□ 陈 博 □ 闫 恒 □ 张建荣 □ 杨 健

1.兰州理工大学 机电工程学院 兰州 730050 2.中航工业兰州万里机电有限责任公司 兰州 730070

1 研究背景

谐波齿轮传动广泛应用于航空、航天、深海等国防设备的精密仪器中。谐波减速器在传动精度、传动比、回转误差、使用空间、体积、质量等方面,与普通齿轮减速器相比有很大优势[1]。在传递扭矩等性能不变的前提下,谐波减速器筒身长度缩短,可以使体积及质量减小,在战斗机、无人机、卫星等对质量和体积有较高要求的项目中有重要意义。然而,随着谐波减速器柔轮筒长的缩短,也带来了一些不可避免的问题。如图1所示,柔轮的应力随着筒长的缩短而急剧增大,同时导致柔轮齿圈内部与柔性轴承自然贴合张角由θ2增大到θ1,柔轮轮齿偏斜严重,重合度降低,柔轮整体寿命缩短。通过研究,使柔轮筒长缩短,并有效弱化或消除以上问题,是谐波减速器柔轮发展的方向之一[2]。

在谐波减速器柔轮结构优化方面,已有学者进行了大量研究,并取得了一定的研究成果。柔轮结构优化时,分析柔轮长径比、齿根壁厚、齿宽、啮齿对数、最大径向变形量、杯底倒角等结构参数对柔轮变形及应力的影响,通过设计正交试验进行多目标优化[3-4]。

▲图1 柔轮齿圈内部与柔性轴承自然贴合张角对比

柔轮结构优化的目的是消除柔轮齿圈局部应力集中。部分学者对目前固有的柔轮结构做出了大胆设计,以解决柔轮应力集中问题。王迪[5]在原杯形柔轮的基础上提出三种新型柔轮结构,分别为直线圆角回型、“之”字形、直线直角回型且保持轴向尺寸不变,通过接触分析对这三种新型柔轮结构进行性能排序。……