《諧波減速器設(shè)計》PPT課件

1、王櫟指導博士：張可 Harmonic Drive選題背景和意義1.論文背景諧波傳動是上世紀五十年代后期隨著航天技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種重要的新型機械傳動方式，被認為是機械傳動的重大突破。諧波機械傳動原理是蘇聯(lián)工程師A.摩察尤唯金首先于1947年提出，1955年第一臺用于火箭的諧波齒輪傳動是由美國人C.M .Musser發(fā)明的。1960年，C. Walt Musser在發(fā)表于美國機械設(shè)計雜志的論文中使用了Harmonic Drive一詞，中文翻譯為諧波傳動或諧波齒輪傳動。此后，在航天飛行器和航天設(shè)備上的多次使用，充分顯示了這種傳動的優(yōu)越性。1959年取得了此項發(fā)明的專利后，于1960年正式公開發(fā)表

2、了該項技術(shù)的詳細資料，一九六一年開始介紹到我國。由于諧波傳動具有許多優(yōu)點，因而獲得了廣泛的推廣。到上世紀七、八十年代，許多不同類型的諧波傳動取得了專利。2.理論意義普通齒輪傳動的減速器，同時嚙合的齒數(shù)只有5%左右，而諧波齒輪傳動同時嚙合齒數(shù)多，即承受載荷的齒數(shù)多，使諧波傳動的精度高，齒的承載能力大，在速度比和材料都相同的情況下，受載能力要高出普通減速機不少，實現(xiàn)大速比、小體積。3.現(xiàn)實意義現(xiàn)在的普通減速機大多存在消耗材料和能源比較多的情況，諧波減速機傳動的效率高和機構(gòu)本身的特點，加上體積小、重量輕的優(yōu)點，是最適合的減速裝置。會促進人力、資源材料和動力的節(jié)省 。而且諧波減速機也是一種比較節(jié)能的產(chǎn)

3、品，會比較適合節(jié)約型社會的要求。諧波減速機對發(fā)電機需要高增速的設(shè)備有廣闊的應(yīng)用前景，今后會有巨大的市場和應(yīng)用價值 。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài) MarsrobotsMicro Harmonic Drive CSD長度為R系列的1/3諧波減速器簡介剛輪（Circular Spline）、柔輪(Flex spline)和波發(fā)生器(Wave generator)三、研究的內(nèi)容及可行性分析在閱讀大量文獻資料的基礎(chǔ)上，以理論力學和材料力學為理論基礎(chǔ)，結(jié)合在校學習的圖學，機械學及計算機等相關(guān)知識和生產(chǎn)實習和工藝實習等實踐教學，掌握由原理方案的設(shè)想，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路及設(shè)計方法。在了解常規(guī)減速器的基礎(chǔ)上，需

4、要了解一系列特殊的減速器。根據(jù)諧波傳動系統(tǒng)的傳動理論對諧波減速器的三大組件：波形發(fā)生器、柔輪和剛輪進行優(yōu)化設(shè)計三、研究的內(nèi)容及可行性分析1、確定諧波齒輪減速器的總體方案設(shè)計。 (固定CS 輸入WG 輸出FS 雙波傳動）2、傳動機構(gòu)總體設(shè)計：（1）、傳動比的計算（及剛輪柔輪齒數(shù)的確定）（2）、齒輪傳動設(shè)計 A、柔輪主要幾何參數(shù)選擇和計算 齒形，主要嚙合參數(shù)的選擇和計算 材料及主要結(jié)構(gòu)尺寸的選擇和計算 參數(shù)化模型建立 借助MATLAB進行優(yōu)化程序設(shè)計 B、剛輪和波形發(fā)生器的設(shè)計 （3）、傳動優(yōu)化設(shè)計 齒輪齒廓嚙合干涉驗算 柔輪的受力分析，強度計算及校核3、柔輪 剛輪 波形發(fā)生器的實體模型建立4、柔

