《諧波減速器設(shè)計(jì)》PPT課件.ppt

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1、王櫟,指導(dǎo)博士：張可,Harmonic Drive,選題背景和意義,1.論文背景 諧波傳動(dòng)是上世紀(jì)五十年代后期隨著航天技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種重要的新型機(jī)械傳動(dòng)方式，被認(rèn)為是機(jī)械傳動(dòng)的重大突破。諧波機(jī)械傳動(dòng)原理是蘇聯(lián)工程師A.摩察尤唯金首先于1947年提出，1955年第一臺(tái)用于火箭的諧波齒輪傳動(dòng)是由美國(guó)人C.M .Musser發(fā)明的。1960年，C. Walt Musser在發(fā)表于美國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)雜志的論文中使用了Harmonic Drive一詞，中文翻譯為諧波傳動(dòng)或諧波齒輪傳動(dòng)。此后，在航天飛行器和航天設(shè)備上的多次使用，充分顯示了這種傳動(dòng)的優(yōu)越性。1959年取得了此項(xiàng)發(fā)明的專利后，于1960年正式

2、公開發(fā)表了該項(xiàng)技術(shù)的詳細(xì)資料，一九六一年開始介紹到我國(guó)。由于諧波傳動(dòng)具有許多優(yōu)點(diǎn)，因而獲得了廣泛的推廣。到上世紀(jì)七、八十年代，許多不同類型的諧波傳動(dòng)取得了專利。,2020/8/26,2.理論意義 普通齒輪傳動(dòng)的減速器，同時(shí)嚙合的齒數(shù)只有5%左右，而諧波齒輪傳動(dòng)同時(shí)嚙合齒數(shù)多，即承受載荷的齒數(shù)多，使諧波傳動(dòng)的精度高，齒的承載能力大，在速度比和材料都相同的情況下，受載能力要高出普通減速機(jī)不少，實(shí)現(xiàn)大速比、小體積。 3.現(xiàn)實(shí)意義 現(xiàn)在的普通減速機(jī)大多存在消耗材料和能源比較多的情況，諧波減速機(jī)傳動(dòng)的效率高和機(jī)構(gòu)本身的特點(diǎn)，加上體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，是最適合的減速裝置。會(huì)促進(jìn)人力、資源材料和動(dòng)力的節(jié)省

3、。 而且諧波減速機(jī)也是一種比較節(jié)能的產(chǎn)品，會(huì)比較適合節(jié)約型社會(huì)的要求。 諧波減速機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)需要高增速的設(shè)備有廣闊的應(yīng)用前景，今后會(huì)有巨大的市場(chǎng)和應(yīng)用價(jià)值 。,國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài),Marsrobots,2020/8/26,Micro Harmonic Drive,2020/8/26,CSD長(zhǎng)度為R系列的1/3,諧波減速器簡(jiǎn)介,剛輪（Circular Spline）、柔輪(Flex spline)和波發(fā)生器(Wave generator),2020/8/26,2020/8/26,2020/8/26,三、研究的內(nèi)容及可行性分析,在閱讀大量文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，以理論力學(xué)和材料力學(xué)為理論基礎(chǔ)，結(jié)合在

4、校學(xué)習(xí)的圖學(xué)，機(jī)械學(xué)及計(jì)算機(jī)等相關(guān)知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)和工藝實(shí)習(xí)等實(shí)踐教學(xué)，掌握由原理方案的設(shè)想，轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路及設(shè)計(jì)方法。 在了解常規(guī)減速器的基礎(chǔ)上，需要了解一系列特殊的減速器。 根據(jù)諧波傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)理論 對(duì)諧波減速器的三大組件：波形發(fā)生器、柔輪和剛輪進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),三、研究的內(nèi)容及可行性分析,1、確定諧波齒輪減速器的總體方案設(shè)計(jì)。 (固定CS 輸入WG 輸出FS 雙波傳動(dòng)） 2、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)： （1）、傳動(dòng)比的計(jì)算（及剛輪柔輪齒數(shù)的確定） （2）、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) A、柔輪主要幾何參數(shù)選擇和計(jì)算 齒形，主要嚙合參數(shù)的選擇和計(jì)算 材料及主要結(jié)構(gòu)尺寸的選擇和計(jì)算 參數(shù)化模型建立 借助MATLA

5、B進(jìn)行優(yōu)化程序設(shè)計(jì) B、剛輪和波形發(fā)生器的設(shè)計(jì) （3）、傳動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì) 齒輪齒廓嚙合干涉驗(yàn)算 柔輪的受力分析，強(qiáng)度計(jì)算及校核 3、柔輪 剛輪 波形發(fā)生器的實(shí)體模型建立 4、柔輪有限元分析,將最優(yōu)化數(shù)學(xué)理論與具有強(qiáng)大數(shù)值計(jì)算功能的軟件MATLAB相結(jié)合，運(yùn)用到諧波齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中。 通過建立合理的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，（建立目標(biāo)函數(shù)，選取設(shè)計(jì)變量，建立約束條件） 進(jìn)行優(yōu)化求解，得到最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果。,1.基于MATLAB的諧波減速器減速器優(yōu)化設(shè)計(jì),2020/8/26,（1）諧波齒輪傳動(dòng)嚙合參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) 基準(zhǔn)齒形角，徑向變行系數(shù)0，變位系數(shù)x和嚙入深度系數(shù)h m這些嚙合參數(shù)不僅影響到柔輪的徑向變形，而且

