谐波齿轮传动是20世纪50年代中期开始以其独特的优势在航空航天等对机械传动精度要求较高的场合得到了广泛的应用,但在其使用过程中也逐渐暴露出其不足之处。谐波齿轮的主要构件之一柔轮是一个薄壁壳体,在工作中承受交变应力的作用,易发生疲劳破坏,这对谐波齿轮的传动精度和使用寿命都有很大的影响。针对谐波齿轮的上述问题,为了尽可能的提高谐波齿轮的传动精度和延长其使用寿命,本文利用有限元方法对柔轮的强度和柔轮壳体上的交变应力进行分析。本文首先根据弹性理论推导出柔轮空载时应力的计算公式和强度校核计算公式,并以B3-160型通用谐波齿轮减速器的圆柱杯形柔轮为例,设计出在四力作用式波发生器作用下的两种参数相同的柔轮:圆柱杯形柔轮和钟形柔轮。在三维建模软件Pro/ENGINEER中建立两种形态柔轮的几何模型并根据实际情况进行简化,然后导入到有限元分析软件ANSYS中,生成有限元模型。采用Solid186单元来扫掠网格划分齿圈,使柔轮齿圈上的单元尽可能的为规则六面体;柔轮的筒体和法兰采用Solid187单元自由网格划分,可以提高计算精度,使计算模型更加接近实际情况。其次,在ANSYS Multiphysics模块下对两种形态的柔轮进行静应力分析。结果表明:最大应力均出现在两种形态柔轮的齿圈与四力作用式波发生器相接触区域,约为±25°的范围内;而齿圈前后的应力变化梯度较小;光滑筒体部分的应力沿着柔轮母线方向逐渐减小;因边界效应影响,柔轮法兰和传动轴连接处的应力又逐渐增大,因此柔轮的齿圈和法兰是应力最集中部位。在承受相同静载荷作用下,钟形柔轮的应力分布均匀,可以有效减小应力集中,提高柔轮的使用寿命。最后,根据模态分析理论求出两种形态柔轮的模态振型和固有频率。结果表明:两种形态柔轮的前十阶模态比较理想,与理论相符,其中前四阶振型的频率分布合理;但是钟形柔轮的各阶固有频率值在相应的阶次上要稍大于圆柱杯形柔轮的固有频率值,且其相邻的固有频率值差别甚微;钟形柔轮的基频455.91Hz大于圆柱杯形柔轮的基频407.27Hz,能更好的避开来自四力作用式波发生器和刚轮啮合以及外载荷引起的振动,从而避免了共振现象。因此,钟形柔轮可以减少应力集中,延长使用寿命;其固有频率带宽,可以避免共振等可为谐波齿轮传动中柔轮结构的改进、优化以及设计提供有益的理论和技术支持。