针对经典滚动轴承力学特性的研究大多基于刚性套圈的假设,但无法应用于谐波减速器中发生套圈变形的薄壁轴承问题,基于柔性套圈变形假设得到薄壁轴承接触载荷-应力计算模型,并通过ANSYS建立薄壁轴承柔-柔接触三维有限元仿真模型。分析薄壁轴承装配受载引起套圈变形后滚动体接触载荷分布规律,研究薄壁轴承滚动体-滚道非理想接触下滚动体接触载荷-应力计算模型,指出传统刚性套圈假设、切片法分析薄壁轴承载荷分布以及估算薄壁轴承接触应力的局限性。通过理论数值计算和仿真结果对比,验证了基于柔性套圈假设分析薄壁轴承接触载荷-应力计算及仿真结果的合理性、准确性。

为了研究谐波减速器在实际工作状态下的变形情况,利用Adams对模型进行动态仿真。谐波减速器齿轮均采用双圆弧齿形,因此首先对齿形进行设计,并通过solidworks建立谐波传动装置各零部件的模型。然后在Ansys Workbench中对柔轮进行静力学分析,查看柔轮的应力分布以及变形情况。最后利用Adams建立谐波减速器的刚柔混合模型,实现柔轮和刚轮的动态仿真。通过仿真分析可以看到谐波减速器的传动过程比较平稳,柔轮与刚轮轮齿之间的啮合情况良好,因此可以说明减速器的传动机构设计合理。

简要回顾了近年谐波减速器的发展与应用现状。着重阐述轮齿齿形的发展及当前主流厂商应用的齿形以及影响减速器寿命的主要因素。在传统齿形方面,齿形经历了从直线齿形到圆弧齿形,再到双圆弧齿形的发展阶段,分析了各阶段齿形的啮合特性及疲劳寿命,当前产品化的代表齿形有"S"齿形、"P"齿形、"δ"齿形等。近年来柔轮筒体的薄壁和长寿命是研究的重点,大量研究集中在筒体、轮齿、波发生器等应力研究。在此基础上,对谐波减速器未来应关注的研究方向给出建议,包括齿形的研究、材料微观结构的分析、加工工艺的研究、理论体系的建立、固有频率波动大的问题、齿间啮合力的精确分析和计算、传动精度的影响因素等。

使用激光干涉仪测量谐波减速器输出端受力弯曲后的偏转角,电机带动钢丝绳施加弯矩,实现谐波减速器等部件在高低温环境下的弯曲刚度测试,解决角度编码器不能适应极端温度条件的问题,并可消除测试设备自身变形引起的系统误差对刚度测试结果的影响。目前测试的温度范围为-65℃～＋80℃。

为解决工业机器人谐波减速器使用过程中传动误差超限故障诊断问题,建立伺服电机和谐波减速器的机电仿真模型,分析减速器间隙增大对驱动电机电流产生的影响。构建工业机器人谐波减速器机电系统实验平台,采集不同传动误差谐波减速器对应的驱动电机电流信号。利用电机电流信号,提出结合梅尔倒频谱和支持向量机,以及结合梅尔倒频谱和概率神经网络的2种故障诊断方法。基于多种指标综合分析比较上述2种故障诊断方法,结果表明:结合梅尔倒频谱和支持向量机的谐波减速器传动误差超限故障诊断方法综合性能优于结合梅尔倒频谱和概率神经网络的方法。

谐波减速器是工业机器人中重要的零部件之一,其性能直接关系到工业机器人的运转状态。谐波减速器的疲劳失效分为柔轮失效和柔性轴承失效两类。利用谐波减速器综合测试平台,实时监测和记录谐波减速器传动效率、温度和振动信号,并提取出信号特征,对两种失效模式的特征进行分析。验证了传动效率、温度和振动信号表征谐波减速器失效的一致性,在柔轮失效模式下,谐波减速器传动效率退化量约为7%;在柔性轴承失效模式下,谐波减速器传动效率退化量约为15%。失效模式特征的分析对于谐波减速器的失效和疲劳研究有着重要的意义。

为了给轮齿啮合区的加速寿命试验提供理论依据,更好地指导产品优化设计,以某型号谐波减速器为分析对象,基于包络理论求出柔轮与刚轮的齿廓方程,分析了啮合点的曲率半径、卷吸速度以及啮合区受载情况,综合考虑啮合区的宏观几何、真实表面粗糙度等因素,建立了柔轮与刚轮啮合区的混合润滑模型,通过分析润滑区膜厚比、摩擦因数等参数,定量研究了转速和温度对润滑性能的影响.结果表明：转速越高,平均油膜厚度和膜厚比越大,接触载荷比和接触面积比越小,润滑性能越好.当转速高于2 200 r/min时,啮合区由边界润滑变为混合润滑,接触载荷比和接触面积比较50 r/min时减小90%以上,摩擦因数减小一半以上,将转速控制在2 200 r/min以上有利于改善润滑状况;随着啮合区温度的升高,平均油膜厚度和膜厚比逐渐减小,接触载荷比和接触面积比逐渐增大,润滑状况逐渐...

以柔轮常用15-5ph不锈钢为对象，研究不同表面处理工艺对柔轮材料力学性能的影响规律。利用纳米压痕仪开展15-5ph不锈钢试件压入实验，将得到的载荷-深度曲线与有限元模拟结果进行对比，验证有限元压入模型的有效性。在此基础上，开展常见表面处理工艺影响柔轮材料力学性能的有限元建模与分析。研究结果表明：涂层弹性模量的增加将提高涂层?基体系统的等效硬度及刚度；渗碳层厚度的适当增大可减小柔轮基体应力而不影响柔轮的啮合精度；由喷丸产生的残余压应力越大，基体材料等效硬度越大，并可带来材料等效刚度的一定提高。

提出一种工业机器人用谐波减速器的三向振动测试方法,模拟工业机器人工作状态,设计谐波减速器加载装置,对谐波减速器进行三向振动测试。对测得数据进行时域统计、频域分析,用于评价振动性能,分析谐波减速器振动特性,确定振动异常的原因。通过对产品的振动测试与研究,能有效地监测谐波减速器的振动性能,对产品进行质量控制。

针对柔性环节含有的谐波减速器所表现出的特殊非线性迟滞特性,构建了由SDH模型与神经网络串联的谐波减速器的混合迟滞模型。以输入与输出信号之间具有与谐波减速器迟滞曲线相似迟滞特性的SDH模型为前置模型,以补偿前置模型在描述迟滞特性时存在的误差的非线性动态RBF神经网络作为后置模型,构成了混合迟滞模型,描述谐波减速器迟滞非线性特性。根据所搭建的实验平台,对不同频率输入信号、不同负载状态下获得的数据进行建模,与经典RBF神经网络模型和SDH模型相对比,实验表明,所构造的混合迟滞模型精度高、适应性强。