新型谐波减速器结构优化与分析

发布时间：2020-05-19 13:45

【摘要】：谐波传动技术是上世纪50年代中期开始发展的新型传动技术。由于其具有结构简单、体积小、传动精度高、传动比大、承载能力高、传动效率高等多方面优点,在谐波减速器出现之后,世界各国纷纷致力于对谐波减速器的研究和生产。在实际工作中,柔轮较谐波减速器的其它零件更易发生破坏,因此提高柔轮的疲劳寿命一直是谐波减速器的重要研究方向。当前发现长筒型柔轮和短筒型柔轮的失效主要发生在齿圈部位和筒底部位,也是柔轮中等效应力较大的两个部位,柔轮的最大应力点一般发生在柔轮的齿圈与筒身连接的部位。柔轮属于柔性体构件,其应力和挠度计算极其复杂,同时,柔轮的最大径向变形量与厚度的比值较大,所以其应力和挠度在理论上无法准确获得,只能靠实验来确定。考虑到上面诸多因素,研究柔轮的关键结构参数,设计新型柔轮势在必行。改变其关键位置结构,消除柔轮齿圈部位应力集中是对柔轮结构进行优化设计和改进的重要前提,同时也是对现有谐波减速器固有结构突破的重要方式。首先,本文通过理论角度进行柔轮结构的分析,对柔轮结构做出改进,将现有的筒型谐波减速器的核心部件薄壁柔轮进行优化,通过去除原来长筒柔轮的筒壁,改成一种半圆弧形结构,进行关键部位结构参数优化,保证新型柔轮的可靠性。其次,使用ANSYS Workbench软件对原有长筒型柔轮和我们设计的新型柔轮进行有限元分析,得到了柔轮在空载和负载状态下的变形特性和规律,以及应力的整体分布情况和最大应力发生的位置。通过使用Fatigue对新型柔轮做出疲劳寿命的分析,然后对后续实验进行了进一步的指导。最后,对于新设计出的柔轮,设计出整套谐波减速器加工图纸,设计实验方案以及实验平台。对柔轮的传动精度、回转误差、扭转力矩、启动力矩、效率、超载测试和温升做了精确的测量和实验。
【图文】：

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发生器专用数控中心对波发生器进行自动化加工，加工技术非常成熟。1.2.2 国内研究现状上海纺织科学研究院的工程师孙伟在上个世纪 60 年代（1961 年）将谐波传动技术引入我国。于是我国从上个世界 60 年代便开始对该技术投入研究并开始发展。1969 年，前航空工业部精密机械研究所的司光晨等专家对谐波齿轮平面啮合的问题进行了研究[16]。1983 年，我国成立谐波传动研究室。1985 年，沈允文教授等人编著了谐波齿轮传动理论和设计。1993 年，我国制定了 GB/T14118-93 谐波传动减速器国家标准。之后多家谐波传动技术的公司如雨后春笋般在中国大地发展。但是由于该项技术的尖端性和局限性，，很多公司在做不到顶尖以至于不能盈利的情况下消失了。但是到目前为止，以重庆大学、北京谐波传动技术研究所、清华大学、苏州绿的谐波传动科技有限公司、北京中技克美谐波传动有限责任公司以及北方精密机械研究所为首的多家谐波传动技术的公司仍在从事谐波传动方面的研究生产。图 1-1 为现有国内的谐波减速器三大件实物图 1-2 为装配好的谐波减速器实物。

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图 1-2 装配好的谐波减速器实物Fig. 1-2 Assembled harmonic reducer006 年，阳培和王长明等人对国内谐波传动的发展方向做了初步总结，其中理及运动学理论、齿形的研究、柔轮变形及应力状态分析、结构参数及优制造工艺研究和传动精度方面的研究等方面，还对未来的研究方向提出出谐波齿轮减速器的运动学模型主要分为摩擦模型和行星模型两类，其中动理论比行星模型更接近谐波齿轮传动的理论，但是其忽略了摩擦滑动燕山大学的姜世平等人研究了柔轮载荷分布的规律并提出了研究啮合区内的重要性。在啮合区内应用函数方法，设计了一种新的实验方法。联合扭并结合实验数据和谐波实验装置得出了齿轮的修正系数。为柔轮壳体的大和几何形状优化提供了可靠的计算方法[31-32]。辛洪兵等通过建立谐波传动的方法改进了研究谐波齿轮传动运动学的计算。当柔轮采用不同形状的
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH132.46

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