《谐波减速器设计》PPT课件
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• （2）谐波齿轮传动的结构尺寸优化设计
• 为实现谐波齿轮传动的体积小，重量轻的目标，以凸轮波形发生器的 凸轮尺寸为限制尺寸，利用MATLAB软件，对谐波齿轮传动的结构尺 寸进行优化设计
2019/5/22
• 在谐波传动中柔轮会发生弹性形变，且工作中其几何与力 学模型是非常复杂的，特别是其应变规律与应力分布情况 对整个传动的影响非常大。
A、柔轮主要几何参数选择和计算 ① 齿形，主要啮合参数的选择和计算
材料及主要结构尺寸的选择和计算 ② 参Leabharlann Baidu化模型建立
借助MATLAB进行优化程序设计 B、刚轮和波形发生器的设计 （3）、传动优化设计
齿轮齿廓啮合干涉验算 柔轮的受力分析，强度计算及校核 3、柔轮 刚轮 波形发生器的实体模型建立 4、柔轮有限元分析
轮的应力应变情况
• （2）.研究柔轮应力分布规律和变形规律与柔轮 壁厚的关系
•
对不同壁厚的柔轮进行有限元分析，总结出其应力变
化规律
2019/5/22
五、研究方法
利用学校图书馆、学校网络数据库(超新阅读器）、免费网络资源等大量搜集有 关机械优化设计的期刊文章、书籍等文献资料，掌握机械优化设计的基本理论 和方法。
王栎
指导博士：张可
选题背景和意义
1.论文背景
谐波传动是上世纪五十年代后期随着航天技术的发展而出现的一 种重要的新型机械传动方式，被认为是机械传动的重大突破。谐 波机械传动原理是苏联工程师A.摩察尤唯金首先于1947年提出， 1955年第一台用于火箭的谐波齿轮传动是由美国人C.M .Musser 发明的。1960年，C. Walt Musser在发表于美国机械设计杂志 的论文中使用了Harmonic Drive一词，中文翻译为谐波传动或 谐波齿轮传动。此后，在航天飞行器和航天设备上的多次使用， 充分显示了这种传动的优越性。1959年取得了此项发明的专利后， 于1960年正式公开发表了该项技术的详细资料，一九六一年开始 介绍到我国。由于谐波传动具有许多优点，因而获得了广泛的推 广。到上世纪七、八十年代，许多不同类型的谐波传动取得了专 利。
• 2.理论意义
• 普通齿轮传动的减速器，同时啮合的齿数只有5%左右，而 谐波齿轮传动同时啮合齿数多，即承受载荷的齿数多，使 谐波传动的精度高，齿的承载能力大，在速度比和材料都 相同的情况下，受载能力要高出普通减速机不少，实现大 速比、小体积。
• 3.现实意义
• 现在的普通减速机大多存在消耗材料和能源比较多的情况， 谐波减速机传动的效率高和机构本身的特点，加上体积小、 重量轻的优点，是最适合的减速装置。会促进人力、资源 材料和动力的节省 。
• 而且谐波减速机也是一种比较节能的产品，会比较适合节 约型社会的要求。
• 谐波减速机对发电机需要高增速的设备有广阔的应用前景， 今后会有巨大的市场和应用价值 。
2019/5/22
国内外研究现状、发展动态
Mars robots
2019/5/22
Micro Harmonic Drive
2019/5/22
将最优化数学理论与具有强大数值计算功能的软件MATLAB相结 合，运用到谐波齿轮减速器优化设计过程中。
通过建立合理的优化数学模型，（建立目标函数，选取设计变量， 建立约束条件）
进行优化求解，得到最优设计结果。
• （1）谐波齿轮传动啮合参数优化设计
• 基准齿形角α，径向变行系数ω0，变位系数x和啮入深度系数h m这些 啮合参数不仅影响到柔轮的径向变形，而且对谐波传动的啮合性能， 承载能力和几何尺寸都有重要的影响。在保证传动在不产生啮合干涉 的基本准则下，求得较大的啮入深度h，利用MATLAB软件，对谐波齿 轮传动的啮合参数进行优化设计
在了解常规减速器的基础上，需要了解一系列特殊的减速器。
根据谐波传动系统的传动理论 对谐波减速器的三大组件：波形发生器、柔轮和刚轮进行优化设计
三、研究的内容及可行性分析
1、确定谐波齿轮减速器的总体方案设计。 (固定CS 输入WG 输出FS 双波传动） 2、传动机构总体设计： （1）、传动比的计算（及刚轮柔轮齿数的确定） （2）、齿轮传动设计
（3）利用AutoCAD软件画出谐波减速器三大组件零件图，
（4）在根据二维图，利用SolidWorks软件画出减速器的三维装配图。
（5）检查谐波减速器的装配图，确保其准确性。
（6）利用ANSYS进行柔轮有限元分析并进行优化设计
参考文献
