【摘要】：諧波齒輪傳動(dòng)利用柔輪彈性變形實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小和回差小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于航空航天、機(jī)械人、通用機(jī)械等領(lǐng)域。在動(dòng)力傳遞過(guò)程中，，柔輪作為彈性薄壁構(gòu)件，在載荷作用下產(chǎn)生周期性變形，嚙合載荷沿圓周呈非均勻分布，與柔輪中性線(xiàn)不相切。柔輪發(fā)生周向扭轉(zhuǎn)變形的同時(shí)，還要產(chǎn)生一定的徑向變形。因此，諧波齒輪傳動(dòng)的使用壽命主要取決于柔輪的疲勞壽命。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金（No.50975295）的資助下，以B1-50-80型諧波減速器為研究對(duì)象，對(duì)諧波齒輪傳動(dòng)的負(fù)載工況進(jìn)行了瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真分析。并在此瞬態(tài)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)柔輪進(jìn)行疲勞壽命分析和添加復(fù)合材料層對(duì)其疲勞壽命影響的研究。主要研究?jī)?nèi)容如下： 1）對(duì)諧波齒輪傳動(dòng)的額定負(fù)載工況進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)仿真分析，其結(jié)果表明在動(dòng)載工況下柔輪的應(yīng)力呈正（余）弦規(guī)律變化；且柔輪齒圈上的應(yīng)力有一個(gè)增加再降低的過(guò)程；筒體上的應(yīng)力總體趨勢(shì)是沿軸向方向逐漸減小的。裂紋起源于柔輪的齒根部分，然后向軸線(xiàn)方向延伸，進(jìn)而呈45°斜向擴(kuò)展。 2）搭建高精度測(cè)試平臺(tái)對(duì)諧波齒輪傳動(dòng)柔輪的各個(gè)工況進(jìn)行動(dòng)應(yīng)變測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明柔輪杯身的應(yīng)變呈正（余）弦規(guī)律變化，且沿杯底軸向方向逐漸減小，同截面徑向應(yīng)力比軸向應(yīng)力大。杯底的應(yīng)變隨輸出載荷的增加而增加，且受轉(zhuǎn)速影響較小。杯底直徑方向變化頻率為輸入和輸出頻率的疊加，且徑向應(yīng)變比切向應(yīng)變大。 3）將柔輪的瞬態(tài)分析結(jié)果與測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，其結(jié)果顯示該瞬態(tài)分析正確仿真了諧波齒輪傳動(dòng)正常工作中柔輪的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)，誤差控制在允許的范圍內(nèi)為測(cè)試應(yīng)變的15%。 4）對(duì)諧波齒輪傳動(dòng)柔輪的疲勞壽命進(jìn)行了分析，瞬態(tài)疲勞壽命結(jié)果顯示：柔輪輪齒的齒端部和齒根部是柔輪最初產(chǎn)生疲勞損傷的部位，且損傷沿柔輪的軸線(xiàn)由輪齒內(nèi)側(cè)向尾部延伸。在柔輪杯口內(nèi)壁與波發(fā)生器接觸的部位損傷較為嚴(yán)重。 5）進(jìn)行了帶有復(fù)合材料層的柔輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其瞬態(tài)結(jié)果顯示柔輪的最大VonMises應(yīng)力由849.4MPa減小為742.6MPa，且最大應(yīng)力位置由柔輪的齒根部變?yōu)槿彷嘄X圈內(nèi)表面。疲勞結(jié)果顯示復(fù)合層糾正了正常工作中柔輪齒圈產(chǎn)生傾斜這種現(xiàn)象，減少了疲勞損傷的位置，有效地提高了柔輪的疲勞壽命。
[Abstract]:The harmonic gear transmission utilizes the elastic deformation of the flexible wheel to realize the power transmission, and has the advantages of simple structure, light weight, small volume and small return difference and the like, and is widely applied to the fields of aerospace, machinery, general machinery and the like. In the process of power transmission, the flexible wheel is used as an elastic thin-wall component, and a periodic deformation is generated under the action of a load, and the meshing load is non-uniformly distributed along the circumference and is not tangent to the neutral line of the soft wheel. The flexible wheel is deformed in the circumferential direction, and a certain radial deformation is also generated. Therefore, the service life of the harmonic gear transmission mainly depends on the fatigue life of the soft wheel. In this paper, under the support of the National Natural Science Foundation of China (No. 50975,295), the transient dynamic simulation analysis of the load condition of the harmonic gear transmission is carried out with the B1-50-80 type harmonic speed reducer as the research object. On the basis of this transient analysis result, the fatigue life analysis of the soft wheel and the study of the effect of the composite layer on the fatigue life of the soft wheel are studied. The main contents of the study are as follows: 1) The transient dynamic simulation analysis is carried out on the rated load working condition of the harmonic gear transmission, and the results show that the stress of the soft wheel is in the positive (residual) string rule under the dynamic load condition, and the stress on the flexible gear ring is increased and then decreased The general trend of stress on the cylinder is to gradually decrease in the axial direction The crack originates from the root part of the soft wheel and then extends in the direction of the axis, which is in the form of an oblique extension of 45 擄. and 2) building a high-precision test platform to move each working condition of the harmonic gear transmission flexible wheel; The results of the test show that the strain of the soft wheel body is in the positive (residual) string law and gradually decreases in the axial direction of the cup bottom, and the radial stress ratio in the same section is the same as that of the axial direction. The stress is large. The strain of the bottom of the cup increases with the increase of the output load and is reflected by the rotational speed. the frequency of the change in the diameter direction of the bottom of the cup is the superposition of the input and the output frequency, and the radial strain is less than that of the tangential direction, 3) The transient analysis result of the soft wheel is compared with the test result. The result shows that the transient analysis correctly simulates the true stress state of the soft wheel in the normal operation of the harmonic gear transmission, and the error control shall be the test in the allowable range. The fatigue life of the soft wheel of the harmonic gear is analyzed by 15%.4) The results of the transient fatigue life show that the tooth end of the soft wheel and the root of the tooth are the part where the soft wheel initially generates the fatigue damage, and the damage along the axis of the flexible wheel is caused by the gear teeth And the inner wall of the soft wheel cup is in contact with the wave generator. The structural design of the flexible wheel with the composite layer is carried out. The transient results show that the maximum Von Mises stress of the flexible wheel is reduced from 849.4MPa to 742.6MPa, and the maximum stress position is determined by the tooth root of the soft wheel. and the fatigue result shows that the composite layer can correct the phenomenon that the soft tooth ring in the normal operation is inclined, the position of the fatigue damage is reduced,
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類(lèi)號(hào)】：TH132.43

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本文編號(hào)：2486093