本發(fā)明涉及一種減速器優(yōu)化方法，具體涉及一種復(fù)合層結(jié)構(gòu)的諧波減速器柔輪的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，屬于減速產(chǎn)品技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
諧波齒輪傳動(dòng)是一種利用柔輪彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、單級(jí)傳動(dòng)比大、傳動(dòng)精度高、嚙合齒對(duì)數(shù)多、承載能力大、回差小等優(yōu)點(diǎn)，至今仍廣泛地應(yīng)用于航空航天、機(jī)器人、通用機(jī)械、機(jī)床儀表等領(lǐng)域，在動(dòng)力傳遞過(guò)程中，柔輪作為彈性薄壁構(gòu)件，在載荷作用下產(chǎn)生周期性變形，嚙合載荷沿圓周呈非均勻分布，與柔輪中性線(xiàn)不相切，柔輪發(fā)生周向扭轉(zhuǎn)變形的同時(shí)，還要產(chǎn)生一定的徑向變形，因此柔輪的應(yīng)力狀態(tài)是相當(dāng)復(fù)雜，用簡(jiǎn)化的柱形殼體理論分析計(jì)算復(fù)雜繁瑣，邊界效應(yīng)難以估算，計(jì)算結(jié)果只能是一定程度上的近似，目前多采用等效強(qiáng)制力或強(qiáng)制位移來(lái)模擬波發(fā)生器對(duì)柔輪的作用，也有采用靜態(tài)接觸算法來(lái)分析柔輪的變形與應(yīng)力；在諧波齒輪傳動(dòng)領(lǐng)域中，工作中柔輪開(kāi)裂問(wèn)題難以克服；有關(guān)杯形柔輪的應(yīng)力和破壞分析鮮見(jiàn)，針對(duì)諧波減速器的柔輪易發(fā)生疲勞的問(wèn)題，目前對(duì)柔輪不斷深人的研究，希望通過(guò)改變?nèi)彷喰螤?、結(jié)構(gòu)和材料特性等方法來(lái)提高其疲勞壽命，近年來(lái)隨著碳纖維和環(huán)氧樹(shù)脂等復(fù)合材料相繼研制成功，復(fù)合材料表現(xiàn)出的優(yōu)異的力學(xué)性能使其得到了應(yīng)用，但相關(guān)的研究?jī)?nèi)容限于對(duì)柔輪的實(shí)驗(yàn)分析和有限元分析，對(duì)于如何解決柔輪的疲勞應(yīng)力損壞這一難題，目前還沒(méi)有相關(guān)的理論研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
（一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種復(fù)合層結(jié)構(gòu)的諧波減速器柔輪的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，從復(fù)合層的本構(gòu)關(guān)系出發(fā)，進(jìn)行了復(fù)合材料鋪層角和疊層次序的力學(xué)性能和晶面堆積規(guī)律研究，提出了以鋪層角度和鋪層順序?yàn)閮?yōu)化變量，Tsai-Wu材料失效準(zhǔn)則為約束條件，單層層內(nèi)應(yīng)力為最小的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，采用粒子群優(yōu)化算法得到了進(jìn)行復(fù)合層的設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化。
（二）技術(shù)方案
本發(fā)明的復(fù)合層結(jié)構(gòu)的諧波減速器柔輪的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：
第一步：針對(duì)諧波減速器的柔輪存在著易發(fā)生疲勞的問(wèn)題，從復(fù)合層的本構(gòu)關(guān)系出發(fā)，進(jìn)行復(fù)合材料鋪層角和疊層次序的力學(xué)性能研究；
第二步：提出以鋪層角度和鋪層順序?yàn)閮?yōu)化變量，Tsai-Wu材料失效準(zhǔn)則為約束條件，單層層內(nèi)應(yīng)力最小為優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型；
第三步：采用粒子群優(yōu)化算法得到最優(yōu)的鋪層角和疊層順序；
第四步：對(duì)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)后的諧波減速器進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，分析結(jié)果表明：與原結(jié)構(gòu)相比，具有復(fù)合層結(jié)構(gòu)柔輪的最大Von Mises應(yīng)力降低了12.5%，最大應(yīng)力位置由柔輪的齒根部變?yōu)槿彷嘄X圈內(nèi)表面，在一定程度下可提高柔輪的使用壽命。
（三）有益效果
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的復(fù)合層結(jié)構(gòu)的諧波減速器柔輪的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，從復(fù)合層的本構(gòu)關(guān)系出發(fā)，進(jìn)行了復(fù)合材料鋪層角和疊層次序的力學(xué)性能和晶面堆積規(guī)律研究，提出了以鋪層角度和鋪層順序?yàn)閮?yōu)化變量，Tsai-Wu材料失效準(zhǔn)則為約束條件，單層層內(nèi)應(yīng)力為最小的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，采用粒子群優(yōu)化算法得到了進(jìn)行復(fù)合層的設(shè)計(jì)變量的優(yōu)化。
具體實(shí)施方式
一種復(fù)合層結(jié)構(gòu)的諧波減速器柔輪的性能優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：
第一步：針對(duì)諧波減速器的柔輪存在著易發(fā)生疲勞的問(wèn)題，從復(fù)合層的本構(gòu)關(guān)系出發(fā)，進(jìn)行復(fù)合材料鋪層角和疊層次序的力學(xué)性能研究；
第二步：提出以鋪層角度和鋪層順序?yàn)閮?yōu)化變量，Tsai-Wu材料失效準(zhǔn)則為約束條件，單層層內(nèi)應(yīng)力最小為優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型；
第三步：采用粒子群優(yōu)化算法得到最優(yōu)的鋪層角和疊層順序；
第四步：對(duì)采用優(yōu)化設(shè)計(jì)后的諧波減速器進(jìn)行瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析，分析結(jié)果表明：與原結(jié)構(gòu)相比，具有復(fù)合層結(jié)構(gòu)柔輪的最大Von Mises應(yīng)力降低了12.5%，最大應(yīng)力位置由柔輪的齒根部變?yōu)槿彷嘄X圈內(nèi)表面，在一定程度下可提高柔輪的使用壽命。
上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本發(fā)明的保護(hù)范圍，本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)內(nèi)容，已經(jīng)全部記載在權(quán)利要求書(shū)中。