圆弧齿廓谐波齿轮传动齿形设计中的几个问题

谐波齿轮传动采用圆弧齿廓后,可以改善柔轮齿根的应力状况和传动的啮合质量,提高承载能力和扭转刚度。本文首先计算出柔轮采用圆弧齿廓时,刚轮与之共轭的理论齿廓,通过用拟合圆弧对其进行逼近,得到拟合误差的变化规律;最后指出在开发双圆弧齿廓谐波齿轮传动时,应首先合理确定波发生器形式和柔轮径向变形量系数。     

谐波齿轮传动齿间啮合力分布规律及柔轮齿根应力的计算

谐波齿轮传动工作时,啮合区内柔轮齿和刚轮齿发生周向变形,如果它们不变形就会重迭(即干涉)。假设备柔轮齿上的啮合力正比于该柔轮齿和刚轮齿的重迭量,用边界元素法计算柔轮变形,再用变形后柔轮齿和刚轮齿的重迭量去修正啮合力分布规律。如此反复计算,最后使啮合区内各齿对间的重迭量趋近于零。此时的啮合力分布规律即为准确的齿间啮合力分布规律,并以此啮合力分布规律计算出柔轮齿的齿根应力,解决了谐波传动计算中这一难题。     

谐波齿轮传动柔轮的变形分析

柔轮是谐波齿轮传动装置的主要部件,柔轮的变形直接影响柔轮的应力、寿命及谐波齿轮传动机构工作的可靠性.本文通过理论推导,建立了双波谐波齿轮传动环形柔轮变形量、截面弯矩的计算模型,提出了柔轮变形敏感度的概念,并对柔轮变形的敏感度与中性层曲率半径变化进行了仿真,得出了柔轮齿数的合理取值范围及柔轮圆环危险截面的位置,可为柔轮的性能分析、改进设计提供参考.     

环形精密谐波传动柔轮的承载特性研究

为了研究谐波齿轮中环形柔轮负载状态下变形程度和应力分布,首先在波发生器和环形柔轮之间应用了更为贴合实际的过盈装配模型,解决了大变形装配的难题,并通过实验验证了该方法的有效性。在此基础上对谐波齿轮在空载和额定负载两种工作状态下的受力和变形状况进行了有限元数值计算。最后,通过数据处理对空载和额定负载下柔轮齿根和柔轮圆环中性层的变形和应力分布规律进行了研究。结果表明柔轮圆柱壳体中性层分布应力值较小,柔轮齿根处的分布应力最大且主要为切向应力。相对于空载,额定负载下柔轮的最大变形和最大应力增量分别为空载时的0.46%和93.6%,说明负载对柔轮的变形影响较小但对应力的影响较大。有限元数值仿真的结果与相关文献基本吻合,说明在模型中对柔轮应用过盈装配是成功的,这为研究实际工作条件下谐波齿轮传动性能提供了一种更准确的方法。     

装配误差对双圆弧谐波齿轮应力的影响

由于谐波传动中刚轮、柔轮与波发生器装配时存在装配误差,可能会引起刚轮与柔轮齿廓干涉,从而影响柔轮齿面与齿根应力,以无公切线双圆弧谐波齿轮为研究对象,基于改进运动学法设计齿形,针对各种装配误差设计实验,并通过ABAQUS建立有限元装配模型进行计算,研究装配误差对柔轮应力的影响规律。结果表明,长轴方向刚柔轮中心距误差与凸轮径向安装误差对柔轮齿上应力影响最大,短轴方向刚柔轮中心距误差与凸轮径向安装误差次之,凸轮轴向安装误差影响最小;短轴方向刚柔轮中心距误差与长轴方向凸轮径向误差对柔轮杯底应力有较小影响;其余因素对杯底应力的影响极小。为谐波减速器的误差控制与补偿提供一定参考。     

具有啮合齿面接触对的谐波传动有限元模型建立与分析

现有谐波传动有限元分析模型过于简化,与实际情况差别较大,为此,在ANSYS中建立带有整圈轮齿的刚轮和柔轮模型,利用其接触分析要素在啮合齿面间定义面-面接触对,使得各对轮齿在啮合时产生作用力,从而提出了一种与实际较接近的谐波传动有限元模型建模方法;以50机型为例,用该方法得到了负载作用下柔轮的等效应力、变形、各啮合齿面接...     

