机器人用短筒柔轮谐波减速器研制与性能测试

发布时间：2019-07-30 12:57

【摘要】：在机器人的实际应用中正常比例的谐波减速器的通常不满足机器人减速环节的安装空间要求，实际经验表明需要在保持谐波减速器的性能不变的情况下使用短筒柔轮谐波减速器。短筒柔轮谐波减速器相比正常的谐波减速器结构更紧凑，体积更小，质量更轻。同时短筒柔轮谐波减速器不单单在机器人上，在其他领域如航空航天领域也有日益增长的需求。但国内目前其设计加工中仍存在很多没有解决的问题，国产的短筒柔轮谐波减速器与工业发达国家的产品存在较大差距。本文通过对短筒柔轮谐波传动进行分析，针对短筒柔轮谐波减速器轴向尺寸较正常谐波减速器更小，导致波发生器装入柔轮后柔轮张角更大，使得轮齿间啮合区域减小的问题，提出了短筒柔轮谐波减速器柔轮采取双圆弧齿廓、刚轮轮齿为具有一定倾角的共轭齿廓的设计方法。建立了包括波发生器柔性轴承的基于齿面啮合接触对的短筒柔轮谐波传动有限元模型。以50机型为例，对柔轮长径比为1/4的短筒柔轮谐波减速器进行数值仿真，计算验证了刚轮轮齿具有一定倾角的设计方案的合理性。仿真结果表明具有一定倾角的短筒柔轮谐波减速器具有更大的啮合面积，在刚轮轮齿倾角值0.2°时，轮齿间的接触面积上升约35%。根据有限元仿真结果确定出刚轮倾角值，提出采用慢走丝线切割加工制作了用于1/4比例50机型的短筒柔轮谐波传动的柔轮和轮齿具有0.2°倾角的刚轮，研制出了短筒柔轮谐波减速器样机。根据谐波传动刚度主要由轮齿间接触面积决定，对短筒柔轮谐波减速器进行传动刚度对比实验。实验结果表明制作的有0.2°倾角的谐波传动的传动刚度较正常轮齿的谐波传动上升约39%，，间接验证了刚轮轮齿具有一定倾角的谐波减速器使轮齿间接触面积得到提升。最后，用对比试验中使用刚轮轮齿正常的和刚轮轮齿具有一定倾角的短筒柔轮谐波减速器作为传动关节制作了两自由度机械臂。
【图文】：

a) XB1 型a) XB1 typeb) CSF 型b) CSF typec) CSD 型c) CSD type图 1-3 国内外谐波减速器结构比较Fig.1-3 Comparison of domestic and overseas harmonic drive structur 短筒柔轮谐波减速器的主要研究方向

机器人用短筒柔轮谐波减速器研制与性能测试

高啮合效果的双圆弧齿形，为避免柔轮与刚轮轮齿的干涉齿顶处采用了直线段，其形状及如图 2-2 所示。各参数值如表 2-1 所示。图2-2 柔轮双圆弧齿形Fig.2-2 Double-arc teeth profile柔轮轮齿的齿廓曲线方程为上圆弧齿廓：1 1( cos( ) ) ( sin( ))a a a l 1R i j (2-2)下圆弧齿廓：2 2( cos( )) ( sin( ) )f f f f l b2R i j (2-3)表 2-1 柔轮轮齿参数表Table 3-1 Computation sheet of the flexspline tooth parameters(尺寸单位：mm)参数取值M 0.25ah 0.2250fh0.3030a 0.2701f 0.5145al 0.0982fl0.0671lh 0.1900fb0.06712.3.2 包络法求解刚轮齿廓的基本假设由于谐波齿轮啮合理论的复杂性，现对一些对啮合性能影响不大?
【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】：2012
【分类号】：TP242;TH132.46

【参考文献】