[1] 辛洪兵，谢金瑞,谐波传动技术及研究动向.北京轻工业学 院学报,1999.17(1): p.30-36. [2] 北京谐波传动技术研究所, 谐波传动技术的新发展. 齿轮, 1991. 15(2): p. 52-55. [3] 沈允文，谐波齿轮传动柔轮的实验模态分析 1994(01) [4] 李召华;扬帆;韩梅谐波齿轮传动装置的传动精度分析 2010(02) [5] 孙恒，陈作模. 机械原理 [M].7版. 北京：高等教育出版社， 2006. [6] 闫艳红;塑料谐波齿轮传动结构尺寸的优化设计[J];机械设 计;2002年10期 [7] 张春宜 郝广平 刘敏 减速器设计实例精解 2009.7 机械工 业出版社 [8] 乔峰丽，郑江 机械设计基础 2011.1 电子工业出版社 [9] 张佑林.刘文波.李峰活齿端面谐波齿轮啮合状态的几何模 型[期刊论文]-武汉理工大学学报 2004(10) [10] 姚俊武.王建中谐波减速器在自重构机器人的应用研究 [期刊论文]-制造业
• 因此对谐波减速器的建模研究及柔轮应力应变分析是非常 必要的。
• 利用SolidWorks软件对谐波三大组件进行三维简化建模， 使模型能顺利导入到ANSYS有限元软件中，并保证模型精 度，在ANSYS中进行优化设计
2019/5/22
• （1）.研究柔轮应力分布规律和变形规律与外载
荷的关系
•
模拟谐波减速器的空载和负载下的真实工况，研究柔
熟悉Matlab的优化工具箱对一般的机械优化设计问题进行编程和数值计算求解
（1）熟悉谐波减速器工作状况和设计要求，对其结构形状进行分析，得出总体 方案。
（2）按照总体方案对各零部件的运动关系进行分析得出谐波减速器的整体结构 尺寸，然后以各个零部件为模块分别利用MATLAB进行具体的零部件的设计校 核计算，优化各零部件的尺寸，再重新调整整体结构。
CSD长度为R系列的1/3
谐波减速器简介
刚轮（Circular Spline）、柔轮(Flex spline)和波发生器(Wave generator)
2019/5/22
2019/5/22
2019/5/22
三、研究的内容及可行性分析
在阅读大量文献资料的基础上，以理论力学和材料力学为理论基础， 结合在校学习的图学，机械学及计算机等相关知识和生产实习和工 艺实习等实践教学，掌握由原理方案的设想，转化为结构的设计思 路及设计方法。
• 为实现谐波齿轮传动的体积小，重量轻的目标，以凸轮波形发生器的 凸轮尺寸为限制尺寸，利用MATLAB软件，对谐波齿轮传动的结构尺 寸进行优化设计
2019/5/22
• 在谐波传动中柔轮会发生弹性形变，且工作中其几何与力 学模型是非常复杂的，特别是其应变规律与应力分布情况 对整个传动的影响非常大。
A、柔轮主要几何参数选择和计算 ① 齿形，主要啮合参数的选择和计算
材料及主要结构尺寸的选择和计算 ② 参Leabharlann Baidu化模型建立
借助MATLAB进行优化程序设计 B、刚轮和波形发生器的设计 （3）、传动优化设计
齿轮齿廓啮合干涉验算 柔轮的受力分析，强度计算及校核 3、柔轮 刚轮 波形发生器的实体模型建立 4、柔轮有限元分析
轮的应力应变情况
• （2）.研究柔轮应力分布规律和变形规律与柔轮 壁厚的关系
•
对不同壁厚的柔轮进行有限元分析，总结出其应力变
化规律
2019/5/22
五、研究方法
利用学校图书馆、学校网络数据库(超新阅读器）、免费网络资源等大量搜集有 关机械优化设计的期刊文章、书籍等文献资料，掌握机械优化设计的基本理论 和方法。
王栎
指导博士：张可
选题背景和意义
1.论文背景
谐波传动是上世纪五十年代后期随着航天技术的发展而出现的一 种重要的新型机械传动方式，被认为是机械传动的重大突破。谐 波机械传动原理是苏联工程师A.摩察尤唯金首先于1947年提出， 1955年第一台用于火箭的谐波齿轮传动是由美国人C.M .Musser 发明的。1960年，C. Walt Musser在发表于美国机械设计杂志 的论文中使用了Harmonic Drive一词，中文翻译为谐波传动或 谐波齿轮传动。此后，在航天飞行器和航天设备上的多次使用， 充分显示了这种传动的优越性。1959年取得了此项发明的专利后， 于1960年正式公开发表了该项技术的详细资料，一九六一年开始 介绍到我国。由于谐波传动具有许多优点，因而获得了广泛的推 广。到上世纪七、八十年代，许多不同类型的谐波传动取得了专 利。
• 2.理论意义
