本课题的研究内容来源于国家高技术研究发展计划(863计划):机器人高可靠精密谐波减速器系列产品开发及产业化(No.2015AA043001)。谐波齿轮传动在机器人上的应用十分广泛。在传动过程中,不仅要承受由于啮合载荷和负载带来的周向扭转变形,还要承受由波发生器驱动产生的周期性的径向变形,其中柔性传动件的使用寿命对谐波减速器的使用寿命起着关键性的作用。在实际生产中,对柔性传动件进行喷丸强化表面处理,则可以显著提高材料的疲劳寿命改善表层抗疲劳性能。本文探究了喷丸强化对柔轮的影响,并结合正交试验法和综合实验分析法优化了柔轮的喷丸工艺参数,研究了不同喷丸强化参数下残余应力的分布,各工艺参数下表面粗糙度的变化,以及与最大残余应力之间存在的关系。建立S-N曲线研究喷丸工艺对柔轮疲劳寿命的影响。论文主要研究内容如下:(1)建立经实验验证的可靠喷丸的有限元仿真模型,优化喷丸参数,得到最佳组合方案。通过实验与仿真进行对比验证模型的可靠性,以表面残余应力作为标准而不是最大残余应力,保留了零件的完整性;在此基础上,选取弹丸速度、弹丸直径、摩擦系数、冲击次数做为正交试验的因素进行仿真分析,并根据四个目标所占比例值进行加权评分综合评价进行分析,发现在四个因素里面,丸粒半径和速度对喷丸效果影响较大,摩擦系数和撞击次数则较小;当丸粒的直径和速度增大,最大残余压应力、最大残余应力深度及残余应力层深度均增大;最佳工艺参数为弹丸直径取1.2mm,冲击速度取120m/s,冲击次数为2次,摩擦系数取0.2。(2)采用离散化粗糙度的计算方法,得到各因素对粗糙度的影响规律,拟合残余应力与粗糙度的相关性方程。通过仿真与实验结合对有限元模型进行验证,然后再利用有限元仿真软件ABAQUS来研究喷丸参数对喷丸后工件表面粗糙度的影响规律,定量分析各个参数对工件表面粗糙度及表面形貌的影响程度,其中覆盖率以丸粒个数来代替,并且研究了最大残余应力、最大残余应力深度与粗糙度存在的关系,发现最大残余应力值、最大残余应力深度与表面粗糙度均呈线性正相关,其中喷丸速度相较于覆盖率影响更大。即如果以最大残余应力值、最大残余应力深度为导向,可以通过增大丸粒速度来实现,同时,也很好的抑制了粗糙度的增长。(3)通过修改关键字的方法将喷丸后的残余应力导入柔轮,结合疲劳寿命分析软件FE-SAFE在建立S-N曲线的条件下分析其疲劳寿命。结果表明:喷丸工艺对于柔轮的抗疲劳性能有很大的改善,在本次研究中柔轮疲劳寿命提升了66%。对喷丸参数就疲劳寿命的影响进行了优化分析,当残余应力较小时,表面粗糙度对疲劳寿命的影响较大,而残余应力较大时,则残余应力占主导;随着表面粗糙度的增加,疲劳寿命呈现波浪起伏的趋势。