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1、王櫟,指導博士：張可,Harmonic Drive,選題背景和意義,1.論文背景 諧波傳動是上世紀五十年代后期隨著航天技術的發(fā)展而出現(xiàn)的一種重要的新型機械傳動方式，被認為是機械傳動的重大突破。諧波機械傳動原理是蘇聯(lián)工程師A.摩察尤唯金首先于1947年提出，1955年第一臺用于火箭的諧波齒輪傳動是由美國人C.M .Musser發(fā)明的。1960年，C. Walt Musser在發(fā)表于美國機械設計雜志的論文中使用了Harmonic Drive一詞，中文翻譯為諧波傳動或諧波齒輪傳動。此后，在航天飛行器和航天設備上的多次使用，充分顯示了這種傳動的優(yōu)越性。1959年取得了此項發(fā)明的專利后，于1960年正式
2、公開發(fā)表了該項技術的詳細資料，一九六一年開始介紹到我國。由于諧波傳動具有許多優(yōu)點，因而獲得了廣泛的推廣。到上世紀七、八十年代，許多不同類型的諧波傳動取得了專利。,2020/8/26,2.理論意義 普通齒輪傳動的減速器，同時嚙合的齒數(shù)只有5%左右，而諧波齒輪傳動同時嚙合齒數(shù)多，即承受載荷的齒數(shù)多，使諧波傳動的精度高，齒的承載能力大，在速度比和材料都相同的情況下，受載能力要高出普通減速機不少，實現(xiàn)大速比、小體積。 3.現(xiàn)實意義 現(xiàn)在的普通減速機大多存在消耗材料和能源比較多的情況，諧波減速機傳動的效率高和機構本身的特點，加上體積小、重量輕的優(yōu)點，是最適合的減速裝置。會促進人力、資源材料和動力的節(jié)省
3、。 而且諧波減速機也是一種比較節(jié)能的產(chǎn)品，會比較適合節(jié)約型社會的要求。 諧波減速機對發(fā)電機需要高增速的設備有廣闊的應用前景，今后會有巨大的市場和應用價值 。,國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài),Marsrobots,2020/8/26,Micro Harmonic Drive,2020/8/26,CSD長度為R系列的1/3,諧波減速器簡介,,,剛輪（Circular Spline）、柔輪(Flex spline)和波發(fā)生器(Wave generator),2020/8/26,2020/8/26,2020/8/26,三、研究的內(nèi)容及可行性分析,,,,在閱讀大量文獻資料的基礎上，以理論力學和材料力學為理論基
4、礎，結合在校學習的圖學，機械學及計算機等相關知識和生產(chǎn)實習和工藝實習等實踐教學，掌握由原理方案的設想，轉化為結構的設計思路及設計方法。 在了解常規(guī)減速器的基礎上，需要了解一系列特殊的減速器。 根據(jù)諧波傳動系統(tǒng)的傳動理論 對諧波減速器的三大組件：波形發(fā)生器、柔輪和剛輪進行優(yōu)化設計,三、研究的內(nèi)容及可行性分析,,,,1、確定諧波齒輪減速器的總體方案設計。 (固定CS 輸入WG 輸出FS 雙波傳動） 2、傳動機構總體設計： （1）、傳動比的計算（及剛輪柔輪齒數(shù)的確定） （2）、齒輪傳動設計 A、柔輪主要幾何參數(shù)選擇和計算 齒形，主要嚙合參數(shù)的選擇和計算 材料及主要結構尺寸的選擇和計算
5、 參數(shù)化模型建立 借助MATLAB進行優(yōu)化程序設計 B、剛輪和波形發(fā)生器的設計 （3）、傳動優(yōu)化設計 齒輪齒廓嚙合干涉驗算 柔輪的受力分析，強度計算及校核 3、柔輪 剛輪 波形發(fā)生器的實體模型建立 4、柔輪有限元分析,,,將最優(yōu)化數(shù)學理論與具有強大數(shù)值計算功能的軟件MATLAB相結合，運用到諧波齒輪減速器優(yōu)化設計過程中。 通過建立合理的優(yōu)化數(shù)學模型，（建立目標函數(shù)，選取設計變量，建立約束條件） 進行優(yōu)化求解，得到最優(yōu)設計結果。,1.基于MATLAB的諧波減速器減速器優(yōu)化設計,2020/8/26,（1）諧波齒輪傳動嚙合參數(shù)優(yōu)化設計 基準齒形角，徑向變行系數(shù)0，變位系數(shù)x
