谐波减速器柔轮力学特性分析

发布时间：2017-10-26 09:26

  本文关键词：谐波减速器柔轮力学特性分析

  更多相关文章： 谐波减速器 柔轮 力学特性 有限元分析 扭转刚度

【摘要】：谐波减速器是一种利用可控变形的柔性构件产生的变形波进行运动或动力传递的新型传动装置,由于其具有其他传动装置所难以达到的特殊性能,因此在航天装备和机器人领域得到越来越广泛的应用。但是,工程实践表明,谐波减速器平均无故障工作的时间较短,其最突出的问题是柔轮的可靠性、使用寿命不理想,输出端扭转刚度不足。作为谐波减速器主要构件的柔轮是一个薄壁壳体,受波发生器和外部负载的双重作用,在循环弹性变形的状态下工作,既承受弯曲应力,又承受扭转应力,很容易发生疲劳失效。因此,对谐波减速器的柔轮进行力学特性方面的分析有着重要的意义。本文以谐波减速器的柔轮为主要研究对象,完成了下列工作:①介绍了谐波减速器的工作原理、传动特点及应用领域,对柔轮在波发生器作用下的变形、应力和疲劳强度进行了理论计算。②根据课题要求,设计了一种传动比为100的谐波减速器,利用有限元分析软件ANSYS Workbench建立了柔轮——波发生器有限元非线性接触模型,分析了柔轮在波发生器作用下的变形规律和应力分布,结果表明柔轮齿圈与光滑筒体连接处和光滑筒体与筒体底部过渡处为柔轮的应力危险区域。③分析了柔轮在不同长径比和不同壁厚参数下的变形规律和应力分布。然后对柔轮应力危险区域进行结构参数调整和优化设计,建立了有限元非线性接触模型,重点分析了柔轮的应力分布情况,结果表明经过对结构参数的优化设计,柔轮应力危险区域的应力分布得到明显改善。④首先对两种不同结构参数的谐波减速器柔轮进行了扭转刚度有限元分析,得到了柔轮的扭转刚度,然后设计并搭建了一套谐波减速器扭转刚度测试系统,通过对测试数据的分析得到了它们的扭转刚度。测试结果表明经过结构参数优化的机型一的扭转刚度比未经结构参数优化的机型二扭转刚度要高得多,同时通过对照有限元分析的结果,两者得到的谐波减速器的扭转刚度呈现出一致性,表明了结构参数的优化有利于提高谐波减速器的扭转刚度。
【关键词】：谐波减速器 柔轮 力学特性 有限元分析 扭转刚度
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH132.46
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 背景9-10
• 1.2 柔轮力学特性分析研究现状10-12
• 1.2.1 柔轮变形和应力的研究现状10-11
• 1.2.2 谐波减速器扭转刚度研究现状11-12
• 1.3 本文研究对象和研究目的12
• 1.4 本文主要研究内容12-15
• 2 谐波减速器的基本理论15-27
• 2.1 谐波减速器的工作原理15-16
• 2.2 谐波减速器的特点16-18
• 2.2.1 谐波减速器的优点16-17
• 2.2.2 谐波减速器的缺点17-18
• 2.3 谐波减速器的主要失效形式18-19
• 2.4 柔轮的变形分析19-21
• 2.5 柔轮的应力分析和疲劳强度计算21-25
• 2.6 本章小结25-27
• 3 柔轮有限元接触分析27-41
• 3.1 非线性接触分析介绍27-28
• 3.1.1 接触基本概念27
• 3.1.2 接触类型、刚度及渗透27-28
• 3.1.3 对称/非对称行为28
• 3.2 柔轮和波发生器的结构设计28-30
• 3.2.1 柔轮的结构设计28-30
• 3.2.2 波发生器的结构设计30
• 3.3 柔轮——波发生器有限元接触模型的建立30-34
• 3.3.1 坐标系的建立30
• 3.3.2 柔轮——波发生器 3D模型的简化及建立30-32
• 3.3.3 材料属性定义32
• 3.3.4 模型体分割和网格划分32-34
• 3.3.5 柔轮——波发生器边界条件的设定34
• 3.4 柔轮的变形和应力分析34-39
• 3.4.1 柔轮的变形分析34-36
• 3.4.2 柔轮的应力分析36-39
• 3.5 本章小结39-41
• 4 不同结构参数柔轮变形与应力分析41-63
• 4.1 不同长径比柔轮的变形规律和应力分布41-51
• 4.1.1 柔轮最大变形量和最大等效应力与长径比的关系41-43
• 4.1.2 不同长径比柔轮的变形规律43-48
• 4.1.3 不同长径比柔轮的应力分布48-51
• 4.2 不同壁厚柔轮的变形规律和应力分布51-54
• 4.2.1 柔轮最大变形与壁厚的关系51-52
• 4.2.2 柔轮最大等效应力与壁厚的关系52
• 4.2.3 不同壁厚柔轮的应力分布52-54
• 4.3 齿圈圆角半径R1 对柔轮等效应力的影响54-58
• 4.3.1 柔轮齿圈与光滑筒体过渡处结构调整54-55
• 4.3.2 不同齿圈圆角半径柔轮的最大等效应力55
• 4.3.3 不同齿圈圆角半径柔轮的应力分布55-58
• 4.4 柔轮光滑筒体与筒体底部过渡处结构优化设计58-61
• 4.4.1 结构参数的优化58-59
• 4.4.2 经结构参数优化后的柔轮等效应力分析59-61
• 4.5 本章小结61-63
• 5 谐波减速器扭转刚度有限元分析与测试63-71
• 5.1 柔轮扭转刚度有限元分析63-64
• 5.1.1 扭转刚度定义63
• 5.1.2 柔轮扭转变形有限元模型的建立63
• 5.1.3 柔轮扭转变形有限元分析63-64
• 5.2 测试系统及测试方法64-65
• 5.3 扭转刚度测试过程65
• 5.4 测试数据分析65-69
• 5.5 本章小结69-71
• 6 结论与展望71-73
• 6.1 结论71
• 6.2 展望71-73
• 致谢73-75
• 参考文献75-79
• 附录79
• A作者在攻读硕士学位期间论文79
• B作者在攻读硕士学位期间获奖79

