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摘 要

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1 绪论 1

1.2 谐波齿轮的结构组成 2

1.2.1 刚轮 2

1.2.2 柔轮 3

1.2.3 波发生器 3

1.3 国内外研究现状及发展趋势 4

1.3.1 谐波传动的国外研究现状 4

1.3.2 谐波传动的国内研究现状 4

1.3.3 谐波传动的发展趋势及其应用 5

1.4 谐波齿轮的传动原理 6

第二章 谐波齿轮减速器的方案研究 8

2.1原始技术参数 8

2.2 传动结构形式的选择 8

2.3 电机的选择 8

2.4 具体零部件尺寸的计算 9

2.4.1 刚轮、柔轮的尺寸计算 9

2.4.2 波发生器及其薄壁轴承的计算 10

2.4.3 传动轴尺寸设计 11

2.5 零部件的校核 12

2.5.1 柔轮齿面接触强度的校核 12

2.5.2 柔轮疲劳强度的校核 12

2.5.3 传动轴的受力分析及校核 14

2.6 键联接的选择及其校核 15

第三章 谐波齿轮减速器的三维建模 17

3.1 三维建模软件简介 17

3.1.1 UG软件的介绍 17

3.1.2 三维建模的目的与意义 17

3.2 利用UG对谐波齿轮进行三维建模 17

第四章 结束语 21

致 谢 22

参考文献 23

电动舵机用谐波减速器设计及运动仿真

摘 要

波齿轮减速器是一种与普通圆柱齿轮有本质差别的新型传动机构，上世纪五十年代后期随着航空航天事业的发展，谐波齿轮传动也逐渐兴起，各个国家的专家学者进行了大量的研究、实验，取得了丰硕的研究成果。由于谐波齿轮减速器具有回差小、传动平稳、传动精度高、减速比大、体积小、质量轻、特别是可以向密封空间传递运动和力等许多独特的优点，目前谐波齿轮传动已被广泛使用于航空航天、电子通信、仿生机械、矿山冶金等领域。

为满足电动舵机对减速比的特殊要求，且保持其结构紧凑、体积小等特点，设计了一种谐波齿轮传动减速器替代传统的普通圆柱齿轮传动减速器，本文完成的主要工作如下：

1. 简要的对谐波齿轮减速器的国内外发展现状、主要优缺点、结构形式和传动原理进行了阐述。
2. 以任务书给定的原始数据为出发点（电动机额定功率、额定转速、额定转矩和减速比等），并由谐波齿轮的工况和设计要求对其结构形状进行分析，确定结构方案和传动系统方案。
3. 对具体零部件的尺寸进行计算并校核优，得到总体结构尺寸。
4. 根据计算数据通过UG软件对减速器进行三维建模，并导出工程图和零件图。

关键词：谐波齿轮；减速器；传动比；三维建模

电动舵机用谐波减速器设计及运动仿真

Abstract

Wave gear reducer is a new type of transmission mechanism which is essentially different from ordinary cylindrical gear. with the development of aerospace industry in the late 1950s, harmonic gear transmission is gradually rising.Experts and scholars from various countries have carried out a large number of research and experiments, and achieved fruitful research results. Because the harmonic gear reducer has many unique advantages, such as small return difference, smooth transmission, high transmission accuracy, large deceleration ratio, small volume, light weight, especially can transfer motion and force to the sealing space, and so on.At present, harmonic gear transmission has been widely used in aerospace, electronic communications, bionic machinery, mining metallurgy and other fields.

In order to meet the special requirements of electric steering gear for deceleration ratio, and to maintain its compact structure and small size, a harmonic gear drive reducer is designed to replace the traditional cylindrical gear drive reducer. the main work of this paper is as follows:

1. The development status, main advantages and disadvantages, structure form and transmission principle of harmonic gear reducer at home and abroad are briefly described.
2. Based on the original data given in the task book (motor rated power, rated speed, rated torque and deceleration ratio, etc.), the structural shape of the harmonic gear is analyzed according to the working condition and design requirements of the harmonic gear. Determine the structure scheme and transmission system scheme.
3. The size of the specific parts is calculated and optimized, and the overall structure size is obtained.
4.  according to the calculation data, the three-dimensional modeling of the reducer is carried out by UG software, and the engineering drawings and part drawings are derived.

Keywords: harmonic gear，reduer，transmission ratio， 3D modeling

第一章 引 言

1.1绪论

谐波齿轮传动相对于普通圆柱齿轮传动是一种较为独特的机械传动方式，谐波传动主要是依靠具有特殊构造的核心构件柔轮发生弹性变形来实现速度转换和力矩的传递。谐波机械传动原理是苏联工程师A.摩察尤唯金首先于1947年提出，1955年第一台用于火箭的谐波齿轮传动是由美国的一名专家C.M .Musser发明的。二十世纪七十年代马瑟使用了Harmonic Drive一词在美国机械设计杂志发表一篇有关减速器的文章，我们将其译为谐波传动^[1]。从此以后，谐波齿轮减速器凭借减速范围广、传动精度高、体积小质量轻等特点被大规模使用于航空航天、数控机床、机器人关节部位等设备上。谐波齿轮传动的出现打破了传统的机械传动理念，第一次运用柔性构件实现了传动，为机械传动开辟了全新的领域。

在上世纪五六十年代工业技术得到了革新，各个国家都争相开始对外太空展开探索，随之也对航天飞行器提出了更加苛刻的要求，各国都在努力寻求一种体积小质量轻的新型减速装置来替代传统减速器，以满足航天飞行器对减速器在安装空间、传动精度和传递转矩等各方面及其苛刻的要求。谐波齿轮减速器因其特殊的结构特点成为最佳选择，如图1.1所示谐波齿轮传动的主要构件有3个：柔轮1、波发生器2和钢轮3，固定其中一件，其余两件一为主动件，另一为从动件，实现增速或是减速传动，也可以固定其中两个构件，称之为差动传动^[2]。波发生器一般呈椭圆形，由圆盘和凸轮构成，柔轮的齿数通常比刚轮齿数少两个，称之为双波，柔轮为杯型挠性部件，开口部外圆，内齿刚轮为环形部件，有内齿且节圆半径与柔轮节圆半径一致。将波发生器与柔轮正确装配后，柔轮会随之发生可控的弹性变形变为椭圆，

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