谐波减速器是机器人关节所需的重要核心关键部件,约占机器人成本的36%,其性能优劣也直接影响着机器人工作的整体性能。而我国与国外在高精密谐波减速器方面的差距尤为突出,严重制约了国产工业机器人产业的成熟及国际竞争力的形成。本文针对我国工业机器人谐波减速器迫切需要解决的高可靠、高精度、高刚度、长寿命与高功率密度等共性和关键问题,以谐波齿轮传动的齿廓啮合设计理论为研究内容,做了以下工作:在基本假设基础上,建立了基于精确算法的全新谐波齿轮传动柔轮弹性变形模型,研究谐波齿轮传动齿条近似法以及齿廓修形方法,考虑柔轮齿偏斜的影响设计满足空间啮合的齿条近似齿廓并分析不同空间齿廓啮合特性,对比分析不同啮合原理设计的谐波齿轮传动齿廓啮合性能差异,基于有限元法对空载以及负载状态下的谐波齿轮传动齿廓进行分析。首先,详细阐述谐波齿轮传动的基本原理和假设,并推导各构件几何关系模型,包括不同截面径向变形量系数、基于积分几何建立的全新余弦凸轮中性层曲线方程以及传统几何模型,得出谐波齿轮传动的转角关系,为谐波齿轮传动啮合理论的建立奠定了基础。其次,考虑柔轮的偏斜对谐波齿轮传动齿廓进行空间齿廓设计。提出无干涉空间齿廓设计方法与无倾斜空间齿廓设计方法。第一种方法以主截面的共轭齿廓为基础,调整其他截面的柔轮齿根处壁厚;第二种方法以不同截面的齿条近似运动轨迹为基础,以各截面运动轨迹曲线的包络线与柔轮齿后端截面的运动轨迹曲线组成的复合曲线为基础,进行齿条近似齿廓设计与齿廓修形。然后,以基于齿条近似法设计的谐波齿轮传动空间齿廓为研究对象,分析其啮合特性。采用MATLAB编程仿真分析得到不同空间齿廓的各轮齿在不同截面的装配状态。对不同空间齿廓的运动轨迹进行仿真分析,直观的得出空间齿廓的啮合状态,并分析其啮合侧隙。最后,采用包络啮合理论设计双圆弧齿廓,以平面啮合为基础,对比不同啮合原理设计的不同齿廓的运动轨迹与啮合侧隙。最后,运用ABAQUS中的通用分析模块ABAQUS/Standard对谐波齿轮传动进行实体装配仿真,分析空载下的柔轮中性层曲线变形规律以及柔轮应力,并与理论分析比较;运用ABAQUS中的显式分析模块ABAQUS/Explicit对其进行负载状态进行仿真,分析负载状态下柔轮中性层曲线变形规律以及不同平面齿廓和空间齿廓的柔轮应力。