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。     

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。     

基于正交试验和有限元分析的谐波传动柔轮杯体结构优化

柔轮作为谐波传动中的关键部件,其疲劳强度大小直接影响谐波传动的承载能力与使用寿命。基于APDL参数化设计语言,建立柔轮接触分析参数化模型,考虑柔轮与波发生器的配合间隙和轴承的间隙,应用有限元方法求解柔轮的应力场。在此基础上,运用正交试验法分析柔轮杯体各结构参数对最大应力的影响,并以柔轮应力最小作为目标函数,采用零阶方法优化最优柔轮杯体参数。     

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。     

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。     

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。     

谐波减速器柔轮的有限元分析

通过理论计算得出齿间啮合力,并采用有限元分析法,在ansys-workbench中建立不同负载下的钢轮-柔轮-波发生器的有限元模型,得出不同负载条件下柔轮的变形情况。结果表明,柔轮的主要变形发生在齿圈与筒体的过渡区域和齿圈处。建立不同壁厚、筒长、齿宽的柔轮对其进行有限元分析,得出柔轮的最大应力与最大变形与壁厚、筒长、齿宽之间的关系。     

谐波齿轮传动柔轮应力解析的计算模型

以柔性轴承波发生器杯型柔轮谐波齿轮传动为对象，研究了谐波齿轮传动强度分析中，最为关键的波发生器外圈内圈与滚球的接触、外圈与柔轮通过油膜层的接触以及刚轮与柔轮通过齿与齿的啮合直接接触等3个接触问题，分别推导和建立了这些接触问题的力学和有限元法数值计算模型。     

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。     

带式啮合介质齿轮传动的磨损仿真分析

带式啮合介质齿轮传动中,齿轮副的接触由高模量的齿轮对接触转化为高模量齿轮与低模量介质带的接触,磨损主要发生在柔性介质带上。应用Archard黏着磨损理论,建立带式啮合介质齿轮传动磨损数学模型,用Solid Works三维建模软件建立带式啮合介质齿轮的实体模型,并对其结构静力学进行分析;根据磨损数学模型和接触应力的分布情况,模拟计算出介质带的磨损量。结果表明:带式啮合介质齿轮传动最大接触应力发生在啮合节点处,弹性应变主要发生在介质带上,啮合节点处应变值最大;介质带的磨损量随载荷和滑动距离的增加而增加,最大磨损量发生在啮合节点处,在齿轮啮合线上不同节点处磨损量略有差距,边缘处磨损量最大。     

基于温度场的螺旋锥齿轮啮合热特性分析

根据螺旋锥齿轮啮合方程,采用“自底向上”的实体建模方法和八节点六面体等参元,建立其三齿的有限元分析3D模型;采用热传导理论,求解了螺旋锥齿轮本体稳态温度场。由此,对热和结构两个物理场进行耦合,仿真分析了啮合过程热应力和热变形。实例分析结果表明,螺旋锥齿轮副多齿啮合时其中一个齿的啮合中心稳态温度较高,热应力最大处在齿根部位,靠近啮合中心的齿顶部位的热变形最大;由于结构、材料特性等多因素影响,最大热应力和热变形部位不与最高温度点重合。这些为螺旋锥齿轮的设计制造和使用提供了一定依据。     

非圆齿轮数控滚切加工对刀点的坐标计算

准确地定出刀具中心位置的坐标是严格保证非圆齿轮加工时刀具和工件精确位置关系的关键。对数控滚齿机滚切加工非圆齿轮时如何确定刀具中心位置的坐标进行了分析,推导出相关的计算公式,推导出的公式既适用于非圆齿轮,也适用于圆柱齿轮,可以很方便地计算和确定刀具中心位置的坐标。为自动编程系统中运算库的建立提供了理论依据。     

汽车差速器锥齿轮差速工况下的润滑特性研究

为了研究差速器锥齿轮摩擦和磨损机制,基于弹性流体动力润滑理论,建立直齿锥齿轮无限长时变弹性流体动力润滑模型,研究行星齿轮分别与左右半轴齿轮啮合时的润滑状况,计算差速工况行星齿轮时变效应下的油膜压力和油膜厚度;研究差速工况下左右半轴齿轮的润滑状况,分别比较左右半轴齿轮同行星齿轮啮合时的润滑特性;研究曲线行驶路段复杂变工况下行星齿轮的润滑状况。结果表明:差速工况下行星齿轮啮合周期内的膜厚变小,且行星齿轮与半轴齿轮的相对滑动加剧;行星齿轮同左右半轴齿轮啮合时的润滑特性不同,左转弯工况时,左半轴齿轮同行星齿轮啮合时的最大压力较大,右半轴齿轮同行星齿轮啮合时的最小油膜厚度较大;曲线行驶变工况下行星齿轮润滑特性也不同,左转弯工况向右转弯工况过渡时的压力减小,膜厚增大。     

双圆弧齿轮基于柔性轮缘的动态接触模型研究

基于柔性轮缘和ANSYS/LS-DYNA建立了双圆弧齿轮动态接触应力的分析方法和模型,分析了影响动态模型建立的因素。研究了动态模型中约束和载荷的处理方法及施加相当于扭矩的跟随载荷的具体方法,计算了实际运转过程中两种动态模型的齿面接触应力。计算分析表明,这种柔性体的齿轮接触模型能真实模拟齿轮啮合过程,为双圆弧齿轮动态性能研究奠定了理论基础。     

