具有复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计研究-论文.pdf

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1、机械设计与制造第2期96MachineryDesign&Manufacture2014年2月具有复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计研究邱建喜，杨为，段成财(重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400030)摘要：针对谐波减速器的柔轮存在着易发生疲劳的问题，从复合层的本构关系出发，进行了复合材料铺层角和叠层次序的力争性能研究。提出了以铺层角度和铺层顺序为优化变量，Tsai—wu材料失效准则为约束条件，单层层内应力最小为优化目标的数学模型，采用粒子群优化算法得到了最优的铺层角和叠层顺序。对采用优

2、化设计后的谐波减速器进行了瞬态动力学分析，分析结果表明：与原结构相比，具有复合层结构柔轮的最大VonMises应力降低了12．5％，最大应力位置由柔轮的齿根部变为柔轮齿圈内表面，在一定程度下可提高柔轮的使用寿命。关键词：谐波减速器；柔轮；复合材料；铺层顺序优化；粒子群优化中图分类号：TH16；TH132．46文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)02—0096—04ResearchonPerformanceOptimizingDesignofFlexplineofHarmonicR

3、educerwithCompositeLayerQIUJian—xi，YANGWei，DUANCheng—cai(StateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission，ChongqingUniversity，Chongqing400030，China)Abstract：Theproblemoftheflexsplineofharmonicdrivingisvulnerabletothefatigue，andthemechanicalpropertiesofcompo

4、sitelayerswhicharemadeofdiferentplyanglesandstackingsequenceayecarriedoutbasedontheconstitutiverelationofcompasitelayer．Theoptimizedmathematicalmodelisproposed，whichplyangleandstackingsequenceareconsideredasoptimizationvariables，andTsai—Wufailurecrite

5、rionisconsideredasconstraintcondition，andminimumstressinsinglelayerisconsideredasoptimizationobjective．Theoptimalresuhsofpangleandstackingsequenceareobtainedusingparticleswarmalgorithm．Transientdynamicsanalysisoftheoptimizedharmonicdrivereducersisachi

6、eved．Theresultsareshown，maximumVonMisesstressontheflexsplinewithcompositeisreducednearly12．5％．andthemaximalstresspositionalsoischangedfromroottoinnersurfaceofthegearring．Tosomeextent，themethodputforwardcanenhancelifespanoftheflexspline．KeyWords：Harmon

7、icDrive；Flexspline；CompositeLayer；StackingSequenceOptimization；ParticleSwarmAlgorithm1引言题，国内外学者对柔轮不断深人的研究，希望通过改变柔轮形状、结构和材料特『生等方法来提高其疲劳寿命。近年来随着碳纤维和谐波齿轮传动是一种利用柔轮弹性变形来实现动力传递，环氧树脂等复合材料相继研制成功，复合材料表现出的优异的力具有结构简单、重量轻、体积小、单级传动比大、传动精度高、啮合学性能使其得到了应用，如韩国研究人员使用净成

8、形技术制造了齿对数多、承载能力大、回差小等优点，至今仍广泛地应用于航空复合材料的柔轮并使用在摆线式谐波传动上，得到良好的静态和航天、机器人、通用机械、机床仪表等领域_l_。在动力传递过程中，动态特性。但相关的研究内容限于对柔轮的实验分析和有限柔轮作为弹性薄壁构件，在载荷作用下产生周期性变形，啮合载元分析，对于如何解决柔轮的疲劳应力损坏这一难题，目前还没荷沿圆周呈非均匀分布，与柔轮中性线不相切，柔轮发生周向扭有相关的理论研究。因此，从复合层的本构关系出发，进行了复合转变形的同时，还要