諧波齒輪減速器設(shè)計及性能仿真【說明書+CAD+SOLIDWORKS】
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畢業(yè)設(shè)計(論文)
開題報告
畢業(yè)設(shè)計(論文)題目:諧波齒輪減速器設(shè)計及性能仿真
專 業(yè):
指導(dǎo)教師:
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學(xué) 號:
畢業(yè)時間:
(一)選題的背景及意義
背景:諧波傳動是 20 世紀 50 年代中期隨著空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在薄殼彈性變形的理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型傳動技術(shù)。由于諧波減速器具有回差小、單級減速比范圍大、運動平穩(wěn)、低噪聲、傳動效率高、承載力大、體積小、質(zhì)量輕等多種其他減速器不具備的優(yōu)點,因此一經(jīng)問世就立刻引起了各國的普遍重視。美國、前蘇聯(lián)、日本、德國、英國等國家以及我國都開展了諧波減速器的理論、制造、加工、潤滑等技術(shù)研究,美國等先進國家已將該項技術(shù)大量應(yīng)用于空間飛行器的各種實施展開、驅(qū)動、精密指向、掃描、空間機器人活動關(guān)節(jié)等運動機構(gòu)上,并已推廣應(yīng)用到地面雷達天線、通訊、電子、醫(yī)療器械、工業(yè)機器人、儀器儀表等多種行業(yè)中,獲得了巨大的軍事收益和社會效益。
意義:雖然國內(nèi)外學(xué)者幾乎對該領(lǐng)域所有問題都進行過不同程度的研究,但仍有大量的基礎(chǔ)性工作有待開展。作為決定傳動壽命的柔輪疲勞強度的研究問題一直是研究諧波齒輪傳動的重心。針對柔輪軸向尺寸大的問題,國外諧波齒輪傳動多采用短杯柔輪,其體積小,重量輕、承載能力高;而國內(nèi)的短杯諧波齒輪存在著軸向尺寸大,承載能力不高的缺點。國內(nèi)的短杯諧波技術(shù)還處于研發(fā)階段,沒有成熟的產(chǎn)品。國外雖然有短杯柔輪,但是由于各國所采用的標準不一致和技術(shù)上的封鎖,并考慮到進口產(chǎn)品價格昂貴等因素,所以研究開發(fā)出可以滿足我國在緊湊空間環(huán)境中尺寸小,承載能力相對較大的特殊形狀的諧波減速器對推動我國諧波減速器在宇航空間中的應(yīng)用具有重要的意義。
(二)研究內(nèi)容擬解決的問題
本課題在對諧波傳動及齒輪傳動相關(guān)知識熟練掌握的基礎(chǔ)上,主要完成以下幾個內(nèi)容:確定杯形柔輪的結(jié)構(gòu)、對柔輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行影響分析、諧波減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計、諧波減速器的傳動比、承載能力、傳動效率的性能分析、對諧波減速器的傳動效率、啟動力矩、跑合溫升進行研究。其結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定著諧波傳動的承載能力、傳動性能、結(jié)構(gòu)尺寸、使用壽命和加工工藝性等等。根據(jù)使用實踐和試驗研究,諧波齒輪傳動最主要的失效形式是柔輪的疲勞斷裂,因此,對于諧波齒輪中柔輪的進一步研究已經(jīng)非常必要。由于諧波減速器有眾多的優(yōu)越性,因此諧波傳動得到了廣泛的應(yīng)用。諧波傳動有三個基本運動構(gòu)件—剛輪、柔輪和波發(fā)生器,如圖 1-1 所示,
圖1-1 三大件結(jié)構(gòu)示意
例如:諧波傳動不適用于小速比的傳動,由于速比過小,柔輪的徑向變形量增大,容易疲勞破壞;柔輪和波發(fā)生器的加工困難;對柔性軸承的材料及制造精度要求較高;杯形柔輪雖然應(yīng)用廣泛但是軸向尺寸大;柔輪在苛刻條件下(如高低溫環(huán)境)容易失效。對于諧波齒輪傳動在空間環(huán)境中的應(yīng)用來說,柔輪的軸向尺寸大和柔輪在高低溫環(huán)境下容易發(fā)生強度破壞是兩個比較明顯的問題。
針對所設(shè)計的諧波減速器的具體結(jié)構(gòu)參數(shù),對傳動比、承載能力、傳動效率等參數(shù)做性能分析。分別分析兩大核心部分各自的性能參數(shù)的影響,并給出諧波減速器的性能分析表。
(三)研究方法技術(shù)路線:
研究內(nèi)容:傳統(tǒng)的杯形結(jié)構(gòu)的柔輪在當前的諧波減速器中應(yīng)用極其廣泛,具有結(jié)構(gòu)簡單、聯(lián)接方便、制造容易、剛性較大的特點,具體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-1 所示。但是就目前的產(chǎn)品來說,傳統(tǒng)杯形的柔輪結(jié)構(gòu)的軸向尺寸大的問題沒有得到很好的解決,相比于國外相同機型的產(chǎn)品,還是存在較突出的體積大的缺點。這也大大的限制了諧波減速器在小空間中的應(yīng)用。
圖 2-1 杯形柔輪結(jié)構(gòu)圖
針對傳統(tǒng)杯形柔輪的軸向尺寸較大的問題,本課題設(shè)計了三種不同于傳統(tǒng)杯形結(jié)構(gòu)的柔輪:直角圓弧回形結(jié)構(gòu)的柔輪結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-2 a)所示;“之”字結(jié)構(gòu)的柔輪結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-3 a)所示;直角直線回形結(jié)構(gòu)的柔輪結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-4 a)所示。這三種結(jié)構(gòu)的特殊點在于改變了傳統(tǒng)柔輪的杯筒和杯底結(jié)構(gòu),呈現(xiàn)回折的趨勢。因此,這種提高了諧波減速器可用于結(jié)構(gòu)緊湊的機構(gòu)。
圖 2-2 直角圓弧回形柔輪 圖 2-3 “之”字結(jié)構(gòu)柔輪
圖 2-4 直角直線回形柔輪
研究方法: 通過改進設(shè)計,根據(jù)柔輪在不同工作條件下進行力學(xué)分析,進行三維造型。通過對不同機型柔輪的有限元分析比較,可以看出,相同機型、相同軸向尺寸的四種結(jié)構(gòu)中哪種方式的柔輪結(jié)構(gòu)為最優(yōu)分析模型,分析柔輪各結(jié)構(gòu)參數(shù)對柔輪應(yīng)力的影響。
(三)研究的總體安排和進度計劃
15年第1、2周 畢業(yè)實習(xí),提交實習(xí)報告、開題報告
15年第3、4周 網(wǎng)絡(luò)搜集相關(guān)資料,去圖書館查閱資料,有條件去諧波齒輪減速器工廠參觀,確定最終設(shè)計方案
15年第5、6周 完成文獻綜述以及外文翻譯
15年第7、8周 根據(jù)工作要求,查閱相關(guān)手冊,對各部門機構(gòu)設(shè)
計、計算;從各方面對產(chǎn)品進行綜合評價,校核,修正。
15年第9~11周 提交CAD,設(shè)計計算說明書和三維模型,畢業(yè)設(shè)計初稿
15年第12周 提交畢業(yè)設(shè)計定稿
15年第13周 答辯
(二)參考文獻
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