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。     

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。     

筒形柔轮的结构优化与有限元分析

柔轮是谐波减速器的核心部件,同时也是由于应力集中而最容易失效的部件.针对某型谐波减速器筒形柔轮齿圈局部应力集中问题,对筒形柔轮进行结构优化,并进行有限元分析,对比工作状态下结构优化前长筒柔轮和结构优化后短筒柔轮的等效应力.分析结果表明,通过结构优化,筒形柔轮的轴向长度大大缩小,最大应力值明显减小.对结构优化后的筒形柔轮进行结构参数分析,进而选择最优的结构参数.     

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。     

钟形谐波齿轮平面啮合的几何条件及杯底应力分析

为实现齿轮齿圈的径向平面变形和齿廓间的平面啮合,依据圆柱壳理论的几何方程,提出钟形筒体与齿圈连接处的变形条件;建立参数化钟形柔轮壳体接触模型,迭代求解实现齿圈平面变形的钟形曲线的几何条件,即齿圈中面半径和钟形曲线半径比值与钟形曲线中心角的关系,并用五次样条曲线拟合表达。求解满足齿圈平面变形时筒体和杯底连接处的变形条件,并依据圆形薄板理论提出杯底变形及应力的计算方法。研究发现,从动轴半径大于0. 65倍杯底半径时,钟形柔轮杯底应力随从动轴半径的增加呈指数级增大;但实现齿圈平面变形的钟形曲线几何条件与从动轴半径无关。     

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。     

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。     

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。     

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     

双圆弧谐波齿轮传动柔轮齿廓参数对侧隙的影响

在谐波齿轮传动中,空载啮合侧隙对其传动性能有显著影响。基于谐波传动共轭精确求解方法,研究了谐波齿轮传动共轭区间、刚轮理论共轭齿廓和侧隙随柔轮齿廓参数的变化规律。研究结果表明,柔轮齿廓参数对啮合共轭区间、刚轮理论共轭齿廓和侧隙具有决定性作用。减少凸齿廓圆弧半径有利于增加啮合共轭区间,但不利于减小侧隙;凹齿廓圆弧半径对共轭区间影响不明显,对侧隙影响较大;减小公切线倾角有利于增加共轭区间,也有利于减小侧隙值和改善侧隙分布;凸齿廓、凹齿廓圆弧半径对刚轮齿廓参数影响明显,公切线倾角对刚轮齿廓参数几乎无影响。合理选择柔轮齿廓参数能够获得更大的共轭区和更均匀的侧隙分布,从而提高承载能力和传动性能。     

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。     

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。     

谐波减速器柔轮结构优化设计研究

针对谐波减速器的柔轮在工作过程中易破损问题,本文建立了柔轮与波发生器之间的有限元模型。根据半无矩理论,分别对三种不同形状的柔轮在空载条件下进行了等效应变和等效应力的数值分析。研究表明:柔轮的危险区域在齿圈部分,齿圈上的应力呈对称分布。三种不同形状的柔轮中,直线直角回形柔轮的等效应变和等效应力都较小。因此,在相同的工作要求条件下,将柔轮设计成直线直角回形结构比较好。为柔轮的优化设计提供了理论基础。     

谐波传动柔轮轮齿偏斜现象及其影响分析

理论分析和实际应用均证明了柔轮轮齿偏斜现象的存在。不同截面的刚柔轮啮合轨迹和侧隙的变化分析表明,在啮合的前部分时间里柔轮齿轴向靠近筒底部分容易啮合,之后啮合易出现在靠近筒口的部分。在共轭啮合区间大多数截面都产生了啮合干涉。轮齿偏斜造成的啮合干涉在轮齿非工作侧出现较早。干涉使得柔轮受力增加,并且产生周期性的弯曲变形,容易使柔轮产生疲劳裂纹。不同波发生器对轮齿偏斜造成的不同截面侧隙波动有一定的影响,但总体上差别不大。     

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。     

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。