礼帽型谐波柔轮结构优化与疲劳敏感性分析

发布时间：2021-05-20 09:06

　　谐波传动依靠柔轮弹性变形解决了大传动比和结构尺寸间相互矛盾的难题,已成为当今宇航探测、人工智能和军事领域的重点关注对象。但由于柔轮需要承受每分钟上千次的循环交变应力,其疲劳强度和使用寿命严重制约了谐波的传动性能。因此,分析柔轮结构参数对变形和应力的影响,开展柔轮的结构优化和疲劳敏感性等研究就具有极其重要的意义。本文以礼帽型SHF14谐波减速器为研究对象,建立其与波发生器装配的参数化模型,通过理论推导和数值仿真相结合的方式开展不同结构参数对柔轮变形和应力的规律研究,随后基于响应面法和BBD实验样本点设计寻求结构的最优解,主要研究内容为:1.基于礼帽型柔轮与波发生器的接触状态,借助结构挠度理论和疲劳强度公式,分析影响礼帽型柔轮变形和应力分布的关键参数,并比较其与传统杯型结构之间的异同。2.通过在Creo2.0软件中建立礼帽型柔轮与波发生器的参数化装配模型,利用联合仿真界面将其导入ANSYS Workbench中。然后定义两构件接触面之间的摩擦、穿透等非线性行为,并在重点区域设定观测路径,最终分析柔轮静态下的变形规律和应力分布等。研究发现,礼帽型柔轮的最大变形和等效应力的位置与杯型柔轮相似,... 

【文章来源】：江苏科技大学江苏省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 谐波传动背景与应用
    1.3 谐波传动的国内外研究现状
    1.4 本文研究内容
第2章 谐波传动接触与强度理论
    2.1 谐波传动基本原理
        2.1.1 谐波齿轮的基本构造
        2.1.2 传动比计算
    2.2 礼帽型柔轮概述
    2.3 柔轮挠度与接触应力
    2.4 柔轮结构失效分析
        2.4.1 齿面磨损分析
        2.4.2 疲劳强度分析
        2.4.3 结构失稳分析
    2.5 本章小结
第3章 柔轮建模与有限元分析
    3.1 柔轮参数化建模
        3.1.1 礼帽型柔轮结构建模
        3.1.2 波发生器结构建模
    3.2 有限元接触分析
        3.2.1 ANSYS软件介绍
        3.2.2 非线性接触定义
    3.3 礼帽型柔轮与波发生器装配设定
        3.3.1 三维模型结构简化
        3.3.2 模型导入与材料定义
        3.3.3 模型分割与网格划分
        3.3.4 礼帽型柔轮、波发生器边界约束和接触面定义
    3.4 路径设置与有限元分析
        3.4.1 观测路径设置
        3.4.2 礼帽型柔轮位移分析
        3.4.3 礼帽型柔轮应力分析
    3.5 本章小结
第4章 礼帽型柔轮对不同结构参数的响应
    4.1 不同长径比的柔轮变形和应力研究
        4.1.1 不同长径比柔轮的变形和应力趋势
        4.1.2 不同长径比的柔轮变形分析
        4.1.3 不同长径比的柔轮等效应力分析
    4.2 不同壁厚的柔轮变形和应力研究
        4.2.1 不同壁厚柔轮的变形和应力趋势
        4.2.2 不同壁厚的柔轮等效应力分析
    4.3 不同圆角半径的柔轮变形和应力研究
        4.3.1 不同圆角半径柔轮的变形和应力趋势
        4.3.2 不同圆角半径的柔轮等效应力分析
    4.4 本章小结
第5章 礼帽型柔轮的多目标响应优化
    5.1 引言
    5.2 优化设计理论
        5.2.1 响应面法概述
        5.2.2 响应面建模理论
        5.2.3 实验设计方法
    5.3 礼帽型柔轮多目标优化
        5.3.1 模型合理性验证
        5.3.2 优化目标与约束的确定
        5.3.3 灵敏度及响应面分析
        5.3.4 优化结果分析
        5.3.5 优化前后柔轮的力学性能变化
    5.4 优化后尺寸参数的校核
    5.5 礼帽型谐波减速器的样机试制
    5.6 本章小结
第6章 礼帽型柔轮的模态与疲劳敏感性分析
    6.1 模态理论概述
    6.2 模态结果分析
    6.3 柔轮疲劳概述
    6.4 不同结构参数的礼帽型柔轮疲劳分析
        6.4.1 不同长径比的疲劳分析
        6.4.2 不同壁厚的疲劳分析
        6.4.3 不同圆角半径的疲劳分析
    6.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间学术成果与科研项目
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]轻量化起升机构的两支点减速器支撑多目标优化设计[J]. 朱慧云,王淑妍,吕渌渊,陈星,丁进.  计算机集成制造系统. 2018(09)
[2]波发生器对谐波齿轮传动的影响分析研究[J]. 陈鹏,范元勋.  机械制造与自动化. 2017(02)
[3]谐波减速器中柔轮结构屈曲有限元分析[J]. 张庆茹,黄迪山,顾京君.  机械传动. 2017(02)
[4]谐波减速器柔性薄壁轴承的力学特性分析[J]. 姜祎,王亚珍,赵坤,苏达士.  轴承. 2017(01)
[5]径向变形量系数对谐波齿轮传动啮合特性的影响[J]. 樊明龙,顾亚文.  机械传动. 2016(02)
[6]谐波减速器传动误差的研究[J]. 沙晓晨,范元勋.  机械制造与自动化. 2015(05)
[7]不同共轭原理的双圆弧齿廓谐波齿轮传动分析[J]. 王家序,周祥祥,李俊阳,肖科,周广武.  四川大学学报(工程科学版). 2015(05)
[8]空间高精度谐波减速器的应用及其发展趋势[J]. 丰飞,王炜,唐丽娜,陈风帆,白彦伟.  机械传动. 2014(10)
[9]谐波减速器柔轮失效模式分析[J]. 李谦,左昱昱.  机器人技术与应用. 2013(02)
[10]基于正交试验和有限元分析的谐波传动柔轮杯体结构优化[J]. 董惠敏,李德举,齐书学.  机械传动. 2013(01)

博士论文
[1]响应曲面方法中试验设计与模型估计的比较研究[D]. 方俊涛.天津大学 2011

硕士论文
[1]谐波齿轮传动柔轮变形特性研究[D]. 柴文杰.中国地质大学(北京) 2017
[2]结合广义线性模型与贝叶斯方法的非正态响应稳健参数设计[D]. 董超.南京理工大学 2017
[3]某谐波减速机波发生器柔性轴承疲劳寿命研究与结构优化[D]. 王静静.湖南大学 2016
[4]谐波减速器柔轮力学特性分析[D]. 解恒鹏.重庆大学 2015
[5]谐波传动机构柔轮的应力分布及寿命特性分析[D]. 赵建虎.哈尔滨工业大学 2013
[6]机器人用短筒柔轮谐波减速器研制与性能测试[D]. 于鹏飞.哈尔滨工业大学 2012
[7]高承载谐波齿轮传动技术的研究[D]. 郦黎伟.南京理工大学 2012
[8]谐波减速器弹性薄壁构件的疲劳寿命分析[D]. 潘银良.重庆大学 2011



本文编号：3197493