双圆弧谐波齿轮传动基本齿形的研究

在研究圆弧齿廓谐波齿轮传动啮合原理的基础上,提出了双圆弧谐波齿轮传动柔轮和刚轮基本齿廓设计方法。通过三维CAD设计软件SolidWorks查看柔轮和刚轮的配合情况,并用有限元法研究柔轮齿形的位移变形,模拟波发生器下柔轮的弹性变形过程,通过仿真结果验证柔轮齿形设计的合理性。     

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。     

基于遗传算法的双圆弧谐波齿轮的优化与分析

双圆弧谐波齿轮传动过程中产生的"双共轭"现象对谐波传动的承载能力有重要影响,为此,提出了一种基于遗传算法的针对谐波齿轮啮合时的"双共轭"区间的优化方法.首先,运用包络法求解柔轮的理论共轭齿廓;然后,以两段共轭齿廓的贴合程度为目标,建立了一种基于遗传算法的双圆弧谐波齿轮参数优化模型.使用此模型对柔轮参数进行优化设计,结果发现,该优化方法能对较多的参数进行优化且可以减少计算时间.对优化后的参数进行单参数敏感度分析,发现目标函数对凸齿圆弧半径、凹齿圆弧半径及齿厚比的敏感度低.因此,可以通过适当放宽低敏感度参数和控制高敏感度参数尺寸误差的方式来控制柔轮制造的精度并增加双圆弧谐波齿轮啮合时的"双共轭"区间.     

考虑柔轮空间变形的谐波齿轮传动齿形设计方法

为了解决基于平面设计的轮齿在柔轮空间变形影响下的齿廓干涉问题,提出了一种考虑柔轮空间变形的双向共轭法.该方法分别在柔轮轮齿前后端截面对预设柔轮凸圆弧进行共轭计算,得到刚轮的双圆弧齿廓,用刚轮凸圆弧在前端截面反向共轭计算柔轮凹圆弧齿廓,并与预设凸圆弧结合得到柔轮齿廓.基于三维有限元分析进行谐波齿轮传动啮合仿真,证明了将柔轮空间变形引入齿形设计可以有效避免齿廓干涉.     

谐波减速器中双圆弧柔轮的齿形修形及试验研究

针对实际工况中,谐波减速器双圆弧柔轮在啮合传动过程中存在齿轮干涉问题,基于柔轮与刚轮齿面接触分析的有限元法,对柔轮轮齿采用两段螺旋线修形方法进行修形,然后对样机进行了综合性能测试。结果表明,修形后的柔轮对刚轮齿面接触应力最大为72 MPa,相比修形前减小了368 MPa,且修形后的柔轮其他位置的齿面接触应力略高于修形前,不仅有效避免了齿轮干涉问题,还提高了谐波减速器的啮合传动性能;样机的对比测试也验证了柔轮修形后的谐波减速器各项传动性能均优于修形前。该项研究为谐波减速器系统的动态特性和啮合特性分析提供了有益参考。     

圆弧齿廓谐波齿轮侧隙及干涉检查仿真

为保证齿廓形状数学描述的唯一性、几何不变性和连续性,提出基于弧长坐标的圆弧齿廓表示方法,用分段函数表达公切线型双圆弧齿廓.建立了不同波发生器作用下圆弧齿廓谐波齿轮的装配模型,装配模型中柔轮的轮齿能够反映装配变形后柔轮的真实工作状态.利用坐标变换,通过求解啮合齿对间的相对位置进行啮合仿真,获得装配状态下啮合齿对间的侧隙分布,并依据侧隙进行干涉检查.实例研究表明,公切线型双圆弧齿廓谐波齿轮的啮合区间大,齿间侧隙分布均匀;但柔轮的最大径向变形量的变化对侧隙分布影响很大,甚至会引起齿廓干涉.     

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.     

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。     

双圆弧齿廓谐波传动的设计与分析

双圆弧齿廓谐波传动对装置传动性能具有显著影响,基于改进运动学谐波啮合理论,利用MATLAB设计了适用于谐波传动的公切线双圆弧齿廓,并对其干涉、侧隙、变形、轨迹等进行啮合仿真分析。研究结果表明,所设计双圆弧齿廓谐波传动在波发生器转角大于62°时脱离啮合,啮合齿数多;在柔轮轮廓未脱离啮合前,轮齿无干涉、始终保持连续接触、啮合点不断改变、啮合状态良好,有利于提高谐波传动的承载能力、传动精度、扭转刚度等性能。     

封闭式谐波齿轮传动直筒形柔轮结构参数的合理匹配

封闭式谐波齿轮传动柔轮的结构设计，是设计封闭式谐波齿轮传动的关键。本文从提高谐波齿轮传动的啮合性能出发，利用结构力学的方法，对直筒形封闭柔轮的结构进行了分析，导出了柔轮主要结构参数间合理匹配关系表达式，并对其进行了选择计算，得到了直筒封闭柔轮主要结构参数的合理取值范围。     

