【摘 要】
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高精度谐波减速器作为机器人可靠、精确运行不可或缺的核心基础部件,75%的市场被日本谐波传动系统公司垄断,国产谐波减速器存在传动精度低、寿命短等问题,难以满足机器人产业爆发性增长对高性能谐波减速器的重大需求。造成上述问题的一个关键原因是现有谐波传动空间共轭齿形设计方法采用近似算法考虑柔轮空间锥度变形,所设计齿形的啮合特性不能满足使用要求,影响整机的传动精度和寿命。基于此,本文根据柔轮锥度变形的有限元
【基金项目】
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广东省重点领域研发计划项目“智能机器人用谐波减速器研究及开发”（项目编号:2019B090917002）；
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高精度谐波减速器作为机器人可靠、精确运行不可或缺的核心基础部件,75%的市场被日本谐波传动系统公司垄断,国产谐波减速器存在传动精度低、寿命短等问题,难以满足机器人产业爆发性增长对高性能谐波减速器的重大需求。造成上述问题的一个关键原因是现有谐波传动空间共轭齿形设计方法采用近似算法考虑柔轮空间锥度变形,所设计齿形的啮合特性不能满足使用要求,影响整机的传动精度和寿命。基于此,本文根据柔轮锥度变形的有限元分析,将径向变形量函数引入谐波传动空间共轭运动学模型,考虑轮齿加工工艺,提出了空间共轭齿面的设计方法,通过对所设计齿形的啮合特性和接触特性进行对比分析,验证了本文所提方法的正确性,为谐波传动空间齿形设计提供理论依据,具有重要的科学研究意义与工程应用价值。论文主要研究内容如下:（1）根据谐波齿轮传动的组成及传动原理完成了双圆弧齿廓谐波减速器样机的设计及校核,确定了谐波减速器各零部件结构参数,建立了零件的三维模型,完成了整机装配,为后续柔轮空间锥度变形规律分析提供基础;（2）基于有限元法分析了柔轮的变形情况,得到柔轮的变形规律。引入柔轮径向变形量函数建立了谐波传动空间共轭运动学模型,求解得到符合柔轮变形规律的空间共轭齿廓。以消除啮合干涉为原则,对共轭齿廓重叠和自相交的截面进行可用齿廓选优。采用设计截面的柔轮齿形作为所有截面的轮齿齿廓,通过合理调整各截面齿形的变位量,进行柔轮齿面几何设计;（3）建立考虑柔轮空间锥度变形的谐波传动装配及啮合运动仿真分析模型,对采用该空间齿面的谐波齿轮传动的装配状态、运动轨迹、啮合侧隙及重合度等啮合特性进行分析;（4）采用有限元法,建立包括柔性轴承在内的双圆弧谐波传动接触有限元模型,对比分析了采用普通正齿轮齿形和空间共轭齿面的谐波减速器的柔轮及柔性轴承的变形和应力状况、整机重合度、接触区域、齿间的载荷分配和传递误差等性能指标,验证了本文所提方法的正确性。
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