谐波柔轮力学分析与疲劳寿命研究

发布时间：2020-07-25 21:57

【摘要】：谐波减速器因体积小、传动比大、承载高、传动效率高等诸多优点,因而被广泛应用于国防军工、医疗器械、工业机器人、航天航空等高新技术领域。其结构主要包含刚轮、柔轮和波发生器三个部件(以下简称刚-柔轮系统)。大量的工程实例表明谐波减速器的疲劳主要发生在柔轮。目前,大多数研究人员在对柔轮进行分析研究时,忽视了柔轮装配与啮合过程的影响,这使得分析结果的准确性有待提高。本文以刚-柔轮系统为研究对象,重点研究装配和啮合过程中柔轮的力学与疲劳寿命问题,主要完成以下几方面的工作:1.设计一种新的柔轮结构。根据已有的研究成果,对柔轮的结构进行改进,并根据谐波传动基本原理,确定刚-柔轮系统的结构参数,并建立刚-柔轮系统的三维模型。2.刚-柔轮系统的装配与啮合分析。提出一种刚-柔轮系统的装配分析方法,通过刚柔耦合,瞬态动力学的分析方法,对刚-柔轮系统的装配及啮合中柔轮的应力分布进行数值计算,并将结构改进前后柔轮的应力水平进行对比。3.柔轮疲劳寿命分析与优化。对柔轮的疲劳特性进行分析;基于柔轮的结构和材料参数,对其疲劳寿命的灵敏度进行分析,并指出柔轮疲劳设计的关键参数;最后,利用多目标法对柔轮的疲劳寿命进行优化设计。本文研究工作考虑谐波齿轮刚-柔轮系统装配与啮合过程的动态影响,丰富和发展了谐波齿轮的分析方法。对谐波减速器的设计、分析及优化等问题具有一定的指导意义。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH132.46
【图文】：

谐波减速器,工业机器人

在“中国制造 2025”制造强国的发展背景下，高端智能装备产内迎来了空前的发展机会，其中最具代表性的就是工业机器人。自 2013我国已成为工业机器人全球最大的市场，同时也进入了产业化发展阶段。发展进程中逐渐出现了许多难题。数据显示，工业机器人整体成本的 30％于精密减速器，目前日本 Harmonic Drive 和 Nab Tesco 两家公司分享了全世的精密减速器的市场份额[1, 2]。在该领域，我国的研究起步较晚，不可避免进技术方面与国外拉开了较大距离，同时一些核心零部件不能自给自足，国工业机器人的发展进程受到了严重的制约。能否在精密减速器关键技术得突破，成了我国工业机器人产业化初级阶段面对的主要问题[3]。50 年代中期，伴随着空间科学技术的发展出现了一种新型的传动方传动。其理论基础是薄壳弹性变形理论，传动原理是行星齿轮传动原理。1美国联合制鞋公司研究顾问 C. Walt Musser (1909~1998)提出了其基本原大批学者对这个原理进行不断的研究和完善后，谐波减速器很快的被制造如图 1.1 所示，波发生器、柔轮和刚轮（以下简称刚-柔轮系统）是谐波减三个主要组成部分。

示意图,谐波传动,柔轮,示意图

谐波柔轮力学分析与疲劳寿命研究第 2 章刚-柔轮系统结构设计的组成与变形理论统组成要零部件是刚-柔轮系统，传动原理如图 2.1 ，它可以是弹性薄壳构件(多用于径向谐波减速多用于端面谐波减速器）。目前，谐波减速器齿形的稍微差异外，刚轮结构与一般内齿轮类

径向分布,单元体,外力

方程来进行计算。(1)内部与外部力学因素联系的平衡方程如图2.2所示，为与纵轴成的夹角后，跨度为的连续单元体。其中，假设内力和外力都施加在半径为r的环单元体中性层上，忽略高阶函数的微量影响，取ě = 和 ě = ，则推出环的平衡方程为： = = = ( )式(2.1)中，为外力的径向分布力；为外力切向或者轴向的分布力；为外力的分布力矩：为外力的法向力；为外力的横向力；为外力弯矩。消除外力的法向力和横向力，得到只含有外力弯矩的方程

【参考文献】