諧波齒輪傳動(dòng)短杯柔輪的有限元分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、諧波齒輪傳動(dòng)眾多的優(yōu)點(diǎn)使其應(yīng)用越來越廣泛。而諧波傳動(dòng)中杯型柔輪軸向尺寸大和柔輪在高低溫環(huán)境下容易失效的缺點(diǎn)卻限制了其在緊湊空間和苛刻環(huán)境特別是在宇航空間機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用。因此，本文主要針對(duì)杯型諧波減速器的柔輪進(jìn)行了有限元接觸分析和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，優(yōu)化設(shè)計(jì)了一種短杯柔輪，加工了試驗(yàn)樣機(jī)，并設(shè)計(jì)加工了諧波性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，對(duì)加工的諧波試驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了效率、啟動(dòng)力矩和超載等性能測(cè)試。
　　本文使用ANSYS的APDL語言設(shè)計(jì)了杯型諧波柔輪的參數(shù)化

2、接觸分析模型，分析了不同型號(hào)柔輪在凸輪波發(fā)生器的作用下所受到的應(yīng)力情況，得出了柔輪的最大等效應(yīng)力隨柔輪型號(hào)的變化趨勢(shì)；分析了柔輪關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化對(duì)柔輪最大等效應(yīng)力的敏感度，為柔輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化提供了依據(jù)；在熱和結(jié)構(gòu)耦合的情況下對(duì)柔輪與剛輪的簡(jiǎn)化接觸模型進(jìn)行了接觸分析。
　　在有限元分析的基礎(chǔ)之上，根據(jù)杯型諧波柔輪的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以柔輪的體積和傳動(dòng)效率為目標(biāo)函數(shù)，以柔輪模數(shù)、柔輪筒長(zhǎng)、齒圈壁厚、光滑圓筒壁厚、齒寬為設(shè)計(jì)變量，建立各種約

3、束條件，對(duì)柔輪進(jìn)行了多目標(biāo)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果表明，在與同型號(hào)常規(guī)諧波減速器同樣的效率、額定力矩、壽命的前提下，柔輪的軸向尺寸減少了30％左右。加工了短杯諧波減速器的試驗(yàn)樣機(jī)。
　　研制了諧波減速器性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)，設(shè)計(jì)了諧波減速器性能測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，完成了對(duì)數(shù)據(jù)的采集、保存、顯示和對(duì)電機(jī)的控制。
　　對(duì)加工的諧波減速器試驗(yàn)樣機(jī)和常規(guī)同型號(hào)的諧波減速器進(jìn)行了試驗(yàn)對(duì)比分析，測(cè)試了效率、啟動(dòng)力矩、超載能力等性能，通過試驗(yàn)