46、谐波传动柔轮应力分析与连续时间非线性系统轨迹跟踪控制研究

谐波传动柔轮应力分析与连续时间非线性系统轨迹跟踪控制研究

1 谐波传动柔轮应力分析

在机器人领域，精密减速器是最为关键的部件，其成本约占机器人总成本的三分之一。随着机器人类型和产量的增加，对机器人关键部件的研究和制造变得尤为重要。谐波减速器作为扭矩传递的关键部件，在航空、航天、机器人和航海等众多领域得到了广泛应用。

柔轮是谐波减速器中最重要的传动部件，同时也是最容易发生故障的部分。谐波传动是一种通过柔性部件可控弹性变形来实现运动和负载传递的传动方式，其原理也被称为波变形原理，谐波减速器就是基于这一原理设计的。

谐波减速器的主动部分是波发生器，由凸轮和包裹在其周围的柔性轴承组成；通常情况下，柔轮是从动件，刚性轮固定，可以看作是机架。在结构上，波发生器安装在柔轮的齿圈处。

在工作过程中，波发生器旋转使柔轮变形，实现柔轮与刚性轮的齿啮合，从而传递减速运动和动力。由于柔轮的变形特性，谐波减速器可以实现多齿啮合，提高承载能力。因此，柔轮的变形和应力对谐波减速器的传动精度和使用寿命有着非常重要的影响。

以下是谐波减速器的主要组成部分：
| 组成部分 | 说明 |
| ---- | ---- |
| 波形发生器（WG） | 具有椭圆形外轮廓的心轴，沿椭圆轨迹旋转，与柔轮实现相对旋转 |
| 柔性轴承（FB） | 套在波发生器外部，减少摩擦，提高传动效率 |
| 柔性轮（FS） | 带外齿的杯形短管，是决定谐波传动性能的核心 |
| 刚性轮（CS） | 通常用于实现柔轮的相对旋转 |
| 交叉滚子轴承（CRB） | 谐波传动的输出部分 |

当谐波减速器工作时，具有椭圆