张宁,张英杰,李阳帆

(西安交通大学机械工程学院,710049,西安)

1955年,美国工程师Musser基于弹性动力学原理设计了谐波减速器,由于其具有质量小、传动比大、结构简单、传动精度高等优点,被广泛应用于航空航天、机器人、军事装备、精密光学设备等新兴技术领域[1]。谐波减速器一般在低速低转矩工况下运转,主要失效形式是轮齿的疲劳断裂,因此针对谐波减速器齿廓的设计与改进至关重要,不仅可以提高谐波传动系统的承载能力,而且可以提高谐波减速器的运行平稳性以及可靠性[2]。

目前,在齿形设计方面的研究侧重点是加大啮合齿面的长度以提高承载能力。谐波减速器主要的齿廓类型包括渐开线齿廓、S形齿廓和双圆弧齿廓等[3-4]。渐开线齿廓由于在空载时期同时啮合的齿数较少,大多数啮合轮齿处于边缘啮合状态,不利于齿间油膜的形成,并且共轭运动的发生区间狭小,使得传动的动态性能降低。圆弧齿廓由于在运动过程中能保持柔轮与钢轮轮齿持续接触,使得同时啮合的齿数增加,共轭区域增加,提高了承载能力以及扭转刚度[5]。S型齿廓与双圆弧齿廓比相对渐开线齿廓承载能力更高,传动更加平稳,目前应用广泛。

与一般齿轮传动不同,波发生器装配进入柔轮后,柔轮会产生一定程度的弹性形变,形变后柔轮内表面与波发生器的外表面紧密贴合,由于在传动过程中,柔轮齿圈每个位置的形变是动态变化的,这就可能导致轮齿产生啮合干涉或者柔轮脱离啮合[6]。……