弧面凸轮行星机构用于机械传动,具有传动比大、效率高、噪声小、结构紧凑等明显的优势,作为减速器机构有着广阔的应用前景。但弧面凸轮行星机构的外环面凸轮加工困难的问题影响了该机构的应用,针对这一问题,我们研究团队提出了一种鼠笼式弧面凸轮行星机构。本文对该新型机构用理论与仿真分析相结合的方法,优化设计了新型机构的主要参数;探索精度更高的建模方法为目的,研究了机构的传动和啮合理论、参数优化和建模过程,分析了不同参数组合下各构件应力值的变化。(1)通过分析弧面凸轮行星机构的基本原理和自由度的分析,在保证弧面凸轮行星机构原有传动方式的基础上,提出了弧面凸轮行星机构外环面凸轮的一种鼠笼结构,实现了一体式结构离散化,改进了外环面凸轮的结构,改善了外环面凸轮原有结构的加工和装配难的问题。(2)对鼠笼式弧面凸轮行星机构进行机构分析。推导了弧面凸轮行星机构的传动比,分析了机构运动连续性条件,当机构中行星轮齿数和个数同中心弧面凸轮和外环面凸轮齿数、螺旋升角之间满足一定关系时,机构才能够被装配且正确啮合,实现既定的传动。推导了行星轮轮齿的齿面方程,以及行星轮与中心弧面凸轮和外环面凸轮的啮合方程以及行星轮与弧面凸轮啮合时的瞬时接触线方程。(3)对鼠笼式弧面凸轮行星机构进行了结构优化设计,针对设计变量和约束条件的特点,选择适当的优化方法,将约束优化问题转化为无约束优化问题后求最优解。并以一组实际参数为例,验证了优化所选用的优化方法和目标函数的可行性,分析了优化结果对机构体积的影响。机构的参数优化减轻了鼠笼式弧面凸轮行星机构的重量。(4)探索并完善了鼠笼式弧面凸轮行星机构的三维建模方法,采用模拟运动法建立的机构三维模型精确度较高,易于操作。通过运动学仿真验证了鼠笼式弧面凸轮行星机构运动的准确性。(5)对弧面凸轮行星机构进行有限元结构分析。运用ANSYS对相同尺寸下不同行星轮数和行星轮齿数的机构进行应力分析,并综合啮合点数、机构复杂程度和重量等因素将三种机构进行对比,为机构设计参数的选择和样机制造提供了依据。对鼠笼式弧面凸轮行星机构的疲劳寿命进行分析,验证了机构的安全性。