一種機(jī)器人關(guān)節(jié)精密傳動(dòng)齒結(jié)構(gòu)的制作方法

本發(fā)明涉及機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動(dòng)齒技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種機(jī)器人關(guān)節(jié)精密傳動(dòng)齒結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

精密減速器傳動(dòng)裝置是機(jī)器人關(guān)節(jié)傳動(dòng)使用的核心部件，由于其傳動(dòng)的精密性及相關(guān)零件的加工精度要求較高，對(duì)齒形的設(shè)計(jì)要求較高，特別是對(duì)于諧波傳動(dòng)和活齒傳動(dòng)齒形的設(shè)計(jì)，齒廓的齒形會(huì)直接影響諧波傳動(dòng)效率、結(jié)構(gòu)的疲勞特性，這些因素直接影響諧波傳動(dòng)的壽命，目前主要采用的齒形有漸開(kāi)線齒形、直線齒形和拋物線齒形，但對(duì)于精密諧波傳動(dòng)的齒形設(shè)計(jì)核心技術(shù)還壟斷在少數(shù)國(guó)外公司手中?；铨X傳動(dòng)的齒形，是影響轉(zhuǎn)臂軸承壽命的重要問(wèn)題，當(dāng)前采用的曲線齒形在活齒工作時(shí)，容易出現(xiàn)徑向力過(guò)大問(wèn)題，直接影響轉(zhuǎn)臂軸承的壽命和減速器的使用壽命，一直以來(lái)沒(méi)有新的進(jìn)展。精密傳動(dòng)中齒形的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，對(duì)于精密傳動(dòng)的效率和壽命設(shè)計(jì)至關(guān)重要，對(duì)于整個(gè)精密傳動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都具有重要的意義和深遠(yuǎn)的影響。

目前，用于機(jī)器人關(guān)節(jié)精密傳動(dòng)的齒形主要有漸開(kāi)線齒形、擺線齒形、拋物線齒形、圓弧齒形等。這些齒形的設(shè)計(jì)加工目前都已經(jīng)比較成熟，但是對(duì)于精密傳動(dòng)而言，在受力、發(fā)熱、壽命等問(wèn)題上，尚存在一些問(wèn)題，尤其是受力問(wèn)題，齒廓的形狀會(huì)直接影響精密傳動(dòng)的傳動(dòng)比、使用壽命等關(guān)鍵問(wèn)題。漸開(kāi)線齒形雖然容易獲取，但是其壓力角是隨著齒廓的延申不斷的增大，會(huì)使徑向力過(guò)大；擺線齒廓對(duì)于大傳動(dòng)比的精密傳動(dòng)，在結(jié)構(gòu)上受到空間的限制，不適宜于微型的精密傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)；拋物線齒廓雖然實(shí)現(xiàn)了在諧波傳動(dòng)中的應(yīng)用，但其核心的設(shè)計(jì)加工技術(shù)仍受制于國(guó)外技術(shù)的壟斷。因此，對(duì)于小重量、大力矩、大速比、高效率、長(zhǎng)壽命的精密傳動(dòng)而言，齒形的設(shè)計(jì)仍然是精密傳動(dòng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵基礎(chǔ)性問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種機(jī)器人關(guān)節(jié)精密傳動(dòng)齒結(jié)構(gòu)，在保證齒廓受力傳力安全實(shí)現(xiàn)的前提下，對(duì)齒廓的齒形進(jìn)行靈活的小壓力角設(shè)計(jì)，減小徑向受力分量，提高驅(qū)動(dòng)力分量，實(shí)現(xiàn)精密、高效、長(zhǎng)壽命的傳動(dòng)目的。

本發(fā)明所述的機(jī)器人關(guān)節(jié)精密傳動(dòng)齒形在嚙合過(guò)程中齒輪的工作齒廓上各點(diǎn)壓力角恒定，并在傳動(dòng)過(guò)程中具有小回差或零回差。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：提供一種機(jī)器人關(guān)節(jié)精密傳動(dòng)齒結(jié)構(gòu)，包括外齒輪和內(nèi)齒輪，所述的外齒輪的齒形由對(duì)數(shù)螺線齒廓和過(guò)渡齒廓組成，內(nèi)齒輪的齒廓與外齒輪齒廓形成共軛齒廓，通過(guò)共軛設(shè)計(jì)，形成一對(duì)內(nèi)嚙合的齒輪副。

