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传统齿形的谐波齿轮传动装置在大冲击载荷、高负载的工况下易发生齿面磨损和齿根弯曲疲劳断裂,严重影响谐波齿轮传动的啮合性能,最终降低谐波齿轮减速器的使用寿命。“IH”齿形是基于“S”齿形发明的一种新齿形,其扩大了与齿厚相对的齿沟的幅面和齿根圆弧半径,使齿面接触应力和齿根弯曲应力减少,从而减轻齿面磨损,有效抑制齿根疲劳断裂,延长谐波齿轮减速器的使用寿命。本文以WX-CSG-17-80型谐波齿轮减速器为研究模型,采用实验和模拟相结合的方法,重点研究刚轮与柔轮的齿形,并探讨其啮合性能与轮齿的受力情况。主要研究内容如下:(1)设计谐波齿轮传动装置的总体结构及其主要零部件刚轮、柔轮和波发生器组件的结构,确定其主要的结构参数和相应的几何尺寸。总体结构为单级传动,简单、普遍,效率可达80%~90%;柔轮为短杯型,缩短了工作空间,增大了扭转刚度;刚轮为单端凸台型,便于固定与密封;波发生器轮廓为椭圆状,减小了柔轮表面变形应力。(2)设计刚轮、柔轮的齿形以及波发生器轮廓的形状,并建立对应的方程。利用3D轮廓测量获得试样轮廓上的点数据,并利用MATLAB基于最小二乘原理进行拟合。结果表明,刚轮与柔轮的齿形均由齿根两段圆弧—直线—齿顶两段圆弧构成,波发生器凸轮的轮廓曲线为标准椭圆。(3)用计算机模拟柔轮单个轮齿啮入与啮出刚轮齿槽的过程,结果显示轮齿间并无干涉。同时,结合评价啮合性能的三个指标:同时啮合齿对数、啮合侧隙以及最大啮入深度,利用MATLAB计算并输出整体啮合图和侧隙分布曲线。结果表明,同时啮合齿对数为50对,占总的柔轮齿数的31.25%;最大啮入深度为0.3425;空载、额定载荷以及过载条件下的侧隙变化较为平缓,由此反映整体啮合性能良好。(4)构造谐波齿轮传动装置的有限元分析模型,其中,针对柔轮变形过程的非线性问题,提出了波发生器凸轮与柔轮前端内壁的接触模型,计算了柔轮轮齿在额定载荷作用下的啮合传动过程中受到的应力。结果表明,柔轮齿根最大应力为330.11MPa,有效缓解了应力集中,提高了谐波齿轮的承载能力。