口腔CT传动精度要求高,多使用运行平稳、精度效率及安全系数高的谐波减速器,其柔轮转动时因承受交变载荷产生周期变形容易失效。对柔轮齿廓进行设计,运用SolidWorks进行建模,导入Ansys Workbench中进行了静力学分析、模态分析、瞬态动力学分析。结果表明,柔轮应变主要位于波发生器的长短轴处,且沿筒体轴向应变逐渐减小;应力最大值位于波发生器与柔轮接触位置,瞬态动力学分析时最大应力位于齿根与筒体连接处;同时,柔轮应力应变的大小还受齿宽、筒长、筒厚等影响。

针对实际工况中,谐波减速器双圆弧柔轮在啮合传动过程中存在齿轮干涉问题,基于柔轮与刚轮齿面接触分析的有限元法,对柔轮轮齿采用两段螺旋线修形方法进行修形,然后对样机进行了综合性能测试。结果表明,修形后的柔轮对刚轮齿面接触应力最大为72 MPa,相比修形前减小了368 MPa,且修形后的柔轮其他位置的齿面接触应力略高于修形前,不仅有效避免了齿轮干涉问题,还提高了谐波减速器的啮合传动性能;样机的对比测试也验证了柔轮修形后的谐波减速器各项传动性能均优于修形前。该项研究为谐波减速器系统的动态特性和啮合特性分析提供了有益参考。

鉴于机械臂关节中谐波减速器存在迟滞效应,且当其承受交变负载力矩时滞后环节会对其输出精度产生较大影响;多自由度机械臂运动时各个关节所受的负载为非恒定值,分析机械臂末端运动精度时需要考虑关节中谐波减速器的滞后环节;提出了一种具有迟滞效应的刚度模型。结合Stribeck摩擦模型,建立了机械臂动力学模型,通过求解该模型,得到考虑谐波减速器扭转角滞后性的机械臂末端运动轨迹;建立运动精度指标,研究分析了谐波减速器的滞后角及扭转刚度对机械臂运动轨迹精度的影响。研究结果可为机械臂关节中谐波减速器的工程设计提供参考。

柔轮的疲劳开裂是引起谐波减速器精度下降和设备可靠性降低的重要原因。以某型号谐波减速器为研究对象,基于壳体力矩理论建立柔轮等效模型,确定柔轮应力集中的参数;通过有限元仿真,获取柔轮应力最大结点位置,并引入微小角裂纹;通过分析裂尖应力场参量,描述了柔轮裂纹扩展的能力和趋势;基于最大主应力损伤演化准则,通过扩展有限元方法(XFEM)模拟裂纹扩展差异性行为,并搭建加速寿命实验台,验证了扩展有限元模型的正确性。结果表明,裂纹扩展路径与有限元结果吻合;柔轮齿根部及筒体与凸缘交界处应力集中,最易出现疲劳裂纹;裂纹扩展路径受增量步与应力分布影响;应力分布随裂纹扩展程度变化,易引起扩展路径出现偏折现象。

针对谐波减速器随负载变化所表现出的负载转矩与扭转角之间的迟滞特性,导致谐波减速器转换精度下降的问题,构建了忆阻迟滞模型与RBF神经网络并联的谐波减速器混合迟滞模型。将忆阻器模型改进成忆阻迟滞模型,用于描述谐波减速器迟滞输出的基本变化规律;借助具有非线性拟合能力的RBF神经网络对谐波减速器迟滞模型与忆阻迟滞模型之间的差值进行补偿。实验数据验证结果表明,与忆阻迟滞模型相比,所构建的混合迟滞模型能有效描述谐波减速器迟滞的突变和非光滑特性,模型验证均方误差为0.06。

针对柔轮小型化、轻量化、高谐振频率的设计需求,以柔轮内径、长径比、厚径比和齿宽系数为研究变量,基于有限元软件Ansys,采用响应面法参数优化分析探究了各参数变化对柔轮固有频率的影响。结果表明,在柔轮小型化的设计过程中,柔轮内径和长径比的减小会引起其固有频率的增加,厚径比和齿宽系数的减小会导致其固有频率增大;但其固有频率都大于减速器工作的激励频率,因此,不会发生共振,不影响正常工作。

谐波减速器啮合力分布对其承载能力、传动效率、传动精度以及使用寿命有着重要的影响。为了更准确地描述负载状态下柔轮与刚轮之间的啮合状况,提出了一种基于空载侧隙和周向啮合刚度的解析模型。利用几何法计算出装配状态下的空载侧隙;建立并分析了负载条件下柔轮力学模型,得到了周向啮合刚度矩阵。根据空载侧隙和周向啮合刚度矩阵,迭代求解得到不同负载条件下啮合力的分布。建立有限元模型验证了解析模型的准确性,结果基本吻合。

为了优化双圆弧谐波减速器中的柔轮结构,使用SoildWorks软件建立双圆弧齿廓的柔轮三维模型,利用有限元法模拟在装配条件下波发生器对柔轮的变形并建立了接触模型。针对柔轮轮齿上倒角的角度和薄壁圆筒壁厚等结构参数进行了优化,通过ANSYS Workbench对比分析了柔轮在空载和负载情况下,柔轮轮齿上最大等效应力和薄壁圆筒最大等效应力随柔轮结构参数的变化规律。研究为优化谐波减速器中柔轮的结构设计提供了依据,为空载和负载时柔轮的受力分布情况提供了参考。

谐波减速器的传动误差是由零件加工及装配过程中的几何偏心和运动偏心等偏心矢量耦合而成的,具有频域性特点,并且各种单因素引起的传动误差分布概率符合瑞利分布。通过空间运动学、谐波啮合原理,建立了基于瑞利分布的传动误差多因素耦合模型,完成了置信区间可达99%的谐波减速器传动误差的预判模型。通过预判模型能够计算出各传动误差源的权重系数,提出一种基于误差源权重系数、从控制零件加工制造精度重新优化分配传动误差的逆向分析方法,在满足传动误差设计指标的同时,可最大程度降低加工制造的难度及成本,具有重要的工程应用价值。最后,针对40型谐波齿轮减速器进行传动精度的逆向理论分析和实验验证对比,实测结果与理论计算值吻合。

设计了一种以AT89C51Flash 芯片为核心构成的重锤料位检测系统.该系统主要是由机械执行机构和控制电路及显示两部分组成;机械机构部分采用谐波减速器代替传统圆柱齿轮减速器或蜗轮蜗杆减速器,设计一钢丝绳止阻器,其作用为当重锤到达料位时,确保码盘停转,应用软件检测出该信号来进行判别重锤是否下放到料位.该系统简单可靠,实用性强.