空间机械臂关节中谐波减速器的研制

发布时间：2017-04-01 21:01

  本文关键词：空间机械臂关节中谐波减速器的研制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着天宫一号与神舟系列飞船的成功对接和空间技术快速发展，在空间站中发挥重要作用的空间机械臂也逐渐受到人们的重视。空间机械臂中关节的性能直接影响机械臂工作性能，这也对关节中的机械传动提出了严格要求。由于关节结构紧凑且控制复杂，在关节轴心穿过各种接线既起到保护作用又节省了空间，而一般的谐波减速器轴心孔很小。本课题旨在研制出用于空间机械臂关节中，，在一定的外形安装尺寸以及较大轴心孔径的要求下具有减速比大、传动精度高、扭转刚度大、寿命较大的谐波减速器。 首先根据研究条件选用合适的齿形轮廓和传动比，然后计算变位系数和齿高修形等啮合参数，并验证谐波正常传动不产生干涉的条件。在确定齿轮的分度圆等基本传动尺寸之后，对柔轮尺寸进行了初步设计并且对柔轮进行齿面磨损、疲劳强度、筒底稳定性等进行校核。 然后对柔轮尺寸进行了优化设计。柔轮是谐波减速器寿命的短板，减小柔轮在工作中受的交变应力是优化设计的主要目标。利用有限元工具ANSYS分析柔轮的圆角、壁厚等结构参数对柔轮中应力影响并以此为依据优化柔轮尺寸。 确定柔轮尺寸之后设计刚轮和波发生器，使整体尺寸和轴心孔径尺寸满足设计要求。然后建立并简化刚度分析模型，得到刚度曲线，仿真刚度与实验相对比并分析了差异原因。对疲劳寿命进行有限元仿真分析，得到不同负载力矩作用下对柔轮寿命的影响。 最后对加工完毕的谐波减速器进行性能测试实验。在清洗和检查之后，完成了空载跑合和加载跑合实验。利用光学原理测量了谐波减速器的回差和传动精度。通过加载完成了扭转刚度实验，得到谐波减速器的机械滞回曲线并计算出谐波减速器的扭转刚度。
【关键词】：谐波减速器 有限元分析 柔轮参数优化 扭转刚度 性能测试
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP241.3;TH132.46
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的目的与意义9-13
• 1.2 国内外发展概况13-15
• 1.2.1 谐波传动的国外研究概况13-14
• 1.2.2 谐波传动的国内研究概况14-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 第2章 谐波传动的啮合参数及柔轮尺寸设计16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 齿形及传动比16-17
• 2.3 啮合参数设计及校验17-21
• 2.3.1 啮合参数计算17-19
• 2.3.2 谐波正常传动条件19-21
• 2.4 柔轮尺寸设计21-22
• 2.5 柔轮校核22-25
• 2.5.1 齿面磨损计算22-23
• 2.5.2 柔轮疲劳强度计算23-25
• 2.5.3 柔轮筒体稳定性计算25
• 2.6 本章小结25-26
• 第3章 基于有限元的柔轮尺寸设计26-42
• 3.1 引言26
• 3.2 理论计算柔轮参数与应力关系26-27
• 3.3 建立有限元模型27-30
• 3.3.1 三维 proE 模型简化27-28
• 3.3.2 有限元模型分析28-30
• 3.4 柔轮结构参数对应力影响30-40
• 3.4.1 筒长30-31
• 3.4.2 筒底圆角31-33
• 3.4.3 筒底凸缘圆角33-35
• 3.4.4 筒底凸缘壁厚35-37
• 3.4.5 壳体壁厚37-39
• 3.4.6 齿根圆角39-40
• 3.5 柔轮尺寸改进40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第4章 扭转刚度及疲劳分析42-51
• 4.1 引言42
• 4.2 刚轮与波发生器设计42-45
• 4.2.1 刚轮设计42-43
• 4.2.2 波发生器的设计43-45
• 4.3 扭转刚度有限元分析45-48
• 4.3.1 建立扭转刚度有限元模型45-47
• 4.3.2 扭转刚度分析结果47-48
• 4.4 疲劳仿真分析48-50
• 4.4.1 疲劳分析有限元模型48-49
• 4.4.2 疲劳寿命分析49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 第5章 谐波减速器性能测试实验51-61
• 5.1 引言51
• 5.2 跑合实验51-54
• 5.2.1 清洗检查51-52
• 5.2.2 空载跑合52-53
• 5.2.3 加载跑合53-54
• 5.3 回差测试54-56
• 5.4 传动精度测试56-57
• 5.5 机械滞回曲线与扭转刚度测试57-59
• 5.6 性能指标59-60
• 5.7 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-67
• 致谢67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 唐勇;许焰;贺静;;双圆弧齿轮精确建模与分析[J];长沙大学学报;2006年02期

2 刘书海,董慧敏,邹开其;基于运动几何学的谐波齿轮传动双圆弧齿形优化设计[J];大连大学学报;2002年02期

3 沈允文;;谐波齿轮传动的运动学[J];齿轮;1986年03期

4 崔博文,沈允文;谐波齿轮传动的接触状态分析及侧隙计算[J];机械科学与技术;1996年04期

5 高海波;李志刚;邓宗全;;基于ANSYS的杯形柔轮结构参数对柔轮应力的敏感度分析[J];机械工程学报;2010年05期

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本文编号：281266