1. 研究目的与意义
谐波齿轮传动机构是具有柔性结构的特殊齿轮传动机构,与其他的齿轮传动机构相比其结构比较特殊,体积小且同时啮合的齿数多,承载能力较高,而且传动精度高,所以在现代化工业中广泛使用。
另外谐波齿轮有一个非常独特的优点就是可以在密闭空间的工况下传递运动与力,这使它能在高真空、高温高压以及高辐射的恶劣环境中工作。
经过半个世纪的发展,谐波齿轮传动技术已经被推广到了航天航空、国防军事以及民用工业当中,其在人类工业发展中扮演了重要的角色。
2. 课题关键问题和重难点
课题的关键问题为:
①对谐波齿轮减速器机构与运行原理的了解②对关键部位做理论上的应力分析③对谐波齿轮进行建模④建模后进行关键部位的有限元分析
对关键部位做应力分析和对谐波齿轮减速器建模要运用前人提出的简化模型,系统性地了解谐波齿轮减速器的设计参数对其应力分布与寿命性能等影响。作为中间挠性构件传递运动和动力的柔轮是其中关键的元件。根据使用实践和实验研究,谐波齿轮传动最主要的失效形式是柔轮的疲劳断裂,因此对于谐波齿轮中柔轮的研究非常重要。
3. 国内外研究现状(文献综述)
谐波齿轮传动通常由三大基本构件,其中包括工作时由于波发生器作用可产生弹性变形并带有外齿的柔轮、一个有内齿的刚轮和一个呈椭圆形、装在柔轮内部的波发生器。三个构件可任意固定一个,其余两个一个为主动、一个为从动,可实现减速或增速,也可变换成两个输入,一个输出,组成差动传动。最为常用的一种是刚轮固定,波发生器主动,柔轮从动。由错齿运动,把输入转动变为输出转动。简单地说谐波齿轮传动的工作原理就是柔轮在波发生器作用下产生变形,使之在长轴方向与刚轮轮齿相啮合,波发生器的转动迫使柔轮变形旋转,由刚轮和柔轮间的少齿数差实现大传动比。
谐波齿轮传动的优点主要有:
体积较小,重量较轻,结构简单;同时啮合的齿数多,承载能力大;传动比大;传动精度高;传动过程中运动平稳,无冲击,而且没什么噪音;传动效率高;可以向密闭空间传递动力与运动。
4. 研究方案
以弹性力学和材料力学为理论基础,根据谐波传动系统的传动理论,研究了谐波减速器啮合传动中的参数选取原则,并对谐波减速器的三大组件,波发生器,柔轮和刚轮进行结构设计。在UG软件中对谐波三大组件进行三维建模,使模型能顺利导入到ANSYS Workbench有限元软件中,减小阵列时的累积误差,提高了模型的精度。在ANSYS Workbench中模拟谐波减速器的在空载和负载下的真实工况,研究柔轮的应力应变情况,并对不同结构参数的柔轮和其他组件进行有限元分析,总结出其应力变化规律,并试分析其理论依据。全面分析谐波齿轮结构参数对其应力和变形的影响,得到有利于降低柔轮中应力,提高其疲劳寿命的结构参数的取值范围。
5. 工作计划
第1周 完成英文翻译,提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确后,译文和原文均上传至毕业设计管理系统,译文封面用标准模板。查阅文献资料,撰写开题报告。
第2周 开题报告经指导老师批阅合格并确认后,开题报告封面用标准模板,上传至毕业设计管理系统。
第3周 完成开题报告审核。开始毕设课题的计算,并进行ANSYS的学习。
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