双圆弧谐波齿轮传动侧隙分析及齿间载荷分布研究

摘要

本文主要对双圆弧齿形谐波齿轮传动中的柔轮载荷分布与变形之间的协调变形关系进行了研究,并通过有限元和数学方法求得协调变形下的载荷分布。进一步在两种计算结果的基础上研究了齿廓参数、柔轮和波发生器结构参数对齿面载荷分布的影响。
　　文中首先分析了柔轮发生变形后各构件间的坐标关系,给出了四力滚轮波发生器作用下的柔轮中线的极坐标方程的通式,对双圆弧齿形在谐波齿轮传动系统中的齿廓方程进行了推导,这些是谐波齿轮理论分析的基础。
　　在初始侧隙分布的求解中,不同于渐开线齿形的谐波齿轮侧隙求解方法,这里采用了适合于双圆弧齿形谐波齿轮侧隙的求解方法。通过先求解齿廓间最短距离,进而求得齿廓侧隙。分析了不同波发生器、不同负载、不同齿廓参数时的初始侧隙分布,得到了其中的影响规律。
　　柔轮的变形是由波发生器和载荷共同作用的结果。柔轮的变形主要包括柔轮壳体的扭转变形和柔轮轮齿的弯曲、接触变形。载荷作用下,柔轮的变形使柔轮和刚轮轮齿间侧隙消除而仍然保持啮合。根据这一点,建立了表征多齿接触变形协调的数学模型。计算了在不同波发生器、不同负载、不同齿廓参数下的齿间载荷分布,得到了其中的影响规律。
　　建立了工作状态下的谐波齿轮传动系统的三维模型,并导入ANSYS中进行网格划分并定义波发生器与柔轮筒壁、柔轮齿与刚轮齿的接触关系,应用薄壳几何非线性理论对柔轮进行有限元分析。同样以分别波发生器形状、负载大小、齿廓参数为自变量对柔轮齿间载荷分布进行研究,讨论实际工况下的载荷分布与理论计算结果的关联。得到结论:理论计算方法由于在建模思想和循环算法上与实际工况存在的差异,仅能在较小的啮合范围内粗略求得柔轮上的载荷分布,而在全齿啮合范围内的计算结果不够准确,理论计算模型的建立还有待进一步完善。
　　本文的研究对进一步研究谐波齿轮传动的运动性能和齿形设计都具有参考价值和指导意义。