谐波传动中柔性轴承内部载荷的理论计算和仿真分析

柔性轴承是谐波减速器中的关键部件,研究柔性轴承的载荷分布和接触应力对柔性轴承的设计和寿命计算至关重要。柔性轴承装配到波发生器会发生预变形,不再适用刚性套圈理论,其内部载荷也会发生变化。利用ANSYS建立柔性轴承的多体接触模型,得到柔性轴承的载荷分布和接触应力,并从薄壁圆环理论和赫兹接触理论验证了仿真分析的合理性。分析结果表明波发生器作用下,装配预变形导致柔性轴承实际承载区间减少,最大滚动体载荷和接触应力增大。研究结果对柔性薄壁轴承的设计及分析提供理论参考和实践指导。     

预应力对柔性薄壁轴承疲劳寿命影响的仿真分析

谐波减速器的柔性轴承装配到波发生器椭圆凸轮上时存在较大的预应力和预变形。为研究预应力的影响,利用ANSYS Workbench建立柔性轴承和波发生器凸轮多体接触模型,在实际工作载荷和预应力及预变形作用下,对柔性轴承内外套圈进行分析,得到其变形、应力以及载荷分布规律。分析结果表明,内外圈沟道处的等效应力主要取决于其受到的周向应力;内外圈的最大等效应力和最大径向应力发生在长轴处的球与内外沟道接触的区域。依据L P理论计算出柔性轴承的疲劳寿命,结果表明,考虑预应力情况下柔性轴承的疲劳寿命降低了30%,研究结果对柔性薄壁轴承的设计及分析提供理论参考和实践指导。     

预应力对柔性薄壁轴承疲劳寿命的影响

谐波减速器的柔性轴承装配到波发生器椭圆凸轮上时存在较大的预应力和预变形。为研究预应力的影响,利用ANSYS Workbench建立柔性轴承和波发生器凸轮多体接触模型,在实际工作载荷和预应力及预变形作用下,对柔性轴承内外套圈进行分析,得到其变形、应力以及载荷分布规律。分析结果表明,内外圈沟道处的等效应力主要取决于其受到的周向应力;内外圈的最大等效应力和最大径向应力发生在长轴处的球与内外沟道接触的区域。依据L-P理论计算出柔性轴承的疲劳寿命,结果表明,考虑预应力情况下柔性轴承的疲劳寿命降低了30%,研究结果对柔性薄壁轴承的设计及分析提供理论参考和实践指导。     

谐波减速器中薄壁轴承接触载荷-应力计算仿真研究

针对经典滚动轴承力学特性的研究大多基于刚性套圈的假设,但无法应用于谐波减速器中发生套圈变形的薄壁轴承问题,基于柔性套圈变形假设得到薄壁轴承接触载荷-应力计算模型,并通过ANSYS建立薄壁轴承柔-柔接触三维有限元仿真模型.分析薄壁轴承装配受载引起套圈变形后滚动体接触载荷分布规律,研究薄壁轴承滚动体-滚道非理想接触下滚动体接触载荷-应力计算模型,指出传统刚性套圈假设、切片法分析薄壁轴承载荷分布以及估算薄壁轴承接触应力的局限性.通过理论数值计算和仿真结果对比,验证了基于柔性套圈假设分析薄壁轴承接触载荷-应力计算及仿真结果的合理性、准确性.     

本期导读

2020年第49卷第11期关键词柔性薄壁轴承P01 (约稿)谐波减速器是工业机器人核心部件之一,柔性薄壁轴承是谐波减速器的关键零部件,其性能与稳定直接影响减速器的性能。以往对柔性薄壁轴承应用特性的研究都是将其置于谐波减速器整体研究中进行粗略分析,无法结合其工作过程的变形及载荷交变特性开展深入研究,     

柔性轴承随动加载疲劳寿命试验设计

为了研究谐波减速器中的柔性轴承性能和疲劳寿命,针对其特殊的运动与受力方式设计并研制出具有随动加载功能的柔性轴承性能试验机,其加载机构能始终对运动且受椭圆形波发生器作用而不断径向变形的柔性轴承外圈在持续转动的长轴方向跟随加载,试验机能模拟柔性轴承在各种大减速比谐波减速器内的运动特性。初步试验结果表明:试验能复现谐波减速器中柔性轴承发生的各种失效现象,验证了柔性轴承的主要失效模式是内圈长轴沟道的磨损和疲劳剥落;柔性轴承失效后的故障特征频率检测值与轴承内不同零件失效的理论值吻合,验证了试验方法的有效性。本试验机仅针对柔性轴承进行试验,避免了其他谐波构件造成的干涉,能更加准确有效的试验柔性轴承的工作性能。     

