谐波齿轮减速器

谐波齿轮减速器主要由刚轮、柔轮和波发生器三部分组成。柔轮是一个具有外齿的弹性薄壁零件,刚轮是一个刚性内齿圈,而波发生器是由一个椭圆凸轮及压配在凸轮上的薄壁轴承组成(如图所示)。波发生器压入柔轮内,柔轮在波发生器径向力作用下产生变形。在椭圆凸轮长轴方向,刚轮(设固定件)和柔轮的轮齿完全啮合。而短轴方向,刚轮和柔轮的轮齿完全脱开。由于刚轮齿数比柔轮齿数多2个,在输入扭矩作用下凸轮顺时针方向旋转时,椭圆长轴也随发     

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。     

谐波减速器核心部件结构应力分析

针对柔轮设计中高寿命、高承载能力的问题,以柔轮各部分圆角和波发生器为研究对象,在ANSYS中进行参数化建模,采用中心复合设计方法进行试验采样,并基于响应面法进行优化分析,选取了柔轮刚度和内壁、齿圈、杯底3处应力观测点为观测对象,得出了各圆角尺寸对应力和刚度的影响规律;分析结果表明,增大柔轮各倒角结构尺寸,能有效降低各处应力集中情况,提高柔轮刚度;在综合考虑柔轮应力与刚度变化情况的基础上,选取了柔轮设计最优的结构参数;为增加柔轮刚度,改善柔轮承载能力,在柔轮杯底设计了拔模特征,并对该结构进行了分析和优化;可以增大非标准椭圆凸轮波发生器短轴径向变形量以减小柔轮应力。     

径向变形量系数对谐波齿轮传动啮合特性的影响

径向变形量系数是衡量柔轮弹性变形的重要参数之一,选取公切线双圆弧齿廓为谐波传动柔轮齿廓,基于谐波传动包络啮合理论,采用MATLAB编程计算,研究了径向变形量系数对共轭区域、共轭齿廓、啮合轨迹等性能的影响。研究结果表明,径向变形量系数对长轴与短轴附近轮齿的径向变形、长短轴过渡段轮齿的切向变形与法向转角影响较大;随着径向变形量系数减小,共轭区域增大,而共轭区域之间的空白区域减小,且共轭曲线一齿廓向上偏移,共轭曲线二齿廓向下偏移,存在有效共轭区域及有效共轭齿廓;合理选择径向变形量系数是避免谐波传动啮合干涉并提高啮合性能的重要方式之一。     

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。     

谐波传动柔轮变形及共轭齿廓的研究

根据椭圆凸轮波发生器的运动规律,推导柔轮的变形函数,得出柔轮原始曲线的径向变形规律为余弦函数。进行柔轮的有限元变形分析,运用abaqus软件仿真波发生器装入柔轮的实际过程,提取柔轮中性层面的径向和切向变形量,拟合成相应的正弦因子函数,分析拟合误差,得出拟合变形函数与理论变形函数的差异。提出一种采用柔轮运动轨迹包络共轭刚轮齿廓的设计方法,根据已知的柔轮齿廓和原始曲线变形规律,求出刚轮齿廓,再进行刚柔轮的啮合仿真,分析啮合状态,验证刚轮齿廓的合理性,最后根据拟合的变形函数求解出刚轮齿廓,将其与理论变形函数的刚轮齿廓比较,分析二者差异。     

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。     

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。     

径向变形量对谐波减速器啮合特性及柔轮应力的影响分析

径向变形量是影响谐波减速器啮合和柔轮使用寿命的重要参数之一。基于谐波传动包络啮合理论,分析了谐波传动径向变形量对啮合特性的影响规律。采用有限元法分析得到了在凸轮波发生器作用下柔轮的应力分布。研究结果表明,径向变形量对齿顶的啮合轨迹、柔轮的径向变形、切向变形、法向转角、柔轮的弯曲应力和切向应力影响较大。柔轮应力的有限元计算与理论计算结果具有较好的一致性。为合理选择径向变形量以提高啮合性能和柔轮寿命提供了一定的参考。     

谐波齿轮传动中柔性轴承的力学分析

柔性轴承失效是谐波齿轮的一种常见故障形式。必须研究空载装配下柔性轴承的受力及其柔轮变形特征,为柔性轴承的设计和柔轮轮齿定位提供更准确的依据。为此建立柔性轴承模型,分析它在椭圆凸轮作用下的受力和变形;建立柔性轴承与柔轮接触模型,分析柔性轴承装入杯型柔轮的状态下,柔性轴承与柔轮内壁接触区的接触状态,柔性轴承的内外滚道的接触应力。为谐波齿轮的柔性轴承结构设计,柔轮轮齿定位和齿廓设计提供更准确的计算依据。     