6、對(duì)諧波傳動(dòng)的嚙合性能，承載能力和幾何尺寸都有重要的影響。在保證傳動(dòng)在不產(chǎn)生嚙合干涉的基本準(zhǔn)則下，求得較大的嚙入深度h，利用MATLAB軟件，對(duì)諧波齒輪傳動(dòng)的嚙合參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì) （2）諧波齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì) 為實(shí)現(xiàn)諧波齒輪傳動(dòng)的體積小，重量輕的目標(biāo)，以凸輪波形發(fā)生器的凸輪尺寸為限制尺寸，利用MATLAB軟件，對(duì)諧波齒輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),2020/8/26,在諧波傳動(dòng)中柔輪會(huì)發(fā)生彈性形變，且工作中其幾何與力學(xué)模型是非常復(fù)雜的，特別是其應(yīng)變規(guī)律與應(yīng)力分布情況對(duì)整個(gè)傳動(dòng)的影響非常大。 因此對(duì)諧波減速器的建模研究及柔輪應(yīng)力應(yīng)變分析是非常必要的。 利用SolidWorks軟件對(duì)諧波三大

7、組件進(jìn)行三維簡(jiǎn)化建模，使模型能順利導(dǎo)入到ANSYS有限元軟件中，并保證模型精度，在ANSYS中進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),2.基于ANSYS的諧波減速器減速器優(yōu)化設(shè)計(jì),2020/8/26,（1）.研究柔輪應(yīng)力分布規(guī)律和變形規(guī)律與外載荷的關(guān)系 模擬諧波減速器的空載和負(fù)載下的真實(shí)工況，研究柔輪的應(yīng)力應(yīng)變情況 （2）.研究柔輪應(yīng)力分布規(guī)律和變形規(guī)律與柔輪壁厚的關(guān)系 對(duì)不同壁厚的柔輪進(jìn)行有限元分析，總結(jié)出其應(yīng)力變化規(guī)律,五、研究方法,利用學(xué)校圖書館、學(xué)校網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(超新閱讀器）、免費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源等大量搜集有關(guān)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的期刊文章、書籍等文獻(xiàn)資料，掌握機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論和方法。 熟悉Matlab的優(yōu)化工具箱對(duì)一般的

8、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行編程和數(shù)值計(jì)算求解 （1）熟悉諧波減速器工作狀況和設(shè)計(jì)要求，對(duì)其結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行分析，得出總體方案。 （2）按照總體方案對(duì)各零部件的運(yùn)動(dòng)關(guān)系進(jìn)行分析得出諧波減速器的整體結(jié)構(gòu)尺寸，然后以各個(gè)零部件為模塊分別利用MATLAB進(jìn)行具體的零部件的設(shè)計(jì)校核計(jì)算，優(yōu)化各零部件的尺寸，再重新調(diào)整整體結(jié)構(gòu)。 （3）利用AutoCAD軟件畫出諧波減速器三大組件零件圖， （4）在根據(jù)二維圖，利用SolidWorks軟件畫出減速器的三維裝配圖。 （5）檢查諧波減速器的裝配圖，確保其準(zhǔn)確性。 （6）利用ANSYS進(jìn)行柔輪有限元分析并進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),18,參考文獻(xiàn),1 辛洪兵，謝金瑞,諧波傳動(dòng)技術(shù)及研究動(dòng)

9、向.北京輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),1999.17(1): p.30-36. 2 北京諧波傳動(dòng)技術(shù)研究所, 諧波傳動(dòng)技術(shù)的新發(fā)展. 齒輪, 1991. 15(2): p. 52-55. 3 沈允文，諧波齒輪傳動(dòng)柔輪的實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析 1994(01) 4 李召華;揚(yáng)帆;韓梅諧波齒輪傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)精度分析 2010(02) 5 孫恒，陳作模. 機(jī)械原理 M.7版. 北京：高等教育出版社，2006. 6 閆艷紅;塑料諧波齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)J;機(jī)械設(shè)計(jì);2002年10期 7 張春宜 郝廣平 劉敏 減速器設(shè)計(jì)實(shí)例精解 2009.7 機(jī)械工業(yè)出版社 8 喬峰麗，鄭江 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 2011.1 電子工業(yè)出版社 9 張佑林.劉文波.李峰活齒端面諧波齒輪嚙合狀態(tài)的幾何模型期刊論文-武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào) 2004(10) 10 姚俊武.王建中諧波減速器在自重構(gòu)機(jī)器人的應(yīng)用研究期刊論文-制造業(yè),Best wishes,