针对柔轮设计中高寿命、高承载能力的问题,以柔轮各部分圆角和波发生器为研究对象,在ANSYS中进行参数化建模,采用中心复合设计方法进行试验采样,并基于响应面法进行优化分析,选取了柔轮刚度和内壁、齿圈、杯底3处应力观测点为观测对象,得出了各圆角尺寸对应力和刚度的影响规律;分析结果表明,增大柔轮各倒角结构尺寸,能有效降低各处应力集中情况,提高柔轮刚度;在综合考虑柔轮应力与刚度变化情况的基础上,选取了柔轮设计最优的结构参数;为增加柔轮刚度,改善柔轮承载能力,在柔轮杯底设计了拔模特征,并对该结构进行了分析和优化;可以增大非标准椭圆凸轮波发生器短轴径向变形量以减小柔轮应力。

由于谐波传动中凸轮变形量理论值与实际不符,引起刚轮与柔轮齿廓干涉,以无公切线双圆弧谐波齿轮为研究对象,基于改进运动学法设计齿形,在Abaqus中建立谐波齿轮有限元模型,提取柔轮长短轴最大径向位移,结合双圆弧齿廓修形原理,采用Matlab进行仿真分析,研究不同凸轮径向变形量对柔轮修形的影响。结果表明,随着凸轮径向变形量增大,柔轮前端轮齿修形量急剧增大,后端轮齿修形量缓慢减小;当凸轮径向变形量为0.49mm左右时,修形后可实现空载下无干涉啮合。有限元法进一步完善了谐波传动齿廓修形原理。