本文關(guān)鍵詞：諧波減速器柔輪力學特性分析

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【摘要】：諧波減速器是一種利用可控變形的柔性構(gòu)件產(chǎn)生的變形波進行運動或動力傳遞的新型傳動裝置,由于其具有其他傳動裝置所難以達到的特殊性能,因此在航天裝備和機器人領(lǐng)域得到越來越廣泛的應用。但是,工程實踐表明,諧波減速器平均無故障工作的時間較短,其最突出的問題是柔輪的可靠性、使用壽命不理想,輸出端扭轉(zhuǎn)剛度不足。作為諧波減速器主要構(gòu)件的柔輪是一個薄壁殼體,受波發(fā)生器和外部負載的雙重作用,在循環(huán)彈性變形的狀態(tài)下工作,既承受彎曲應力,又承受扭轉(zhuǎn)應力,很容易發(fā)生疲勞失效。因此,對諧波減速器的柔輪進行力學特性方面的分析有著重要的意義。本文以諧波減速器的柔輪為主要研究對象,完成了下列工作:①介紹了諧波減速器的工作原理、傳動特點及應用領(lǐng)域,對柔輪在波發(fā)生器作用下的變形、應力和疲勞強度進行了理論計算。②根據(jù)課題要求,設(shè)計了一種傳動比為100的諧波減速器,利用有限元分析軟件ANSYS Workbench建立了柔輪——波發(fā)生器有限元非線性接觸模型,分析了柔輪在波發(fā)生器作用下的變形規(guī)律和應力分布,結(jié)果表明柔輪齒圈與光滑筒體連接處和光滑筒體與筒體底部過渡處為柔輪的應力危險區(qū)域。③分析了柔輪在不同長徑比和不同壁厚參數(shù)下的變形規(guī)律和應力分布。然后對柔輪應力危險區(qū)域進行結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計,建立了有限元非線性接觸模型,重點分析了柔輪的應力分布情況,結(jié)果表明經(jīng)過對結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計,柔輪應力危險區(qū)域的應力分布得到明顯改善。④首先對兩種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的諧波減速器柔輪進行了扭轉(zhuǎn)剛度有限元分析,得到了柔輪的扭轉(zhuǎn)剛度,然后設(shè)計并搭建了一套諧波減速器扭轉(zhuǎn)剛度測試系統(tǒng),通過對測試數(shù)據(jù)的分析得到了它們的扭轉(zhuǎn)剛度。測試結(jié)果表明經(jīng)過結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的機型一的扭轉(zhuǎn)剛度比未經(jīng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的機型二扭轉(zhuǎn)剛度要高得多,同時通過對照有限元分析的結(jié)果,兩者得到的諧波減速器的扭轉(zhuǎn)剛度呈現(xiàn)出一致性,表明了結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化有利于提高諧波減速器的扭轉(zhuǎn)剛度。
【關(guān)鍵詞】：諧波減速器 柔輪 力學特性 有限元分析 扭轉(zhuǎn)剛度
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH132.46
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 背景9-10
• 1.2 柔輪力學特性分析研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 柔輪變形和應力的研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 諧波減速器扭轉(zhuǎn)剛度研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本文研究對象和研究目的12
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容12-15
• 2 諧波減速器的基本理論15-27
• 2.1 諧波減速器的工作原理15-16
• 2.2 諧波減速器的特點16-18
• 2.2.1 諧波減速器的優(yōu)點16-17
• 2.2.2 諧波減速器的缺點17-18
• 2.3 諧波減速器的主要失效形式18-19
• 2.4 柔輪的變形分析19-21
• 2.5 柔輪的應力分析和疲勞強度計算21-25
• 2.6 本章小結(jié)25-27
• 3 柔輪有限元接觸分析27-41
• 3.1 非線性接觸分析介紹27-28
• 3.1.1 接觸基本概念27
• 3.1.2 接觸類型、剛度及滲透27-28
• 3.1.3 對稱/非對稱行為28
• 3.2 柔輪和波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計28-30
• 3.2.1 柔輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計28-30
• 3.2.2 波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計30
• 3.3 柔輪——波發(fā)生器有限元接觸模型的建立30-34
• 3.3.1 坐標系的建立30
• 3.3.2 柔輪——波發(fā)生器 3D模型的簡化及建立30-32
• 3.3.3 材料屬性定義32
• 3.3.4 模型體分割和網(wǎng)格劃分32-34
• 3.3.5 柔輪——波發(fā)生器邊界條件的設(shè)定34
• 3.4 柔輪的變形和應力分析34-39
• 3.4.1 柔輪的變形分析34-36
• 3.4.2 柔輪的應力分析36-39
• 3.5 本章小結(jié)39-41
• 4 不同結(jié)構(gòu)參數(shù)柔輪變形與應力分析41-63
• 4.1 不同長徑比柔輪的變形規(guī)律和應力分布41-51
• 4.1.1 柔輪最大變形量和最大等效應力與長徑比的關(guān)系41-43
• 4.1.2 不同長徑比柔輪的變形規(guī)律43-48
• 4.1.3 不同長徑比柔輪的應力分布48-51
• 4.2 不同壁厚柔輪的變形規(guī)律和應力分布51-54
• 4.2.1 柔輪最大變形與壁厚的關(guān)系51-52
• 4.2.2 柔輪最大等效應力與壁厚的關(guān)系52
• 4.2.3 不同壁厚柔輪的應力分布52-54
• 4.3 齒圈圓角半徑R1 對柔輪等效應力的影響54-58
• 4.3.1 柔輪齒圈與光滑筒體過渡處結(jié)構(gòu)調(diào)整54-55
• 4.3.2 不同齒圈圓角半徑柔輪的最大等效應力55
• 4.3.3 不同齒圈圓角半徑柔輪的應力分布55-58
• 4.4 柔輪光滑筒體與筒體底部過渡處結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計58-61
• 4.4.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化58-59
• 4.4.2 經(jīng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化后的柔輪等效應力分析59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-63
• 5 諧波減速器扭轉(zhuǎn)剛度有限元分析與測試63-71
• 5.1 柔輪扭轉(zhuǎn)剛度有限元分析63-64
• 5.1.1 扭轉(zhuǎn)剛度定義63
• 5.1.2 柔輪扭轉(zhuǎn)變形有限元模型的建立63
• 5.1.3 柔輪扭轉(zhuǎn)變形有限元分析63-64
• 5.2 測試系統(tǒng)及測試方法64-65
• 5.3 扭轉(zhuǎn)剛度測試過程65
• 5.4 測試數(shù)據(jù)分析65-69
• 5.5 本章小結(jié)69-71
• 6 結(jié)論與展望71-73
• 6.1 結(jié)論71
• 6.2 展望71-73
• 致謝73-75
• 參考文獻75-79
• 附錄79
• A作者在攻讀碩士學位期間論文79
• B作者在攻讀碩士學位期間獲獎79

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本文編號：1098053