諧波齒輪傳動裝置及其短筒柔輪分析研究.pdf

1、本論文的依托項目是國防科工委重點軍工科研項目——電動(液壓)舵機和慣導陀螺用高參數(shù)齒輪裝置。項目主要有兩方面的研究內(nèi)容，其中之一是進行高參數(shù)諧波齒輪傳動裝置關(guān)鍵技術(shù)研究及典型樣機的研制。項目要求研究開發(fā)超小體積、高承載能力的諧波齒輪傳動裝置，對傳動裝置的可靠性、體積與質(zhì)量、回差、傳動誤差等性能參數(shù)均提出了極高要求。 我國現(xiàn)有的杯形柔輪諧波齒輪傳動裝置，軸向尺寸大，不能滿足安裝空間的要求；現(xiàn)有的環(huán)形柔輪諧波齒輪傳動裝置，雖然軸向尺

2、寸較小，但是存在啟動力矩大、回差大等問題。國內(nèi)諧波齒輪傳動裝置還無法同時滿足現(xiàn)代軍品對諧波齒輪傳動裝置在安裝空間、質(zhì)量、回差等各方面極苛刻的要求。短筒杯型柔輪諧波齒輪傳動裝置能夠同時滿足上述要求，但是目前只有少數(shù)發(fā)達國家如美國、日本、德國等國掌握了這種傳動裝置的設計制造技術(shù)，我國在這方面還是空白。 由于短筒杯形柔輪諧波齒輪傳動裝置具有獨特的優(yōu)點，因此在機器人、航空航天、微小型控制機構(gòu)等諸多地方有著廣闊的應用前景。但是，與普通杯形

3、柔輪相比，短筒杯形柔輪不可避免地帶來了應力急劇增加的問題。 為了從根本上提高諧波齒輪傳動裝置的性能，本文對短筒杯形柔輪諧波齒輪傳動裝置的關(guān)鍵技術(shù)進行了分析研究。本文完成的主要研究工作及創(chuàng)新點有： (1)本文在系統(tǒng)分析諧波齒輪傳動技術(shù)研究和發(fā)展現(xiàn)狀、優(yōu)缺點以及分析比較國內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品性能與差距等的基礎(chǔ)上，針對軍工項目對傳動裝置在可靠性、體積與質(zhì)量、回差、傳動誤差等方面的苛刻要求，提出了研究、設計、開發(fā)新型短筒杯形柔輪諧波齒輪

4、傳動裝置的新方案。 (2)與過去的有限元分析不同，在建立柔輪有限元分析幾何模型時，沒有對柔輪齒圈與柔輪筒體過渡圓角、柔輪筒體與柔輪筒底過渡圓角、柔輪筒底與法蘭過渡圓角的結(jié)構(gòu)部分進行簡化，更準確的模擬分析了柔輪的應力分布情況。 (3)用有限元分析方法，不但找出了柔輪筒體壁厚和柔輪長徑比兩個主要參數(shù)對柔輪受力和應力分布的影響規(guī)律，而且找出了柔輪各過渡圓角半徑這些較次要參數(shù)對柔輪受力和應力分布的影響規(guī)律。 (4)首次對

5、初始變形力受柔輪幾何參數(shù)影響的規(guī)律進行了理論探討，借鑒有限元分析的“分解疊加方法”，推導了柔輪幾何參數(shù)對初始變形力影響的數(shù)學計算式，得出了初始變形力與柔輪壁厚的三次方成正比、與柔輪筒體長度的三次多項式成反比的結(jié)論。理論計算與實際有限元分析結(jié)果有較好的一致性。 (5)較詳細地分析了柔輪剛輪副和波發(fā)生器的各種誤差、偏心、間隙對諧波齒輪傳動裝置傳動誤差的影響，分析了主要零件的制造誤差、彈性變形和溫度變化等對諧波齒輪傳動裝置回差的影響，