谐波齿轮传动中柔轮与刚轮接触疲劳试验装置的设计与仿真

摘要

谐波齿轮传动是随着空间技术的发展而诞生的一种新型传动方式，其工作原理是利用柔轮的弹性变形波来实现运动或者动力传递，因其具有结构简单、传动精度高、传动比大等诸多优点，在航空、航天、机器人等领域得到了广泛应用。在谐波齿轮传动过程中，柔轮的运动情况比较复杂，作为弹性薄壁构件需承载交变应力，容易造成齿面磨损和疲劳断裂。因此，建立合适的模型对谐波齿轮传动过程中柔轮的错齿运动进行模拟分析具有重要意义。
　　本文首先针对谐波齿轮传动过程中柔轮的错齿运动设计了一种新的接触疲劳试验装置，根据机械设计原理对装置各个零件进行强度与刚度校核。并根据已知参数、实际工况与啮合参数，设计了柔轮与刚轮的基本结构。基于两者的齿形参数分别选取两个构件的单齿，设计了疲劳试验装置的试验件，并对整套试验装置进行三维实体建模。
　　其次，讨论了使用有限元分析法求解齿面接触问题的基本原理，通过软件ABAQUS建立了试验装置的有限元模型，基于接触非线性有限元分析对试验装置运行过程进行动态仿真，得到了装置关键位置的应力场分布情况，并将分析结果与谐波齿轮传动实际结构的仿真结果进行对比。根据实际工作中谐波齿轮传动的运动特性，研究了法向载荷大小与装配角度的变化对装置运行过程中柔轮齿的应力场造成的影响。
　　最后，讨论了动力学接触碰撞模型的基本原理，建立了试验装置的动力学仿真模型。使用ADAMS软件，根据试验装置的工作原理对其运行过程进行动力学仿真，研究装置的动力学特性。并通过比较动力学特性，分析不同的位移载荷加载方案与不同的法向载荷大小对装置动力学特性的影响。根据动力学仿真的结果，基于赫兹弹性接触理论，选择适当的模型求取试验装置的接触应力，并通过与有限元分析结果对比，对理论计算值进行修正。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 谐波齿轮传动概述

1．1．1 谐波齿轮传动介绍

1．1．2 谐波齿轮传动的工作原理

1．1．3 谐波齿轮传动的特点

1．2 课题的研究背景

1．2．1 谐波齿轮传动的发展历史

1．2．2 谐波齿轮传动的主要应用

1．3 谐波齿轮传动的研究现状

1．3．1 柔轮疲劳状况的研究

1．3．2 柔轮齿形的研究

1．4 本文的主要研究内容

第二章 谐波齿轮传动疲劳试验装置的结构设计

2．1 引言

2．2 实验装置的结构设计

2．2．1 疲劳试验装置的整体结构设计

2．2．2 直线运动模组设计

2．3 试验件的设计

2．3．1 柔轮齿设计

2．3．2 刚性连接件设计

2．4 试验装置的三维建模

2．5 本章小结

第三章 试验装置的有限元分析

3．1 引言

3．2 有限元模型的建立

3．2．1 有限元分析方法简介

3．2．2 有限元法求解接触问题的基本原理

3．2．3 试验装置有限元模型的建立

3．3 试验装置模型的应力分析

3．3．1 接触区域的应力分析

3．3．2 柔轮齿的应力分析

3．4 不同因素对柔轮齿应力的影响

3．4．1 载荷变化对柔轮齿应力的影响

3．4．2 偏转角变化对柔轮齿应力的影响

3．5 本章小结

第四章 试验装置的动力学分析

4．1 引言

4．2 ADAMS软件简介

4．3 动力学仿真模型的建立

4．3．1 仿真参数选取

4．3．2 试验装置ADAMS模型的建立

4．4 动力学仿真结果分析

4．4．1 不同加载方式的仿真结果对比

4．4．2 不同压力的仿真结果对比

4．5 赫兹弹性接触应力分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文和工作情况