本文選題：諧波齒輪傳動 + 有限元分析��； 參考：《山東大學》2015年碩士論文

【摘要】：諧波齒輪傳動是機器人柔性關節(jié)中的常用的傳動方式,具有體積小、重量輕、傳動比大等一系列優(yōu)點。然而,由于諧波減速機傳遞運動主要依靠柔輪的彈性變形,機器人關節(jié)柔性特征較為明顯,關節(jié)剛度較低,運行過程易產(chǎn)生振動,末端精確定位難。因此,研究柔輪的剛度、載荷分布、疲勞壽命、模態(tài)參數(shù)等特性對于提高諧波傳動系統(tǒng)的使用性能具有重要意義。本文在查閱相關資料的基礎上,根據(jù)現(xiàn)有五自由度寫字機器人,對機器人第四關節(jié)的諧波減速機進行了理論研究與仿真分析。(1)根據(jù)諧波傳動的基本原理,在建立諧波齒輪傳動的運動學模型的基礎上,建立了柔輪與剛輪齒廓方程,并在此基礎上對諧波傳動進行運動學仿真。(2)利用matlab繪制了柔輪與剛輪的齒廓,并利用齒廓坐標計算和分析出齒側間隙的分布；利用材料力學方法分析柔輪單齒在一定載荷下的變形量,據(jù)此計算出柔輪單齒的剛度；根據(jù)齒側間隙分布與柔輪單齒剛度值,分析得到了輪齒間的嚙合接觸力的分布規(guī)律。(3)建立了諧波傳動的有限元模型,仿真研究了空載時柔輪被擠壓產(chǎn)生的彈性變形情況、最大等效應力分布以及疲勞壽命情況；分析了柔輪單齒在負載作用下的變形量,計算出單齒剛度并分析了應力應變的分布情況；分析了柔輪結構參數(shù)對變形量和等效應力的影響,在設計范圍內選用較小的齒圈壁厚和筒體長度有利于減小變形量和等效應力；仿真分析得到了負載情況下柔輪的扭轉剛度,對研究機器人的關節(jié)柔性有一定幫助。(4)采用有限元方法對諧波減速機進行了模態(tài)分析,得到柔輪的前12階共振頻率及振型；分析了負載變化對減速機模態(tài)的影響,負載時每一階的共振頻率比空載時略有增加,不同負載對減速機的共振頻率影響不大。
[Abstract]:Harmonic gear transmission is a common transmission mode in robot flexible joints. It has a series of advantages, such as small volume, light weight, large transmission ratio and so on. However, the transmission motion of harmonic reducer mainly depends on the elastic deformation of the flexible wheel, the flexible characteristic of the robot joint is obvious, the stiffness of the joint is low, the vibration is easy to be produced in the running process, and it is difficult to locate the end accurately. Therefore, it is important to study the stiffness, load distribution, fatigue life and modal parameters of flexible wheel for improving the performance of harmonic transmission system. On the basis of consulting relevant data, this paper studies and simulates the harmonic reducer of the fourth joint of the robot according to the existing five-degree-of-freedom writing robot. (1) according to the basic principle of harmonic transmission, On the basis of establishing the kinematics model of harmonic gear transmission, the tooth profile equations of flexible wheel and rigid wheel are established, and then the kinematics simulation of harmonic transmission is carried out. (2) the tooth profile of flexible wheel and rigid wheel is drawn by using matlab. The profile coordinates are used to calculate and analyze the distribution of the tooth side clearance, the deformation of the single tooth of the flexible wheel under a certain load is analyzed by the method of material mechanics, and the stiffness of the single tooth of the flexible wheel is calculated according to the distribution of the tooth side clearance and the stiffness value of the single tooth of the flexible wheel. The distribution law of meshing contact force between gear teeth is obtained. (3) the finite element model of harmonic transmission is established, and the elastic deformation, maximum equivalent stress distribution and fatigue life of flexible wheel are simulated. In this paper, the deformation of single tooth of flexible wheel under load is analyzed, the stiffness of single tooth is calculated and the distribution of stress and strain is analyzed, and the influence of structural parameters of flexible wheel on deformation and equivalent stress is analyzed. The selection of small ring thickness and cylinder length in the design scope is beneficial to the reduction of deformation and equivalent stress, and the torsional stiffness of flexible wheel under load is obtained by simulation analysis. It is helpful to study the joint flexibility of robot. (4) the modal analysis of harmonic reducer is carried out by using finite element method, and the first 12 resonance frequencies and modes of flexible wheel are obtained, and the influence of load change on the mode of reducer is analyzed. The resonance frequency of each order is slightly higher than that of no-load, but the resonance frequency of reducer is not affected by different loads.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP242;TH132.43

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本文編號：2082309