共軛齒廓是一對(duì)相嚙合的齒廓,在整個(gè)嚙合過(guò)程中,能在保持相切的條件下，按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)動(dòng)。

所述的外齒輪的齒廓由工作齒廓和過(guò)渡齒廓兩部分組成，其中工作齒廓的齒形為對(duì)數(shù)螺旋線，過(guò)渡齒廓由圓弧曲線將兩個(gè)工作齒廓的對(duì)數(shù)螺線切向連接起來(lái)。

所述的外齒輪的工作齒廓的對(duì)數(shù)螺旋線的螺旋角不低于10°且不高于60°。

所述的內(nèi)齒輪的齒廓由工作齒廓和過(guò)渡齒廓兩部分組成，其工作齒廓為外齒輪的工作齒廓的共軛曲線，所述的內(nèi)齒輪的工作齒廓通過(guò)過(guò)渡齒廓為圓弧線的齒廓與兩工作齒廓切向連接。

所述的外齒輪和內(nèi)齒輪的過(guò)渡齒廓采用非正圓弧連接。

在傳動(dòng)過(guò)程中，外齒輪在偏心機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)作用下，整個(gè)齒輪偏離內(nèi)齒輪中心一個(gè)偏心距離，沿嚙合方向，外齒輪沿嚙合方向的齒廓首先和共軛的內(nèi)齒輪一側(cè)的齒廓連續(xù)的靠近，直到外齒輪在偏離內(nèi)齒輪中心最大位置時(shí)，在45°相位處外齒輪齒廓完全嚙入內(nèi)齒輪，這時(shí)，共軛齒廓完全接觸，開(kāi)始傳遞動(dòng)力。在45°相位對(duì)稱的另一側(cè)，外齒輪和內(nèi)齒輪齒廓的嚙合測(cè)剛好相反，隨著嚙合的繼續(xù)，在下一時(shí)刻，開(kāi)始嚙出。由于齒形變形的存在，實(shí)際上，在嚙合尚未進(jìn)入到偏離中心最大時(shí)，已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入嚙合，提高了嚙合齒數(shù)的數(shù)量，有利于齒輪動(dòng)力傳遞的進(jìn)程。

有益效果：本發(fā)明涉及一種機(jī)器人關(guān)節(jié)精密傳動(dòng)齒結(jié)構(gòu)，在保證齒廓受力傳力安全實(shí)現(xiàn)的前提下，對(duì)齒廓的齒形進(jìn)行靈活的小壓力角設(shè)計(jì)，減小徑向受力分量，提高驅(qū)動(dòng)力分量，實(shí)現(xiàn)精密、高效、長(zhǎng)壽命的傳動(dòng)目的，同時(shí)傳動(dòng)齒形在嚙合過(guò)程中齒輪的工作齒廓上各點(diǎn)壓力角恒定，并在傳動(dòng)過(guò)程中具有小回差或零回差。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的齒輪嚙合的整體示意圖；

圖2是本發(fā)明的齒輪嚙合整體圖的局部放大圖，顯示了45°相位處的完全嚙合特征；

圖3是本發(fā)明的單對(duì)齒在最大偏心距處的嚙合的示意圖；

圖4是本發(fā)明的一種運(yùn)用方式的結(jié)構(gòu)視圖；

圖5顯示了偏心距處于最高點(diǎn)(90°)時(shí)，在45°相位位置處內(nèi)外齒輪的嚙合情況；

圖6顯示了外齒輪齒廓和內(nèi)齒輪齒廓的工作齒廓和過(guò)渡齒廓的連接。

圖示：1、外齒輪，2、內(nèi)齒輪。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種機(jī)器人關(guān)節(jié)精密傳動(dòng)齒結(jié)構(gòu)，如圖1—3所示，包括外齒輪1和內(nèi)齒輪2，所述的外齒輪1的齒形由對(duì)數(shù)螺線齒廓和過(guò)渡齒廓組成，內(nèi)齒輪2的齒廓與外齒輪1齒廓形成共軛齒廓，通過(guò)共軛設(shè)計(jì)，形成一對(duì)內(nèi)嚙合的齒輪副。

