谐波减速器的齿廓设计及动态特性分析

发布时间：2020-07-03 01:02

【摘要】：谐波减速器通过柔轮的弹性变形实现减速与动力传递的功能,它的结构小巧,但能实现很大的传动比,在航天机构、机器人等领域应用广泛。但柔轮的变形是一个空间问题,根据传统平面运动学理论设计的刚轮共轭齿廓可能会产生啮合干涉或啮合不足的情况。针对该问题,本文展开了如下研究:对谐波传动中的平面运动学进行了分析,结合包络理论,求得了刚轮齿廓。并在平面上对其啮合性能进行了一定的分析与验证。对柔轮进行了接触有限元仿真。建立了包含柔性轴承的波发生器模型,使得仿真更接近实际,并对比了其与凸轮波发生器模型对仿真结果的影响。以柔轮上的最大应力为评价指标,设计正交试验,优选了柔轮齿形参数与结构参数。分析了柔轮的空间几何变形,研究了柔轮中性层曲线变形量随轴向变化的规律,提出了中性层曲线空间变形量的修正模型。结合包络理论,设计了刚轮的空间齿廓。对谐波传动时柔轮的位移、速度、应力、应变等动态特性进行了研究,验证了刚轮空间齿廓在传动时的优越性。同时对柔轮的疲劳寿命和固有特性进行了一定的研究。
【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】：2018
【分类号】：TH132.46
【图文】：

谐波齿轮减速器

该方向的研究现状及分析 1959 年被 Musser 提出起，已经历了数十年等发达国家都存在许多研究机构对这种新型波传动中涉及到的啮合理论、齿形优化、振寿命提升技术等一系列领域都有了不同程度文及著作发表。对于谐波传动，目前已有许。但是，在谐波传动中包含了刚柔耦合、接形状态非常复杂，因此，目前对谐波减速器工作要进行。结合本课题研究内容，对谐波资料进行了调研，主要对以下几方面国内外轮减速器国内外产品对比由刚轮、柔轮与波发生器组成，常见杯型谐示。

齿形,啮合区,路径,柔轮

学者对改进的运动学方法进行了许多研究[13]。董慧敏等学者假定在波发生器装入柔轮之后，杯底不会发生变形，通过转换矩阵计算柔轮齿形的共轭齿廓并求解得到啮合范围，但其只研究了无负载条件下的运动学，未考虑负载对柔轮变形产生的影响[14][15]。范元勋学者对刚柔两轮的齿廓的运动学进行了仿真，研究了齿廓的干涉问题[16]。1.2.3 谐波齿轮齿形的研究好的齿形可以使得谐波减速器的传动性能更佳[17][18][19]。最开始 Musse提出压力角为 28.6°的直线齿形。渐开线齿形在被证明共轭性之后发展十分迅速，目前对渐开线齿形的设计方法已经相对完善[20]，但渐开线齿形存在部分缺点，如不完全共轭、易产生尖点啮合等。并且，采用渐开线齿形的谐波减速器的刚轮与柔轮之间侧隙不均匀，对润滑性能产生了负面影响。1995 年，日本 Ishikawa 等学者提出了 S 齿形。在齿顶和齿根部位，S 齿形是一段圆弧。S齿形在传动时，刚轮和柔轮基本处于共轭啮合状态[21]，S齿形目前在日本 HD 公司有所应用。日本 HD 公司后又对 S 齿形进行修形设计，研发出了 IH 齿形，如图 1-2 所示，在啮合齿数上有很大的优势。

【参考文献】