MATLAB谐波传动柔轮共轭齿形的参数化设计及仿真(2)

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1.5课题研究背景6

1.6本课题研究内容9

2谐波齿轮传动原理.10

3谐波传动柔轮新齿形的参数化设计.11

3.1设计刀具基准齿形11

3.1.1滚刀的基准齿形.11

3.1.2滚刀基准齿形方程的建立.13

3.2柔轮齿形的范成加工15

3.3基于齿廓法线法求解柔轮齿形17

3.3.1齿廓啮合基本定律.17

3.3.2求解共轭齿廓的方法.18

3.3.3柔轮齿形数值解的拟合.22

3.4基于MATLAB的柔轮齿形参数化设计.23

3.4.1柔轮齿形参数化设计的图形界面设计.24

3.4.2刀具基准齿形的参数化设计.25

3.4.3柔轮范成加工的仿真.27

3.4.4基于MATLAB柔轮齿形的理论计算29

3.4.5对比分析.30

3.5不同参数条件下的柔轮齿形32

4谐波齿轮传动装置设计.37

4.1柔轮的结构设计37

4.2刚轮的结构设计38

4.3波发生器的结构设计39

4.4滚刀的设计41

5啮合应力应变的有限元分析.42

5.1有限元模型的简化处理42

5.2各构件的材料及其属性44

5.3建模方法及分析步骤44

5.4有限元分析结果45

4.4本章小结48

结论.49

致谢.51

参考文献.52
1 1 1 1 绪论绪论绪论绪论1.1 1.1 1.1 1.1 引言引言引言引言谐波齿轮传动是机械传动的重大突破，作为一种新型机械传动方式出现并应用到工程领域中，是随着航天技术的发展而出现的。它与普通齿轮传动的传动原理有着本质的区别。谐波齿轮传动的主要构件有 3 个：刚轮、柔轮和波发生器。固定其中一个，其余两个，一个为主动，另一个为从动。它的传动原理是：在未装配前，柔轮的原始剖面呈圆形，柔轮和刚轮的周节相同，但柔轮的齿数比刚轮齿数少几个，而波发生器的最大直径比柔轮内圆直径大。椭圆形的波发生器转动，使得薄壁型的柔性齿轮产生周期性的径向和法向的变形，依靠齿与齿之间的作用从而达到传动的效果。其中波发生器不局限于凸轮形式，只要能使柔性轮发生周期变形它可以是任何形式，总体上波发生器可以分为机械式、非机械式。由于波发生器的作用引起柔性齿轮变形的波是一种几何对称并且具有周期性质特征的谐波，所以将这种传动方式称为谐波传动。和一般的传动方式 ( 圆柱齿轮、行星齿轮、摆线针轮传动机构 ) 相比较，谐波齿轮传动机构有如下优点：一、传动比范围很大，单级传动比能够达到 50-300 。二、结构简单而且紧凑，外形小，质量轻。与传动比相当的普通减速器相比较而言，其传动方式属于小模数齿轮传动机构，零件减少 50% ，体积和重量均减少 l/3 左右；此外由于谐波齿轮传动它的输入轴和输出轴同轴，因此它的结构紧凑。三、承载能力大（传递的功率范围可为几瓦至几十千瓦）；运动精度高。在啮合传动过程中，同时参与啮合的齿数很多（可达 30 一 50% ），因而，在负载相同的情况下每一对啮合的齿所承受的载荷就会小很多，在保证轮齿的强度条件下，谐波齿轮传动可以传递更大的载荷。在传递比较大的扭矩时，参与啮合的齿数可以达到 40% 左右，而普通渐开线齿数只有 1-2 对齿啮合。因此，它具有传动特别平稳、承载的特点。由于同时参与啮合的齿数多，通过变形协调，齿分摊了整个传动系统的误差，传动误差可以控制在 2 ′内、回差控制在 1 ′ 内，因此传动精度较高。四、传动效率比较高（约在 65 一 96% 左右）：虽然它是依靠柔性元件周期变形来传递运动源]自{751^*论\文}网·www.751com.cn/ ，但是由于谐波齿轮传动的齿形啮合部分的相对滑移极其小，特别是在跑合之后，轮齿的磨损小，齿的侧隙均匀，从而极大地减少了由于齿面之间的摩擦而产生的能量损失。压力角为 20 ° 的渐开线齿形齿啮式输出谐波传动中，其效率可以达到 80% 左右。本科毕业设计说明书（论文）页五、可向密闭的空间传递动力。这是谐波齿轮最突出的优点。如采用密封柔轮诸波传动减速装置，可以驱动工作在高真空、有腐蚀性及其它有害介质空间的机构，这一优点是其它传动机构难于达到的。由于谐波传动具有以上五大突出的优点，近几十年来，己被迅速推广到能源、通讯、机床、仪器仪表、机器人、汽车、造船、纺织、冶金、常规武器、精密光学设备、印刷机构以及医疗器械等领域，获得了广泛的应用 [23]。