(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211218744.1 (22)申请日 2022.10.07 (71)申请人 北京中技克美谐波传动股份有限公 司 地址 101318 北京市顺 义区临空经济核心 区裕满街5号院 (72)发明人 高明艳　刘钊　王玉　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 专利代理师 王兆波 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种谐波齿轮单齿接触刚度和啮合间隙建 模方法 (57)摘要 本发明公开了一种谐波齿轮单齿接触刚度 和啮合间隙建模 方法， 采用非接触式光学轮廓仪 完成谐波减速器柔轮、 刚轮齿廓的非接触式扫描 和齿廓数据点的提取， 基于W ‑M函数描述谐波减 速器刚轮和柔轮粗糙齿面的微凸体高度分布特 点， 结合粗糙度长度法分别计算刚轮齿和柔轮齿 面的粗糙度参数G和分形 维数D， 最后建立基于粗 糙度参数G和分形维数D 的刚轮和柔轮单齿接触 刚度和啮合间隙模型。 本发明建立了齿轮动态特 性与表面粗糙度等表面微观参数之间的数学关 系， 可以通过调整齿轮表面形貌来提高齿轮动力 学性能， 为传动齿轮整体非线性动力学分析奠定 基础。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115455610 A 2022.12.09 CN 115455610 A 1.一种谐波齿轮单齿接触刚度和啮合间隙建模方法， 其特征在于： 该方法包括如下步 骤， 采用非接触式光学轮廓仪完成谐波减速器柔轮、 刚轮齿廓的非接触式扫描和齿廓数据 点的提取， 基于W ‑M函数描述谐波减速器刚轮和柔轮粗糙齿面的微凸体高度分布特点， 结合 粗糙度长度法分别计算刚轮齿和柔轮齿面的粗糙度参数G和分形维数D， 最后建立基于粗糙 度参数G和分形维数D的刚轮和柔轮单齿接触刚度和啮合间隙模型； 所述谐波减速器柔轮、 刚轮齿廓非接触式测量包括： 采用线切割的方式将刚轮齿圈进 行切分， 将被测刚柔轮放置在探头下并用夹具装夹， 旋动微调按钮使测 量探头发射的白光 光点在齿轮表面聚焦， 设置好扫描移动参数后即可开始测量； 所述刚轮和柔轮齿廓数据点的提取方法， 包含剔除刚轮和柔轮齿廓圆弧的多噪点数 据， 在刚轮和柔轮齿根 面上提取0.2m m×0.1mm的矩形区域， 代替齿廓数据。 2.根据权利要求1所述的一种谐波齿轮单齿接触刚度和啮合间隙建模方法， 其特征在 于： 所述基于W ‑M函数描述谐波减速器刚轮和柔轮粗 糙齿面的微凸体高度分布特点： 公式(1)中z(x)表示刚轮和柔轮齿面微凸体 的高度分布， 通过0.2mm ×0.1mm的矩形区 域中选取多 条直线段获得， γ表 示微凸体的密度， x表 示采样点的横坐标， φ表 示随机相位0 ≤φ≤2 π， r'表示单个微凸体的横截面积， n0表示频率指数， 表示均匀分布随机相位。 3.根据权利要求1所述的一种谐波齿轮单齿接触刚度和啮合间隙建模方法， 其特征在 于： 所述结合粗糙度长度法分别计算刚轮齿和柔轮齿面的粗糙度参数G和分形维数D， 包含 公式(2)～公式(5)： S( ξ )＝＜(z(x+ξ ) ‑z(x))2＞      (2) D＝＜Ds＞+1          (5) 公式中， S( ξ )表示微凸体轮廓高度方差， ξ表示数据点的采用间隔， Γ表示伽马方程， Ds 表示二维分形维数， Gs表示分形粗 糙度， 符号＜＞表示 求平均值。 4.根据权利要求1所述的一种谐波齿轮单齿接触刚度和啮合间隙建模方法， 其特征在 于： 所述建立基于粗糙度参数G和分形维数D的刚轮和柔轮单齿接触刚度K和啮合间隙b模 型， 包含公式6、 公式7和公式8： b＝G(D‑2)(lnγ)1/2(2r')3‑D     (7) 公式中， ψ与分形 维数有关， al'表示刚轮和柔轮齿 面微凸体横 截面面积， E是等效法向弹 性模量， al'表示刚轮和柔轮齿面微凸体接触 最大面积， ac'表示刚轮和柔轮齿面微凸体接触权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115455610 A 2临界面积。 5.根据权利要求4所述的一种谐波齿轮单齿接触刚度和啮合间隙建模方法， 其特征在 于： 等效法向弹性模量E的计算方法如下， 其中υ1和 υ2是 两种接触材 料的泊松比， E1和E2是两种接触材 料的弹性模量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115455610 A 3