諧波齒輪傳動的瞬態(tài)動力學特性研究.pdf

1、諧波齒輪傳動利用柔輪彈性變形實現(xiàn)動力傳遞，具有結構簡單、重量輕、體積小和回差小等優(yōu)點，被廣泛地應用于航空航天、機械人、通用機械等領域。在動力傳遞過程中，柔輪作為彈性薄壁構件，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，與柔輪中性線不相切。柔輪發(fā)生周向扭轉變形的同時，還要產(chǎn)生一定的徑向變形。因此，諧波齒輪傳動的使用壽命主要取決于柔輪的疲勞壽命。本文在國家自然科學基金(No.50975295)的資助下，以B1-50-80型諧波減

2、速器為研究對象，對諧波齒輪傳動的負載工況進行了瞬態(tài)動力學仿真分析。并在此瞬態(tài)分析結果的基礎上，對柔輪進行疲勞壽命分析和添加復合材料層對其疲勞壽命影響的研究。主要研究內容如下：
　　 1)對諧波齒輪傳動的額定負載工況進行瞬態(tài)動力學仿真分析，其結果表明在動載工況下柔輪的應力呈正(余)弦規(guī)律變化；且柔輪齒圈上的應力有一個增加再降低的過程；簡體上的應力總體趨勢是沿軸向方向逐漸減小的。裂紋起源于柔輪的齒根部分，然后向軸線方向延伸，進而呈4

3、5°斜向擴展。
　　 2)搭建高精度測試平臺對諧波齒輪傳動柔輪的各個工況進行動應變測試。測試結果表明柔輪杯身的應變呈正(余)弦規(guī)律變化，且沿杯底軸向方向逐漸減小，同截面徑向應力比軸向應力大。杯底的應變隨輸出載荷的增加而增加，且受轉速影響較小。杯底直徑方向變化頻率為輸入和輸出頻率的疊加，且徑向應變比切向應變大。
　　 3)將柔輪的瞬態(tài)分析結果與測試結果進行對比分析，其結果顯示該瞬態(tài)分析正確仿真了諧波齒輪傳動正常工作中柔輪的

4、真實應力狀態(tài)，誤差控制在允許的范圍內為測試應變的15％。
　　 4)對諧波齒輪傳動柔輪的疲勞壽命進行了分析，瞬態(tài)疲勞壽命結果顯示：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由輪齒內側向尾部延伸。在柔輪杯口內壁與波發(fā)生器接觸的部位損傷較為嚴重。
　　 5)進行了帶有復合材料層的柔輪結構設計，其瞬態(tài)結果顯示柔輪的最大VonMises應力由849.4MPa減小為742.6MPa，且最大應力位置由柔