短筒柔轮谐波减速器的齿廓参数与加工工艺研究

发布时间：2020-06-09 13:57

【摘要】：随着国内制造业转型步伐的加快,国产机器人发展迅猛,但作为机器人关键零部件的谐波减速器,其国内产量却不能满足内需,特别是高性能谐波减速器长期受制于国外。作者在“精密减速器理论与技术研究”项目研究过程中,通过理论分析、实验加工和性能测试相结合的研究方法,着重研究了谐波减速器柔轮基础齿廓参数、柔轮毛坯及齿廓的加工工艺、柔轮齿根喷丸强化工艺及其对疲劳寿命的影响,旨在解决国内高性能谐波减速器的设计、加工等技术的不足,对高性能谐波减速器的量产提供一些理论参考。论文主要研究工作如下:1.通过分析谐波减速器双圆弧齿廓,得到影响双圆弧齿廓形状的基本齿廓参数,建立双圆弧齿廓的数学模型;基于改进运动学共轭齿廓求解理论,考虑到齿廓参数间的相互作用,采用BBD实验法,研究齿廓参数对谐波减速器啮合区间的影响,并建立各曲线段啮合区间与齿廓参数的回归方程;考虑到齿根应力集中效应与载荷分布影响,运用有限元软件ANASY Workbench分析额定载荷下齿廓参数对柔轮齿根应力的影响,提出双圆弧齿廓参数优选范围;进行齿廓模型试制,验证理论设计的合理性。2.优化现行的柔轮加工方案,提出生产效率更高,机械性能更好的新型加工方案;提出十字镦拔与强力旋压相结合的柔轮毛坯加工工艺,采用变形强化取代相变强化,省去旋压后的热处理工艺;摒弃线切割的齿廓加工方式,提出高速滚切柔轮齿廓的加工方案,并验证柔轮齿廓高速滚齿工艺方案的可行性;基于最大效益原则对高速滚齿工艺参数进行分析研究。3.基于喷丸产生的残余压应力能够延长工件疲劳寿命的原理,提出柔轮齿根喷丸的工艺方案;基于DEFROM软件对喷丸工艺进行数值模拟,从而得到不同喷丸工艺参数对柔轮齿根残余应力的影响及柔轮齿根残余应力的分布情况;基于SWT方法和断裂力学理论分析柔轮齿根喷丸对疲劳寿命的影响。4.针对谐波减速器的关键性能指标,提出测试方案;进行谐波减速器样机的测试,并对比国内外产品的性能,提出进一步的研究方向。
【图文】：

工业机器人,减速器,谐波减速器

图 1-1 2015-2020 年中国工业机器人用减速器需求测算（万台）如何做出高质量的精密谐波减速器一直是国内厂家急需解决的问题。在谐波减速器诸多性能问题中，“寿命”成为国产谐波减速器厂家难以逾越的技术障碍，与此同时机器人企业为降低成本，其工作寿命自然成为评价谐波减速器优劣的重点考核指标。从技术层面讲，谐波减速器寿命涉及两个方面；（1）谐波减速器的实际使用寿命，即谐波减速器不发生破裂等损伤的最长使用寿命。（2）谐波减速器的精度寿命，即在许可精度内谐波减速器最长工作时间，国家标准规定短筒谐波减速器使用寿命不低于 10000 小时。后者更注重谐波减速器的可靠性与稳定性，这也正是国内相关产品的不足之处。因此延长谐波减速器的“寿命”，不仅要从设计层面入手，而且要兼顾制造工艺。实际生产中发现：柔轮材料、热处理工艺、齿廓加工工艺、设备精度等制造问题，对谐波减速器的“寿命”影响可能超过细微的设计误差。这是由于当谐波减速器工作时，柔轮与刚轮啮合率达 20%~30%，细微的设计不足可以通过柔轮的自补偿特性得到一定的缓

机遇,谐波减速器,中技,谐波齿轮减速器

华南理工大学硕士学位论文用谐波齿轮减速器》国家标准，2017 年出台《滚动轴承工业机器人谐波齿轮减速器用柔性轴承》国家标准，标准着我国民用谐波减速器系列化正式完成[18-19]。现阶段国内谐波减速器厂家鱼龙混杂，多而不精，大多数小型企业仍处于摸索阶段。以苏州绿的、北京中技克美等为代表的少数行业精英，，经过长达十几年的研究发展表现出色，在完成各自的系列标准的同时，年出货量均已突破五万台。目前由中技克美公司研制的固体润滑谐波传动减速器，已多次应用于神舟飞船、通信卫星等航天领域。2013 年，嫦娥三号探测器携带的玉兔号月球车使用大量谐波减速器作为传动机构，如图 1-3 所示为玉兔号月球车。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH132.46;TP242

【参考文献】