本文關(guān)鍵詞：諧波減速器柔輪力學(xué)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(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳遞的新型傳動(dòng)裝置,由于其具有其他傳動(dòng)裝置所難以達(dá)到的特殊性能,因此在航天裝備和機(jī)器人領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是,工程實(shí)踐表明,諧波減速器平均無(wú)故障工作的時(shí)間較短,其最突出的問(wèn)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(gè)薄壁殼體,受波發(fā)生器和外部負(fù)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(yīng)力,又承受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力,很容易發(fā)生疲勞失效。因此,對(duì)諧波減速器的柔輪進(jìn)行力學(xué)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(duì)象,完成了下列工作:①介紹了諧波減速器的工作原理、傳動(dòng)特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域,對(duì)柔輪在波發(fā)生器作用下的變形、應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了理論計(jì)算。②根據(jù)課題要求,設(shè)計(jì)了一種傳動(dòng)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(yīng)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(guò)渡處為柔輪的應(yīng)力危險(xiǎn)區(qū)域。③分析了柔輪在不同長(zhǎng)徑比和不同壁厚參數(shù)下的變形規(guī)律和應(yīng)力分布。然后對(duì)柔輪應(yīng)力危險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì),建立了有限元非線性接觸模型,重點(diǎn)分析了柔輪的應(yīng)力分布情況,結(jié)果表明經(jīng)過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì),柔輪應(yīng)力危險(xiǎn)區(qū)域的應(yīng)力分布得到明顯改善。④首先對(duì)兩種不同結(jié)構(gòu)參數(shù)的諧波減速器柔輪進(jìn)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(jì)并搭建了一套諧波減速器扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試系統(tǒng),通過(guò)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析得到了它們的扭轉(zhuǎn)剛度。測(cè)試結(jié)果表明經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的機(jī)型一的扭轉(zhuǎn)剛度比未經(jīng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的機(jī)型二扭轉(zhuǎn)剛度要高得多,同時(shí)通過(guò)對(duì)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(xué)特性 有限元分析 扭轉(zhuǎn)剛度
【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】：2015
【分類號(hào)】：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(xué)特性分析研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 柔輪變形和應(yīng)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(duì)象和研究目的12
• 1.4 本文主要研究?jī)?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(diǎn)16-18
• 2.2.1 諧波減速器的優(yōu)點(diǎn)16-17
• 2.2.2 諧波減速器的缺點(diǎn)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(yīng)力分析和疲勞強(qiáng)度計(jì)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(duì)稱/非對(duì)稱行為28
• 3.2 柔輪和波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-30
• 3.2.1 柔輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)28-30
• 3.2.2 波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(biāo)系的建立30
• 3.3.2 柔輪——波發(fā)生器 3D模型的簡(jiǎn)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(yīng)力分析34-39
• 3.4.1 柔輪的變形分析34-36
• 3.4.2 柔輪的應(yīng)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(yīng)力分析41-63
• 4.1 不同長(zhǎng)徑比柔輪的變形規(guī)律和應(yīng)力分布41-51
• 4.1.1 柔輪最大變形量和最大等效應(yīng)力與長(zhǎng)徑比的關(guān)系41-43
• 4.1.2 不同長(zhǎng)徑比柔輪的變形規(guī)律43-48
• 4.1.3 不同長(zhǎng)徑比柔輪的應(yīng)力分布48-51
• 4.2 不同壁厚柔輪的變形規(guī)律和應(yīng)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(yīng)力與壁厚的關(guān)系52
• 4.2.3 不同壁厚柔輪的應(yīng)力分布52-54
• 4.3 齒圈圓角半徑R1 對(duì)柔輪等效應(yīng)力的影響54-58
• 4.3.1 柔輪齒圈與光滑筒體過(guò)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(yīng)力55
• 4.3.3 不同齒圈圓角半徑柔輪的應(yīng)力分布55-58
• 4.4 柔輪光滑筒體與筒體底部過(guò)渡處結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yīng)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(cè)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(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法64-65
• 5.3 扭轉(zhuǎn)剛度測(cè)試過(guò)程65
• 5.4 測(cè)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(xiàn)75-79
• 附錄79
• A作者在攻讀碩士學(xué)位期間論文79
• B作者在攻讀碩士學(xué)位期間獲獎(jiǎng)79

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