空间机械臂关节中谐波减速器的研制

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。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的与意义

1.2 国内外发展概况

1.3 本文的主要研究内容

第2章 谐波传动的啮合参数及柔轮尺寸设计

2.1 引言

2.2 齿形及传动比

2.3 啮合参数设计及校验

2.4 柔轮尺寸设计

2.5 柔轮校核

2.6 本章小结

第3章 基于有限元的柔轮尺寸设计

3.1 引言

3.2 理论计算柔轮参数与应力关系

3.3 建立有限元模型

3.4 柔轮结构参数对应力影响

3.5 柔轮尺寸改进

3.6 本章小结

第4章 扭转刚度及疲劳分析

4.1引言

4.2 刚轮与波发生器设计

4.3 扭转刚度有限元分析

4.4 疲劳仿真分析

4.5 本章小结

第5章 谐波减速器性能测试实验

5.1 引言

5.2 跑合实验

5.3 回差测试

5.4 传动精度测试

5.4 机械滞回曲线与扭转刚度测试

5.5 性能指标

5.6 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