谐波齿轮渐开线齿形的成型方法与砂轮修整装置研究

摘要

谐波齿轮传动相对于圆柱齿轮传动具有分度误差小、传动比高、体积小、传动平稳等优点，广泛用于工业机器人、精密机械传动、航空航天等领域。由于谐波齿轮的模数较小，一般为0.15mm~0.5mm，高精度的齿形加工难度大，因此高精度谐波减速器制造成为制约中国高端工业机器人发展的一大障碍。渐开线齿形是谐波齿轮使用较为广泛的齿形，因此提高小模数的渐开线谐波齿轮的加工精度对于提高谐波齿轮传动精度有重要的研究意义。 本文在国家自然科学基金重点项目(No.U1508211)的资助下，对谐波齿轮的齿形廓形的成型方法与砂轮修整装置开展了研究工作。基于空间直线绕坐标轴旋转生成母线为双曲线的回转体的原理，提出利用单自由度直线修整运动获得高精度双曲线成型砂轮的方法，用于渐开线谐波外齿轮精密成型加工。建立了直线修整运动的姿态参数与最佳逼近渐开线的双曲线之间的数学模型；基于空间直线形成的双曲线来拟合渐开线的原理，提出一种对称双锥面成型砂轮的修整方法；通过调整金刚石笔的偏摆角及修整平面与砂轮回装轴线之间的偏心距，优化双曲线成型砂轮的廓形，以获得与渐开线廓形最佳逼近的调整参数；开发出一种对称双锥面成型砂轮的修整装置，包括一种高精度180°翻转定位装置、一种高精度金刚石笔砂轮修整器和一种高精度可调式连接装置，以确保双锥面的对称精度、金刚石笔的直线修整精度和金刚石笔偏摆角的调整精度；基于NX10.0运动仿真软件对该砂轮修整装置进行虚拟修整仿真，其结果跟理论计算结果基本一致，从而验证了所建数学模型的准确性。 通过本文理论分析与仿真验证，表明利用由直线修整运动获得的双曲线成型砂轮加工小模数渐开线齿形谐波齿轮的可行性与有效性，对高精密级(A级)谐波齿轮减速器的研制具有重要的指导作用。

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