6、和嚙入深度系數(shù)h m這些嚙合參數(shù)不僅影響到柔輪的徑向變形，而且對諧波傳動的嚙合性能，承載能力和幾何尺寸都有重要的影響。在保證傳動在不產(chǎn)生嚙合干涉的基本準則下，求得較大的嚙入深度h，利用MATLAB軟件，對諧波齒輪傳動的嚙合參數(shù)進行優(yōu)化設計 （2）諧波齒輪傳動的結構尺寸優(yōu)化設計 為實現(xiàn)諧波齒輪傳動的體積小，重量輕的目標，以凸輪波形發(fā)生器的凸輪尺寸為限制尺寸，利用MATLAB軟件，對諧波齒輪傳動的結構尺寸進行優(yōu)化設計,2020/8/26,在諧波傳動中柔輪會發(fā)生彈性形變，且工作中其幾何與力學模型是非常復雜的，特別是其應變規(guī)律與應力分布情況對整個傳動的影響非常大。 因此對諧波減速器的建模研究及柔輪應力
7、應變分析是非常必要的。 利用SolidWorks軟件對諧波三大組件進行三維簡化建模，使模型能順利導入到ANSYS有限元軟件中，并保證模型精度，在ANSYS中進行優(yōu)化設計,2.基于ANSYS的諧波減速器減速器優(yōu)化設計,2020/8/26,（1）.研究柔輪應力分布規(guī)律和變形規(guī)律與外載荷的關系 模擬諧波減速器的空載和負載下的真實工況，研究柔輪的應力應變情況 （2）.研究柔輪應力分布規(guī)律和變形規(guī)律與柔輪壁厚的關系 對不同壁厚的柔輪進行有限元分析，總結出其應力變化規(guī)律,五、研究方法,,,,,,,利用學校圖書館、學校網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫(超新閱讀器）、免費網(wǎng)絡資源等大量搜集有關機械優(yōu)化設計的期刊文章、書籍
8、等文獻資料，掌握機械優(yōu)化設計的基本理論和方法。 熟悉Matlab的優(yōu)化工具箱對一般的機械優(yōu)化設計問題進行編程和數(shù)值計算求解 （1）熟悉諧波減速器工作狀況和設計要求，對其結構形狀進行分析，得出總體方案。 （2）按照總體方案對各零部件的運動關系進行分析得出諧波減速器的整體結構尺寸，然后以各個零部件為模塊分別利用MATLAB進行具體的零部件的設計校核計算，優(yōu)化各零部件的尺寸，再重新調整整體結構。 （3）利用AutoCAD軟件畫出諧波減速器三大組件零件圖， （4）在根據(jù)二維圖，利用SolidWorks軟件畫出減速器的三維裝配圖。 （5）檢查諧波減速器的裝配圖，確保其準確性。 （6）利用ANSYS進行柔
9、輪有限元分析并進行優(yōu)化設計,18,參考文獻,,,,1 辛洪兵，謝金瑞,諧波傳動技術及研究動向.北京輕工業(yè)學院學報,1999.17(1): p.30-36. 2 北京諧波傳動技術研究所, 諧波傳動技術的新發(fā)展. 齒輪, 1991. 15(2): p. 52-55. 3 沈允文，諧波齒輪傳動柔輪的實驗模態(tài)分析 1994(01) 4 李召華;揚帆;韓梅諧波齒輪傳動裝置的傳動精度分析 2010(02) 5 孫恒，陳作模. 機械原理 M.7版. 北京：高等教育出版社，2006. 6 閆艷紅;塑料諧波齒輪傳動結構尺寸的優(yōu)化設計J;機械設計;2002年10期 7 張春宜 郝廣平 劉敏 減速器設計實例精解 2009.7 機械工業(yè)出版社 8 喬峰麗，鄭江 機械設計基礎 2011.1 電子工業(yè)出版社 9 張佑林.劉文波.李峰活齒端面諧波齒輪嚙合狀態(tài)的幾何模型期刊論文-武漢理工大學學報 2004(10) 10 姚俊武.王建中諧波減速器在自重構機器人的應用研究期刊論文-制造業(yè),Best wishes,
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