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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

端面谐波传动中啮合力分布规律的边界元分析

本文用三维边界元法计算了端面谐波传动中柔轮齿间啮合力分布规律及侧隙,为准确计算端面柔轮齿根应力奠定了基础。通过对四组不同结构参数的柔轮的计算结果分析,提出了一些关于柔轮及波发生器凸轮结构参数选择的建议。     

考虑谐波齿轮传动间隙的柔轮变形状态

本文通过对谐波齿轮传动凸轮式波发生器机构的间隙进行分析计算,在合理假设柔轮—波发生器之间的载荷分布模型基础上,建立了合理的柔轮壳体变形数学模型。运用壳体理论、优化理论,推导了在波发生器—柔轮系统具有间隙条件下的柔轮实际原始曲线数学方程从而为进一步研究真实状态下谐波齿轮传动的啮合几何问题与结构强度问题奠定了基础。     

基于Isight和ABAQUS软件的柔轮筒体应力与结构优化

应用ABAQUS软件计算柔轮筒体在空载和负载条件下的最大应力,通过Isight软件生成试验矩阵。将各试验点的结构参数赋予控制程序,调用ABAQUS软件自动完成应力计算。利用Isight软件中的响应面模型,拟合样点与最大应力值的近似关系。根据拟合关系,利用多目标优化算法,以最大应力和最短筒长为设计目标,对柔轮筒体进行优化设计。