谐波减速器柔轮仿真分析及结构优化

发布时间：2017-12-30 23:19

  本文关键词：谐波减速器柔轮仿真分析及结构优化　出处：《哈尔滨商业大学》2014年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 谐波减速器 并联机器人 柔轮 仿真分析 优化设计

【摘要】：谐波减速器因为具有承载能力大、传动精度高、减速比大、传动平稳等优点被广泛应用在机器人领域,作为谐波减速器主要传动构件,柔轮的特性直接影响着谐波减速器的工作状态。论文以谐波减速器柔轮为研究对象,采用有限元分析、动力学仿真以及参数优化等方法,对柔轮动态与静态特性进行深入研究,并对柔轮结构进行优化,以提高谐波减速器传动特性。 根据谐波齿轮传动啮合原理,建立了刚轮固定,波发生器作为主动输入,柔轮作为被动输出情况下的数学模型,获得了波发生器与柔轮之间的转化矩阵,得到二者之间的相对运动方程,为柔轮进一步分析提供理论基础。 谐波减速器椭圆形凸轮波发生器的结构,使得波发生器装入柔轮后,柔轮产生应力变形,直接影响谐波传动性能及使用寿命。采用Ansysworkbench软件建立柔轮仿真模型,分析得到了柔轮应力、应变及总体变形分布情况,并获得了柔轮前八阶模态特性。结果表明柔轮在椭圆形凸轮波发生器长轴顶点处所受应力最大,并沿轴向方向逐渐减小,这为柔轮结构优化提供了理论依据。 基于并联机器人单支链受力分析情况,确定了谐波减速器最大啮合受力状态,采用ADAMS对并联机器人摆动过程中柔轮与刚轮的啮合力进行探索,仿真分析柔轮在该啮合力作用下的变形情况,并分别研究了筒体长度、齿圈宽度、筒体壁厚对柔轮变形的影响。结果表明,在并联机器人摆动过程中柔轮产生了更大程度的变形,并且柔轮总体变形随着筒体长度,齿圈宽度,筒体壁厚的增加而有所减小。 基于有限元分析及ADAMS分析所获得的柔轮各项参数指标,根据四自由度并联机器人实际工作情况对柔轮进行优化设计。在优化过程中以获得最小侧隙、最大承载能力、最小体积为目标,运用Matlab进行运算,求取设计变量最优值,并对柔轮结构进行改进。对改进优化后的柔轮进行仿真,结果表明优化后的柔轮具有更好的性能,结构尺寸更加合理,相同作用力下总体变形有所减小,固有频率有所增加,可更好地满足并联机器人的工作需求。
[Abstract]:Harmonic reducer is widely used in the field of robot because of its high bearing capacity, high transmission precision, large deceleration ratio and stable transmission. It is used as the main transmission component of harmonic reducer. The characteristics of flexible wheel directly affect the working state of harmonic reducer. This paper takes the flexible wheel of harmonic reducer as the research object, adopts finite element analysis, dynamic simulation and parameter optimization methods. The dynamic and static characteristics of flexible wheel are studied, and the structure of flexible wheel is optimized to improve the transmission characteristics of harmonic reducer. According to the meshing principle of harmonic gear transmission, the mathematical model of rigid wheel fixing, wave generator as active input and flexwheel as passive output is established, and the transformation matrix between wave generator and flexible wheel is obtained. The relative equation of motion between the two is obtained, which provides a theoretical basis for further analysis of flexible wheel. The structure of the elliptical cam wave generator of harmonic reducer causes the wave generator to be loaded into the flexible wheel and the flexible wheel produces stress and deformation. The harmonic transmission performance and service life are directly affected. The simulation model of flexible wheel is established by using Ansysworkbench software, and the distribution of stress, strain and total deformation of flexure wheel is analyzed. The results show that the stress of the flexwheel at the top of the long axis of the elliptical cam wave generator is the largest and gradually decreases along the axial direction, which provides a theoretical basis for the structural optimization of the flexible wheel. Based on the stress analysis of the single branch chain of the parallel robot, the maximum meshing force state of the harmonic reducer is determined, and the engagement force between the flexible wheel and the rigid wheel during the swinging process of the parallel robot is explored by ADAMS. The deformation of flexible wheel under the meshing force is analyzed by simulation, and the effects of cylinder length, ring width and wall thickness on the deformation of flexible wheel are studied respectively. During the swinging of the parallel robot, the flexible wheel produces more deformation, and the overall deformation of the flexible wheel decreases with the increase of the length of the cylinder, the width of the gear ring, and the thickness of the wall of the cylinder. Based on the parameters of flexible wheel obtained by finite element analysis and ADAMS analysis, this paper optimizes the design of flexible wheel according to the actual working conditions of the four-degree-of-freedom parallel robot. In the process of optimization, the minimum clearance is obtained. The maximum bearing capacity and minimum volume are taken as the target. The optimum value of the design variable is obtained by using Matlab, and the structure of the flexure wheel is improved. The improved flexure wheel is simulated. The results show that the optimized flexible wheel has better performance, more reasonable structure size, reduced overall deformation and increased natural frequency under the same force, which can better meet the needs of the parallel robot.
【学位授予单位】：哈尔滨商业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH132.46

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本文编号：1356986