齿条近似法齿廓谐波减速器柔轮静力学分析

以齿条近似法齿廓谐波减速器为研究对象,综合定性分析柔轮结构参数对谐波减速器的静力学影响,建立谐波减速器静力学有限元分析模型,分别从单因素和多因素正交实验方法研究谐波减速器柔轮静力学特性。结果表明:柔轮应力随齿圈宽度和筒长增加而降低,随壁厚和杯底倒角半径增加而增大;影响谐波减速器扭转刚度的结构参数从主到次分别是柔轮壁厚、筒长、杯底倒角、齿宽;而影响柔轮应力的结构参数从主到次分别是筒长、齿宽、柔轮壁厚、杯底倒角。可为齿条近似法齿廓谐波减速器的优化设计提供理论依据和指导。     

双圆弧柔轮内部应力分布研究

柔轮作为谐波齿轮传动中起承载作用的关键环节,容易由于疲劳而造成失效。为研究柔轮内部应力变化规律,观察其内部应力分布情况,基于ANSYS有限元分析软件,研究在波发生器驱动作用下,多个几何结构参数对柔轮内部各部分应力变化规律。结果表明,对比分析柔轮各个部分应力,柔轮齿圈部分应力最大,此处出现最大应力点,而筒底部所受的应力最小;筒长对柔轮应力影响较为明显,桶底圆角半径对筒底部分应力影响波动较大,筒体部分最大等效应力与齿圈部分最大等效应力具有相似趋势;柔轮壁厚对柔轮整体性能影响较大,而齿圈宽度增加,会使得柔轮整体应力以及各部分应力随之增加。因此,在设计杯型柔轮时,应首先确定柔轮齿宽参数,再选择合理的柔轮筒长、壁厚以及桶底倒角半径,从而减小柔轮应力,提高柔轮使用寿命。     

柔轮壁厚对其性能影响的仿真分析

柔轮是谐波齿轮传动中的关键核心部件,其性能直接决定了谐波传动的整体状况,为了探求柔轮壁厚对其性能影响的基本规律,从而能够更好的控制其性能。采用ANSYS Workbench软件分别对其空载及负载状态下柔轮壁厚对其应力及变形的影响情况进行仿真分析,结果表明,在空载情况下随着壁厚的增加,柔轮的最大应力不断增强,最大变形整体减小;在负载情况下,随着柔轮壁厚的不断增加,柔轮的最大应力整体减小,最大变形先减弱,后趋于平缓,在相同壁厚下,随着负载的增加,最大应力与最大变形均增加,随着壁厚的减小,负载对变形的影响越来越敏感;在相同条件下,筒底修型比等壁厚结构的柔轮所产生的应力较小。柔轮壁厚对其性能影响的这一规律为相关研究人员提供一定的参考。     

基于ANSYS的杯形柔轮结构参数对柔轮应力的敏感度分析

为研制出谐波减速器的短杯柔轮,使用ANSYS的APDL语言开发了杯形谐波柔轮的参数化等效接触模型,利用该模型分析25机型到60机型的柔轮在波发生器作用下所受到的应力情况,并与经验理论公式计算值进行比较,验证柔轮与波发生器参数化等效接触模型的准确性,并描述柔轮的最大等效应力随柔轮型号的变化规律。针对32机型分析柔轮的关键结构参数,包括柔轮筒长、齿圈壁厚、光滑圆筒壁厚、齿宽、三个柔轮圆角半径等参数的变化对柔轮的最大等效应力和光滑圆筒部分最大等效应力的影响敏感度,为短杯柔轮的结构参数优化设计提供依据。另外,在热和结构耦合的情况下对柔轮与刚轮的接触模型进行简化,给出柔轮最大应力随温度的变化曲线,为研究柔轮在高低温环境下的失效提供依据。     

