一种机器人关节精密传动齿结构的制作方法

本发明涉及机器人关节传动齿技术领域，特别是涉及一种机器人关节精密传动齿结构。

背景技术：

精密减速器传动装置是机器人关节传动使用的核心部件，由于其传动的精密性及相关零件的加工精度要求较高，对齿形的设计要求较高，特别是对于谐波传动和活齿传动齿形的设计，齿廓的齿形会直接影响谐波传动效率、结构的疲劳特性，这些因素直接影响谐波传动的寿命，目前主要采用的齿形有渐开线齿形、直线齿形和抛物线齿形，但对于精密谐波传动的齿形设计核心技术还垄断在少数国外公司手中。活齿传动的齿形，是影响转臂轴承寿命的重要问题，当前采用的曲线齿形在活齿工作时，容易出现径向力过大问题，直接影响转臂轴承的寿命和减速器的使用寿命，一直以来没有新的进展。精密传动中齿形的设计和优化，对于精密传动的效率和寿命设计至关重要，对于整个精密传动产业的发展都具有重要的意义和深远的影响。

目前，用于机器人关节精密传动的齿形主要有渐开线齿形、摆线齿形、抛物线齿形、圆弧齿形等。这些齿形的设计加工目前都已经比较成熟，但是对于精密传动而言，在受力、发热、寿命等问题上，尚存在一些问题，尤其是受力问题，齿廓的形状会直接影响精密传动的传动比、使用寿命等关键问题。渐开线齿形虽然容易获取，但是其压力角是随着齿廓的延申不断的增大，会使径向力过大；摆线齿廓对于大传动比的精密传动，在结构上受到空间的限制，不适宜于微型的精密传动装置设计；抛物线齿廓虽然实现了在谐波传动中的应用，但其核心的设计加工技术仍受制于国外技术的垄断。因此，对于小重量、大力矩、大速比、高效率、长寿命的精密传动而言，齿形的设计仍然是精密传动设计的关键基础性问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种机器人关节精密传动齿结构，在保证齿廓受力传力安全实现的前提下，对齿廓的齿形进行灵活的小压力角设计，减小径向受力分量，提高驱动力分量，实现精密、高效、长寿命的传动目的。

本发明所述的机器人关节精密传动齿形在啮合过程中齿轮的工作齿廓上各点压力角恒定，并在传动过程中具有小回差或零回差。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种机器人关节精密传动齿结构，包括外齿轮和内齿轮，所述的外齿轮的齿形由对数螺线齿廓和过渡齿廓组成，内齿轮的齿廓与外齿轮齿廓形成共轭齿廓，通过共轭设计，形成一对内啮合的齿轮副。

共轭齿廓是一对相啮合的齿廓,在整个啮合过程中,能在保持相切的条件下，按照预定的规律运动。

所述的外齿轮的齿廓由工作齿廓和过渡齿廓两部分组成，其中工作齿廓的齿形为对数螺旋线，过渡齿廓由圆弧曲线将两个工作齿廓的对数螺线切向连接起来。

所述的外齿轮的工作齿廓的对数螺旋线的螺旋角不低于10°且不高于60°。

所述的内齿轮的齿廓由工作齿廓和过渡齿廓两部分组成，其工作齿廓为外齿轮的工作齿廓的共轭曲线，所述的内齿轮的工作齿廓通过过渡齿廓为圆弧线的齿廓与两工作齿廓切向连接。

所述的外齿轮和内齿轮的过渡齿廓采用非正圆弧连接。

在传动过程中，外齿轮在偏心机构旋转作用下，整个齿轮偏离内齿轮中心一个偏心距离，沿啮合方向，外齿轮沿啮合方向的齿廓首先和共轭的内齿轮一侧的齿廓连续的靠近，直到外齿轮在偏离内齿轮中心最大位置时，在45°相位处外齿轮齿廓完全啮入内齿轮，这时，共轭齿廓完全接触，开始传递动力。在45°相位对称的另一侧，外齿轮和内齿轮齿廓的啮合测刚好相反，随着啮合的继续，在下一时刻，开始啮出。由于齿形变形的存在，实际上，在啮合尚未进入到偏离中心最大时，已经开始进入啮合，提高了啮合齿数的数量，有利于齿轮动力传递的进程。

