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1、e题 目 谐波齿轮工作状态下的应力分析 学生姓名 e 学号 e 所在学院 e 专业班级 e 指导教师 e _ _ 完成地点 e 2009 年 06 月 12 日谐波齿轮工作状态下的应力分析e（e）指导老师：e摘要谐波齿轮传动作为一种新型的传动技术在最近的几十年里发展的速度非常快。谐波齿轮传动主要是依靠柔轮的弹性变形来传递运动和载荷的。由于谐波齿轮传动过程的复杂性，至今还有不少问题没有很好的解决。所以对谐波齿轮传动过程的研究具有重要的实际意义。本文主要对谐波齿轮传动关键零件的力学特性进行了研究，同时对柔轮的运动特性作出了一定的分析。本文主要内容：阐述及分析了谐波齿轮传动技术的发展趋势、研究现状，
2、介绍了谐波齿轮传动的原理、结构及特点，谐波齿轮传动中柔轮变形规律；在三维造型软件proe中建立谐波齿轮传动装置的实体模型，通过有限元接触分析对齿间的接触力进行分析。分析了柔轮壳体中的应力大小和分布规律。 由于柔轮的应力应变情况在波发生器的作用下发生连续性的弹性变形，长时间承受着交变应力的作用，谐波齿轮传动的使用寿命在相当大的程度上取决于柔轮的强度。本文中关于柔轮应力分布的研究方法和研究结论，为提高谐波齿轮使用寿命的具有重要的参考意义。关键词:谐波齿轮传动，柔轮，有限元分析，力学特性Analysis of Mechanical Characteristics of Harmonic Drivee
3、eTutor：eAbstractAs a new transmission technology，the development speed of harmonic gear drive is very fast in recent decades. Harmonic gear drive mainly relies on the elastic deformation to transmit motion and loads. Because of the complexity of the harmonic gear drive process, since there are many
4、problems not well solved. So the study of harmonic gear drive process has important practical significance. In this paper, the mechanical characteristics of the key parts of the harmonic gear drive is studied, and the motion characteristics of the flexible wheel made some analysis. The main contents
5、 of this paper: the description and analysis of the research status, development trend of harmonic gear drive technology, introduces the principle, structure and characteristic of harmonic gear drive, Flexspline in harmonic gear driving deformation; solid model of the harmonic gear drive based on 3D
6、 modeling software PROE, the finite element contact analysis on the tooth contact stress between analysis. Analysis of flexible wheel in the stress size and distribution.Because of the flexspline stress strain occurs in continuity of wave generator under the effect of elastic deformation, long time
7、under the action of alternating stress, the life of harmonic gear drive to a large extent depends on the strength of the flexible wheel. In the article about soft round the research method and conclusion of stress distribution, to improve the service life of the harmonic gear has important reference
8、 significance.Keywords: Harmonic gear drive, Flexible gear, Finite element analysis, Mechanical properties目 录引 言6第一章 绪论61.1谐波齿轮传动国内外发展现状61.1.1谐波齿轮传动国外发展现状61.1.2谐波齿轮传动国内发展现状71.2谐波齿轮传动研究趋势71.3谐波齿轮传动应用91.4研究内容及意义101.4.1研究内容101.4.2研究意义111.5本章小结12第2章 谐波齿轮传动原理及建模132.1谐波齿轮传动的组成132.2谐波齿轮传动装置传动的基本原理及特点142.2.
