谐波齿轮传动装置及其短筒柔轮分析研究

论文摘要

本论文的依托项目是国防科工委重点军工科研项目——电动(液压)舵机和惯导陀螺用高参数齿轮装置。项目主要有两方面的研究内容，其中之一是进行高参数谐波齿轮传动装置关键技术研究及典型样机的研制。项目要求研究开发超小体积、高承载能力的谐波齿轮传动装置，对传动装置的可靠性、体积与质量、回差、传动误差等性能参数均提出了极高要求。 我国现有的杯形柔轮谐波齿轮传动装置，轴向尺寸大，不能满足安装空间的要求；现有的环形柔轮谐波齿轮传动装置，虽然轴向尺寸较小，但是存在启动力矩大、回差大等问题。国内谐波齿轮传动装置还无法同时满足现代军品对谐波齿轮传动装置在安装空间、质量、回差等各方面极苛刻的要求。短筒杯型柔轮谐波齿轮传动装置能够同时满足上述要求，但是目前只有少数发达国家如美国、日本、德国等国掌握了这种传动装置的设计制造技术，我国在这方面还是空白。 由于短筒杯形柔轮谐波齿轮传动装置具有独特的优点，因此在机器人、航空航天、微小型控制机构等诸多地方有着广阔的应用前景。但是，与普通杯形柔轮相比，短筒杯形柔轮不可避免地带来了应力急剧增加的问题。 为了从根本上提高谐波齿轮传动装置的性能，本文对短筒杯形柔轮谐波齿轮传动装置的关键技术进行了分析研究。本文完成的主要研究工作及创新点有： (1) 本文在系统分析谐波齿轮传动技术研究和发展现状、优缺点以及分析比较国内外现有产品性能与差距等的基础上，针对军工项目对传动装置在可靠性、体积与质量、回差、传动误差等方面的苛刻要求，提出了研究、设计、开发新型短筒杯形柔轮谐波齿轮传动装置的新方案。 (2) 与过去的有限元分析不同，在建立柔轮有限元分析几何模型时，没有对柔轮齿圈与柔轮筒体过渡圆角、柔轮筒体与柔轮筒底过渡圆角、柔轮筒底与法兰过渡圆角的结构部分进行简化，更准确的模拟分析了柔轮的应力分布情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 插图清单
• 表格清单
• 主要符号清单
• 第一章 绪论
• 1.1 谐波齿轮传动技术发展
• 1.2 谐波齿轮传动的基本原理、特点及应用
• 1.2.1 基本原理
• 1.2.2 主要特点
• 1.2.3 应用领域
• 1.3 谐波齿轮传动技术的研究概况
• 1.3.1 啮合原理及运动学方面的研究
• 1.3.2 齿形方面的研究
• 1.3.3 柔轮变形及应力状况方面的研究
• 1.3.4 结构参数优化设计方面的研究
• 1.3.5 加工制造工艺方面的研究
• 1.3.6 传动精度方面的研究
• 1.3.7 计算机辅助设计方面的研究
• 1.4 论文的来源和意义
• 1.5 课题主要难点分析
• 1.6 本文的主要研究内容
• 1.7 本章小结
• 第二章 柔轮有限元分析
• 2.1 有限元方法简介
• 2.2 柔轮有限元模型的建立
• 2.2.1 柔轮几何模型的建立
• 2.2.2 有限元单元的选择
• 2.3 柔轮受力及应力分布状况分析
• 2.3.1 柔轮几何模型的网格划分、边界条件及加载
• 2.3.2 柔轮的受力及其应力分布有限元分析
• 2.3.3 柔轮壁厚对柔轮初始受力及其应力分布的影响
• 2.3.4 柔轮长径比对柔轮应力分布的影响
• 1对柔轮应力分布的影响'>2.3.5 柔轮筒底与简体过渡圆角R₁对柔轮应力分布的影响
• 3对柔轮应力分布的影响'>2.3.6 齿圈与筒体过渡圆角R₃对柔轮应力分布的影响
• 2对柔轮应力分布的影响'>2.3.7 柔轮筒底与法兰过渡圆角R₂对柔轮应力分布的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 柔轮初始变形力分析计算初探
• 3.1 柔轮初始变形力与主要影响因素关系曲线的回归分析
• 3.1.1 回归方法原理简介
• 3.1.2 非线性回归分析
• 3.2 柔轮初始变形力理论分析探讨
• 3.2.1 柔轮周向初始变形力分析
• 3.2.2 柔轮轴向弯曲初始变形力分析
• 3.2.3 理论分析的柔轮初始变形力与几何参数的关系曲线
• 3.3 本章小结
• 第四章 传动误差和回差分析
• 4.1 传动误差的计算
• 4.2 同时啮合齿数的确定
• 4.3 谐波齿轮传动装置传动误差的影响因素分析
• 4.3.1 影响谐波齿轮传动误差的主要因素
• 4.3.2 传动误差的形成
• 4.3.2.1 刚轮柔轮副误差所引起的传动误差
• 4.3.2.2 波发生器部件的误差所引起的传动误差
• 4.3.2.3 传动误差的合成
• 4.4 回差及其影响因素
• 4.4.1 输入轴和输出轴部件弹性变形所产生的回差
• 4.4.2 谐波齿轮传动的制造和装配误差以及波发生器弹性变形引起的回差
• 4.4.3 由于温度变化所引起的回差
• 4.4.4 柔轮的弹性扭转变形产生的回差
• 4.5 本章小结
• 第五章 谐波齿轮传动装置性能试验
• 5.1 项目对谐波齿轮传动装置各参数的要求
• 5.2 谐波齿轮传动装置图片及主要零部件质量
• 5.3 启动电压和启动力矩的测试
• 5.3.1 启动电压的测试
• 5.3.2 启动力矩的测试
• 5.4 回差及传动误差的测试
• 5.4.1 回差的测试
• 5.4.2 传动误差的测试
• 5.5 测试结果与结论
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论与创新点
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间发表论文
• 在读期间参加的项目