谐波减速器是轻型工业机器人不可或缺的关键部件,但高端产品仍然大量依赖进口,为助力我国摆脱关键核心技术“卡脖子”的困境,形成谐波减速器的自主创新能力,论文针对谐波齿轮减速器柔轮应力、疲劳寿命、可靠性等特性以及啮合刚度进行研究,完成的主要工作及创新如下:(1)以CSF25型谐波齿轮减速器为原型机,基于包络理论拟合获得刚轮齿廓,建立了柔轮应力理论修正计算公式。采用逐次逼近法,完成了柔轮六种递进模型的有限元计算,结果表明,当径向变形量与模数相等时,长轴区域是最有利的啮合区域;靠近柔轮杯底的齿根处各向应力值最大,随着模型向实际结构的逼近,各向应力逐渐增加,且周向应力增幅较大。基于分析结果设计了双圆弧柔轮齿形。(2)利用正交设计法,对柔轮长度、齿圈厚度、柔轮壁厚、齿宽、齿根过渡圆角等主要结构参数进行组合,对其进行疲劳寿命分析,提取各结构参数下柔轮的最大等效应力和疲劳循环次数的拟合曲线,通过极差分析和方差分析得到了各结构参数对应力和疲劳寿命的影响规律。研究结果表明,柔轮长度和齿宽对柔轮应力和疲劳寿命的影响较大,且具有一定的单调性;在所选参数范围内各参数对柔轮疲劳寿命的影响程度由大到小依次为:长度、齿宽、齿根过渡圆角、齿圈厚度、柔轮壁厚。(3)采用Monte Carlo模拟法对谐波齿轮减速器柔轮进行可靠性分析,克服了柔轮可靠度计算中难以获得大样本数据的难题,模拟得到柔轮弯曲疲劳可靠度为88.64%,与数值积分法计算结果相差0.10%,验证了Monte Carlo模拟法计算柔轮可靠度的正确性。(4)建立了柔轮的单齿啮合刚度公式和谐波齿轮传动啮合刚度分析模型,基于有限元加载接触分析原理,开展一次接触和两次加载分析研究,计算柔轮啮合区轮齿啮合刚度及综合啮合刚度,研究了啮合刚度对柔轮扭转刚度的影响,获得柔轮和刚轮的接触变化规律。(5)利用精密机器人综合性能试验平台对所研制的谐波齿轮减速器样机进行了空载、启动转矩、传动误差、扭转刚度、空程、传动效率等项目检测,传动误差、扭转刚度、传动效率等相关性能指标均满足设计要求,验证了柔轮特性分析及结构参数优化的可行性和正确性。上述研究成果丰富了谐波减速器柔轮设计技术和理论,提供了一种利用Monte Carlo法对谐波减速器柔轮进行疲劳性能分析的新思路,为精密谐波齿轮减速器的设计制造提供技术支持。