隨著機器人技術(shù)的快速發(fā)展,特別是工業(yè)機器人的大量應(yīng)用,作為關(guān)鍵核心零部件的諧波減速器,其性能越來越重要。超短筒諧波齒輪,因其能更好地適應(yīng)機器人關(guān)節(jié)需要,被大量應(yīng)用于工業(yè)機器人的小關(guān)節(jié)上。隨著柔輪的軸向尺寸縮短,柔輪筒底的應(yīng)力急劇升高。因此,超短筒柔輪的筒底應(yīng)力分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,成為超短筒諧波齒輪的核心關(guān)鍵問題。目前尚無理論方法準(zhǔn)確計算柔輪裝配應(yīng)力和負(fù)載應(yīng)力,有限元方法成為分析裝配狀態(tài)和負(fù)載傳動狀態(tài)的柔輪變形和應(yīng)力的主要手段。通過對杯形柔輪和禮帽形柔輪的特征分析及其參數(shù)邏輯關(guān)系研究,建立杯形柔輪和禮帽形柔輪實體單元參數(shù)化模型。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橢圓波發(fā)生器的徑向變形,在柔輪齒圈中面施加徑向位移約束,求解裝配狀態(tài)的柔輪應(yīng)力。按照現(xiàn)有公式給出的嚙合力分布,在柔輪中面施加周向嚙合力和相應(yīng)的位移約束,求解負(fù)載傳動狀態(tài)下的負(fù)載應(yīng)力。其次,利用杯形柔輪和禮帽形柔輪參數(shù)化模型,分別討論柔輪的長徑比、筒底倒圓半徑、筒底凸臺倒圓半徑和筒底膜板等幾何參數(shù),以及壁厚對裝配狀態(tài)和負(fù)載工況下筒底最高應(yīng)力的敏感性,找到降低最高裝配應(yīng)力和最高負(fù)載應(yīng)力的關(guān)鍵幾何參數(shù)。構(gòu)造三種不同結(jié)構(gòu)形式的筒底變厚度方案,建立參數(shù)化模型并對比研究這些方案的合理性。最后,通過優(yōu)化柔輪變厚度筒底截面以降低裝配應(yīng)力和負(fù)載應(yīng)力。基于APDL語言引入三次樣條曲線表達(dá)筒底變厚度方案,編寫復(fù)合形法優(yōu)化程序?qū)ψ畲笱b配應(yīng)力和最高負(fù)載傳動應(yīng)力分別進(jìn)行筒底厚度優(yōu)化,并應(yīng)用零階和一階優(yōu)化程序?qū)Ρ疚牡难b配應(yīng)力優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行驗證。研究發(fā)現(xiàn):超短筒柔輪的筒底最高應(yīng)力遠(yuǎn)超規(guī)范規(guī)定的齒圈應(yīng)力;減小超短筒柔輪的筒底倒圓半徑可降低最高裝配應(yīng)力和最高負(fù)載應(yīng)力。隨膜板倒圓半徑增大,禮帽形柔輪的最高裝配應(yīng)力和最高負(fù)載應(yīng)力均會升高,但杯形柔輪的負(fù)載應(yīng)力下降。增大膜板寬度可降低杯形柔輪和禮帽形柔輪的裝配應(yīng)力和負(fù)載應(yīng)力。更寬膜板的禮帽形柔輪具有更低的筒底裝配應(yīng)力和負(fù)載應(yīng)力。增大壁厚會增加禮帽形柔輪的筒底最高裝配應(yīng)力和負(fù)載應(yīng)力,以及杯形柔輪的裝配應(yīng)力,但可降低杯形柔輪的負(fù)載應(yīng)力。沿凸臺方向單調(diào)遞增的筒底厚度結(jié)構(gòu)不能降低筒底最高應(yīng)力。相對于禮帽形柔輪,傳動負(fù)載引起的杯形柔輪筒底的應(yīng)力增幅更大。
【學(xué)位單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH132.43
【部分圖文】：