所述的外齒輪1的齒廓由工作齒廓和過(guò)渡齒廓兩部分組成，其中工作齒廓的齒形為對(duì)數(shù)螺旋線，過(guò)渡齒廓由圓弧曲線將兩個(gè)工作齒廓的對(duì)數(shù)螺線切向連接起來(lái)。

所述的外齒輪1的工作齒廓的對(duì)數(shù)螺旋線的螺旋角不低于10°且不高于60°。

所述的內(nèi)齒輪2的齒廓由工作齒廓和過(guò)渡齒廓兩部分組成，其工作齒廓為外齒輪1的工作齒廓的共軛曲線，所述的內(nèi)齒輪2的工作齒廓通過(guò)過(guò)渡齒廓為圓弧線的齒廓與兩工作齒廓切向連接。

所述的外齒輪1和內(nèi)齒輪2的過(guò)渡齒廓采用非正圓弧連接。

圖4所示根據(jù)本發(fā)明的一種機(jī)器人關(guān)節(jié)精密傳動(dòng)齒結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。本實(shí)施例的采用一種機(jī)器人關(guān)節(jié)精密傳動(dòng)齒結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的齒輪傳動(dòng)副：由以O(shè)₁為中心的外齒輪1與以O(shè)₂為中心的內(nèi)齒輪2，外齒輪1的齒數(shù)為159，內(nèi)齒輪2的齒數(shù)為160，O₁與O₂的偏心距為1mm。在偏心距最大的兩側(cè)45°相位位置，外齒輪的不同側(cè)齒輪分別與內(nèi)齒輪相嚙合。

圖5所示顯示了偏心距處于最高點(diǎn)(90°)時(shí)，在45°相位位置處內(nèi)外齒輪1的嚙合情況，從圖示的情況看，有將近1/8的齒數(shù)(20個(gè)齒)進(jìn)入嚙合，這對(duì)精密傳動(dòng)的動(dòng)力傳遞有利。

圖6所示顯示了外齒輪1齒廓和內(nèi)齒輪2齒廓的工作齒廓和過(guò)渡齒廓的連接，其中abcdef為內(nèi)齒輪齒形,ABCDEF為外齒輪齒形。外齒輪齒廓BC、DE為對(duì)數(shù)螺旋線所構(gòu)成的工作齒廓，壓力角為21°；AB、CD、EF為過(guò)渡曲線，是以與工作齒廓相切的圓弧。內(nèi)齒輪2齒廓bc、de為外齒輪1工作齒廓的共軛曲線；ab、cd、ef為過(guò)渡曲線，是以與工作齒廓相切的圓弧。

正常工作時(shí)，外齒輪1的工作齒廓與內(nèi)齒輪的工作齒廓相互嚙合進(jìn)行傳動(dòng)。由圖5可以看出，傳動(dòng)過(guò)程中有多對(duì)齒輪(20個(gè)齒)同時(shí)嚙合受力。

本發(fā)明與傳統(tǒng)齒輪齒廓相比，在傳動(dòng)過(guò)程中壓力角恒定并且可控，當(dāng)我們將壓力角控制在較低的角度時(shí)，可以減小徑向受力分量，提高傳動(dòng)效率。同時(shí)，其對(duì)稱的45°相位齒廓不同側(cè)嚙合特點(diǎn)，使得在傳動(dòng)方向進(jìn)行時(shí)，可以有效的減小回差的大小，實(shí)現(xiàn)精密的小回差或零回差傳動(dòng)，齒形的這些品質(zhì)對(duì)于傳遞大力矩、小體積、長(zhǎng)壽命、高精度的精密傳動(dòng)有利。