(xiàn)齒輪之間有間隙時(shí)，針齒會(huì)在彈簧力作用下軸向運(yùn)動(dòng)而與擺線(xiàn)齒輪再次接觸，從而彌補(bǔ)間隙。這種自動(dòng)調(diào)節(jié)的方式可以保證所有針齒都與擺線(xiàn)齒輪始終接觸。

上述的對(duì)實(shí)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(duì)這些實(shí)施例做出各種修改，并把在此說(shuō)明的一般原理應(yīng)用到其他實(shí)施例中而不必經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性的勞動(dòng)。因此，本發(fā)明不限于上述實(shí)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(hù)范圍之內(nèi)。