机电伺服系统中高过载谐波齿轮传动承载特性的研究

论文摘要

飞行器伺服传动系统使用的谐波齿轮传动具有工作时间短,过载大等工作特点,并且要求结构小型化和轻量化,现有商品化的谐波齿轮传动产品一般无法满足系统的整体技术指标要求。论文针对这类谐波齿轮传动的承载特性与失效形式进行了研究,旨在找出提高其承载能力的措施和设计方法。论文首先根据短时高过载工况的特殊性,分析了谐波齿轮传动的薄弱环节和主要失效方式。然后在谐波齿轮传动经典理论的基础上,分析了柔轮这一薄弱环节的变形特征和承受载荷时的应力分布状况,从中发现了影响承载的危险截面,进而提出了危险截面的强度计算方法。同时论文以短杯72型谐波为例,利用ABAQUS有限元分析工具对谐波齿轮传动装配体进行了仿真,对柔轮的变形和应力进行了分析,重点比较了空载时和承受1倍-5倍额定载荷时的柔轮应力分布状况,找出了不同载荷下柔轮的应力分布规律。论文中还通过改变柔轮的结构参数如长径比、壁厚等,充分分析了结构参数对谐波齿轮传动承载能力的影响,从中找出了既满足小型化、轻量化要求,又满足承载指标的最佳结构参数。为了进一步改善柔轮应力状况,提高谐波齿轮传动的承载能力,论文重点对一种新型STS齿形谐波齿轮传动的齿廓曲线进行了理论推导,寻求改善柔轮应力状况的最佳啮合曲线。论文的研究为提高谐波齿轮传动的承载能力和该类谐波齿轮传动的设计提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 谐波齿轮传动原理及应用
• 1.2.1 谐波齿轮传动原理
• 1.2.2 谐波齿轮传动的特点和应用
• 1.3 谐波齿轮传动研究现状和发展趋势
• 1.3.1 谐波齿轮传动研究现状
• 1.3.2 谐波齿轮传动发展趋势
• 1.4 论文主要研究内容
• 2 短时高过载谐波齿轮传动的承载能力与主要失效形式
• 2.1 引言
• 2.2 一般工况谐波齿轮传动的主要失效形式
• 2.2.1 柔轮的疲劳断裂
• 2.2.2 柔轮的啮合失效
• 2.2.3 柔性轴承破坏
• 2.2.4 齿面破坏
• 2.3 短时高过载谐波齿轮传动的主要失效形式
• 2.4 柔轮变形的理论分析
• 2.4.1 本文选用的谐波齿轮传动各构件参数
• 2.4.2 柔轮初始变形形状
• 2.4.3 柔轮承载时变形形状
• 2.5 柔轮应力的理论分析
• 2.5.1 柔轮齿上载荷分布
• 2.5.2 柔轮中应力分布
• 2.5.3 柔轮强度计算
• 2.6 本章小结
• 3 柔轮变形和应力的有限元分析
• 3.1 有限元模型的建立
• 3.1.1 各构件模型的建立
• 3.1.2 边界条件及载荷的定义
• 3.2 柔轮初始变形和应力
• 3.2.1 柔轮初始变形形状
• 3.2.2 柔轮初始应力分布
• 3.3 承载时柔轮变形和应力
• 3.3.1 承载时柔轮杯体变形
• 3.3.2 承载时柔轮杯体应力
• 3.3.3 承载时柔轮杯底应力
• 3.3.4 承受不同载荷时柔轮应力分布规律
• 3.4 本章小结
• 4 结构参数对柔轮承载能力的影响分析
• 4.1 长径比对柔轮承载能力的影响
• 4.2 壁厚对柔轮承载能力的影响
• 4.3 杯体与杯底过渡圆角对柔轮承载能力的影响
• 4.4 法兰过渡圆角对柔轮承载能力的影响
• 4.5 本章小结
• 5 提高谐波齿轮传动承载能力的初步研究
• 5.1 选用合理的结构参数
• 5.1.1 柔轮长径比的选取
• 5.1.2 柔轮壁厚的选取
• 5.1.3 增加柔轮杯底斜角
• 5.1.4 选用合理的刚轮结构参数
• 5.2 采用新齿形
• 5.2.1 STS齿的柔轮轮齿齿形
• 5.2.2 刚轮轮齿理论齿廓
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 本文不足之处及展望
• 致谢
• 参考文献