基于ABAQUS的短圆柱形柔轮谐波齿轮传动的有限元分析

短圆柱形柔轮运用齿轮键式连接的方法,克服了杯形柔轮的缺点,使整个谐波齿轮传动结构更加紧凑,降低了加工难度,同时还提高了极限速比.在ABAQUS中建立了短圆柱形柔轮与波发生器的有限元分析模型,同时运用面面接触分析的方法来模拟椭圆形凸轮式波发生器对短圆柱形柔轮的作用力,研究其应力分布情况.研究结果表明应力沿圆周方向呈对称分布;其在长轴和短轴处较大,在两者之间较小;最大应力出现在柔轮与波发生器的接触部位.     

双圆弧谐波齿轮齿形参数化设计仿真与验证

谐波减速器的应用领域对产品性能的要求日益提高，尤其是机器人行业，要求谐波减速器具备高寿命、高精度、高转矩容量等。传统的渐开线齿形由于同时啮合齿对数较少，传动能力有限，难以达到使用要求。而双圆弧谐波齿形能满足上述要求。但目前国产谐波减速器主要还是以渐开线齿形为主，对双圆弧谐波齿形的设计原理基本没有掌握。首先介绍了谐波减速器的研究概况，然后讲述了双圆弧谐波减速器齿轮传动的基本原理和双圆弧齿形计算机辅助设计软件的开发，提出了几种齿形设计中如何提高啮合精度的方法和基于复杂柔轮有限元变形分析的中性曲线的三次样条模型。通过理论计算模型开发出了双圆弧谐波齿轮计算机辅助设计软件，极大地提升了设计开发效率，降低了开发成本。通过有限元分析模拟了柔轮的真实变形，有限元模拟出的柔轮变形齿廓能与刚轮齿廓精确啮合，与理论计算出的刚柔轮齿廓能精确啮合达成一致，证明理论模型计算出的双圆弧齿廓是准确无误的。     

谐波减速器柔轮装配过程的应力研究

针对中空型谐波减速器柔轮在装配过程中的接触应力和变形分布问题,基于ANSYS软件对柔轮的装配进行有限元分析,仿真柔轮装配后的变形和应力分布。分析结果表明:柔轮在波发生器作用下,齿圈与筒体的连接处以及轮齿末端根部产生应力集中现象;进一步刚轮完成装配后,由于刚轮的约束,柔轮齿圈会产生弯曲变形,使柔轮应力进一步增大,应力增大11%。运用三维光学变形和应变测量分析系统对柔轮装配过程进行了测量,实验结果与仿真基本吻合,验证了该仿真分析的准确性。研究结果显示谐波减速器柔轮装配中产生的最大Von Mises应力达到622 MPa,对其可靠性寿命有较大的影响,对谐波减速器的设计及运行提供了数据支撑。     

机器人用杯形谐波减速器应力和变形分析

针对杯形谐波减速器复杂的装配变形和应力分布,基于ANSYS软件建立有限元分析模型,分析谐波减速器在装配和加载过程中的应力和变形规律。研究结果表明：波发生器与柔轮装配时,柔轮和轴承外圈产生了不同程度的倾斜;刚轮与柔轮装配后,柔轮和轴承外圈在长轴位置的最大径向变形量分别相比前者减少14.1%和9.1%;随着负载的增大,柔轮应力增长趋势为变斜率上升,153 N·m后柔轮应力加速上升,斜率约为0.354;通过三维应变测量系统对柔轮装配变形进行测量,实验与仿真结果基本一致。研究结果表明柔轮、轴承和刚轮对谐波减速器应力和变形分布都有较大影响,其为谐波减速器的设计、使用和性能试验提供数据支撑。     

盾构机主轴承内啮合齿轮修形优化设计

齿轮修形是降低轮齿啮入、啮出时冲击,降低齿轮副齿面应力峰值,缓解应力沿齿宽分布不均现象,使得传动平稳性提高的重要手段。结合盾构机实际工作载荷,基于KISSsoft对盾构机主轴承齿轮进行齿廓、齿向修形优化研究,针对单因素齿廓修形、单因素齿向修形、综合修形方案进行横向对比,通过对齿轮进行接触性能分析,对比修形前、后的传动误差幅值、赫兹接触应力在齿宽方向分布情况以及最大齿根弯曲应力。通过Ansys Workbench软件对未修形和确定的最优修形方案进行有限元仿真,验证其振动加速度和动态啮合应力优化程度。结果证明,采用适当的修形方案可以减小齿轮传动误差幅值,避免了轮齿啮入时出现载荷突变的情况,并且优化了齿面偏载的情况,进而使得齿轮啮合传动性能得到了提高,传动更加稳定。     

