一種機器人關節精密傳動齒結構的制作方法

本發明涉及機器人關節傳動齒技術領域，特別是涉及一種機器人關節精密傳動齒結構。

背景技術：

精密減速器傳動裝置是機器人關節傳動使用的核心部件，由于其傳動的精密性及相關零件的加工精度要求較高，對齒形的設計要求較高，特別是對于諧波傳動和活齒傳動齒形的設計，齒廓的齒形會直接影響諧波傳動效率、結構的疲勞特性，這些因素直接影響諧波傳動的壽命，目前主要采用的齒形有漸開線齒形、直線齒形和拋物線齒形，但對于精密諧波傳動的齒形設計核心技術還壟斷在少數國外公司手中。活齒傳動的齒形，是影響轉臂軸承壽命的重要問題，當前采用的曲線齒形在活齒工作時，容易出現徑向力過大問題，直接影響轉臂軸承的壽命和減速器的使用壽命，一直以來沒有新的進展。精密傳動中齒形的設計和優化，對于精密傳動的效率和壽命設計至關重要，對于整個精密傳動產業的發展都具有重要的意義和深遠的影響。

目前，用于機器人關節精密傳動的齒形主要有漸開線齒形、擺線齒形、拋物線齒形、圓弧齒形等。這些齒形的設計加工目前都已經比較成熟，但是對于精密傳動而言，在受力、發熱、壽命等問題上，尚存在一些問題，尤其是受力問題，齒廓的形狀會直接影響精密傳動的傳動比、使用壽命等關鍵問題。漸開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，會使徑向力過大；擺線齒廓對于大傳動比的精密傳動，在結構上受到空間的限制，不適宜于微型的精密傳動裝置設計；拋物線齒廓雖然實現了在諧波傳動中的應用，但其核心的設計加工技術仍受制于國外技術的壟斷。因此，對于小重量、大力矩、大速比、高效率、長壽命的精密傳動而言，齒形的設計仍然是精密傳動設計的關鍵基礎性問題。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種機器人關節精密傳動齒結構，在保證齒廓受力傳力安全實現的前提下，對齒廓的齒形進行靈活的小壓力角設計，減小徑向受力分量，提高驅動力分量，實現精密、高效、長壽命的傳動目的。

本發明所述的機器人關節精密傳動齒形在嚙合過程中齒輪的工作齒廓上各點壓力角恒定，并在傳動過程中具有小回差或零回差。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種機器人關節精密傳動齒結構，包括外齒輪和內齒輪，所述的外齒輪的齒形由對數螺線齒廓和過渡齒廓組成，內齒輪的齒廓與外齒輪齒廓形成共軛齒廓，通過共軛設計，形成一對內嚙合的齒輪副。

共軛齒廓是一對相嚙合的齒廓,在整個嚙合過程中,能在保持相切的條件下，按照預定的規律運動。

所述的外齒輪的齒廓由工作齒廓和過渡齒廓兩部分組成，其中工作齒廓的齒形為對數螺旋線，過渡齒廓由圓弧曲線將兩個工作齒廓的對數螺線切向連接起來。

所述的外齒輪的工作齒廓的對數螺旋線的螺旋角不低于10°且不高于60°。

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

所述的外齒輪和內齒輪的過渡齒廓采用非正圓弧連接。

在傳動過程中，外齒輪在偏心機構旋轉作用下，整個齒輪偏離內齒輪中心一個偏心距離，沿嚙合方向，外齒輪沿嚙合方向的齒廓首先和共軛的內齒輪一側的齒廓連續的靠近，直到外齒輪在偏離內齒輪中心最大位置時，在45°相位處外齒輪齒廓完全嚙入內齒輪，這時，共軛齒廓完全接觸，開始傳遞動力。在45°相位對稱的另一側，外齒輪和內齒輪齒廓的嚙合測剛好相反，隨著嚙合的繼續，在下一時刻，開始嚙出。由于齒形變形的存在，實際上，在嚙合尚未進入到偏離中心最大時，已經開始進入嚙合，提高了嚙合齒數的數量，有利于齒輪動力傳遞的進程。

有益效果：本發明涉及一種機器人關節精密傳動齒結構，在保證齒廓受力傳力安全實現的前提下，對齒廓的齒形進行靈活的小壓力角設計，減小徑向受力分量，提高驅動力分量，實現精密、高效、長壽命的傳動目的，同時傳動齒形在嚙合過程中齒輪的工作齒廓上各點壓力角恒定，并在傳動過程中具有小回差或零回差。

附圖說明

圖1是本發明的齒輪嚙合的整體示意圖；

圖2是本發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是本發明的單對齒在最大偏心距處的嚙合的示意圖；

圖4是本發明的一種運用方式的結構視圖；

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

圖6顯示了外齒輪齒廓和內齒輪齒廓的工作齒廓和過渡齒廓的連接。

圖示：1、外齒輪，2、內齒輪。

具體實施方式

下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。

本發明的實施方式涉及一種機器人關節精密傳動齒結構，如圖1—3所示，包括外齒輪1和內齒輪2，所述的外齒輪1的齒形由對數螺線齒廓和過渡齒廓組成，內齒輪2的齒廓與外齒輪1齒廓形成共軛齒廓，通過共軛設計，形成一對內嚙合的齒輪副。

所述的外齒輪1的齒廓由工作齒廓和過渡齒廓兩部分組成，其中工作齒廓的齒形為對數螺旋線，過渡齒廓由圓弧曲線將兩個工作齒廓的對數螺線切向連接起來。

所述的外齒輪1的工作齒廓的對數螺旋線的螺旋角不低于10°且不高于60°。

所述的內齒輪2的齒廓由工作齒廓和過渡齒廓兩部分組成，其工作齒廓為外齒輪1的工作齒廓的共軛曲線，所述的內齒輪2的工作齒廓通過過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和內齒輪2的過渡齒廓采用非正圓弧連接。

圖4所示根據本發明的一種機器人關節精密傳動齒結構的一個實施例的結構示意圖。本實施例的采用一種機器人關節精密傳動齒結構所構成的齒輪傳動副：由以O₁為中心的外齒輪1與以O₂為中心的內齒輪2，外齒輪1的齒數為159，內齒輪2的齒數為160，O₁與O₂的偏心距為1mm。在偏心距最大的兩側45°相位位置，外齒輪的不同側齒輪分別與內齒輪相嚙合。

圖5所示顯示了偏心距處于最高點(90°)時，在45°相位位置處內外齒輪1的嚙合情況，從圖示的情況看，有將近1/8的齒數(20個齒)進入嚙合，這對精密傳動的動力傳遞有利。

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

正常工作時，外齒輪1的工作齒廓與內齒輪的工作齒廓相互嚙合進行傳動。由圖5可以看出，傳動過程中有多對齒輪(20個齒)同時嚙合受力。

本發明與傳統齒輪齒廓相比，在傳動過程中壓力角恒定并且可控，當我們將壓力角控制在較低的角度時，可以減小徑向受力分量，提高傳動效率。同時，其對稱的45°相位齒廓不同側嚙合特點，使得在傳動方向進行時，可以有效的減小回差的大小，實現精密的小回差或零回差傳動，齒形的這些品質對于傳遞大力矩、小體積、長壽命、高精度的精密傳動有利。