谐波减速器柔性轴承疲劳寿命及其力学特性分析

基于Ansys Workbench软件对柔性轴承建立多体接触以及动力学模型,分析了其内外圈在装配及外载荷条件下的应力应变;并基于nCode-Designlife软件,对柔性轴承内外圈进行了疲劳寿命评估。此外,针对影响柔性轴承力学特性的3个因素设计正交试验,分析了其对柔性轴承力学性能的影响。结果表明,内圈的疲劳薄弱位置位于长轴外端面,外圈的疲劳薄弱位置则位于长轴处滚珠与沟道接触区域,且最大径向变形量对内外圈的应力影响显著;在一定范围内减小径向变形并控制滚珠数,有助于减小应力提高寿命。该研究结果为柔性轴承的设计提供了参考。     

PE挤出机减速器轴承承载分析及寿命计算

以PE装置挤出机减速器输入轴轴承为研究对象,并根据轴承实际承载情况,计算了滚子的最大载荷。在考虑输入轴载荷及转速等对疲劳寿命影响因素的同时,运用Lundberg-Palmgren寿命理论对该轴承的寿命进行了计算。结果表明,PE挤出机减速器输入轴双列调心滚子轴承寿命与实际相符。     

高速薄壁圆柱滚子轴承拟静力学分析

考虑了薄壁套圈的结构变形,建立了高速薄壁圆柱滚子轴承拟静力学分析数学模型,采用BFGS数值计算方法,给出了其在不同工况下的滚子载荷分布情况和轴承疲劳寿命,并对套圈壁厚与轴承性能的关系进行了分析。结果表明:套圈柔性特性影响滚子的载荷分布,柔性套圈滚子受载区域比刚性套圈滚子受载区域要大,且柔性套圈的滚子最大接触载荷比刚性套圈的小,在一定工况下,柔性套圈有利于轴承疲劳寿命的提高。     

奔驰桥轮边减速器齿轮疲劳寿命预测

采用计算机辅助工程(CAE)技术来估计奔驰桥轮边减速器齿轮的疲劳寿命。首先运用UG对其行星轮、太阳轮、行星架进行建模并装配;其次在ADAMS中将Hertz接触理论嵌入仿真模型,在齿轮之间施加接触力,实现齿轮啮合的动态实时仿真,并得到其载荷谱;接着将实体简化模型导入MSC.Patran/nastran中进行有限元分析,获得模型的应力应变分布;最后,将载荷谱和应力应变分布导入MSC.Fatigue进行疲劳寿命计算。通过疲劳分析得到轮边减速器齿轮疲劳寿命的分布情况和最危险点的寿命值,该方法和结论对设计汽车的轮边减速器具有指导作用。     

基于有限元的谐波齿轮传动柔性轴承动态和接触特性分析

针对柔性轴承对谐波传动的承载能力、传动精度及寿命影响较大等问题,以谐波传动柔性轴承为研究对象,综合考虑轴承转速、载荷、变形等因素影响,基于ANSYS/LS-DYNA非线性接触分析方法对柔性轴承的动态和接触特性进行有限元仿真分析。研究结果表明,柔性轴承外圈不同位置动态特性基本相同,距离长轴不同距离的滚动体位移基本相同,速度以波峰波谷交替变化,且随距离增大而减小;外圈、滚动体应力主要集中在长轴附近,应力以波峰波谷交替变化,远离长轴后应力值减小;滚动体与内外圈接触力波动较大,且与外部载荷基本相同,与保持架接触力波动较小。     

薄煤层采煤机行星机构强度分析

基于刚柔耦合多体系统动力学和疲劳累积损伤理论,通过多软件构造协同仿真平台建立了以行星机构为柔性件的薄煤层采煤机多体模型。通过对模型进行动力学仿真分析发现:截割部行星架主要发生弯曲变形和扭转变形,主应力值均在其材料的许用应力范围之内,强度方面满足要求,可靠性较高;牵引部行星架输出端花键根部与退刀槽连接处受力较大,存在局部应力集中现象。对动力学仿真结果中行星机构关键节点的原始载荷谱进行雨流计数和外推处理后,分析其疲劳寿命,得到了疲劳寿命循环次数和疲劳寿命云图。分析结果为研究复杂条件下结构的动应力分布和疲劳寿命提供了新的方法。     

一种柔性轴承研制的关键技术

分析了谐波减速器中柔性元件工作原理,设计了一种型号为456109的柔性轴承,取代老式波发生器,解决了柔性轮的可控弹性变形问题。重点介绍了轴承主参数的选取及装配方法。     

