● 摘要
谐波齿轮传动具有减速比大、质量轻、结构紧凑以及传动精度高的特点，广泛应用于航空航天等相关工业领域。但是谐波传动中包括运动误差、摩擦以及传动柔性在内的非线性特性导致其传动精度下降。研究谐波传动的非线性特性将有助于提高谐波传动的控制精度，是建立动力学控制方程的基础。本文主要研究了谐波齿轮的非线性刚度特性，以及谐波齿轮减速装置的滞后特性。总结了谐波传动及其非线性刚度的特点，使用柔度公式计算得到了本文中使用的谐波齿轮的刚度。建立了使用谐波减速器的展开机构的滞后非线性多项式模型，对展开机构试验中测得的弯矩转角数据进行最小二乘拟合，得到了展开机构的滞后特性参数。利用在铰链均未锁定时展开机构试验中测得的扭矩转角数据拟合得到了该机构中使用的谐波齿轮的非线性刚度参数。文中使用三维建模软件建立了减速器的实体模型，在进行了一定的简化和有限元前处理后，建立了波发生器输入柔轮输出的谐波齿轮减速器的有限元模型，以试图达到通过对有限元模型的分析就可得到实用的减速器刚度参数的目的。计算得到了在无外载荷时减速器模型中柔轮的变形，计算结果与解析结果相符；计算了减速器在波发生器固定、输出端加载沿减速器轴向方向的扭矩时的变形，利用最小二乘法拟合所得的数据得到了谐波齿轮减速器的非线性刚度参数。比较了柔度法计算的减速器刚度、试验测得的刚度以及有限元模型分析得到的刚度参数，分析出了三者不同的原因在于试验测试时减速器的凸轮不是理想的固定约束。最后，提出了进一步完善谐波齿轮中柔轮与刚轮轮齿之间的接触模型的建议，使结果能够反应输入端的不同约束。