谐波齿轮传动中杯形柔轮的有限元计算与分析

基于简化的柱形壳体理论的柔轮应力计算是一定程度上的近似,实际工况中柔轮的齿圈开裂问题难以克服。以谐波齿轮传动中的杯形柔轮为例,建立柔轮啮合的仿真实体模型,在啮合齿对接触边界的节点之间建立面一面接触单元,用三维弹性接触问题有限元法较全面地计算和分析了承载柔轮齿圈和筒体的应力大小及分布规律、轮齿变形及影响机理。找出了柔轮开裂在设计阶段的主要原因,预测了危险断面的位置。根据柔轮理论、利用有限元计算结果重新计算并修正了轮齿影响系数,重新校核了柔轮强度。与理论计算结果和破坏实例对比得到了更接近实际的结果,为研究柔轮问题提供了一种更精细、高效的方法。     

谐波传动中凸轮径向变形量对齿廓修形的影响

由于谐波传动中凸轮变形量理论值与实际不符,引起刚轮与柔轮齿廓干涉,以无公切线双圆弧谐波齿轮为研究对象,基于改进运动学法设计齿形,在Abaqus中建立谐波齿轮有限元模型,提取柔轮长短轴最大径向位移,结合双圆弧齿廓修形原理,采用Matlab进行仿真分析,研究不同凸轮径向变形量对柔轮修形的影响。结果表明,随着凸轮径向变形量增大,柔轮前端轮齿修形量急剧增大,后端轮齿修形量缓慢减小;当凸轮径向变形量为0. 49 mm左右时,修形后可实现空载下无干涉啮合。有限元法进一步完善了谐波传动齿廓修形原理。     

波发生器作用下柔轮变形机理的非线性有限元分析

针对目前应用广泛的谐波传动齿轮,利用非线性有限元的方法建立了谐波齿轮传动柔轮在弹性波发生器作用下变形的分析模型。利用该模型对传动柔轮的形变、应力和应变进行了详细的计算分析,为设计新谐波传动齿轮提供了理论依据。     

谐波传动中柔轮轮齿对柔轮变形的影响分析

在传统的谐波齿轮传动研究中,用于求解谐波齿轮传动的共轭齿形的方法一般都是基于包络理论求共轭齿形的解析法。此方法在推导公式的过程中没有考虑柔轮轮齿的影响,得到的结果并不精确。利用UG三维软件建立椭圆凸轮式波发生器、杯形柔轮齿圈和简化齿圈圆环的三维模型,并以Parasolid格式导入ANSYS有限元软件中进行分析。采用面-面接触单元模拟柔轮与波发生器的相互接触状况,得到了柔轮齿圈和简化圆环的中性层上节点的位移曲线图和弹性应变曲线图,分析说明了柔轮轮齿对柔轮齿圈变形的影响,对求解谐波齿轮齿形具有参考价值。     

谐波齿轮传动中柔轮应力的有限元分析

建立了谐波齿轮传动中杯形柔轮与波发生器接触分析的有限元模型,对常用的滚轮、凸轮及圆盘式波发生器作用下柔轮空载时的应力进行了计算分析,得到了柔轮壳体的应力分布状况。研究表明:柔轮壳体上的最大应力出现在齿圈与波发生器的接触部位,齿圈上沿圆周方向的应力呈对称分布,在长轴和短轴处较大,在两者中部较小;沿齿圈宽度上柔轮的应力分布状况在双滚轮和四滚轮下相近,最大应力位于齿圈后端;双圆盘和凸轮下应力分布相近,最大值位于齿圈前端;在同样大的变形下,采用圆盘波发生器时柔轮上具有较小的应力。     

谐波齿轮中柔轮中性层的伸缩变形规律

在波发生器作用下,柔轮的中性层变形是谐波齿轮啮合分析的基础。柔轮变形分析基于小变形和中性层不伸长假定,但几何分析计算表明：柔轮的中性层出现伸长变形。为了真实揭示柔轮在双圆盘波发生器作用下的变形特征,提出基于强制几何约束条件和力平衡方程及连续性条件的柔轮中性层变形和内力计算方法。将波发生器作用下圆环受力分为接触区和非接触区,接触区由波发生器的强制位移条件确定柔轮中性层内力和变形;非接触区的变形和内力根据弯曲微分方程及其边界条件、连续性条件来确定。利用胡克定律,基于齿圈的周向力获得柔轮中性层周向应变和伸长变形。建立壳单元的柔轮有限元模型,实例表明理论解与有限元模型结果吻合良好,验证了柔轮中性层伸缩变形计算方法的正确性。获得的双圆盘波发生器作用下柔轮中性层变形及其周向应变分布,为后续的啮合分析、共轭齿廓设计及其侧隙计算提供了更准确的理论基础。     

基于ANSYS的谐波减速器杯型柔轮应力分析与参数优化

谐波齿轮的主要失效形式是柔轮的破坏,所以对柔轮的强度研究是谐波齿轮传动的重要课题。本文通过对柔轮应力的理论分析,得出柔轮厚径比和筒体长度是柔轮强度的主要影响因数。进而结合实例在Pro/E中建立包含轮齿的柔轮的精确三维实体模型,导入到ANSYS中进行应力分析,得到柔轮厚径比和筒体长度对柔轮应力的影响规律,然后在此基础上对柔轮的参数进行了改进。最后利用Matlab按最小二乘原理对得到的试验数据进行曲线拟合,证明了理论计算的正确性。     