弧齿锥齿轮参数调节状态下行波共振特性及其影响规律研究

针对某型航空发动机中央传动锥齿轮在实际使用中因行波共振造成的从动轮断裂失效问题,采用仿真分析与试验验证相结合的方法,研究弧齿锥齿轮参数调节状态下的行波共振特性及其影响规律。基于有限元方法对齿轮进行模态分析,讨论辐板厚度和工作温度对齿轮行波共振特性的影响;基于Hertz接触理论对啮合齿轮进行瞬态动力学分析,重点讨论行波共振状态下负载功率、工作温度及阻尼系数对齿轮应力分布的影响。仿真与试验对比结果表明：模态计算和动力学分析的仿真结果误差均在合理范围内。在满足齿轮设计有关要求前提下,调整辐板厚度可避开共振转速或共振频率。在振动应力分布的共振参数敏感性方面：当齿轮在三四节径行波共振状态下工作时,齿根处应力值最大,辐板正面应力值最小;随着齿轮负载功率、工作温度和阻尼系数变化,从动轮辐板正面应力变化较小,辐板背面和齿根处变化较大。在该齿轮改进和优化设计中,需重点针对三四节径行波共振进行处理。     

汽车门锁闭锁器小模数齿轮副接触有限元分析

汽车门锁闭锁器中的塑料齿轮在节线附近容易发生断裂,设计时需校核其强度。首先在CAXA中建立齿轮副模型,之后运用接触有限元方法,借助Ansys12.0有限元分析软件研究了齿轮副在一个啮合周期内的接触应力及结点位移的分布。得出了以下结论:齿轮副最大接触应力和结点位移都发生在节点啮合时;最大接触应力小于大小齿轮接触强度的极限值;相邻两啮合位置的接触应力相差较大时说明在此两位置之间发生了单对轮齿与双对轮齿接触的变换;对于塑料齿轮来说,当啮合位置是从齿顶向节点方向变化的单齿啮合时,齿轮副的最大接触应力总体呈减少趋势。为汽车门锁闭锁器中齿轮的设计提供理论参考。     

减变速一体化齿轮啮合原理的研究

突破常规非圆齿轮副的节曲线都是非圆形的限制,提出由普通直齿圆柱齿轮和非圆面齿轮组成的传动机构,可实现任意的减变速一体化传动,从而最大限度地简化传统减变速装置的传动结构,节省传动空间,提高传动效率。提出用非圆曲线代替普通面齿轮节圆的设想,根据传动过程中两齿轮节曲线之间进行纯滚动的原理,建立圆柱齿轮的空间节曲线方程,从而揭示正交轴圆柱齿轮与非圆面齿轮的传动机理;将圆柱齿轮与非圆面齿轮的传动比分解成减速比和变速比两部分,建立几何参数与两部分传动比的对应关系,可方便地设计任意减变速传动规律。根据齿轮空间啮合原理,建立由标准齿轮插刀包络非圆面齿轮的齿面模型,可为进一步轮齿几何特性分析及强度计算提供理论基础。计算出不同设计参数下非圆面齿轮副的传动比,分析了其独特的传动性能,并利用数字化制造仿真技术模拟标准齿轮插刀加工非圆面齿轮的过程,得到与齿廓数学模型完全吻合的齿面数据,从而验证了新型齿轮的传动机理及齿面模型的正确性。     

基于真实粗糙齿面的齿轮传动接触应力分析

现行齿轮传动接触疲劳强度的设计基础是仅适用于一对光滑表面之间干接触的赫兹理论,这显然与齿轮传动实际状况有一定差异。为获得齿轮传动实际状况的齿面压力分布、油膜厚度及轮齿接触区次表面的应力分布,基于实测所得的表面粗糙度数据,采用有限元法对重载齿轮传动进行混合弹流润滑数值分析。结果表明:粗糙齿面接触时的齿面压力分布及轮齿接触区次表面应力分布均明显相异于赫兹分布或基于光滑齿面全膜弹流润滑计算所得的相应分布;齿面粗糙峰谷的存在会使齿面接触应力比赫兹接触应力增大25%左右,且齿面平均油膜厚度的最小值及接触应力的最大值均发生在啮入点而非节点。因此,现行的以赫兹应力为基础、以节点参数为依据进行齿轮传动接触强度设计的做法有失科学性和安全性。     

不同粗糙纹理对齿轮齿条热弹流润滑的影响

将齿轮齿条的传动模型简化为圆柱与无限大平面之间的运动,建立考虑齿轮和齿条齿面粗糙纹理影响的齿轮齿条传动的热弹流润滑模型。采用牛顿流体,压力求解采用多重网格法,弹性变形采用多重网格积分法,计算得到不同粗糙纹理下的压力与膜厚,并与光滑表面进行比较,同时比较考虑热效应与等温情况下的压力与膜厚。计算结果表明:受粗糙纹理的影响,齿轮齿条传动机构的压力、膜厚和温升出现波动,最小膜厚变薄;矩形和三角形粗糙纹理表面粗糙峰和粗糙谷内都会形成局部的弹流现象,产生局部压力峰;考虑热效应时粗糙纹理表面的温升呈现波动,而压力和膜厚的波动幅度更大,考虑热效应的齿轮齿条传动机构的弹流润滑分析更符合工程实际。