谐波减速器的振动研究与疲劳分析

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1、论文分类号：２学校代码：１０７０８学号：１５０５０２７ｍ＾ｋＡＡＡＡｌＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔ＇ｈｅｓｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ谐波减速器的振动研宄与疲劳分析指导教师姓名：张功学教授：；｜学科名称：机械廳？＿论文提交日期：２０１８年３月１论文答辩曰期：■年５月ＩＩ学位授予单位：陕西科技大学１９Ｉ｜＿ＨＩ｜｜ｊ——————＾？圓申请工学硕士学位论文论文题目

2、：谐波减速器的振动研究与疲劳分析学科门类：工学一级学科：机械工程培养单位：机电工程学院硕士生：马车导师：张功学教授2018年5月VibrationResearchandFatigueAnalysisofHarmonicReducerAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByCheMaSupe

3、rvisor:Prof.GongxueZhangMay2018谐波减速器的振动研究与疲劳分析摘要减速器作为现代机械传动中运用极为普遍的部件一直备受关注，而作为后起之秀的谐波减速器具有体积小、减速比大、振动小等众多高性能优点，其广泛应用于航空航天飞行器、导弹、潜艇、坦克和光学仪器精密传动等军工领域，并涉及到高密封真空传动等高端前沿的精密机械传动行业。本文以80型谐波减速器为研究对象，在充分了解了谐波减速器的主要结构和工作原理的基础上，进行了振动研究和疲劳分析，主要内容如下。1）三维建模及干涉验证。通过对整机进行配合关系

4、分析之后，完成了刚轮、柔轮、柔性轴承和波发生器等关键零部件的精确三维模型设计，通过数据以及模型装配验证结构是否干涉。2）建立数学模型和运动学方程。根据谐波齿轮传动与其他齿轮传动相异的刚度特性，以及考虑到波发生器、柔轮和刚轮之间侧隙的影响，建立了数学模型。根据谐波减速器的输入输出原理以及零部件位置关系，分别建立波发生器与柔轮、柔轮与刚轮之间的交换矩阵和相对运动方程。3）刚—柔耦合分析。通过ADAMS软件建立刚-柔混合模型，对虚拟样机进行刚-柔耦合仿真分析，得到了柔轮与刚轮啮合产生的时间-历程载荷、柔轮速度与位移随时间的

5、变化图，验证了整机模型的正确性。4）整机振动及动力学分析。根据误差源分析以及谐波传动物理模型，建立了系统动力学模型，得出传递函数矩阵和频响函数矩阵。在ANSYSWorkbench软件中，进行动力学分析得出整机的变形云图、应力图、应变图以及最大应力、应变出现的位置。模态分析得出了整机的前八阶模态振型，确定了结构的固有频率和振型，得到了整机在特定频率下的振动方式。谐响应分析得出了整机的频率—振幅曲线，结果显示在570Hz频率下产生了明显共振，求解出特定频率下整机的应力图和变形图。对于谐波减速器整体而言，最容易发生疲劳破坏

6、的零件是柔轮。5）柔轮的疲劳强度分析。对柔轮进一步深入研究，依据光滑圆柱壳体模型，对柔轮进行应力分析，得出沿母线方向的正应力、周向正应力、剪应力以及疲劳强度。再对柔轮进行动力学分析，得出的谐响应分析结果与前8阶模态频率基本吻合，柔轮在530Hz~540Hz频率范围易发生疲劳破坏。瞬态动力学模型求解得出柔轮齿根与光滑筒体过渡处最先疲劳破坏，对于疲劳I安全系数，计算机分析数值与理论计算数值非常接近，验证了理论分析的正确性。最后根据分析结果，对提高整机的强度问题提出了有效建议。通过对80型谐波减速器进行振动研究及疲劳分析，

7、可以更好的为实际生产提供相关依据，为谐波减速器的更优性能做出贡献。关键词：谐波减速器，精确建模，振动分析，动力学分析，疲劳分析IIVibrationResearchandFatigueAnalysisofHarmonicReducerABSTRACTAsawidelyusedcomponentinmodernmachinery,reducerhasattractedmuchattention.Whiletheharmonicreducer,asarisingstar,hasbeenwidelyusedbecauseo

8、fitsadvantages,suchassmallsize,largedecelerationratio,smallvibrationandsoon.Itismainlyusedinthefieldsofadvancedprecisionmechanicaltransmissionsuchasmissile,submarine,tank,op