• 普通齿轮传动的减速器，同时啮合的齿数只有5%左右，而 谐波齿轮传动同时啮合齿数多，即承受载荷的齿数多，使 谐波传动的精度高，齿的承载能力大，在速度比和材料都 相同的情况下，受载能力要高出普通减速机不少，实现大 速比、小体积。
• 3.现实意义
• 现在的普通减速机大多存在消耗材料和能源比较多的情况， 谐波减速机传动的效率高和机构本身的特点，加上体积小、 重量轻的优点，是最适合的减速装置。会促进人力、资源 材料和动力的节省 。
• 而且谐波减速机也是一种比较节能的产品，会比较适合节 约型社会的要求。
• 谐波减速机对发电机需要高增速的设备有广阔的应用前景， 今后会有巨大的市场和应用价值 。
2019/5/22
国内外研究现状、发展动态
Mars robots
2019/5/22
Micro Harmonic Drive
2019/5/22
将最优化数学理论与具有强大数值计算功能的软件MATLAB相结 合，运用到谐波齿轮减速器优化设计过程中。
通过建立合理的优化数学模型，（建立目标函数，选取设计变量， 建立约束条件）
进行优化求解，得到最优设计结果。
• （1）谐波齿轮传动啮合参数优化设计
• 基准齿形角α，径向变行系数ω0，变位系数x和啮入深度系数h m这些 啮合参数不仅影响到柔轮的径向变形，而且对谐波传动的啮合性能， 承载能力和几何尺寸都有重要的影响。在保证传动在不产生啮合干涉 的基本准则下，求得较大的啮入深度h，利用MATLAB软件，对谐波齿 轮传动的啮合参数进行优化设计
在了解常规减速器的基础上，需要了解一系列特殊的减速器。
根据谐波传动系统的传动理论 对谐波减速器的三大组件：波形发生器、柔轮和刚轮进行优化设计
三、研究的内容及可行性分析
1、确定谐波齿轮减速器的总体方案设计。 (固定CS 输入WG 输出FS 双波传动） 2、传动机构总体设计： （1）、传动比的计算（及刚轮柔轮齿数的确定） （2）、齿轮传动设计
（3）利用AutoCAD软件画出谐波减速器三大组件零件图，
（4）在根据二维图，利用SolidWorks软件画出减速器的三维装配图。
（5）检查谐波减速器的装配图，确保其准确性。
（6）利用ANSYS进行柔轮有限元分析并进行优化设计
参考文献
[1] 辛洪兵，谢金瑞,谐波传动技术及研究动向.北京轻工业学 院学报,1999.17(1): p.30-36. [2] 北京谐波传动技术研究所, 谐波传动技术的新发展. 齿轮, 1991. 15(2): p. 52-55. [3] 沈允文，谐波齿轮传动柔轮的实验模态分析 1994(01) [4] 李召华;扬帆;韩梅谐波齿轮传动装置的传动精度分析 2010(02) [5] 孙恒，陈作模. 机械原理 [M].7版. 北京：高等教育出版社， 2006. [6] 闫艳红;塑料谐波齿轮传动结构尺寸的优化设计[J];机械设 计;2002年10期 [7] 张春宜 郝广平 刘敏 减速器设计实例精解 2009.7 机械工 业出版社 [8] 乔峰丽，郑江 机械设计基础 2011.1 电子工业出版社 [9] 张佑林.刘文波.李峰活齿端面谐波齿轮啮合状态的几何模 型[期刊论文]-武汉理工大学学报 2004(10) [10] 姚俊武.王建中谐波减速器在自重构机器人的应用研究 [期刊论文]-制造业
• 因此对谐波减速器的建模研究及柔轮应力应变分析是非常 必要的。
• 利用SolidWorks软件对谐波三大组件进行三维简化建模， 使模型能顺利导入到ANSYS有限元软件中，并保证模型精 度，在ANSYS中进行优化设计
2019/5/22
• （1）.研究柔轮应力分布规律和变形规律与外载
荷的关系
•
模拟谐波减速器的空载和负载下的真实工况，研究柔
熟悉Matlab的优化工具箱对一般的机械优化设计问题进行编程和数值计算求解
（1）熟悉谐波减速器工作状况和设计要求，对其结构形状进行分析，得出总体 方案。
（2）按照总体方案对各零部件的运动关系进行分析得出谐波减速器的整体结构 尺寸，然后以各个零部件为模块分别利用MATLAB进行具体的零部件的设计校 核计算，优化各零部件的尺寸，再重新调整整体结构。
CSD长度为R系列的1/3
谐波减速器简介
刚轮（Circular Spline）、柔轮(Flex spline)和波发生器(Wave generator)
2019/5/22
2019/5/22
2019/5/22
三、研究的内容及可行性分析
在阅读大量文献资料的基础上，以理论力学和材料力学为理论基础， 结合在校学习的图学，机械学及计算机等相关知识和生产实习和工 艺实习等实践教学，掌握由原理方案的设想，转化为结构的设计思 路及设计方法。