双圆弧柔轮齿形参数对谐波齿轮传动共轭特性的影响

谐波齿轮传动过程中,双圆弧齿廓可有效避免尖点啮合现象。为进一步优化双圆弧齿廓,提高谐波齿轮传动装置的性能,基于改进运动学法的精确共轭理论,采用Matlab编程计算的方法,对比分析了柔轮齿廓中主要参数的变化对共轭区域和共轭齿廓的影响。分析结果表明,柔轮轮齿凸齿廓圆弧半径、凹齿廓圆弧半径和径向变形量对共轭齿廓形状影响显著;而公切线倾角、公切线长度对共轭区间和共轭齿廓弧长影响较明显,合理选用柔轮齿廓参数可有效提升谐波齿轮装置的传动性能。     

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。     

谐波齿轮减速器双圆弧齿形的设计

谐波齿轮减速器采用双圆弧齿廓,在传动的过程中,不易产生尖点和轮齿干涉的现象,同时还易于油膜的形成,应用十分普遍。基于运动学谐波啮合理论,利用MATLAB软件对谐波齿轮共轭齿廓进行求解,拟合双圆弧齿廓曲线,设计出谐波齿轮减速器刚轮齿形。     

基于范成原理的CTC谐波齿轮传动柔轮齿廓的参数化设计与仿真

主要对圆弧-渐开线-圆弧(CTC)齿形谐波齿轮传动的柔轮进行参数化设计与仿真。首先对刀具的基准齿形进行设计,其次根据范成原理可得出与之共轭的柔轮齿形,最终基于MATLAB软件实现了柔轮齿形的参数化设计与仿真。     

变结构双圆弧柔轮的应力分析

基于公切线型双圆弧为齿廓的柔轮和椭圆波发生器的谐波齿轮传动为研究对象,建立三维装配模型,对模型进行有限元分析。在基础结构上对柔轮的结构做了一定的改进,即在柔轮齿上倒角和在柔轮光滑圆筒的外表面切入一定的圆弧深度,对比分析了其柔轮的应力分布、应力集中情况。并分析了柔轮应力随着齿上倒角半径大小和柔轮光滑圆筒外表面切入的圆弧深度的变化情况。     

三圆弧谐波齿轮传动齿廓设计

基于谐波齿轮传动共轭精确求解方法,提出三圆弧谐波齿轮传动齿廓设计方法,并研究了三圆弧柔轮齿廓参数对谐波传动共轭区间的影响。研究结果表明,三圆弧谐波齿轮传动较双圆弧谐波齿轮传动具有更宽的共轭区间和更小的共轭间隔区间;减少凸齿廓圆弧半径有利于增加谐波传动共轭区间,但不利于减少共轭间隔区间;减少中间圆弧半径、夹角δ1和δ2既利于增加谐波传动共轭区间,也利于减少共轭间隔区间;凹齿廓圆弧半径对实际共轭区间影响很小。合理选择柔轮齿廓参数可有效减少共轭间隔区间,增加共轭区,减少尖点啮合,增加齿间共轭接触,从而提高谐波齿轮传动精度和扭转刚度。     

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。     

接转化啮合再现法设计加工谐波传动柔轮

本文所探讨的“转化啮合再现法”，其要点为（１）使柔轮处在与刚轮空载啮合时相同的变形条件下进行范成加工；（２）加工装置中的波发生器固定不动，切齿刀具与刚轮存在着对应关系”；（３）按柔轮的当量齿轮法进行设计计算，将当量齿轮的分度圆取在柔轮中线上，并使该对齿轮假想的节圆与分度国重合。按上述原理设计加工出的谐波传动齿轮副能够符合齿廓啮合基本定理。柔轮轮齿加工装置结构简单，生产率高。     

按转化啮合再现法设计加工谐波传动柔轮

本文所探讨的“转化啮合再现法”其要点为（１）使柔轮处与刚轮空噪啮合时相同的变形条件下进行范成加工；（２）加工装置中的波发生器固定不动，切齿刀具与刚累存在着对 应关系；（３）按柔轮的当量齿轮法进行设计计算，将当量齿轮的分度圆取在柔轮中线上，并使该对啮轮假想的节圆与分度圆重合，按上述原理设计加工的谐波传动齿轮副能够符合齿廓啮合基本定理，柔轮轮齿加工装置结构简单，生产率高。     

圆弧齿廓谐波齿轮齿廓设计和啮合侧隙优化

以圆弧齿廓谐波齿轮为研究对象,建立柔轮节曲线上任意点的切向方程和法向方程,并将柔轮节曲线上各点的切向位移与法向位移拟合,计算出装入椭圆凸轮波发生器时的柔轮齿廓曲线。根据柔轮坐标系到刚轮坐标系的变换矩阵及所求出的柔轮齿廓曲线,得到刚轮齿廓上离散点的坐标,从而拟合出与柔轮齿廓共轭的刚轮齿廓。建立了柔轮和刚轮间的侧隙模型,并以啮合侧隙为目标函数,选取柔轮齿面与刚轮齿面接触点的压力角、柔轮齿廓的全齿高、柔轮轮齿的法向转角及柔轮齿面接触线的弧长增量,这4个变量作为侧隙优化的设计变量,使侧隙量在满足约束方程的条件下最小。针对椭圆波发生器的谐波齿轮,通过其圆弧齿廓设计和啮合侧隙优化的实例,验证了理论模型的正确性。