一种复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计方法，包括以下步骤：第一步：针对谐波减速器的柔轮存在着易发生疲劳的问题，从复合层的本构关系出发，进行复合材料铺层角和叠层次序的力学性能研究；第二步：提出以铺层角度和铺层顺序为优化变量，Tsai-Wu材料失效准则为约束条件，单层层内应力最小为优化目标的数学模型；第三步：采用粒子群优化算法得到最优的铺层角和叠层顺序；第四步：对采用优化设计后的谐波减速器进行瞬态动力学分析。本发明专利技术的复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计方法，从复合层的本构关系出发，进行了复合材料铺层角和叠层次序的力学性能和晶面堆积规律研究，提出了以铺层角度和铺层顺序为优化变量。

Performance optimization design method of flexible wheel of harmonic reducer with composite layer structure

Performance optimization design method of the invention discloses a composite layer structure of the harmonic reducer flexspline, which comprises the following steps: the first step: for the flexspline of harmonic reducer are prone to fatigue problems, starting from the constitutive relation of the composite layer, research the mechanical properties of composite laminates and laminated angle order; the second step: the angle of layer and layer order as optimization variables, Tsai-Wu material failure criteria as constraint conditions, single layer stress minimum as the optimization objective mathematical model; the third step: using particle swarm optimization algorithm to get the ply angle and stacking sequence optimization; the fourth step: to use optimization design of the harmonic reducer for transient dynamic analysis. The performance optimization design method of the composite layer structure of harmonic reducer flexspline, starting from the constitutive relation of composite layer, the mechanical properties and surface composite layer angle and laminated order accumulation law research, put forward to the ply angle and stacking sequence optimization variables.

【技术实现步骤摘要】
一种复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计方法
本专利技术涉及一种减速器优化方法，具体涉及一种复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计方法，属于减速产品

技术介绍
谐波齿轮传动是一种利用柔轮弹性变形来实现动力传递，具有结构简单、重量轻、体积小、单级传动比大、传动精度高、啮合齿对数多、承载能力大、回差小等优点，至今仍广泛地应用于航空航天、机器人、通用机械、机床仪表等领域，在动力传递过程中，柔轮作为弹性薄壁构件，在载荷作用下产生周期性变形，啮合载荷沿圆周呈非均匀分布，与柔轮中性线不相切，柔轮发生周向扭转变形的同时，还要产生一定的径向变形，因此柔轮的应力状态是相当复杂，用简化的柱形壳体理论分析计算复杂繁琐，边界效应难以估算，计算结果只能是一定程度上的近似，目前多采用等效强制力或强制位移来模拟波发生器对柔轮的作用，也有采用静态接触算法来分析柔轮的变形与应力；在谐波齿轮传动领域中，工作中柔轮开裂问题难以克服；有关杯形柔轮的应力和破坏分析鲜见，针对谐波减速器的柔轮易发生疲劳的问题，目前对柔轮不断深人的研究，希望通过改变柔轮形状、结构和材料特性等方法来提高其疲劳寿命，近年来随着碳纤维和环氧树脂等复合材料相继研制成功，复合材料表现出的优异的力学性能使其得到了应用，但相关的研究内容限于对柔轮的实验分析和有限元分析，对于如何解决柔轮的疲劳应力损坏这一难题，目前还没有相关的理论研究。
技术实现思路
（一）要解决的技术问题为解决上述问题，本专利技术提出了一种复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计方法，从复合层的本构关系出发，进行了复合材料铺层角和叠层次序的力学性能和晶面堆积规律研究，提出了以铺层角度和铺层顺序为优化变量，Tsai-Wu材料失效准则为约束条件，单层层内应力为最小的优化数学模型，采用粒子群优化算法得到了进行复合层的设计变量的优化。（二）技术方案本专利技术的复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计方法，包括以下步骤：第一步：针对谐波减速器的柔轮存在着易发生疲劳的问题，从复合层的本构关系出发，进行复合材料铺层角和叠层次序的力学性能研究；第二步：提出以铺层角度和铺层顺序为优化变量，Tsai-Wu材料失效准则为约束条件，单层层内应力最小为优化目标的数学模型；第三步：采用粒子群优化算法得到最优的铺层角和叠层顺序；第四步：对采用优化设计后的谐波减速器进行瞬态动力学分析，分析结果表明：与原结构相比，具有复合层结构柔轮的最大VonMises应力降低了12.5%，最大应力位置由柔轮的齿根部变为柔轮齿圈内表面，在一定程度下可提高柔轮的使用寿命。（三）有益效果与现有技术相比，本专利技术的复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计方法，从复合层的本构关系出发，进行了复合材料铺层角和叠层次序的力学性能和晶面堆积规律研究，提出了以铺层角度和铺层顺序为优化变量，Tsai-Wu材料失效准则为约束条件，单层层内应力为最小的优化数学模型，采用粒子群优化算法得到了进行复合层的设计变量的优化。具体实施方式一种复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计方法，包括以下步骤：第一步：针对谐波减速器的柔轮存在着易发生疲劳的问题，从复合层的本构关系出发，进行复合材料铺层角和叠层次序的力学性能研究；第二步：提出以铺层角度和铺层顺序为优化变量，Tsai-Wu材料失效准则为约束条件，单层层内应力最小为优化目标的数学模型；第三步：采用粒子群优化算法得到最优的铺层角和叠层顺序；第四步：对采用优化设计后的谐波减速器进行瞬态动力学分析，分析结果表明：与原结构相比，具有复合层结构柔轮的最大VonMises应力降低了12.5%，最大应力位置由柔轮的齿根部变为柔轮齿圈内表面，在一定程度下可提高柔轮的使用寿命。上面所述的实施例仅仅是对本专利技术的优选实施方式进行描述，并非对本专利技术的构思和范围进行限定。在不脱离本专利技术设计构思的前提下，本领域普通人员对本专利技术的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本专利技术的保护范围，本专利技术请求保护的
技术实现思路
，已经全部记载在权利要求书中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：针对谐波减速器的柔轮存在着易发生疲劳的问题，从复合层的本构关系出发，进行复合材料铺层角和叠层次序的力学性能研究；第二步：提出以铺层角度和铺层顺序为优化变量，Tsai‑Wu材料失效准则为约束条件，单层层内应力最小为优化目标的数学模型；第三步：采用粒子群优化算法得到最优的铺层角和叠层顺序；第四步：对采用优化设计后的谐波减速器进行瞬态动力学分析。

【技术特征摘要】
1.一种复合层结构的谐波减速器柔轮的性能优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步：针对谐波减速器的柔轮存在着易发生疲劳的问题，从复合层的本构关系出发，进行复合材料铺层角和叠层次序的力学性能研究；第二步：提出以...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏，
申请(专利权)人：黑龙江恒能自控科技有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23