谐波齿轮传动的齿形设计与啮合性能分析

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1、学校代号10532学号S1402W0111分类号TG665密级公开工程硕士学位论文谐波齿轮传动的齿形设计与啮合性能分析学位申请人姓名罗芙荣培养单位机械与运载工程学院导师姓名及职称鄢锉副教授滕瑞品高工学科专业机械工程研究方向机械设计理论与仿真论文提交日期2018年3月20日学校代号：10532学号：S1402W0111密级：公开湖南大学工程硕士学位论文谐波齿轮传动的齿形设计与啮合性能分析学位申请人姓名：罗芙荣导师姓名及职称：鄢锉副教授滕瑞品高工培养单位：机械与运载工程学院专业名称：机械工程论文提交日期：2018年3月20日论文答辩日期：2018年5月13日答辩委员会主席

2、：金湘中教授DesignofToothProfilesandAnalysisofMeshingPerformanceoftheHarmonicGearDrivebyLUOFurongB.E.(HunanUniversity)2014AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinMechanicalEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorAssociateProfes

3、sorYANCuoSeniorEngineerTENGRuipinMay,2018工程硕士学位论文I谐波齿轮传动的齿形设计与啮合性能分析摘要传统齿形的谐波齿轮传动装置在大冲击载荷、高负载的工况下易发生齿面磨损和齿根弯曲疲劳断裂，严重影响谐波齿轮传动的啮合性能，最终降低谐波齿轮减速器的使用寿命。“IH”齿形是基于“S”齿形发明的一种新齿形，其扩大了与齿厚相对的齿沟的幅面和齿根圆弧半径，使齿面接触应力和齿根弯曲应力减少，从而减轻齿面磨损，有效抑制齿根疲劳断裂，延长谐波齿轮减速器的使用寿命。本文以WX-CSG-17-80型谐波齿轮减速器为研究模型，采用实验和模拟相结合的方法

4、，重点研究刚轮与柔轮的齿形，并探讨其啮合性能与轮齿的受力情况。主要研究内容如下：(1)设计谐波齿轮传动装置的总体结构及其主要零部件刚轮、柔轮和波发生器组件的结构，确定其主要的结构参数和相应的几何尺寸。总体结构为单级传动，简单、普遍，效率可达80%~90%；柔轮为短杯型，缩短了工作空间，增大了扭转刚度；刚轮为单端凸台型，便于固定与密封；波发生器轮廓为椭圆状，减小了柔轮表面变形应力。(2)设计刚轮、柔轮的齿形以及波发生器轮廓的形状，并建立对应的方程。利用3D轮廓测量获得试样轮廓上的点数据，并利用MATLAB基于最小二乘原理进行拟合。结果表明，刚轮与柔轮的齿形均由齿根两段圆

5、弧—直线—齿顶两段圆弧构成，波发生器凸轮的轮廓曲线为标准椭圆。(3)用计算机模拟柔轮单个轮齿啮入与啮出刚轮齿槽的过程，结果显示轮齿间并无干涉。同时，结合评价啮合性能的三个指标：同时啮合齿对数、啮合侧隙以及最大啮入深度，利用MATLAB计算并输出整体啮合图和侧隙分布曲线。结果表明，同时啮合齿对数为50对，占总的柔轮齿数的31.25%；最大啮入深度为0.3425；空载、额定载荷以及过载条件下的侧隙变化较为平缓，由此反映整体啮合性能良好。(4)构造谐波齿轮传动装置的有限元分析模型，其中，针对柔轮变形过程的非线性问题，提出了波发生器凸轮与柔轮前端内壁的接触模型，计算了柔轮轮齿

6、在额定载荷作用下的啮合传动过程中受到的应力。结果表明，柔轮齿根最大应力为330.11MPa，有效缓解了应力集中，提高了谐波齿轮的承载能力。关键词：谐波齿轮传动；结构设计；齿形设计；啮合特性；有限元接触分析II工程硕士学位论文AbstractThetraditionaltoothprofileofharmonicgearispronetotoothsurfacewearandbendingfatiguefractureundertheconditionsofhighimpactloadandhighload,whichseriouslyaffectsthemeshing

7、performanceofharmonicgeartransmission,andultimatelyreducestheservicelifeofharmonicgearreducer.The"IH"toothprofileisanewtoothforminventedonthebasisofthe"S"toothprofile,whichenlargesthewidthoftoothgrooveoppositetothetooththicknessandtherootradius,resultinginareductionoftoothsurfa