新式諧波齒輪研究與最佳化設計

諧波齒輪為自動化機器人產業之關鍵零組件。本專題研究計畫為期三年，針對現有之切線雙圓弧齒形諧波齒輪進行改良，第一年研究具新式多項式齒形之柔輪，推導與塞入橢圓形波產生器變形後之柔輪共軛之剛輪外形，再串聯自行發展之齒面網格分割程式、二維有限元素分析和最佳化求解軟體，進行新式諧波齒輪之齒形最佳化設計，再以三維模擬得到其運轉特性，包含扭轉剛性、嚙合齒數和齒根應力等。在第二年將建立考慮錐化效應的空間嚙合，得到變轉位之柔輪與剛輪最佳三維齒形，再以最佳化設計配合有限元素分析，探討柔輪輪轂和膜板交界處薄殼結構之最佳形狀設計，以降低應力提升疲勞壽命。第三年將分別推導切製具內齒的剛輪之鉋齒刀和動力刮削刀具之刀刃輪廓，並建立刀刃可重磨之一體式刀具之漸縮狀變轉位前後刀面形狀，以及磨削鉋刀和動力刮削刀具之磨輪外形；此外，前二年同時也分兩階段進行諧波齒輪測試機之規畫、組裝與測試，在第三年以諧波齒輪測試機試驗自行設計之諧波齒輪特性，並與市售產品比較，也將比對模擬結果與實驗結果。本研究計畫所提出電腦輔助諧波齒輪最佳化設計與分析流程，以及實驗測試方法，將有助於國內的精密機械產業在諧波齒輪的設計與製造能力。