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谐波齿轮结构动力学建模研究

作　者: 赵磊
导　师: 张士峰
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 航空宇航科学与技术
关键词: 谐波齿轮减速器 动力学 建模 接触理论 模态试验
分类号: TH132.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着现代工业与科学技术的高速发展，机械结构系统中的振动问题也日益突出，良好的结构动态性能已成为产品开发设计中重要的优化指标，利用动态设计方法取代传统的静态设计已成为机械结构设计的必然发展趋势。谐波齿轮传动是建立在薄壳弹性变形理论基础上的一种新型传动模式，该传动模式在航天领域得到了广泛应用。由于航天任务的高可靠性要求，必须提前确定航天任务环境下谐波齿轮传动的固有频率和固有振形。如果仅靠实验获取齿轮传动固有特性数据，将大大增加型号研制的时间成本和资金成本。为了有效解决上述问题，本文通过分析谐波齿轮结构，建立柔轮和波发生器组件的动力学模型，利用理论分析降低实验测试的成本。首先，分析了某型机器人的谐波齿轮减速器的原理，将经典接触理论引入谐波齿轮减速器动力学建模，在对刚轮和柔轮接触状态进行分析的基础上，建立了谐波减速器的动力学有限元模型，对该减速器的固有频率和固有振形进行了计算，得到了理论条件下的频率及振形数据。其次，采用SignalCalc430Dynamic Signal Analyzer（动态信号分析仪）和ME’Scope模态测试软件，用移动力锤激振，三个传感器固定输出的方法，进行了谐波齿轮减速器的模态试验，通过实际测试得到了减速器的固有频率及振形。最后，对理论建模与试验测试的结果进行对比分析。分析结果表明，通过理论建模计算得到的频率及振形数据与实际测试数据一致，验证了谐波齿轮减速器动力学建模方法的正确性。本文采用的基于接触理论的动力学建模方法，较好解决了建立谐波齿轮减速器的动力学模型问题，对进一步研究谐波齿轮传动的动态特性，如动态精度、动态刚度、动态结构修改和动态结构优化具有一定的参考价值。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-25
  1.1 研究背景及目的  11-20
    1.1.1 谐波齿轮介绍  11-13
    1.1.2 谐波传动特点  13
    1.1.3 谐波齿轮一般选用参数介绍  13-18
    1.1.4 国内外应用情况及前景  18-20
  1.2 选题的意义  20-23
    1.2.1 研究谐波齿轮的意义  20-21
    1.2.2 动力学建模实际运用的意义  21
    1.2.3 接触理论实际运用的意义  21-22
    1.2.4 模态实验分析实际运用的意义  22-23
  1.3 论文的研究内容  23-25
第二章 谐波齿轮减速器动力学建模  25-45
  2.1 有限元法  25-32
    2.1.1 有限元法概述  25-27
    2.1.2 有限元分析的一般方法  27-30
    2.1.3 有限元法的基本流程及步骤  30-32
  2.2 接触理论  32-37
    2.2.1 接触理论概述  32-34
    2.2.2 接触问题求解的一般方法及步骤  34-37
  2.3 谐波齿轮减速器的原理及研究对象  37-40
    2.3.1 谐波齿轮减速器的原理  37-38
    2.3.2 机器人用谐波齿轮减速器  38-40
  2.4 接触状态分析和有限元建模  40-44
    2.4.1 接触状态分析  40-42
    2.4.2 有限元模型的建立  42-44
  2.5 本章小结  44-45
第三章 谐波齿轮减速器动力学计算结果  45-52
  3.1 研究对象整体的计算结果  45-47
  3.2 柔轮和发生器组件的计算结果  47-51
  3.3 本章小结  51-52
第四章 谐波齿轮减速器模态验证试验  52-76
  4.1 引言  52
  4.2 模态试验分析介绍  52-56
    4.2.1 多自由度系统的传递函数矩阵和频响函数矩阵  53-54
    4.2.2 主要工作步骤  54-55
    4.2.3 试验系统的组成  55-56
  4.3 试验实施前的准备  56-58
    4.3.1 试验设计  56-57
    4.3.2 实验台准备  57-58
    4.3.3 试件的支持  58
  4.4 试验过程  58-75
    4.4.1 信号采集  58-59
    4.4.2 参数识别  59
    4.4.3 试验结果  59-60
    4.4.4 试验结果分析  60-62
    4.4.5 参数识别  62-66
    4.4.6 试验结果  66-71
    4.4.7 试验结果分析  71-75
  4.5 本章小结  75-76
结束语  76-77
致谢  77-78
参考文献  78-82
作者在学期间取得的学术成果  82

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 机械传动机构 > 啮合传动 > 谐波传动
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