高承载谐波齿轮传动技术的研究

论文摘要

针对传统谐波传动轮齿啮合质量较差和整体刚度不高等缺点,为进一步提高谐波齿轮传动的承载能力,设计出新型谐波传动机构,论文重点从谐波齿轮的齿形、柔轮结构、强度及刚度等几方面进行对谐波齿轮传动的研究。论文首先从提高齿轮承载能力的角度出发,参照切线式双圆弧齿轮设计柔轮齿形,及与其共轭的刚轮齿形。其次对柔轮的强度和刚度计算公式作了理论上的推导,并以此作为柔轮结构设计的依据。利用优化算法,实现以减小柔轮体积并提高柔轮承载能力和刚度为目的的柔轮结构参数优化。文中应用ABAQUS进行谐波齿轮结构的力学特性分析,对设计齿形与传统的渐开线齿形作比较,验证了具有圆弧齿形的轮齿承载能力比渐开线齿形要好。通过仿真计算验证所推导的柔轮刚度计算公式的正确性,并分析了柔轮刚度随载荷变化的情况。加工柔轮的刀具通常为滚刀刀具,用近似齿形刀具加工柔轮得到的轮齿曲面误差较大,为此论文以空间共轭理论为依据推导出与柔轮齿形共轭的刀具齿面方程。论文的研究为提高谐波齿轮传动的承载能力提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 谐波齿轮传动简介
• 1.2 谐波齿轮传动原理
• 1.3 谐波齿轮传动的应用
• 1.4 谐波齿轮研究现状
• 1.5 本课题研究主要内容
• 2 基于双圆弧柔轮齿形的刚轮共轭齿形的求解
• 2.1 柔轮与刚轮啮合的包络理论
• 2.2 原始特征曲线的选择及各参数之间的关系
• 2.3 柔轮基准齿廓
• 2.4 与柔轮齿廓共轭的刚轮齿形的求解
• 2.5 刚轮齿形求解的算例
• 2.6 本章小结
• 3 谐波齿轮传动柔轮扭转刚度特性研究
• 3.1 柔轮轮齿变形分析
• 3.1.1 柔轮轮齿的弯曲变形
• 3.1.2 柔轮轮齿的剪切变形
• 3.1.3 柔轮轮齿刚度分析
• 3.2 筒体的扭转刚度
• 3.3 柔轮理论刚度分析
• 3.4 本章小结
• 4 柔轮筒体强度分析
• 4.1 柔轮应力分析
• 4.1.1 原始特征曲线为四力作用型曲线
• 4.1.2 两种不同原始特征曲线的壳体计算应力比较
• 4.2 柔轮与轴承接触应力分析
• 4.2.1 推导柔轮与轴承接触应力方程
• 4.2.2 柔轮接触应力与柔轮结构参数的关系
• 4.3 本章小结
• 5 柔轮结构优化设计
• 5.1 柔轮多目标优化模型的建立
• 5.1.1 设计变量的确定
• 5.1.2 目标函数的确定
• 5.1.3 约束条件的确定
• 5.2 优化方法的选择
• 5.2.1 遗传算法简介
• 5.2.2 Matlab遗传算法工具箱结构
• 5.3 优化设计实例
• 5.4 本章小结
• 6 柔轮变形和应力的有限元分析
• 6.1 谐波传动有限元模型的建立
• 6.2 圆弧齿轮啮合接触力分析
• 6.3 渐开线齿轮啮合接触应力分析
• 6.4 柔轮刚度有限元分析
• 6.5 本章小结
• 7 柔轮轮齿加工滚刀齿形设计
• 7.1 滚刀滚切齿轮的空间曲面共轭原理
• 7.1.1 圆弧斜齿条成形面及其相切条件
• 7.1.2 滚刀与斜齿条共轭接触条件
• 7.2 与柔轮齿廓共轭的刀具齿面方程的求解
• 7.3 本章小结
• 8 结论与展望
• 致谢
• 参考文献