超磁致伸缩谐波电机柔轮变形与空间齿廓研究

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1、硕士学位论文超磁致伸缩谐波电机柔轮变形与空间齿廓研究ResearchonDeformationofFlexsplineandSpaceMeshingToothProfileofGiantMagnetostrictiveHarmonicMotor学科、专业：学号：21004130大连理工大学DalianUniversityofTechnologyllUllllll1111111IU1111MIIilIIIillY2415015一大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导

2、下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：超磁塾熊缩造遮电扭耋笙变形量窒闻鲎座堡究作者签名：筮擅墓日期：丝堡年—上月—￡日大连理工大学硕士学位论文摘要近年来科学技术突飞猛进的发展，尤其是航天技术及机电一体化技术对谐波传动装置提出越来越高的要求。目前，普通

3、谐波传动常用的运动传递模式一般是电机一减速器一执行机构，各个构件相互独立，轴向尺寸偏大，空间占用较多。因此研究开发一种集驱动与谐波传动于一体的动力单元，对传动系统的微小型化意义重大，关键是采用何种适宜的机电能量转换耦合媒介。近些年来国内外研究人员针对稀土超磁致伸缩材料(GMM)的研究成果及其工程实践经验为本文的研究提供借鉴经验，我们提出一种超磁致伸缩谐波电机方案，它是基于谐波齿轮传动原理结合超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能，以谐波齿轮传动的方式输出力与力矩，使谐波传动的特性发生本质改变，形成全新的结构紧凑、惯

4、量低、响应快、分辨率高的动力单元。为了从根本上实现超磁致伸缩谐波电机传递力与力矩的功能，本文对该传动装置的柔轮变形及其空间齿廓进行了研究，具体研究内容如下：(1)超磁致伸缩谐波装置啮合特性的研究。在传统运动学模型基础之上，针对超磁致伸缩谐波电机轮齿啮合的特殊性建立了谐波传动运动学模型，选取渐开线齿廓作为柔轮齿形，通过包络法研究其轮齿啮合特性，并对共轭齿廓的求解过程进行了研究。(2)超磁致伸缩谐波电机柔轮变形规律的研究。利用有限元分析软件编制相关程序，对有限元接触模型进行仿真分析，提取了空载条件下受顶杆作用

5、的柔轮内壁上的一圈节点位移，采用傅立叶函数的数值方法拟合出柔轮的空载特征曲线；同时，对柔轮齿圈外壁进行了负载仿真分析柔轮的负载变形规律并得到其负载变形函数。(3)超磁致伸缩谐波电机各主要构件结构设计及实体建模。完成谐波装置主要构件的设计计算，并利用三维设计软件的参数化建模方法建立了它们的实体模型，同时对其进行虚拟装配实现了谐波装置的小型集成化。(4)啮合仿真及等宽收缩齿的研究讨论。根据拟合出的柔轮特征曲线，求解得到共轭刚轮齿廓，完成了谐波传动的啮合仿真，包括运动学仿真、刚轮轮齿相对于柔轮齿的运动轨迹仿真；

6、研究柔轮空间变形锥角对啮合的影响，据此对刚轮齿形提出等宽收缩改进措施并对其收缩角取值进行讨论。通过以上的研究，所设计的超磁致伸缩谐波电机不仅能够实现输出力和力矩的功能，而且得到一种既消除啮合过程中的轮齿干涉又避免短轴处脱啮困难的等宽收缩刚轮齿。结果表明：所设计的超磁致伸缩谐波电机达到了预期的设计要求。关键词：超磁致伸缩谐波电机；啮合特性；变形函数；共轭齿廓；等宽收缩刚轮齿超磁致伸缩谐波电机柔轮变形与空间齿廓研究ResearchonDeformationofFlexsplineandSpaceMeshing

7、ToothProfileofGiantMagnetostrictiveHarmonicMotorAbstractWitlltherapiddevelopmentofthesciencetechnologyinrecentyears，theincreasingdemandsofharmonicdrivedevicewereputforwardespeciallyinthefieldsofaerospaceandmechatronics．Atpresent，thecommonmodeofmotiontrans

8、missionfortheordinaryharmonicdriveweremotor—reducer—implementingdevice．Therequirementoftheinstallationspacecouldn’tbesatisfiedfortheindependenceofeachcomponentandthelargerdimensionofaxial．Sotheunitofpowerwhichcombin