新型集成圆柱滚子波发生器谐波传动应力分析与参数优化

作     者：刘之杰 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈兵奎

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：圆柱滚子波发生器 结构优化 接触应力分析 有限元分析 

摘      要：谐波传动具有结构简单、传动比大、啮合齿数多、传动精度高等诸多优点,被广泛应用与机器人关节和航空航天等领域。波发生器是谐波传动三大组件之一,对谐波传动的啮合性能和柔轮强度有着重要影响。现有柔性轴承与凸轮组合的型式谐波传动波发生器的柔性轴承是谐波传动中的薄弱环节,直接决定了谐波传动的使用寿命,且加工制造难度大,生产成本高。因此,探索新型结构的谐波传动波发生器结构,完善其设计理论并进行波发生器的应力分析,对于提高谐波传动的使用寿命,降低谐波传动的制造成本具有重要意义。本文提出一种集成于凸轮和柔轮内壁,采用满装圆柱滚子轴承作为支撑的新型谐波传动用波发生器,重点开展其设计理论研究,进行了波发生器与柔轮的参数优化以及应力分析,并对基于集成设计圆柱滚子波发生器的新型谐波传动进行了有限元分析,主要研究内容如下:（1）新型集成圆柱滚子波发生器的结构设计。研究波发生器工作原理,并根据满装圆柱滚子轴承周向间隙条件,确定圆柱滚子波发生器基本结构参数,并对波发生器凸轮廓线的理论设计方法进行研究。（2）柔轮与波发生器参数优化设计。建立简化的柔轮与波发生器参数化装配模型,讨论主要参数对柔轮变形和应力的影响。运用响应面法,对柔轮和波发生器进行参数优化设计,并对优化后柔轮进行强度分析。（3）有限长弹性接触问题建模。建立有限长弹性体接触力学模型,运用影响系数法,编制Matlab求解程序。按谐波传动工作准则确定新型圆柱滚子波发生器所承受的当量载荷以及滚子承受的最大载荷。讨论圆柱滚子修形方式以及修形参数对圆柱滚子与柔轮、凸轮的接触应力的影响。确定适用于本文波发生器圆柱滚子的修形曲线及其参数。（4）新型集成圆柱滚子波发生器谐波传动有限元仿真分析。通过有限元仿真,获取柔轮在新型集成圆柱滚子波发生器作用下空载和负载情况下的应力与变形分布,并对比分析凸轮和柔性轴承组合的波发生器与柔轮作用的效果。分析滚子与凸轮在负载下以及倾斜工况下的应力分布,获取圆柱滚子波发生器与柔轮简化模型刚度曲线,最后对柔轮进行模态分析。