谐波齿轮传动机构不同参数柔轮的装配应力分析

针对谐波齿轮传动机构在传动过程中,柔轮承受交替载荷和周期变形的问题,分析了柔轮装配下应力的分布情况。基于ANSYS有限元软件,在凸轮式波发生器装配作用下,定义了波发生器与柔轮"刚—柔"面面接触;采用控制变量法改变了柔轮结构参数,探究了空载下柔轮变形及应力分布规律,以及不同几何结构参数对柔轮内部各部分应力变化的影响;分析了在结构参数不变的情况下,空载与负载下的柔轮应力变化情况。研究结果表明:柔轮装配波发生器后,筒体受到的变形主要在波发生器长轴处;柔轮空载时,应力的分布及大小主要和波发生器有关,同时应力大小也会受到长径比、齿宽及筒体厚度影响;柔轮应力随着负载的增大而逐渐增大。     

波发生器对谐波齿轮传动的影响分析研究

在谐波齿轮传动理论的基础之上,考虑到椭圆波发生器装入柔轮后,柔轮会在轴向产生一定的锥角,使得柔轮内壁与波发生器之间无法完全贴合。为研究这一锥角对刚、柔轮齿之间啮合的影响,通过有限元软件Abaqus,对柔轮在初始变形、空载和负载的情况下进行了仿真分析。分析结果表明柔轮在轴向上形成的锥角使得柔轮在长轴方向上的变形量大于理论值,并且在空载和负载的情况下,柔轮齿圈前截面的齿和后截面与筒体连接的部位为应力较大位置,另外渐开线齿形在齿圈前截面易产生尖点啮合,而双圆弧齿形能够有效地改善这一现象。     

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。     

柔轮齿圈应力的有限元分析

建立了谐波齿轮传动柔轮齿根应力的有限元分析模型 ,比较了具有相同传动比、分度圆直径和柔轮壁厚 ,但齿差系数 kz 分别为 1和 2的谐波齿轮传动情况下柔轮齿圈的应力状况。由于刚度不连续现象的减弱 ,kz=2的谐波齿轮传动中柔轮变形形状更接近于理论值 ,它改善了传动的啮合质量 ,降低了动载荷 ;柔轮所需的变形力降低到原来的 75 % ,因此波发生器与柔性轴承及柔轮环节的磨损减弱 ,提高了传动效率 ;柔轮齿根最大应力值之比的有限元分析结果与考虑轮齿影响系数 kt的理论估算比较接近     

四齿差谐波齿轮传动的精度特征

根据谐波齿轮传动的运动特点, 提出了计算谐波齿轮传动理论啮合弧长的干涉控制模型;对双波四齿差和二齿差谐波齿轮传动的理论啮合弧长和可能同时啮合的齿对数进行了分析比较;得出在分度圆直径、传动比、柔轮径向变形量、柔轮齿圈壁厚、加工精度相同的条件下, 双波四齿差传动的传动精度比二齿差传动高百分之十以上的结论。     

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。     

基于ABAQUS谐波齿轮柔轮变形与应力研究

采用ABAQUS软件建立了谐波齿轮有限元实体模型,对波发生器装配过程以及谐波齿轮动态工作过程进行了仿真,得到了两过程中柔轮的变形与应力分布状况。研究表明：柔轮初始变形函数存在误差,但误差不大,在柔轮装配应力中周向正应力是主要组成,柔轮周向正应力与周向切应力皆沿着筒长方向递减,但周向切应力有一过渡区域;柔轮动载径向变形曲线在某区域内不在遵循正（余）弦曲线规律,周向变形曲线有轻微的相位角偏移,在齿圈区域柔轮动态Mise应力曲线存在明显的四个波峰,筒体区域Mise应力曲线波动幅度不大。     

锥束口腔CT谐波减速器柔轮有限元分析

口腔CT传动精度要求高,多使用运行平稳、精度效率及安全系数高的谐波减速器,其柔轮转动时因承受交变载荷产生周期变形容易失效。对柔轮齿廓进行设计,运用SolidWorks进行建模,导入Ansys Workbench中进行了静力学分析、模态分析、瞬态动力学分析。结果表明,柔轮应变主要位于波发生器的长短轴处,且沿筒体轴向应变逐渐减小;应力最大值位于波发生器与柔轮接触位置,瞬态动力学分析时最大应力位于齿根与筒体连接处;同时,柔轮应力应变的大小还受齿宽、筒长、筒厚等影响。     

谐波齿轮传动中柔轮初始变形力研究

从谐波齿轮传动的原理和特点出发,分析短筒谐波齿轮传动中短筒柔轮的变形力和应力急剧增加的问题.用有限元法计算分析柔轮的受力变形情况,分析柔轮各几何参数对初始变形力的影响,得出柔轮壁厚和长径比是初始变形力主要影响因素的结论.最后对柔轮壁厚与长径比对初始变形力的影响关系进行回归分析.     

