为了提升谐波减速器的啮合性能、改善机器人的工作性能,提出了基于改进运动学法和瞬态动力学的谐波齿轮新型齿廓设计方法。首先,针对公切线双圆弧齿廓和S型齿廓的特点,提出了由S型齿廓和公切线双圆弧齿廓相结合的新型柔轮齿廓;其次,基于改进运动学法计算了共轭刚轮的齿廓,并运用瞬态动力学方法对比分析了在不考虑塑形变形情况下齿廓谐波齿轮的啮合侧隙和柔轮应力。对比分析发现,在不考虑塑形变形情况下,新型齿廓谐波齿轮具有更小的啮合侧隙和等效应力,最小啮合侧隙仅为0.0036 mm,给定负载工况下最大等效应力仅为1211.6 MPa,与双圆弧齿廓柔轮、S型齿廓柔轮、公切线双圆弧齿廓相比都明显降低;新型齿廓设计方法可有效改善谐波齿轮的传动性能,为高性能谐波齿轮设计奠定了理论基础。

谐波齿轮传动过程中,双圆弧齿廓可有效避免尖点啮合现象。为进一步优化双圆弧齿廓,提高谐波齿轮传动装置的性能,基于改进运动学法的精确共轭理论,采用Matlab编程计算的方法,对比分析了柔轮齿廓中主要参数的变化对共轭区域和共轭齿廓的影响。分析结果表明,柔轮轮齿凸齿廓圆弧半径、凹齿廓圆弧半径和径向变形量对共轭齿廓形状影响显著;而公切线倾角、公切线长度对共轭区间和共轭齿廓弧长影响较明显,合理选用柔轮齿廓参数可有效提升谐波齿轮装置的传动性能。