复合柔筒中部变刚度的齿型联接件的制作方法

本发明属于机械传动，特别涉及内置电机的并联谐波减速器用复合柔筒中部输出端轴向摆动低刚度约束、周向扭转高刚度约束的齿型联接件。是发明专利“内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器”(申请公布号：cn 117847173 a)、“内置电机的并联式高效复合柔筒型谐波变速器” (申请号：202410418121.1)和“基于柔筒随动正交反对称变形加载的双柔性轴承动性能测试装置”(申请公布号：cn 117330313 a)中相关结构件与传动原理技术的延拓与补充发明。

背景技术：

1、内置电机的并联谐波减速器，借助于中部等直径薄壁柔筒因两端同轴安装同结构尺寸且长轴相互垂直的波发生器产生的正交反对称变形(申请公布号 cn 117330313 a发明专利中的核心原理)，利用该柔筒两端并联的两个模数和齿数差均相同的谐波传动组件分别对同一输入源的扭矩之半进行同比例放大，两端被放大的同转向扭矩在恒圆的柔筒中截面上叠加后，由其外圆上的变刚度联接件输出。因柔筒中截面无保圆约束，及柔筒复合了柔性轴承外圈而减少了弹性件工作时的耗能材料量，故传动效率高。

2、发明专利“内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器”(申请公布号：cn 117847173 a)和“内置电机的并联式高效复合柔筒型谐波变速器” (申请号：202410418121.1)和“基于柔筒随动正交反对称变形加载的双柔性轴承动性能测试装置”(申请公布号：cn 117330313 a)中分别提出了多种柔筒中截面壁外侧的近壁端轴向低刚度周向高刚度、远壁端各向高刚度的变刚度输出联接件，它们各有加工制造、安装调试及运行的优、缺点。作为这些产品结构与传动技术的延拓与补充，现提出五种复合柔筒中部变刚度的齿型联接件发明。

技术实现思路

1、作为现有技术的延拓与补充，本发明是在发明专利“内置外转子电机的并联式高效复合柔筒型谐波减速器”(申请公布号：cn 117847173 a)、“内置电机的并联式高效复合柔筒型谐波变速器” (申请号：202410418121.1)和“基于柔筒随动正交反对称变形加载的双柔性轴承动性能测试装置”(申请公布号：cn 117330313 a)思想启发下提出的。核心思想是充分利用内置电机的并联谐波减速器的复合柔筒中截面的恒圆特性，在确保低速大扭矩高精度输出可靠稳定的前提下，降低输出端因复合柔筒工作时在其中截面附近的筒壁母线高频周期摆动变形而产生的功率损耗与振动。

2、为实现上述目的，所述的五种复合柔筒中部变刚度的齿型联接件或由全刚性人字形内齿圈或由带卸荷槽的部分弹性直齿内齿圈或由柔、刚性铰接弹性薄壁直齿内齿圈或由齿部径、轴向变刚度的低弹性模量材料人字形内齿圈与复合柔筒中部外圆上的直齿轮无齿差啮合组成，且各内齿圈的中截面均须与复合柔筒中截面共面。

3、当变刚度齿型联接件由轴向截面外凸180°-2α 角的全刚性人字齿形内齿圈与复合柔筒中部外圆上的同模数直齿轮无齿差啮合组成时，人字齿交叉顶截面须位于复合柔筒中截面上，且两人字齿顶与齿根的齿长方向母线分别与复合柔筒两端外齿轮的最大外张角α的齿廓母线平行。虽然复合柔筒工作时其中截面附近的筒壁母线有不大于α角的周期摆动变形，但其中部外圆上的直齿轮与全刚性人字齿形内齿圈的左右两侧齿啮合时，不会因此产生附加的弹性变形，该复合柔筒中部外圆上的直齿轮宽度bl1可以小于端部齿轮宽度b的两倍但需大于其1.5倍，以确保其扭矩输出能力大于两端谐波组件的低速大扭矩生成能力之和。

