工业机器用精密谐波传动参数化设计及啮合运动仿真(2)

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1.2 国内外研究情况 1

1.3 课题研究内容 3

2 谐波齿轮传动原理 4

2.1 谐波齿轮传动的基本原理 4

2.2 谐波齿轮传动主要特点[11] 5

2.3 谐波齿轮传动基本理论 6

3 谐波齿轮减速器设计 13

3.1谐波齿轮传动装置设计[14] 13

3.2 谐波齿轮参数设计 13

4 谐波齿轮传动参数化设计 21

4.1 参数化设计概述 22

4.3 有限元分析 22

5 谐波齿轮传动啮合运动仿真 24

结论 25

致谢 27

参考文献 28

1 引言

1.1 课题研究意义

谐波齿轮传动是一种基于薄壳弹性变形运动来实现传动的新型传动，由C.Walton Musser教授于1950年提出[1]，它突破了机械传动采用刚性构件机构的模式，使用柔性构件来实现机械传动，并具有其他机械传动无法达到的优越性能，例如结构简单，重量轻，回差小，单级减速比范围大，传动精度高，承载能力大，运转平稳，可向密闭空间传递运动，侧隙小甚至可以实现无侧隙传动等，因此这种特殊的传动技术自出现以来便引起了世界各国的广泛重视与研究。国内外已将谐波齿轮传动成功地应用在航空航天、原子反应堆和高能加速器、雷达系统、机器人、军事、光学仪器以及通用机械等领域[2]。尽管几十年来各国均对谐波传动技术进行了深入的研究，但是仍然存在着一些问题亟待解决，如柔轮周期性变形易疲劳损坏，谐波减速器制造难度较大等等。此外，由于谐波传动复杂的结构和较多的参数，且在设计过程中对传动性能要求高，使得谐波传动技术不能广泛的应用于民用工业中，限制了其发展，随着谐波传动技术的推广应用，对其也提出了新的要求[3]。工业机器人是谐波传动得到广泛应用的一个领域，工业机器人关节驱动装置要求其具有结构紧凑，高承载，高刚度高精度等优点，所以这里采用谐波传动装置，来实现精密的传动。由于采用传统设计方法会涉及到较为复杂的设计与庞大的计算量，并且要对设计出的参数等进行校核优化，设计质量不可预见，这也使得谐波传动技术不能得到很好的应用，难以满足设计要求，因此对谐波传动进行参数化设计成为了目前我们应该要解决的问题。在对谐波传动参数化设计之后我们可以通过对各项参数进行优化，减少试制样机的人力物力，缩短开发时间，大幅度提高生产效率，提高产品性能。

1.2 国内外研究情况

1.2.1 国外研究情况

1.2.2 国内研究情况

1.2.3发展趋势

1.3 课题研究内容

课题要求对工业机器人关节驱动用精密谐波传动装置原理方案，参数和结构进行设计研究，了解和掌握谐波齿轮啮合原理和机械传动系统方案，参数及结构设计的一般步骤和方法，通过对各项参数如齿形参数，传动参数的设计使工业机器人关节驱动精密谐波传动装置具有结构紧凑，高承载，高刚度和高精度的优点，并对其进行刚柔轮啮合运动的仿真分析，编制参数化设计软件分析其传动精度，对关键零部件的强度刚度进行有限元分析与校核，完成精密谐波减速器的三维实体装配图与二维零件工作图。