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

发布时间：2020-05-22 04:42

【摘要】： 谐波齿轮传动众多的优点使其应用越来越广泛。而谐波传动中杯型柔轮轴向尺寸大和柔轮在高低温环境下容易失效的缺点却限制了其在紧凑空间和苛刻环境特别是在宇航空间机构中的应用。因此,本文主要针对杯型谐波减速器的柔轮进行了有限元接触分析和结构参数优化,优化设计了一种短杯柔轮,加工了试验样机,并设计加工了谐波性能测试试验台,对加工的谐波试验样机进行了效率、启动力矩和超载等性能测试。本文使用ANSYS的APDL语言设计了杯型谐波柔轮的参数化接触分析模型,分析了不同型号柔轮在凸轮波发生器的作用下所受到的应力情况,得出了柔轮的最大等效应力随柔轮型号的变化趋势;分析了柔轮关键结构参数的变化对柔轮最大等效应力的敏感度,为柔轮的结构参数优化提供了依据;在热和结构耦合的情况下对柔轮与刚轮的简化接触模型进行了接触分析。在有限元分析的基础之上,根据杯型谐波柔轮的结构特点,以柔轮的体积和传动效率为目标函数,以柔轮模数、柔轮筒长、齿圈壁厚、光滑圆筒壁厚、齿宽为设计变量,建立各种约束条件,对柔轮进行了多目标结构参数优化。优化结果表明,在与同型号常规谐波减速器同样的效率、额定力矩、寿命的前提下,柔轮的轴向尺寸减少了30%左右。加工了短杯谐波减速器的试验样机。研制了谐波减速器性能测试试验台,设计了谐波减速器性能测试试验台数据采集系统,完成了对数据的采集、保存、显示和对电机的控制。对加工的谐波减速器试验样机和常规同型号的谐波减速器进行了试验对比分析,测试了效率、启动力矩、超载能力等性能,通过试验对比验证了所优化的短杯谐波减速器在所测试的性能上与常规谐波减速器相近。
【图文】：

柔轮,谐波齿轮传动,额定载荷,传动比

功传动比在 85～115 范围内的具有超短柔轮 DP 系列谐波齿轮传动装置柔轮在额定载荷作用下能可靠地工作 500h 以上[21]。国外比较特殊的短杯柔轮结构有 CSG（Cup High-torque TypeCSD(Cup Super Flat Type)、CSF(Cup Standard Type)三种，如图 1-1 [22,23]。

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方面取得了较大的成绩，，成为掌握该项技术的国家之一。到目，我国已有北京谐波传动技术研究所、北京中技克美谐波传动有限责、北方精密机械研究所、燕山大学、北京工商大学等几十家单位从事的研究和生产，为我国谐波传动技术的研究和推广应用打下了较为坚础。如图 1-2 和 1-3 所示为北京中技克美公司所生产的杯型和环形谐减速器三大件。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH132.43

【引证文献】