工业机器人关节驱动用精密谐波传动装置的设计与分析(2)
4 谐波传动柔轮扭转刚度特性 21
4.1 刚度系数的计算 21
4.2 波发生器的柔度 21
4.3 柔轮的柔度 21
4.4 输出轴的扭转柔度 22
4.5 柔轮刚度分析 22
5 谐波传动运动精度分析 24
5.1 刚轮和柔轮的加工误差及装配误差 24
5.2 刚轮、柔轮的装配误差 24
5.3 波发生器部件的误差源 24
5.4 各误差源产生的运动误差的综合 24
5.5 考虑啮合齿数及对称啮合区存在运动误差的计算公式 25
5.6 谐波传动运动误差值的综合计算 25
结 论 28
致 谢 29
参考文献30
1 引言
1.1 课题背景
从1950年诞生以来，随着谐波传动技术的深入发展，目前谐波齿轮减速器已经不仅在航空航天领域得到应用，而且在各大工业生产领域都有了广泛的应用，尤其是在工业机器人等新兴的领域[1]。
在工业机器人中，各个关节的运动轨迹通过不断综合运算形成机械手的空间坐标，即为关节坐标，这是一种区别于一般直角坐标的新坐标。机械手的位置精度也就取决于所使用的传动装置的运动精度。
目前日本的Nabtesco和Harmonic Drive几乎垄断了全球机器人行业75%的精密减速机，不过我国的中技克美、苏州绿等公司在该领域也取得了一定的进步，也开发出了一些具有领先水平的固体润滑谐波传动减速器等产品[2]。
谐波齿轮传动的传动比大、体积小、精度高且承载能力高，基于这些特点，谐波传动在工业机器人等众多高新领域具有优秀的使用性能[3]。
1.2谐波传动原理分析
谐波传动系统由三个基本构件组成，分别是刚轮、柔轮和波发生器。
谐波传动的原理就是通过某种形式的波发生器的作用，使得柔性齿轮构件产生变形波。该柔性轮将与刚轮齿相啮合，从而传递动力。谐波传动的三个基本构件的构成如图1.1所示：
图1.1 谐波传动的构成部件
1.3 谐波传动的特点
谐波齿轮传动的优点有：
（1）谐波传动的传动比较大而且传动范围也较宽。传动比最小可以达到30左右，假如参数选取得当，最大甚至可达数百万[4]。
（2）同时啮合齿对数多。
（3）谐波传动精度非常高。
(4 ) 输入轴和输出轴在一般场合下都是位于同一轴心线上。
(5) 体积小。
(6) 传动的效率比较高。可达60%～90%。
由于谐波传动具有以上这些其他传动无装置很难达到的诸多独特优点，同时随着国内外对其特殊性能的深入研究，谐波传动的应用越来越广泛了。
1.4 谐波传动的国内外研究现状及发展趋势
1.5 课题主要研究内容和要求
工业机器人关节驱动精密谐波传动装置要求结构紧凑、高承载、高刚度和高精度。本课题要求根据工业机械手关节驱动的精密谐波传动装置的设计要求，完成减速器的传动方案、参数和结构的设计，对传动精度进行分析，对柔轮等关键零部件的刚度与强度进行分析和校核工作。并最终完成该传动装置的二文或三文实体装配图，同时绘制完成零件二文工作图。同时，需要对精密谐波齿轮传动装置的齿轮齿廓啮合运动进行仿真研究，以确定是否可能发生齿廓干涉。
2 谐波传动装置的设计与分析
2.1 设计任务
本课题要求在广泛阅读资料，了解国内外谐波齿轮传动研究状况的基础上，根据课题