谐波减速器公差设计方法研究

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谐波减速器具有体积小重量轻、传动比大、传动精度高等特点,目前已广泛运用于工业机器人、雷达装备、航空航天、医疗设备等高端装备领域。公差分配是谐波减速器设计中的关键环节,对整机的传动精度和加工性能具有重要影响,当前在谐波减速器的公差设计中由于缺乏专门的理论指导,各零部件的公差分配大都基于设计人员的经验完成,难以平衡放宽公差以减小加工成本与收紧公差以保证传动精度之间的这一矛盾关系,不利于在保证传动性能的同时降低加工成本,因此,开展谐波减速器公差设计方法的研究具有重要的工程价值。针对上述问题,本文提出了一种谐波减速器的公差设计方法,该方法考虑了谐波减速器的传动误差,通过对加工误差的敏感性分析和难易度评价,建立了各误差因素的公差分配方法,在此基础上又考虑加工成本建立了公差优化模型,优化后的公差可在满足整机传动精度的同时,显著降低加工成本。研究成果可为工程中谐波减速器的公差设计提供理论指导。论文具体研究内容如下:(1)通过对谐波减速器传动原理和结构的分析,建立起谐波减速器的传动误差模型,并在此基础上运用Sobol敏感性分析方法对各误差因素进行全局敏感性分析,得到了各误差因素对传动误差的灵敏度值,进而求得各误差因素的敏感性权重系数。(2)采用可有效评价工艺数据模糊性的三角模糊层次分析法对加工难易度进行分析,将各误差因素的加工难易度进行量化得到加工难易度权重系数,运用几何平均数法综合误差敏感性权重系数与加工难易度权重系数得到总权重系数,并以此为基础进行公差的初分配,为后续公差优化奠定基础。(3)以公差总成本和公差成本稳健性为优化目标,以传动误差和加工精度为约束条件,建立起了谐波减速器的公差多目标优化模型,运用NSGA-II遗传算法对该模型进行优化求解,优化后的公差适当放大了难以加工的公差项,减小了易于加工的公差项,可有效减小加工成本。(4)通过上述方法对样机进行了公差优化设计,结果表明样机在满足传动精度的同时也降低了加工成本,验证了本文方法的正确性。同时完成了谐波减速器公差设计方法的程序开发,便于在工程设计中的使用。
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