谐波摩擦传动柔轮结构参数对其应力影响分析

分析三波谐波摩擦传动柔轮结构参数对柔轮应力分布的影响.建立柔轮的有限元接触模型时,综合考虑谐波波发生器和刚轮对柔轮的影响,建立柔轮与刚轮及柔轮与钢球间的接触对.然后进行有限元接触分析,获得柔轮的应力分布情况及柔轮的最大等效应力.最后,根据柔轮应力分布,针对柔轮主要结构参数壁厚及长径比对柔轮的最大等效应力的影响及其对柔轮各应力突变截面的最大等效应力影响进行分析,获得如下结论:在柔轮直径等结构参数不变的情况下,随着壁厚的增加,柔轮的最大等效应力线性增加;随着柔轮长径比的增加,柔轮的最大等效应力非线性增加,当长径比大于0.8时,应力增加趋于稳定,大于1.0时,应力基本不变.     

谐波传动双圆弧共轭齿廓的优化设计

建立双圆弧谐波传动柔轮齿廓基准坐标系,并用分段函数表示柔轮齿廓,根据刚柔轮的相对运动规律和包络条件方程,推导理论共轭齿廓的方程表达式;将柔轮分段齿廓函数代入理论共轭齿廓方程式中,进行柔轮理论共轭齿廓的求解;分析柔轮理论共轭齿廓的解集,建立数学模型,以理论共轭齿廓间的差异最小为优化目标,通过改变柔轮凸圆弧与凹圆弧段的齿廓半径参数,进行柔轮齿廓共轭区域的优化设计,实现刚柔轮"双共轭"的啮合区间最大化,提高双圆弧谐波传动的承载能力以及传动精度。     

谐波齿轮传动系统柔轮应力的数值建模与分析

为研究杯型柔性谐波齿轮传动系统柔轮的应力情况,采用弹簧近似法和单元接触法对该系统进行三维建模。对柔轮进行数值计算和分析,得到柔轮变形和柔轮齿根处的应力分布情况。将数值计算结果与实验测试结果进行对比,结果表明:在定性和定量方面,数值计算结果和实验结果相吻合,用该方法来分析柔轮应力分布状况具有可行性,可为柔轮的优化设计提供参考。     

基于ANSYS-Workbench的谐波减速器柔轮结构优化分析

柔轮是谐波减速器的核心部件,也是最容易失效的部分,其工作寿命决定了谐波减速器的寿命。针对柔轮结构设计中高寿命、高承载能力的要求,以柔轮中筒长、壁厚等关键结构参数为研究对象,建立柔轮受力数学模型,分析单因素对柔轮应力应变的影响规律。基于Design Exploration响应面子模块探究不同因素的搭配对柔轮应力应变的影响及补偿规律,利用CFTOOL函数拟合得到柔轮应力的回归曲线。分析结果表明:单因素筒长对柔轮应力影响最大,通过减小径向变形量补偿增大齿圈宽度对柔轮应力的影响,增大齿圈宽度可补偿增大筒长对柔轮应力的影响。柔轮结构设计最佳参数组合为壁厚0.45 mm、筒长50~60 mm、齿圈宽度12~13 mm,该柔轮等效应力比最大应力降低18.5%,满足设计要求。     

基于非线性有限元接触理论行星齿轮副瞬态啮合特性研究

为了比较分析风电行星齿轮副啮合面和非啮面瞬态接触特性的差异,根据非线性有限元接触理论,建立了某风电增速用输入级传动机构NGW型行星轮系的非线性有限元模型,对行星齿轮副的瞬态啮合过程进行了动力学实验研究,获得了行星轮系构件齿廓不同啮合位置应力的时间历程曲线。研究表明啮合轮齿廓不同位置的应力具有相似的变化规律;与外啮合的行星齿轮轮廓应力相比,内啮合行星齿轮齿廓的应力较大。在此基础上,对比分析了风电行星齿轮副的关键工况参数对啮合面和非啮合面的瞬态接触的影响,为以改善行星齿轮啮合性能和可靠性为目标的动态优化设计方案确定提供有益的指导。     

封闭谐波齿轮传动柔轮旋压技术及效益分析

针对封闭谐波齿轮传动柔轮毛坯,提出采用热普旋-强旋新工艺方案。论述了旋压成形工艺对柔轮材料金相组织和机械性能的有利影响,对比分析了两种加工工艺方法的经济效益,为谐波齿轮传动装置的推广应用奠定了基础。     