基于全模型谐波减速器轴承受力状态分析

针对柔性薄壁轴承在谐波减速器中的受力问题,分析了以往单因素分析轴承的不足;为探究其他部件对轴承受力的影响,通过整机模型进行理论分析,探究了柔轮受力变形及滚道滚子变形协调过程,整体得到薄壁柔性轴承的受力状态;并通过Workbench软件对整机模型进行了应力和变形的验证。结果表明,轴承的仿真受力状态与理论计算一致。     

机械手减速器行星架组仿真与试验研究

针对机械手关节处精密行星减速器行星架组常出现的强度不足、疲劳损伤及其影响减速器寿命等问题。本研究以PM90系列精密行星减速器为例,首先考虑行星架与行星轮轴采用过盈连接,结合该减速器工作原理等建立三维模型并进行受力计算;其次应用ANSYS Workbench软件分析静态特性并确定应力、变形及固有频率的分布情况;再次根据分析结果,使用nCode/design life分析疲劳损伤并作寿命预测;最后对装配该行星架组的减速器进行疲劳寿命试验。结果表明,试验所得结果验证了仿真的正确性,提出的研究分析为行星架组的优化提供了科学的理论依据。     

柔性轴承寿命的分析计算

假设柔性轴承的寿命符合韦布尔分布,应用赫兹弹性接触理论和滚动轴承额定动负荷理论进行柔性轴承的寿命分析。对影响柔性轴承寿命的几何因素和力学因素做了定量分析,推出了柔性轴承的可靠度同普通轴承可靠度之间的关系和柔性轴承接触寿命计算式,并编程计算了滚动轴承接触疲劳指数方程中的各物理量。     

薄壁深沟球轴承负荷分布及寿命研究

经典滚动轴承负荷分布的研究大多基于刚性套圈支承的假设,但用于柔性套圈支承的薄壁轴承存在较大误差。基于有限元分析软件ANSYS建立了薄壁深沟球轴承三维有限元分析模型,考虑外圈受载后弯曲变形对滚动体负荷分布的影响,分析载荷参数,轴孔配合间隙及滚动体个数等对轴承滚动体负荷及寿命的影响规律,分析结果与实验结果吻合度较高,说明运用该有限元方法对柔性支承套圈轴承进行性能分析是合理的,为进一步的性能分析及结构优化提供可靠的参考依据。     

RV减速器摆线轮轴承的受力分析与寿命校核

以RV减速器为研究对象,对RV减速器的传动转矩、曲柄轴、输出轴、摆线轮进行受力分析,确定摆线轮与针轮啮合的齿数,并对修形齿形摆线轮与针轮啮合时各齿的接触变形量及啮合作用力进行计算。对RV减速器摆线轮轴承的承载能力进行计算与分析,得到圆锥滚子轴承和保持架组件的径向载荷。根据圆锥滚子轴承的外载条件,应用Romax Designer软件对圆锥滚子轴承进行内部载荷分析与寿命校核,进而全面掌握摆线轮轴承在RV减速器中的承载能力和工作性能。研究结果表明,摆线轮轴承的载荷工况及可靠性对RV减速器的传动性能有重要影响。通过对RV减速器传动系统的载荷进行计算与分析,可以得到摆线轮轴承的内部载荷、接触应力、寿命,能够有效指导摆线轮轴承的设计。     

谐波传动薄壁柔性轴承力学分析

谐波传动的建立在薄壳弹性变形理论基础上的一种新型传动，薄壁柔性轴承是谐波传动装置上的关键部件。建立了谐波传动中薄壁柔性轴承的力学计算分析模型，分析了薄壁柔性轴承的载荷分布，为设计薄壁柔性轴承提供了理论基础。     

柔性支承结构建模刚度及塔筒风载荷对偏航轴承载荷分布的影响

为研究风力发电机偏航轴承有限元计算模型中,柔性支承结构建模刚度及塔筒风载荷对其载荷分布的影响,建立了兆瓦级风力机偏航轴承三维实体模型,并利用Hypermesh前处理,在Ansys环境中建立滚珠滚道非线性接触模型,并通过赫兹接触理论算法验证了该有限元模型的正确性。在此基础上,讨论约束系统刚度改变、塔筒风载荷等因素对轴承载荷分布及疲劳寿命等性能的影响。研究结果表明:随着轴承柔性支承结构(塔筒)有限元建模长度的增加,轴承滚子受载降低,波动减缓,同时理论疲劳寿命增加,当塔筒建模长度≥3Dt后,结果趋近于稳定。当考虑风载作用塔筒上产生的塔筒风载荷与叶轮风载荷联合作用时,计算结果表明此时迎风面偏航轴承接触载荷降低,背风面增加,总体对疲劳寿命有改善作用。