柔轮应力的有限元分析及结构参数的合理选择

柔轮的疲劳断裂是谐波齿轮传动的主要失效形式,合理选择柔轮的结构参数是解决柔轮强度与结构紧凑这一矛盾的有效途径。本文在分析现有柔轮强度研究方法的基础上,提出了基于接触问题的有限元法,建立了柔轮与波发生器接触的数值分析模型。通过分析得到了柔轮应力的分布状况,分析结果与相关理论结果一致。研究表明:柔轮壳体上的最大应力出现在齿圈与波发生器的接触部位,齿圈处沿圆周方向应力呈对称分布,在长轴和短轴处较大;此外柔轮底部的应力也较大。在此基础上,结合理论分析合理改变柔轮的结构参数,分析了柔轮结构参数对应力的影响,得到一组使得柔轮强度高、质量轻的结构参数。     

双圆弧柔轮结构参数对柔轮应力的影响分析

为了优化双圆弧谐波减速器中的柔轮结构,使用SoildWorks软件建立双圆弧齿廓的柔轮三维模型,利用有限元法模拟在装配条件下波发生器对柔轮的变形并建立了接触模型。针对柔轮轮齿上倒角的角度和薄壁圆筒壁厚等结构参数进行了优化,通过ANSYS Workbench对比分析了柔轮在空载和负载情况下,柔轮轮齿上最大等效应力和薄壁圆筒最大等效应力随柔轮结构参数的变化规律。研究为优化谐波减速器中柔轮的结构设计提供了依据,为空载和负载时柔轮的受力分布情况提供了参考。     

四齿差谐波齿轮传动采用渐开线齿廓的合理性证明

由于齿差系数的不同,四齿差谐波齿轮传动能否采用渐开线齿廓,不能利用以前的结论。本文研究了当柔轮采用渐开线齿廓时,与之共扼的刚轮采用渐开线对其理论齿廓进行拟合所造成的齿形误差的变化规律。通过与普通小模数渐开线圆柱齿轮传动的齿形公差进行比较,表明只要合理选择变位系数,刚轮就可以采用渐开线齿廓,这为在实际工程中研制四齿差谐波齿轮传动装置打下了理论基础。     

Meshing stiffness property and meshing status simulation of harmonic drive under transmission loading

The multitooth meshing state of harmonic drive (HD) is an important basic characteristic of its high transformation precision and high bearing capacity. Meshing force distribution affects the load sharing of the tooth during meshing, and theoretical research remains insufficient at present. To calculate the spatial distributed meshing forces and loading backlashes along the axial direction, an iterative algorithm and finite element model (FEM) is proposed to investigate the meshing state under varied transmission loading. The displacement formulae of meshing point under tangential force are derived according to the torsion of the flexspline cylinder and the bending of the tooth. Based on the relationship of meshing forces and circumferential displacements, meshing forces and loading backlashes in three cross-sections are calculated with the algorithm under gradually increased rotation angles of circular spline, and the results are compared with FEM. Owing to the taper deformation of the cup-shaped flexspline, the smallest initial backlash and the earliest meshing point appear in the front cross-section far from the cup bottom, and then the teeth in the middle cross-section of the tooth rim enter the meshing and carry most of the loading. Theoretical and numerical research show that the flexibility is quite different for varied meshing points and tangential force amplitude because of the change of contact status between the flexspline and the wave generator. The meshing forces and torsional stiffness of the HD are nonlinear with the torsional angle.     

基于有限元模拟的谐波传动中齿干涉分析

利用有限元法对因杯形柔轮变形所引起的齿干涉进行分析研究。利用UG三维软件建立谐波传动中椭圆凸轮式波发生器、杯形柔轮和刚轮的三维模型,并以Parasolid格式导入ANSYS有限元软件中进行分析。采用点—面接触单元模拟柔轮与波发生器的相互接触状况,柔轮的变形更加接近于实际工作状态。在空载情况下,模拟谐波传动的啮合过程,以变形后的杯形柔轮为对象,分析了由其径向位移与切向位移引起的齿干涉现象,提出了一种观察齿干涉情况的新方法,对谐波传动装置的优化具有参考价值。     

三波谐波齿轮传动圆盘式波发生器的设计

建立了用于三波谐波齿轮传动的圆盘式波发生器分析模型，根据弹性理论得到波发生器作用下柔轮的径向位移与切向位移表达式，进而求出柔轮的弯曲应力计算公式，通过分析不同包角情况下柔轮弯曲应力沿圆周方向的分布，确定柔轮弯曲应力幅值最小时的角色，从而确定波发生器的圆盘半径以及圆盘的偏心距。给出了传动比为68的设计实例和设计过程。