9、1 谐波齿轮传动装置传动的基本原理142.2.2谐波齿轮传动的特点152.3 谐波齿轮设计162.3.1 设计要求162.3.2 主要参数162.4建立模型172.5本文的模型简化主要有以下几点:192.6本章小结20第三章 有限元分析法的介绍213.1有限元分析基本理论213.1.1有限元法概述213.1.2有限元法分析步骤213.2谐波齿轮传动应力分析233.2.1建立有限元模型233.2.2实体模型简化233.3 本章小结24第四章 谐波齿轮的有限元分析254.1谐波齿轮的有限元模型254.1.1 谐波齿轮有限元模型的建立254.1.2 单元类型选择264.1.3 接触定义264.1.4
10、 网格划分274.1.4 加载与约束294.1.5 求解计算324.2 有限元结果及分析324.3 本章小结34第五章 总结与展望355.1总结355.2展望35致 谢36参考文献37附 件引 言波传动是20世纪50年代中期随着空间科学技术的发展，在薄壳弹性变形的理论基础上发展起来的一种新型传动技术。其传动比大而且范围宽，同时啮合的齿数多，传动精度高，可以在密闭空间和介质辐射的工况下传递运动，并在真空条件下具有足够高的工作能力。再者其结构简单、体积小、重量轻、噪音低、承载能力高而且传动间隙非常小。近几十年来，已由空间技术领域被迅速推广到能源、通讯、机床、仪器仪表、机器人、汽车及医疗器械等领域。
11、第一章 绪论1.1谐波齿轮传动国内外发展现状1.1.1谐波齿轮传动国外发展现状1955 年对于机械传动领域来说是一个新的转折点，美国的 C.M.Musser 在这一年制造了全球第一台谐波齿轮减速器，这就意味着一种新型的传动技术谐波齿轮传动技术从此诞生。世界上各个工业发达的国家都有一大批研究人员在接下来的几十年里专门从事谐波齿轮传动技术的研究和创新，特别是一些科技强国（像美国、日本、前苏联等）更是花费了相当大的人力和财力，这就使这些国家的谐波齿轮传动技术得到了飞速的发展。近几年来，一些西欧国家（例如德国、英国、法国等）也开始投入大量的人力和财力对谐波齿轮传动技术进行深层的研究。日本作为一个科技强
12、国非常重视新技术的研究，所以在谐波齿轮传动技术上投入了大量的精力。除此之外，日本国内还有很多公司也在致力于这项技术的研究，例如，日本的 Hasegawa 齿轮公司在 1964 年研制了谐波齿轮减速器，在实际生产和工作中非常实用；之后 Hasegawa 公司与 USM 公司于 1970 年又在日本东京联合创办了谐波传动系统有限公司（Harmonic Drive System Inc.）。谐波传动系统有限公司在这次的合作中从 Hasegawa 公司手中得到了谐波齿轮传动装置的商业权益。与此同时，日本在 70 年代以后开始从美国引进谐波齿轮传动的先进技术，并在此技术基础上进一步研究和创新，现在不但可
13、以根据实际工作和生产需要研制各种各样的谐波齿轮传动机构，而且还在理论上和实践上实现了谐波齿轮传动机构的标准化、系列化。60 年代初期，前苏联也投入了大量的人力和财力开始致力于谐波齿轮传动的技术的研究和探索。为了对该领域进行深入的、较系统的研究，他们专门集中了一大批研究人员从基础理论和试验分析两个方面进行深入研究。除此之外，还有一些科研机构（例如莫斯科褒曼工业大学、前苏联减速器研究所、苏联机械研究所、列宁格勒光学精密机械研究所等）也都致力于这方面的开发研究。目前在谐波齿轮传动的结构、类型、应用等方面取得了显著的成果。接下来又在 70年代实现了“全苏通用谐波减速器标准 FOCT21108-78”标
14、准系列化。1.1.2谐波齿轮传动国内发展现状1961 年，我国也投入了大量的人力和财力开始致力于谐波齿轮传动技术的科研工作，经过众多科研工作者的共同努力我国已经在研制、实际应用等方面取得了很大的成果。迄今为止，在全国已经有几十家科研单位开始致力于谐波齿轮传动技术的研究与开发，而且前后根据实际工作和生产的需要开发研制了各种各样的谐波齿轮传动装置。例如一种高精度的谐波齿轮传动装置，其回差非常小，最大值还不到 4，而且传动精度也非常高，传动误差在 9以下；用于水下探测用的谐波齿轮传动装置，其中最典型的就是水下激光探测仪，其内部的驱动装置就是谐波齿轮传动装置；谐波齿轮传动装置也广泛应用于军事方面，导弹发射架和雷达传动系统中的使用的就是这种装置；以及高灵敏度的小型谐波齿轮传动装置，其最大噪声值还不到 45 dB。基于实际应用需要的开发和研究，使我国谐波齿轮传动的科研工作向前迈了关键性的一步。为了系统的深入的研究谐波齿轮传动技术，我国在 1983 年成立了谐波齿轮传动研究室，一年之后在北京通过了“谐波减速器标准系列产品”的鉴定，我国科研工作者在此基础上又做了大量的工作，终于在
