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高功重比一次性谐波减速器研制

李铁明  
【摘要】:本课题旨在研制一种适用于某型舵机系统的高功重比舵机减速器,该型减速器具有减速比大、传动精度高、承载扭矩大的特点。与常规设计方法设计的同等级减速器相比,本课题研制的谐波减速器尺寸要求更为严格,因此,在对比多种能够实现大减速比和小体积的传动形式的基础上,本课题选择了易轻量化的谐波传动形式。考虑到箭用舵机系统使用寿命较短,故采用一次性机械设计理论进行设计,从增大许用载荷和设计新结构两个方向开展研究工作。首先,通过应力控制低周疲劳试验,得出一次性机械理论下柔轮材料的许用载荷。以此作为依据,设计减速器的传动比分配和整体结构,并利用商用有限元分析软件ANSYS对谐波减速器的薄弱环节柔轮进行应力分析。本课题从两个角度进行了方案设计,第一种方案是充分发挥材料的强度,增大其承受的载荷,实现结构尺寸的减小。但是此方案仍采用双波传动,由于受齿数限制,该方案难以在尺寸上实现较大幅度的减小,所以本文另外从结构形式上进行改进,以单波式波发生器为核心,设计了第二种结构方案。其次,对于双波的波发生器,本文选用传动性能最好的椭圆凸轮结构,而对于单波式波发生器的结构,选用半椭圆半圆的凸轮结构。为了减小一次性谐波减速器的轴向尺寸,以上两种方案都选用了扁平式输出结构。在完成整体设计和校核后,对一次性减速器进行了传动精度计算,并且根据柔轮所承受载荷,结合应力控制低周疲劳试验数据对柔轮寿命进行计算。最后,根据两个设计方案,加工制造两款一次性谐波减速器,并与常规设计方法谐波减速器进行体积、质量等参数对比。对两款新设计谐波减速器进行跑合实验,并利用专用的谐波传动链测试仪进行传动精度测试和承载扭矩试验。测试结果表明双波型一次性谐波减速器的性能较好,能够满足高功重比工况要求,单波型一次性谐波减速器仍需要针对其偏载问题进行进一步的研究。


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