有益效果：本发明涉及一种机器人关节精密传动齿结构，在保证齿廓受力传力安全实现的前提下，对齿廓的齿形进行灵活的小压力角设计，减小径向受力分量，提高驱动力分量，实现精密、高效、长寿命的传动目的，同时传动齿形在啮合过程中齿轮的工作齿廓上各点压力角恒定，并在传动过程中具有小回差或零回差。

附图说明

图1是本发明的齿轮啮合的整体示意图；

图2是本发明的齿轮啮合整体图的局部放大图，显示了45°相位处的完全啮合特征；

图3是本发明的单对齿在最大偏心距处的啮合的示意图；

图4是本发明的一种运用方式的结构视图；

图5显示了偏心距处于最高点(90°)时，在45°相位位置处内外齿轮的啮合情况；

图6显示了外齿轮齿廓和内齿轮齿廓的工作齿廓和过渡齿廓的连接。

图示：1、外齿轮，2、内齿轮。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种机器人关节精密传动齿结构，如图1—3所示，包括外齿轮1和内齿轮2，所述的外齿轮1的齿形由对数螺线齿廓和过渡齿廓组成，内齿轮2的齿廓与外齿轮1齿廓形成共轭齿廓，通过共轭设计，形成一对内啮合的齿轮副。

所述的外齿轮1的齿廓由工作齿廓和过渡齿廓两部分组成，其中工作齿廓的齿形为对数螺旋线，过渡齿廓由圆弧曲线将两个工作齿廓的对数螺线切向连接起来。

所述的外齿轮1的工作齿廓的对数螺旋线的螺旋角不低于10°且不高于60°。

所述的内齿轮2的齿廓由工作齿廓和过渡齿廓两部分组成，其工作齿廓为外齿轮1的工作齿廓的共轭曲线，所述的内齿轮2的工作齿廓通过过渡齿廓为圆弧线的齿廓与两工作齿廓切向连接。

所述的外齿轮1和内齿轮2的过渡齿廓采用非正圆弧连接。

图4所示根据本发明的一种机器人关节精密传动齿结构的一个实施例的结构示意图。本实施例的采用一种机器人关节精密传动齿结构所构成的齿轮传动副：由以O₁为中心的外齿轮1与以O₂为中心的内齿轮2，外齿轮1的齿数为159，内齿轮2的齿数为160，O₁与O₂的偏心距为1mm。在偏心距最大的两侧45°相位位置，外齿轮的不同侧齿轮分别与内齿轮相啮合。

图5所示显示了偏心距处于最高点(90°)时，在45°相位位置处内外齿轮1的啮合情况，从图示的情况看，有将近1/8的齿数(20个齿)进入啮合，这对精密传动的动力传递有利。

图6所示显示了外齿轮1齿廓和内齿轮2齿廓的工作齿廓和过渡齿廓的连接，其中abcdef为内齿轮齿形,ABCDEF为外齿轮齿形。外齿轮齿廓BC、DE为对数螺旋线所构成的工作齿廓，压力角为21°；AB、CD、EF为过渡曲线，是以与工作齿廓相切的圆弧。内齿轮2齿廓bc、de为外齿轮1工作齿廓的共轭曲线；ab、cd、ef为过渡曲线，是以与工作齿廓相切的圆弧。

正常工作时，外齿轮1的工作齿廓与内齿轮的工作齿廓相互啮合进行传动。由图5可以看出，传动过程中有多对齿轮(20个齿)同时啮合受力。

本发明与传统齿轮齿廓相比，在传动过程中压力角恒定并且可控，当我们将压力角控制在较低的角度时，可以减小径向受力分量，提高传动效率。同时，其对称的45°相位齿廓不同侧啮合特点，使得在传动方向进行时，可以有效的减小回差的大小，实现精密的小回差或零回差传动，齿形的这些品质对于传递大力矩、小体积、长寿命、高精度的精密传动有利。