负载条件下谐波传动柔轮变形分析

利用Matlab软件近似计算出齿间啮合力的分布,采用有限元法,在ANSYS Workbench环境中建立了空载与不同负载条件下柔轮-波发生器的有限元接触模型。得到了空载和不同负载条件下柔轮的周向和径向变形。结果表明,空载时,柔轮的变形只与波发生器的形状有关;承载时,载荷的大小对柔轮的径向变形影响较小,对周向变形影响较大,载荷越大,柔轮的最大周向变形量越大。有限元法可以准确地计算柔轮承载时的位移场分布,为柔轮变形研究提供了一种可行的方法。     

负载条件下谐波传动柔轮变形分析

利用Matlab软件近似计算出齿间啮合力的分布,采用有限元法,在ANSYS Workbench环境中建立了空载与不同负载条件下柔轮-波发生器的有限元接触模型。得到了空载和不同负载条件下柔轮的周向和径向变形。结果表明,空载时,柔轮的变形只与波发生器的形状有关;承载时,载荷的大小对柔轮的径向变形影响较小,对周向变形影响较大,载荷越大,柔轮的最大周向变形量越大。有限元法可以准确地计算柔轮承载时的位移场分布,为柔轮变形研究提供了一种可行的方法。     

变厚度齿圈柔轮空间变形规律研究

鼓形齿可改善齿面间的啮合状态,提高谐波齿轮的负载能力.为揭示鼓形径向修形形成的变厚度齿圈柔轮的变形规律,提出了变中面半径齿圈的空间变形理论计算方法.推导出轴向中面半径变化的齿圈中线的径向、周向及转角位移公式.建立了包含真实齿廓的参数化实体单元杯形柔轮有限元模型,通过接触分析计算了齿圈轴向前、中、后横截面内的中线变形;齿圈各截面的有限元结果与理论值吻合良好.通过与等厚度齿圈模型对比,研究了变厚度齿圈的空间变形特征.结果 表明,变厚度齿圈加剧了母线的非线性特征;从中截面到后截面的长轴区母线和从前截面到中截面的短轴区的母线非线性特征更显著.     

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。     

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...     

谐波齿轮的侧隙规律研究与有限元模型仿真

为更真实地反映谐波齿轮的侧隙分布,改进侧隙算法中柔轮齿根的定位方式,建立坐标变换下的齿廓方程以代替原有侧隙算法中的齿厚方程,提出基于周向位移定位和弧长定位的侧隙计算方法,建立含渐开线齿廓的平面齿圈实体有限元模型,获得空载啮合状态下侧隙分布。将理论计算的侧隙值与有限元模型计算的侧隙值比较发现,两者所得结果一致性较高。同时为了揭示侧隙偏差的来源,获取了有限元模型柔轮中性层的径向位移、周向位移和法线转角,并求解了周向位置极角。与理论算法结果比较发现,柔轮齿根周向位移偏差是引起侧隙偏差的主要因素。     

超短筒杯形和礼帽形谐波齿轮柔轮筒底应力的几何参数敏感性分析

随着谐波齿轮长径比的减小,柔轮筒底的应力会急剧上升。为降低超短筒柔轮筒底应力,建立参数化杯形和礼帽形柔轮实体有限元模型,分别计算了装配状态和负载工况下柔轮最高应力及其分布规律。对比计算长径比、膜板宽度和倒圆半径等几何参数对柔轮筒底最高装配应力和负载应力的影响规律。研究发现,超短筒杯形柔轮适用于小负载传动,超短筒礼帽形柔轮更适用于大负载传动;礼帽形柔轮更易于通过增大膜板宽度减小筒底应力。