圖１－２諧波齒輪傳動原理示意圖??諧波齒輪傳動是借助波發(fā)生器使撓性件柔輪產(chǎn)生可控彈性變形，以實現(xiàn)運動??和載荷傳遞的一種新型傳動方式，稱之為波動變形原理。圖１－２為傳動原理簡圖，??動力元件為波發(fā)生器，由凸輪外包軸承圈構(gòu)成。柔輪為從動件，剛輪被固定。??波發(fā)生器的裝配位置在柔輪齒圈部分，柔輪在被波發(fā)生器撐起前是一圓筒狀??結(jié)構(gòu)。柔輪和剛輪在分度圓上齒距相等，而柔輪半徑小于剛輪半徑，故柔輪齒數(shù)??略小于剛輪齒數(shù)。柔輪內(nèi)壁直徑比波發(fā)生器長軸稍小，而比之短軸稍大。要保證??波發(fā)生器被裝入柔輪中后，柔輪齒圈部分在被迫最大位移處和剛輪的齒完全嚙合，??而在柔輪收縮處完全脫開；處于波發(fā)生器長、短軸間的剛輪齒和柔輪齒則或彼此??嚙入或嚙出。??當(dāng)工作過程中波發(fā)生器如圖１－２所示給一個順時針角速度《？時，柔輪運動??方向與之相反。柔輪上半圈齒先處于短軸和剛輪齒完全脫開，到哨入，到長軸完??全嚙合

１．２．１傳動原理??譬??圖１－２諧波齒輪傳動原理示意圖??諧波齒輪傳動是借助波發(fā)生器使撓性件柔輪產(chǎn)生可控彈性變形，以實現(xiàn)運動??和載荷傳遞的一種新型傳動方式，稱之為波動變形原理。圖１－２為傳動原理簡圖，??動力元件為波發(fā)生器，由凸輪外包軸承圈構(gòu)成。柔輪為從動件，剛輪被固定。??波發(fā)生器的裝配位置在柔輪齒圈部分，柔輪在被波發(fā)生器撐起前是一圓筒狀??結(jié)構(gòu)。柔輪和剛輪在分度圓上齒距相等，而柔輪半徑小于剛輪半徑，故柔輪齒數(shù)??略小于剛輪齒數(shù)。柔輪內(nèi)壁直徑比波發(fā)生器長軸稍小，而比之短軸稍大。要保證??波發(fā)生器被裝入柔輪中后，柔輪齒圈部分在被迫最大位移處和剛輪的齒完全嚙合，??而在柔輪收縮處完全脫開；處于波發(fā)生器長、短軸間的剛輪齒和柔輪齒則或彼此??嚙入或嚙出。??當(dāng)工作過程中波發(fā)生器如圖１－２所示給一個順時針角速度《？時

我國以中技克美公司生產(chǎn)的ＸＢＸ型號諧波齒輪為國內(nèi)諧波減齒輪傳??動技術(shù)發(fā)展水平的代表，性能上和Ｈａｒｍｏｎｉｃ?Ｄｒｉｖｅ公司生產(chǎn)的相比還有一定差距。??圖１－５所示為兩個公司生產(chǎn)的三種諧波齒輪。??Ｉ?Ｔｎ??ｔ?ｒＪ＝Ｒ＇?？?？?ｎ?ｉ?ｒ?￥?ｈ??＾?Ｌ?ａ?Ｉ?＾??：■?長度?■?Ｉ?■?長度?■?■長度?ｗ??（ａ）杯型柔輪?（ｂ）禮帽形柔輪?（ｃ）超短筒柔輪??圖１－５柔輪軸向截Ｉｔｆ圖??表丨－１基于中技克美公司ＸＢＳ型杯型柔輪在速比為１００，以及Ｈａｒｍｏｎｉｃ?Ｄｒｉｖｅ??公司ＣＳＧ型杯型柔輪速比為１００前提下所得數(shù)據(jù)（圖卜５ａ）。除此外，中技克美??公司生產(chǎn)的ＸＢＨＳ禮帽形柔輪和Ｈａｒｍｏｎｉｃ?Ｄｒｉｖｅ公司生產(chǎn)的ＳＨＧ禮帽形柔輪分??１１??
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本文編號：2849952