《谐波减速器设计》PPT课件.ppt

1、王栎指导博士：张可 选题背景和意义1.1.论文背景论文背景谐波传动是上世纪五十年代后期随着航天技术的发展而出现的一谐波传动是上世纪五十年代后期随着航天技术的发展而出现的一种重要的新型机械传动方式，被认为是机械传动的重大突破。谐种重要的新型机械传动方式，被认为是机械传动的重大突破。谐波机械传动原理是苏联工程师波机械传动原理是苏联工程师A.A.摩察尤唯金首先于摩察尤唯金首先于19471947年提出，年提出，19551955年第一台用于火箭的谐波齿轮传动是由美国人年第一台用于火箭的谐波齿轮传动是由美国人C.M.MusserC.M.Musser发明的。发明的。19601960年，年，C.Walt Mu

2、sserC.Walt Musser在发表于美国机械设计杂志的在发表于美国机械设计杂志的论文中使用了论文中使用了Harmonic DriveHarmonic Drive一词，中文翻译为谐波传动或谐波一词，中文翻译为谐波传动或谐波齿轮传动。齿轮传动。此后，在航天飞行器和航天设备上的多次使用，充分此后，在航天飞行器和航天设备上的多次使用，充分显示了这种传动的优越性。显示了这种传动的优越性。19591959年取得了此项发明的专利后，于年取得了此项发明的专利后，于19601960年正式公开发表了该项技术的详细资料，一九六一年开始介年正式公开发表了该项技术的详细资料，一九六一年开始介绍到我国。由于谐波传动

3、具有许多优点，因而获得了广泛的推广。绍到我国。由于谐波传动具有许多优点，因而获得了广泛的推广。到上世纪七、八十年代，许多不同类型的谐波传动取得了专利。到上世纪七、八十年代，许多不同类型的谐波传动取得了专利。2.理论意义 普通齿轮传动的减速器，同时啮合的齿数只有5%左右，而谐波齿轮传动同时啮合齿数多，即承受载荷的齿数多，使谐波传动的精度高，齿的承载能力大，在速度比和材料都相同的情况下，受载能力要高出普通减速机不少，实现大速比、小体积。3.现实意义 现在的普通减速机大多存在消耗材料和能源比较多的情况，谐波减速机传动的效率高和机构本身的特点，加上体积小、重量轻的优点，是最适合的减速装置。会促进人力、

4、资源材料和动力的节省。而且谐波减速机也是一种比较节能的产品，会比较适合节约型社会的要求。谐波减速机对发电机需要高增速的设备有广阔的应用前景，今后会有巨大的市场和应用价值。国内外研究现状、发展动态 Mars robotsMicro Harmonic Drive CSD长度为R系列的1/3谐波减速器简介刚轮（Circular Spline）、柔轮(Flex spline)和波发生器(Wave generator)三、研究的内容及可行性分析在阅读大量文献资料的基础上，以理论力学和材料力学为理论基础，结合在校学习的图学，机械学及计算机等相关知识和生产实习和工艺实习等实践教学，掌握由原理方案的设想，转化

5、为结构的设计思路及设计方法。在了解常规减速器的基础上，需要了解一系列特殊的减速器。根据谐波传动系统的传动理论对谐波减速器的三大组件：波形发生器、柔轮和刚轮进行优化设计三、研究的内容及可行性分析1、确定谐波齿轮减速器的总体方案设计。(固定CS 输入WG 输出FS 双波传动）2、传动机构总体设计：（1）、传动比的计算（及刚轮柔轮齿数的确定）（2）、齿轮传动设计 A、柔轮主要几何参数选择和计算 齿形，主要啮合参数的选择和计算 材料及主要结构尺寸的选择和计算 参数化模型建立 借助MATLAB进行优化程序设计 B、刚轮和波形发生器的设计（3）、传动优化设计 齿轮齿廓啮合干涉验算 柔轮的受力分析，强度计算

6、及校核3、柔轮 刚轮 波形发生器的实体模型建立4、柔轮有限元分析将最优化数学理论与具有强大数值计算功能的软件MATLAB相结合，运用到谐波齿轮减速器优化设计过程中。通过建立合理的优化数学模型，（建立目标函数，选取设计变量，建立约束条件）进行优化求解，得到最优设计结果。（1）谐波齿轮传动啮合参数优化设计）谐波齿轮传动啮合参数优化设计基准齿形角，径向变行系数0，变位系数x和啮入深度系数h m这些啮合参数不仅影响到柔轮的径向变形，而且对谐波传动的啮合性能，承载能力和几何尺寸都有重要的影响。在保证传动在不产生啮合干涉的基本准则下，求得较大的啮入深度h，利用MATLAB软件，对谐波齿轮传动的啮合参数进行