5、輪有限元分析將最優(yōu)化數(shù)學理論與具有強大數(shù)值計算功能的軟件MATLAB相結(jié)合，運用到諧波齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計過程中。通過建立合理的優(yōu)化數(shù)學模型，（建立目標函數(shù)，選取設(shè)計變量，建立約束條件）進行優(yōu)化求解，得到最優(yōu)設(shè)計結(jié)果。1.基于MATLAB的諧波減速器減速器優(yōu)化設(shè)計（1）諧波齒輪傳動嚙合參數(shù)優(yōu)化設(shè)計基準齒形角，徑向變行系數(shù)0，變位系數(shù)x和嚙入深度系數(shù)h m這些嚙合參數(shù)不僅影響到柔輪的徑向變形，而且對諧波傳動的嚙合性能，承載能力和幾何尺寸都有重要的影響。在保證傳動在不產(chǎn)生嚙合干涉的基本準則下，求得較大的嚙入深度h，利用MATLAB軟件，對諧波齒輪傳動的嚙合參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計（2）諧波齒輪傳動的結(jié)構(gòu)尺寸

6、優(yōu)化設(shè)計為實現(xiàn)諧波齒輪傳動的體積小，重量輕的目標，以凸輪波形發(fā)生器的凸輪尺寸為限制尺寸，利用MATLAB軟件，對諧波齒輪傳動的結(jié)構(gòu)尺寸進行優(yōu)化設(shè)計在諧波傳動中柔輪會發(fā)生彈性形變，且工作中其幾何與力學模型是非常復雜的，特別是其應(yīng)變規(guī)律與應(yīng)力分布情況對整個傳動的影響非常大。因此對諧波減速器的建模研究及柔輪應(yīng)力應(yīng)變分析是非常必要的。 利用SolidWorks軟件對諧波三大組件進行三維簡化建模，使模型能順利導入到ANSYS有限元軟件中，并保證模型精度，在ANSYS中進行優(yōu)化設(shè)計2.基于ANSYS的諧波減速器減速器優(yōu)化設(shè)計 （1）.研究柔輪應(yīng)力分布規(guī)律和變形規(guī)律與外載荷的關(guān)系 模擬諧波減速器的空載和負載

7、下的真實工況，研究柔輪的應(yīng)力應(yīng)變情況 （2）.研究柔輪應(yīng)力分布規(guī)律和變形規(guī)律與柔輪壁厚的關(guān)系 對不同壁厚的柔輪進行有限元分析，總結(jié)出其應(yīng)力變化規(guī)律五、研究方法 利用學校圖書館、學校網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(超新閱讀器）、免費網(wǎng)絡(luò)資源等大量搜集有關(guān)機械優(yōu)化設(shè)計的期刊文章、書籍等文獻資料，掌握機械優(yōu)化設(shè)計的基本理論和方法。熟悉Matlab的優(yōu)化工具箱對一般的機械優(yōu)化設(shè)計問題進行編程和數(shù)值計算求解（1）熟悉諧波減速器工作狀況和設(shè)計要求，對其結(jié)構(gòu)形狀進行分析，得出總體方案。（2）按照總體方案對各零部件的運動關(guān)系進行分析得出諧波減速器的整體結(jié)構(gòu)尺寸，然后以各個零部件為模塊分別利用MATLAB進行具體的零部件的設(shè)計校核

8、計算，優(yōu)化各零部件的尺寸，再重新調(diào)整整體結(jié)構(gòu)。（3）利用AutoCAD軟件畫出諧波減速器三大組件零件圖，（4）在根據(jù)二維圖，利用SolidWorks軟件畫出減速器的三維裝配圖。（5）檢查諧波減速器的裝配圖，確保其準確性。（6）利用ANSYS進行柔輪有限元分析并進行優(yōu)化設(shè)計參考文獻1 辛洪兵，謝金瑞,諧波傳動技術(shù)及研究動向.北京輕工業(yè)學院學報,1999.17(1): p.30-36.2 北京諧波傳動技術(shù)研究所, 諧波傳動技術(shù)的新發(fā)展. 齒輪, 1991. 15(2): p. 52-55.3 沈允文，諧波齒輪傳動柔輪的實驗?zāi)B(tài)分析 1994(01)4 李召華;揚帆;韓梅諧波齒輪傳動裝置的傳動精度分析 2010(02)5 孫恒，陳作模. 機械原理 M.7版. 北京：高等教育出版社，2006.6 閆艷紅;塑料諧波齒輪傳動結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計J;機械設(shè)計;2002年10期 7 張春宜 郝廣平 劉敏 減速器設(shè)計實例精解 2009.7 機械工業(yè)