谐波减速器改性凸轮波发生器的设计

　　２０２２ 年第 ４１ 卷６ 月第 ６ 期机 械 科 学 与 技 术Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｕｎｅＶｏｌ．４１２０２２Ｎｏ．６ｈｔｔｐ：／ ／ ｊｏｕｒｎａｌｓ．ｎｗｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／收稿日期：２０２０ ０８ ０６基金项目：湖北省技术创新专项（重大项目）（２０１９ＡＡＡ０６８）作者简介：韩金林（１９９６－），硕士研究生，研究方向为谐波减速器设计与动力特性研究，＠ １６３．ｃｏｍ∗ 通信作者：李波，教授，博士，ｗｈｌｉｂｏ１６３＠ １６３．ｃｏｍ韩金林，李波，李朋飞，等．谐波减速器改性凸轮波发生器的设计［Ｊ］．机械科学与技术，２０２２，４１（６）：８８５⁃８９０谐波减速器改性凸轮波发生器的设计韩金林 １ ，李波 ∗，１ ，李朋飞 １ ，邓宏碧 １ ，张烨恒 １ ，吴俊峰 ２ ，陈芳 ２（１． 武汉理工大学 智能制造与控制研究所，武汉 ４３００６３；２． 湖北科峰智能传动股份有限公司，湖北黄冈 ４３８０００）摘要：波发生器是柔轮受力特性研究的关键。 为能够提高柔轮的寿命，提出了一种新的改性凸轮波发生器作用于柔轮。 ...

　　２０２２ 年第 ４１ 卷６ 月第 ６ 期机 械 科 学 与 技 术Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＪｕｎｅＶｏｌ．４１２０２２Ｎｏ．６ｈｔｔｐ：／ ／ ｊｏｕｒｎａｌｓ．ｎｗｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／收稿日期：２０２０ ０８ ０６基金项目：湖北省技术创新专项（重大项目）（２０１９ＡＡＡ０６８）作者简介：韩金林（１９９６－），硕士研究生，研究方向为谐波减速器设计与动力特性研究，＠ １６３．ｃｏｍ 通信作者：李波，教授，博士，ｗｈｌｉｂｏ１６３＠ １６３．ｃｏｍ韩金林，李波，李朋飞，等．谐波减速器改性凸轮波发生器的设计［Ｊ］．机械科学与技术，２０２２，４１（６）：８８５⁃８９０谐波减速器改性凸轮波发生器的设计韩金林 １ ，李波 ，１ ，李朋飞 １ ，邓宏碧 １ ，张烨恒 １ ，吴俊峰 ２ ，陈芳 ２（１． 武汉理工大学 智能制造与控制研究所，武汉 ４３００６３；２． 湖北科峰智能传动股份有限公司，湖北黄冈 ４３８０００）摘要：波发生器是柔轮受力特性研究的关键。 为能够提高柔轮的寿命，提出了一种新的改性凸轮波发生器作用于柔轮。 改性凸轮轮廓由两段偏心圆弧和两段椭圆弧连接组成，并将偏心圆弧与椭圆弧平滑过渡、柔轮内表面载荷分布均匀、啮合处啮合性能良好等限制条件转化为设计改性凸轮的约束条件。 通过计算实例分析了不同参数的改性凸轮作用下的柔轮内周边曲线曲率变化，并据此选取了改性凸轮波发生器。 有限元仿真和试验结果表明，与传统的椭圆凸轮波发生器作用的谐波减速器相比，采用改性凸轮作用的谐波减速器柔轮的齿圈两端端的应力明显降低，应力的分布也更加均匀，传动的精度更高，寿命更长。ＯＳＩＤ 码关键词：谐波减速器；改性凸轮波发生器；柔轮应力；疲劳寿命中图分类号：ＴＨ１３２．４３ 文献标志码：ＡＤＯＩ：１０．１３４３３／ ｊ．ｃｎｋｉ．１００３⁃８７２８．２０２００３８９ 文章编号：１００３⁃８７２８（２０２２）０６⁃０８８５⁃０６Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｃａｍ Ｗａｖｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｆｏｒ Ｈａｒｍｏｎｉｃ ＤｒｉｖｅＨＡＮ Ｊｉｎｌｉｎ １ ， ＬＩ Ｂｏ ，１ ， ＬＩ Ｐｅｎｇｆｅｉ １ ， ＤＥＮＧ Ｈｏｎｇｂｉ １ ，ＺＨＡＮＧ Ｙｅｈｅｎｇ １ ， ＷＵ Ｊｕｎｆｅｎｇ ２ ， ＣＨＥＮ Ｆａｎｇ ２（１． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００６３， Ｃｈｉｎａ；２． Ｈｕｂｅｉ Ｋｏｆｏｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｈｕａｎｇｇａｎｇ ４３８０００， Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｔｈｅｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ， ａ ｎｅｗ ｃａｍ ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ． Ｔｈｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｃａｍｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｔｗｏ ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ ａｒｃｓ ａｎｄ ｔｗｏ ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ａｒｃｓ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅｓｍｏｏｔｈ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ ａｒｃ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ａｒｃ， ｔｈｅ ｕｎｉｆｏｒｍ ｌｏａｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｓｕｒｆａｃｅｏｆ ｔｈｅ ｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｇｏｏｄ ｍｅｓｈｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｔ ｔｈｅ ｍｅｓｈｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ａｒｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｉｎｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃａｍ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｅｘａｍｐｌｅｓ， ｔｈｅ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｎｅｒ ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ ｃｕｒｖｅｓｏｆ ｔｈｅ ｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｃａｍｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｃａｍｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇｌｙ． Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ， ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈｔｈｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｒｅｄｕｃｅｒ ａｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ ｃａｍ ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ， ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ａｔ ｂｏｔｈ ｅｎｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｉｎｇ ｇｅａｒｏｆ ｔｈｅ ｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｒｅｄｕｃｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｃａｍ ａｃｔｉｏｎ ｉｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ Ｉｔ ｉｓ ａｌｓｏ ｍｏｒｅ ｕｎｉｆｏｒｍ， ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｌｏｎｇｅｒ ｌｉｆｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｈａｒｍｏｎｉｃ ｒｅｄｕｃｅｒ； ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｃａｍ ｗａｖｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ； ｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ ｓｔｒｅｓｓ； ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅ 谐波减速器具有体积小、质量轻、同心旋转、输出转矩大、单机传动比高、定位精度高、承载能力高等优点，因此已广泛应用于航空航天、医疗设备和工业机器人等领域 ［１⁃２］ 。 波发生器作为谐波减速器三