谐波传动依靠柔轮弹性变形解决了大传动比和结构尺寸间相互矛盾的难题,已成为当今宇航探测、人工智能和军事领域的重点关注对象。但由于柔轮需要承受每分钟上千次的循环交变应力,其疲劳强度和使用寿命严重制约了谐波的传动性能。因此,分析柔轮结构参数对变形和应力的影响,开展柔轮的结构优化和疲劳敏感性等研究就具有极其重要的意义。本文以礼帽型SHF14谐波减速器为研究对象,建立其与波发生器装配的参数化模型,通过理论推导和数值仿真相结合的方式开展不同结构参数对柔轮变形和应力的规律研究,随后基于响应面法和BBD实验样本点设计寻求结构的最优解,主要研究内容为:1.基于礼帽型柔轮与波发生器的接触状态,借助结构挠度理论和疲劳强度公式,分析影响礼帽型柔轮变形和应力分布的关键参数,并比较其与传统杯型结构之间的异同。2.通过在Creo2.0软件中建立礼帽型柔轮与波发生器的参数化装配模型,利用联合仿真界面将其导入ANSYS Workbench中。然后定义两构件接触面之间的摩擦、穿透等非线性行为,并在重点区域设定观测路径,最终分析柔轮静态下的变形规律和应力分布等。研究发现,礼帽型柔轮的最大变形和等效应力的位置与杯型柔轮相似,但礼帽型柔轮在过渡圆角处的应力幅值变化较大,后期需要针对圆角半径加以研究。3.以礼帽型柔轮结构的最大变形位移和等效应力为目标,对归纳的三大结构参数(长径比、壁厚和圆角半径)进行响应趋势研究,分析不同参数的影响比重。然后采用响应面法和BBD实验样本点设计对结构进行优化。最后对优化参数的齿面耐磨、疲劳强度和结构稳定性进行校核,并设计图纸和样机。4.利用模态和疲劳工具对优化后的结构进行固有频率和疲劳敏感性分析,结果从侧面体现了结构响应和疲劳敏感性之间的趋势一致性,验证了优化合理性,并为提高柔轮疲劳寿命提供了参考。