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。     

谐波齿轮综合误差对结构设计的影响

针对谐波齿轮减速器在受载情况下摩擦大、效率低、甚至卡滞等问题进行理论研究及结构优化设计。首先对输出轴超静定问题进行理论分析,结论表明:输出轴刚度与轴径4次方成正比;各轴承反力与啮合径向力均与跨度成反比。其次通过对各种因素引起的变形量的量值进行比较,找出导致卡死的主要原因:结构设计、制造及装配误差引起的输出轴偏斜,从而导致柔轮与刚轮啮合不均匀,进而引起正应力与切应力剧增。最后在以上基础上,推导出柔轮在输出轴上的理论位置,为谐波齿轮结构设计提供依据。     

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。     

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。     

谐波减速器传动机构的动态仿真研究

为了研究谐波减速器在实际工作状态下的变形情况,利用Adams对模型进行动态仿真.谐波减速器齿轮均采用双圆弧齿形,因此首先对齿形进行设计,并通过solidworks建立谐波传动装置各零部件的模型.然后在AnsysWorkbench中对柔轮进行静力学分析,查看柔轮的应力分布以及变形情况.最后利用Adams建立谐波减速器的刚柔混合模型,实现柔轮和刚轮的动态仿真.通过仿真分析可以看到谐波减速器的传动过程比较平稳,柔轮与刚轮轮齿之间的啮合情况良好,因此可以说明减速器的传动机构设计合理.     

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。     

谐波减速器柔轮的动态特性研究

谐波减速器的传动机理是建立在弹性变形协调理论基础上的,易导致谐波减速器的关键部件-柔轮产生疲劳破坏。为解决这一难题,以XB1-50-80型谐波减速器为研究对象,对其进行了动态特性研究,分析结果表明,在工作频率内,不会引起柔轮的共振。得到了柔轮的振型主要表现为:柔轮杯口的径向拉伸,杯底的轴向拉伸和弯曲。研究结果有助于进行柔轮的优化设计,减小运行工况下柔轮的应力,提高使用寿命。     

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。     

基于谐波齿轮空间侧隙均匀化的三圆弧齿廓柔轮的径向修形设计

为改善径向变位加工的柔轮空间齿廓与平面齿廓刚轮的啮合状态,建立柔轮齿廓径向修形设计方法.利用柔轮装配变形的精确算法确定椭圆凸轮波发生器作用下的轮齿位置,再利用圆弧齿廓间的周向侧隙算法获得侧隙.按照直母线假定确定出轴向多个截面内的轮齿定位,进而获得侧隙,以揭示柔轮锥度变形后的空间侧隙分布.未修形的侧隙显示:按照共轭啮合理论设计的刚轮齿廓只在设计截面实现了小而均匀的侧隙分布,前端和后端出现严重干涉.利用前端和后端向内的刀具变位可消除干涉.经迭代设计的径向修形可实现所有截面侧隙趋于零的最佳状态,获得从前到后的线啮合状态.啮合轨迹线仿真表明:合理的径向修形可实现更好地齿面啮合状态.     

谐波减速器组合曲线凸轮波发生器的设计与分析

波发生器的形状直接影响柔轮的受力特性。柔轮是谐波减速器中最薄弱的部分,为提高其寿命,介绍了一种基于圆锥曲线组合的凸轮波发生器的设计。组合曲线凸轮波发生器轮廓由抛物线、连接圆弧和偏心圆弧组合而成;将抛物线与连接圆弧、连接圆弧与偏心圆弧平滑过渡作为约束条件,通过正交实验确定组合曲线凸轮波发生器各段曲线参数,分析了各参数对柔轮最大等效应力的影响程度;利用有限元软件,分别对标准椭圆凸轮和组合曲线式凸轮作用下的柔轮进行了瞬态动力学分析,并基于分析结果,利用nCode-Designlife软件,对柔轮的疲劳寿命进行了研究。结果表明,组合曲线凸轮波发生器作用下的柔轮最大等效应力比标准椭圆凸轮波发生器作用下的低;组合曲线凸轮波发生器作用下的柔轮啮合区的齿圈前后端应力明显降低,应力分布更加均匀,疲劳寿命也有所提高。