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 付军锋;董海军;;柔轮应力的有限元分析及结构参数的合理选择[J];机械科学与技术;2007年09期

2 何伟;董海军;;考虑温度场影响的柔轮应力有限元分析[J];机械科学与技术;2009年07期

3 李霞;张三川;陈维山;;谐波摩擦传动柔轮结构参数对其应力影响分析[J];组合机床与自动化加工技术;2011年02期

4 李倩;;光面谐波摩擦三波传动柔轮的变形分析[J];商业文化(上半月);2011年10期

5 汤继松;王湘江;;基于ANSYS Workbench的谐波柔轮壁厚对应力影响分析[J];CAD/CAM与制造业信息化;2012年12期

6 叶庆泰;;柔轮破损原因及提高寿命的措施[J];齿轮;1979年02期

7 孙锡环,钱浩生;柔轮动态应力的实验研究[J];北京工业学院学报;1987年02期

8 陈大勇;塑料钢轮、柔轮压制成功[J];航天工艺;1990年Z1期

9 杨育林;袁盛治;;柔轮畸变变形曲线的研究[J];东北重型机械学院学报;1992年02期

10 冯世元;蒉纪山;韩劭;;用几何非线性有限元研究密封式柔轮应力[J];南京工业大学学报(自然科学版);1992年01期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 刘文芝;张乃仁;李强;;基于实体建模的柔轮强度有限元分析[A];人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集[C];2004年

2 穆塔里夫·阿赫迈德;买买提明·艾尼;哈丽毕努·艾合买提;菊池正纪;;谐波齿轮传动柔轮应力解析的计算模型[A];第三届十省区市机械工程学会科技论坛暨黑龙江省机械工程学会2007年年会论文（摘要）集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 董惠敏;基于柔轮变形函数的谐波齿轮传动运动几何学及其啮合性能研究[D];大连理工大学;2008年

2 阳培;谐波齿轮传动装置及其短筒柔轮分析研究[D];机械科学研究总院;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 解恒鹏;谐波减速器柔轮力学特性分析[D];重庆大学;2015年

2 张威;谐波齿轮柔轮的有限元分析[D];西北农林科技大学;2012年

3 赵建虎;谐波传动机构柔轮的应力分布及寿命特性分析[D];哈尔滨工业大学;2013年

4 肖瑜;封闭谐波齿轮柔轮能量熵分析和形状优化设计[D];燕山大学;2001年

5 李书功;谐波齿轮柔轮有限元力学分析及结构参数改进[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2006年

6 范振铎;谐波减速器柔轮仿真分析及结构优化[D];哈尔滨商业大学;2014年

7 王天赐;谐波齿轮传动中柔轮的有限元分析[D];西北农林科技大学;2010年

8 李志刚;谐波齿轮传动短杯柔轮的有限元分析及结构优化设计研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

9 周清华;基于不同波发生器的柔轮强度有限元分析[D];四川大学;2006年

10 吴开春;短筒柔轮谐波齿轮参数化设计与有限元分析[D];西安科技大学;2010年

，

本文编号：1098053