随着机器人技术的快速发展,尤其是工业机器人的大量应用,谐波减速器作为其关键核心零部件,对其性能的要求也越来越高。谐波减速器是通过柔轮的弹性变形来进行传动,具有体积小、承载能力强、传动精度高等特点。由于柔轮在运转过程中存在周期性的弹性变形,柔轮的疲劳失效成为制约谐波减速器应用的重要因素之一。因此,柔轮的力学特性研究,成为谐波减速器的核心关键问题。本论文的研究工作能为谐波减速器的研发提供一定的参考依据。论文主要研究内容如下:首先,介绍了谐波齿轮传动的原理、结构和特点,谐波齿轮传动中柔轮的变形规律;根据柔轮变形的基本公式,计算出柔轮在不同波发生器作用下的各点位移,得到柔轮的变形形状。最后根据柔轮空载与负载的受力情况,推导出柔轮的强度计算公式,为谐波减速器柔轮的力学特性有限元分析奠定基础。其次,通过Solidworks建立谐波减速器的主要零部件的实体模型;利用ANSYS有限元分析软件,结合柔轮传动特性,建立柔轮与波发生器和刚轮的接触模型,分析得到了柔轮装配时的位移和应力分布云图;根据柔轮和刚轮间的接触模型,模拟柔轮的负载,得到柔轮应力分布与载荷的变化曲线;运用三维光学变形和应变测量分析系统对柔轮装配过程进行了测量,实验结果与仿真基本吻合,验证了有限元模型的准确性。再次,通过修改柔轮模型的几何参数,得到不同长径比、筒体壁厚、齿圈宽度以及各过渡区域的圆角半径的柔轮结构,建立不同几何参数下柔轮的接触模型,获得其应力云图,绘制出柔轮危险区域最大等效应力随参数的变化曲线。利用正交试验对影响柔轮应力分布的主要几何参数进行结构优化,得到较优的几何参数组合。最后,借助ANSYS软件对优化前后的柔轮进行了预应力模态分析,提出柔轮结构的固有频率和模态振型,发现柔轮各阶模态频率均不在其工作频率附近,可避免共振现象的发生。