谐波减速器疲劳失效特征分析

谐波减速器是工业机器人中重要的零部件之一,其性能直接关系到工业机器人的运转状态。谐波减速器的疲劳失效分为柔轮失效和柔性轴承失效两类。利用谐波减速器综合测试平台,实时监测和记录谐波减速器传动效率、温度和振动信号,并提取出信号特征,对两种失效模式的特征进行分析。验证了传动效率、温度和振动信号表征谐波减速器失效的一致性,在柔轮失效模式下,谐波减速器传动效率退化量约为7%;在柔性轴承失效模式下,谐波减速器传动效率退化量约为15%。失效模式特征的分析对于谐波减速器的失效和疲劳研究有着重要的意义。     

谐波光面摩擦传动三波最小传动比的研究

用弹性理论推导出了谐波光面摩擦传动三波柔轮的特征曲线方程.根据强度理论,由曲线方程建立了谐波光面摩擦传动三波最小传动比公式,由此得到谐波光面摩擦传动三波最小传动比的设计准则--柔轮半径﹑柔轮壁厚与最小传动比的关系式.分析了影响最小传动比的诸多因素.     

工艺参数对杯形内啮合齿轮旋压成形影响的数值模拟研究

基于金属塑性变形原理和旋压工艺的特点,提出了杯形薄壁内啮合齿轮旋压成形技术,建立了齿轮旋压三维弹塑性有限元模型并进行了数值模拟,分析了齿轮旋压成形时各变形区不同方向应变分布和金属流动规律,定性分析了主要工艺参数对齿轮旋压成形的影响规律。结果表明,压下量对齿轮成形起关键作用,并对齿根减薄影响大于齿顶增厚的影响,进给比对齿轮成形影响不大,大的旋轮圆角半径有利于齿顶增厚。     

AZ31B镁合金中厚板轧制热力耦合场数学模型

采用Gleeble-1500D热力模拟试验机对铸态AZ31B镁合金圆柱试样进行了宽范围变形条件下的热压缩试验,拟合热压缩试验数据,针对镁合金应变软化特性建立了一种新的热力本构模型;依托于Deform-3D对镁板的实际热轧过程进行了热力仿真分析,依据轧制理论假设、宏观连续介质力学以及热力学原理,采用数学解析的方法建立了镁板热轧制区域中的应变、应变速率值分布模型以及三维温度场、应力场数学模型。研究结果表明:新建的热力本构模型预测精度较高,平均相对误差为5.1%;建立的轧制变形区域中的应变、应变速率值分布模型,温度场数学模型以及热力耦合场数学模型不仅形式简单易于为生产利用,更能精确表征中厚规格镁板热轧制过程中的热-力耦合变形机制。     

数控插齿机驱动箱系统综合变形下齿轮承载能力分析

以某企业YK51160C数控插齿机驱动箱系统为对象,建立了包含扭转、弯曲和横向耦合振动的驱动箱系统力学模型,分析了驱动箱系统综合变形引起的齿轮啮合错位对齿轮齿面载荷分布情况的影响,采用Romax软件基于ISO6336-1～3:1996标准,在考虑系统变形引起齿轮啮合错位的情况下,对驱动箱系统中的圆柱齿轮进行齿轮承载能力分析。结果表明驱动箱系统中的圆柱齿轮的强度均满足要求,为YK51160C数控插齿机驱动箱系统的进一步分析、优化提供了参考。     

基于ROMAX的斜齿轮齿面修形优化设计

针对建筑用施工升降机减速器输出轴齿轮出现齿面偏载而导致振动噪声过大的现象,以某建筑用施工升降机为研究对象,考虑综合因素对输出轴斜齿轮副偏载现象的影响,通过理论计算确定修形量范围,然后基于ROAMX用全因子法以齿向修形量、螺旋线修形量及齿顶修缘量为设计变量,以齿面接触载荷分布系数和齿根弯曲载荷分布系数为优化目标进行参数优化设计,经计算得到最佳修形量组合结果。对修形后的齿轮进行动力学仿真分析,结果表明：经过修形的齿轮齿面接触载荷和齿根弯曲载荷分布更均匀,齿面最大单位长度载荷降低了58.2%。对修形后的齿轮动力学性能进行评估,结果表明：修形后的齿轮传动误差激励减小了75.5%,箱体表面的加速度响应最大降低了47.8%。     

齿轮精锻的数值模拟与实验研究

本文对空心直齿圆柱齿轮的精锻成形过程进行三维刚塑性有限元模拟和实验研究。通过有限元数值模拟和实验研究 ,得出了直齿圆柱齿轮精锻过程的金属流动规律和变形力学特征 ,揭示了直齿圆柱齿轮精锻过程的变形机理 ,数值模拟结果与实验结果吻合较好