7、优化设计（2）谐波齿轮传动的结构尺寸优化设计）谐波齿轮传动的结构尺寸优化设计为实现谐波齿轮传动的体积小，重量轻的目标，以凸轮波形发生器的凸轮尺寸为限制尺寸，利用MATLAB软件，对谐波齿轮传动的结构尺寸进行优化设计 在谐波传动中柔轮会发生弹性形变，且工作中其几何与力学模型是非常复杂的，特别是其应变规律与应力分布情况对整个传动的影响非常大。因此对谐波减速器的建模研究及柔轮应力应变分析是非常必要的。利用SolidWorks软件对谐波三大组件进行三维简化建模，使模型能顺利导入到ANSYS有限元软件中，并保证模型精度，在ANSYS中进行优化设计 （1）.研究柔轮应力分布规律和变形规律与外载研究柔轮应力

8、分布规律和变形规律与外载荷的关系荷的关系 模拟谐波减速器的空载和负载下的真实工况，研究柔轮的应力应变情况 （2）.研究柔轮应力分布规律和变形规律与柔轮研究柔轮应力分布规律和变形规律与柔轮壁厚的关系壁厚的关系 对不同壁厚的柔轮进行有限元分析，总结出其应力变化规律五、研究方法 利用学校图书馆、学校网络数据库(超新阅读器）、免费网络资源等大量搜集有关机械优化设计的期刊文章、书籍等文献资料，掌握机械优化设计的基本理论和方法。熟悉Matlab的优化工具箱对一般的机械优化设计问题进行编程和数值计算求解（1）熟悉谐波减速器工作状况和设计要求，对其结构形状进行分析，得出总体方案。（2）按照总体方案对各零部件的

9、运动关系进行分析得出谐波减速器的整体结构尺寸，然后以各个零部件为模块分别利用MATLAB进行具体的零部件的设计校核计算，优化各零部件的尺寸，再重新调整整体结构。（3）利用AutoCAD软件画出谐波减速器三大组件零件图，（4）在根据二维图，利用SolidWorks软件画出减速器的三维装配图。（5）检查谐波减速器的装配图，确保其准确性。（6）利用ANSYS进行柔轮有限元分析并进行优化设计18参考文献1 1 辛洪兵，谢金瑞辛洪兵，谢金瑞,谐波传动技术及研究动向谐波传动技术及研究动向.北京轻工业学北京轻工业学院学报院学报,1999.17(1):p.30-36.2 2 北京谐波传动技术研究所北京谐波传动

10、技术研究所,谐波传动技术的新发展谐波传动技术的新发展.齿轮齿轮,1991.15(2):p.52-55.3 3 沈允文，谐波齿轮传动柔轮的实验模态分析沈允文，谐波齿轮传动柔轮的实验模态分析 1994(01)1994(01)4 4 李召华李召华;扬帆扬帆;韩梅谐波齿轮传动装置的传动精度分析韩梅谐波齿轮传动装置的传动精度分析 2010(02)2010(02)5 5 孙恒，陈作模孙恒，陈作模.机械原理机械原理 M M.7.7版版.北京：高等教育出版社，北京：高等教育出版社，2006.6 6 闫艳红闫艳红;塑料谐波齿轮传动结构尺寸的优化设计塑料谐波齿轮传动结构尺寸的优化设计J;机械设机械设计计;2002

11、年年10期期 7 7 张春宜张春宜 郝广平郝广平 刘敏刘敏 减速器设计实例精解减速器设计实例精解 2009.7 机械工机械工业出版社业出版社8 8 乔峰丽，郑江乔峰丽，郑江 机械设计基础机械设计基础 2011.1 电子工业出版社电子工业出版社9 9 张佑林张佑林.刘文波刘文波.李峰活齿端面谐波齿轮啮合状态的几何模李峰活齿端面谐波齿轮啮合状态的几何模型型 期刊论文期刊论文-武汉理工大学学报武汉理工大学学报 2004(10)2004(10)1010 姚俊武姚俊武.王建中谐波减速器在自重构机器人的应用研究王建中谐波减速器在自重构机器人的应用研究 期刊论文期刊论文-制造业制造业Best wishesBest wishes