4、当变刚度齿型联接件由带卸荷槽的部分弹性直齿内齿圈与复合柔筒中部外圆上的同模数直齿轮无齿差啮合组成时，内齿圈的中截面须位于复合柔筒中截面上。虽在复合柔筒工作过程中，其中截面附近的筒壁母线有不大于α角的周期摆动变形，但其中部外圆上的直齿轮与该种内齿圈左右两侧的部分薄壁弹性直齿段分别仅在其两端外张齿弧度有相对应的齿啮合，这是因为卸荷槽导致部分薄壁弹性直齿段会随其筒壁母线的外张摆动而产生附加的弹性变形；而与其两端非外张齿弧度对应的部分薄壁弹性直齿段则根据薄壁圆筒变形原理，能降低该对应直齿段的啮合齿间隙；中部厚壁刚性直齿段在两齿轮的分度圆相切部分接触啮合，分度圆非相切部分则会脱开啮合或产生啮合干涉。该复合柔筒中部外圆上的直齿轮宽度bl2也可以小于端部齿轮宽度b的两倍但需大于其1.2倍，以确保其扭矩输出能力大于两端谐波组件的低速大扭矩生成能力之和。

5、当变刚度齿型联接件由柔性铰接弹性薄壁直齿内齿圈与复合柔筒中部外圆上的同模数直齿轮无齿差啮合组成时，内齿圈的中截面须位于复合柔筒中截面上。虽在复合柔筒工作过程中，其中截面附近的筒壁母线有不大于α角的周期摆动变形，但柔性铰接弹性薄壁直齿内齿圈的柔性铰与两侧的弹性薄壁直齿内齿圈均会随复合柔筒摆动而产生附加的弹性变形，有相应的轴向摆动量，形成绕内齿圈中截面恒圆周线上的扭动变形，柔性铰接弹性薄壁直齿圈的变形服从正交反对称变形原理，各齿均始终与复合柔筒中部外圆上的直齿轮相对应齿完全啮合如初，该复合柔筒中部外圆上的直齿轮宽度bl3可以介于端部齿轮宽度b的2/3至同宽，即可确保其扭矩输出能力大于两端谐波组件的低速大扭矩生成能力之和。

6、当变刚度齿型联接件由刚性铰接弹性薄壁直齿内齿圈与复合柔筒中部外圆上的同模数直齿轮无齿差啮合组成时，内齿圈的中截面须位于复合柔筒中截面上。当复合柔筒工作过程中，在其中截面附近的筒壁母线有不大于α角的周期摆动变形时，刚性铰接弹性薄壁直齿内齿圈的刚性铰与两侧的弹性薄壁直齿内齿圈均会随复合柔筒摆动而产生转动与附加的弹性变形，有相应的轴向摆动量，形成绕内齿圈中截面恒圆周线上的扭动变形，刚性铰接弹性薄壁直齿圈的变形服从正交反对称变形原理，各齿均始终与复合柔筒中部外圆上的直齿轮相对应齿完全啮合如初，该复合柔筒中部外圆上的直齿轮宽度bl4也可以介于端部齿轮宽度b的2/3至同宽，即可确保其扭矩输出能力大于两端谐波组件的低速大扭矩生成能力之和。

7、当变刚度齿型联接件由轴向截面内凹180°-2α 角的人字齿形且齿部具有径、轴向变刚度的被束缚低弹性模量材料内齿圈与复合柔筒中部外圆上的同模数直齿轮无齿差啮合组成时，内齿圈的中截面须位于复合柔筒中截面上。虽在复合柔筒工作过程中，其中截面附近的筒壁母线有不大于α角的周期摆动变形，但被束缚的低弹性模量材料内齿圈仅在人字齿形部可随复合柔筒摆动而产生端部受压外凸或内部材料被挤向齿侧、齿顶空间的附加弹性变形，人字齿形部的总体变形仍服从正交反对称变形原理，各齿因被束缚的低弹性模量材料体积没有大的改变和无齿差啮合而始终与复合柔筒中部外圆上的直齿轮相对应齿受压啮合。所以该复合柔筒中部外圆上的直齿轮宽度bl5可以介于端部齿轮宽度b的4/5至其1.2倍，方可确保其扭矩输出能力大于两端谐波组件的低速大扭矩生成能力之和。

8、复合柔筒中部外圆上的直齿轮与其两端部的外直齿轮可以同齿型，亦可是不同的齿型。前者利于加工和安装，后者则增加了加工与安装难度，但能从无齿差啮合角度(如花键形式啮合)考虑增加啮合面积、减少复合柔筒摆动过程中的摩擦磨损和提高传动精度。除全刚性人字齿形内齿圈可采用剖分式，以利于安装外，其余四种内齿圈因涉及全部或部分弹性结构，需周向材料保持连续方可发挥正交反对称变形的功能，故不宜采用剖分式。