諧波齒輪傳動(dòng)裝置及其短筒柔輪分析研究.pdf

1、本論文的依托項(xiàng)目是國(guó)防科工委重點(diǎn)軍工科研項(xiàng)目——電動(dòng)(液壓)舵機(jī)和慣導(dǎo)陀螺用高參數(shù)齒輪裝置。項(xiàng)目主要有兩方面的研究?jī)?nèi)容，其中之一是進(jìn)行高參數(shù)諧波齒輪傳動(dòng)裝置關(guān)鍵技術(shù)研究及典型樣機(jī)的研制。項(xiàng)目要求研究開(kāi)發(fā)超小體積、高承載能力的諧波齒輪傳動(dòng)裝置，對(duì)傳動(dòng)裝置的可靠性、體積與質(zhì)量、回差、傳動(dòng)誤差等性能參數(shù)均提出了極高要求。 我國(guó)現(xiàn)有的杯形柔輪諧波齒輪傳動(dòng)裝置，軸向尺寸大，不能滿足安裝空間的要求；現(xiàn)有的環(huán)形柔輪諧波齒輪傳動(dòng)裝置，雖然軸向尺

2、寸較小，但是存在啟動(dòng)力矩大、回差大等問(wèn)題。國(guó)內(nèi)諧波齒輪傳動(dòng)裝置還無(wú)法同時(shí)滿足現(xiàn)代軍品對(duì)諧波齒輪傳動(dòng)裝置在安裝空間、質(zhì)量、回差等各方面極苛刻的要求。短筒杯型柔輪諧波齒輪傳動(dòng)裝置能夠同時(shí)滿足上述要求，但是目前只有少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本、德國(guó)等國(guó)掌握了這種傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)制造技術(shù)，我國(guó)在這方面還是空白。 由于短筒杯形柔輪諧波齒輪傳動(dòng)裝置具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此在機(jī)器人、航空航天、微小型控制機(jī)構(gòu)等諸多地方有著廣闊的應(yīng)用前景。但是，與普通杯形

3、柔輪相比，短筒杯形柔輪不可避免地帶來(lái)了應(yīng)力急劇增加的問(wèn)題。 為了從根本上提高諧波齒輪傳動(dòng)裝置的性能，本文對(duì)短筒杯形柔輪諧波齒輪傳動(dòng)裝置的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析研究。本文完成的主要研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)有： (1)本文在系統(tǒng)分析諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)研究和發(fā)展現(xiàn)狀、優(yōu)缺點(diǎn)以及分析比較國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品性能與差距等的基礎(chǔ)上，針對(duì)軍工項(xiàng)目對(duì)傳動(dòng)裝置在可靠性、體積與質(zhì)量、回差、傳動(dòng)誤差等方面的苛刻要求，提出了研究、設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)新型短筒杯形柔輪諧波齒輪

4、傳動(dòng)裝置的新方案。 (2)與過(guò)去的有限元分析不同，在建立柔輪有限元分析幾何模型時(shí)，沒(méi)有對(duì)柔輪齒圈與柔輪筒體過(guò)渡圓角、柔輪筒體與柔輪筒底過(guò)渡圓角、柔輪筒底與法蘭過(guò)渡圓角的結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行簡(jiǎn)化，更準(zhǔn)確的模擬分析了柔輪的應(yīng)力分布情況。 (3)用有限元分析方法，不但找出了柔輪筒體壁厚和柔輪長(zhǎng)徑比兩個(gè)主要參數(shù)對(duì)柔輪受力和應(yīng)力分布的影響規(guī)律，而且找出了柔輪各過(guò)渡圓角半徑這些較次要參數(shù)對(duì)柔輪受力和應(yīng)力分布的影響規(guī)律。 (4)首次對(duì)

5、初始變形力受柔輪幾何參數(shù)影響的規(guī)律進(jìn)行了理論探討，借鑒有限元分析的“分解疊加方法”，推導(dǎo)了柔輪幾何參數(shù)對(duì)初始變形力影響的數(shù)學(xué)計(jì)算式，得出了初始變形力與柔輪壁厚的三次方成正比、與柔輪筒體長(zhǎng)度的三次多項(xiàng)式成反比的結(jié)論。理論計(jì)算與實(shí)際有限元分析結(jié)果有較好的一致性。 (5)較詳細(xì)地分析了柔輪剛輪副和波發(fā)生器的各種誤差、偏心、間隙對(duì)諧波齒輪傳動(dòng)裝置傳動(dòng)誤差的影響，分析了主要零件的制造誤差、彈性變形和溫度變化等對(duì)諧波齒輪傳動(dòng)裝置回差的影響，