諧波齒輪傳動的瞬態(tài)動力學(xué)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(jié)構(gòu)簡單、重量輕、體積小和回差小等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用于航空航天、機械人、通用機械等領(lǐng)域。在動力傳遞過程中，柔輪作為彈性薄壁構(gòu)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(zhuǎn)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(xué)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(fù)載工況進行了瞬態(tài)動力學(xué)仿真分析。并在此瞬態(tài)分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，對柔輪進行疲勞壽命分析和添加復(fù)合材料層對其疲勞壽命影響的研究。主要研究內(nèi)容如下：
　　 1)對諧波齒輪傳動的額定負(fù)載工況進行瞬態(tài)動力學(xué)仿真分析，其結(jié)果表明在動載工況下柔輪的應(yīng)力呈正(余)弦規(guī)律變化；且柔輪齒圈上的應(yīng)力有一個增加再降低的過程；簡體上的應(yīng)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(yīng)變測試。測試結(jié)果表明柔輪杯身的應(yīng)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(yīng)力比軸向應(yīng)力大。杯底的應(yīng)變隨輸出載荷的增加而增加，且受轉(zhuǎn)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(yīng)變比切向應(yīng)變大。
　　 3)將柔輪的瞬態(tài)分析結(jié)果與測試結(jié)果進行對比分析，其結(jié)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(yīng)力狀態(tài)，誤差控制在允許的范圍內(nèi)為測試應(yīng)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(jié)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(nèi)側(cè)向尾部延伸。在柔輪杯口內(nèi)壁與波發(fā)生器接觸的部位損傷較為嚴(yán)重。
　　 5)進行了帶有復(fù)合材料層的柔輪結(jié)構(gòu)設(shè)計，其瞬態(tài)結(jié)果顯示柔輪的最大VonMises應(yīng)力由849.4MPa減小為742.6MPa，且最大應(yīng)力位置由柔