谐波摩擦传动柔轮径向力与径向变形关系的分析及实验

摘要

为了确定谐波摩擦传动机构的传动能力,在设计过程中就必需知道柔轮的径向变形与所受径向力之间的关系,然而,目前已有的公式未能考虑柔轮长度的影响,对于工程应用只能做粗略的估算。为此,本文根据双波谐波摩擦传动机构中三种常见形式柔轮的受力变形特点,对其进行了假设,在此基础上,建立了柔轮的数学模型,依据弹性力学中的薄壁壳体理论,建立了模型的半无矩理论方程组,在不同的三种边界条件即自由边、简支边和固定边下,通过求解该方程组,分别得到了三种情况下柔轮径向变形与所受径向力之间的关系表达式。编写C++程序对表达式进行数值求解,并通过分析得到了柔轮的半径、壁厚和长度对表达式的影响曲线。
　　 利用有限元分析软件ANSYS对柔轮的受力变形进行模拟仿真,经过建模、分网、加载和求解得到了柔轮的变形分布图、等效应力云图以及节点处的位移解,为物理实验提供参考。
　　 为验证理论推导的准确性,进行了物理实验。根据实验目的,设计了实验方案,对三个不同的柔轮试件进行了测试,得到了柔轮变形量与所受径向作用力之间的实验数据。通过对数据进行分析,作出了柔轮径向变形与所受径向力之间关系的图线,对比理论曲线,可知虽然两者趋势一致,但是在相同的径向力作用下测得的实际变形要比理论分析的结果大,为此求出了修正因子,对理论推导的公式进行了修正。

目录

文摘

英文文摘

图和附表清单

1 绪论

1.1 谐波传动的发展及其现状

1.2 谐波传动的分类及其原理

1.3 谐波传动的特点及其应用

1.3.1 谐波齿轮传动特点

1.3.2 谐波摩擦传动的特点

1.3.3 谐波传动的应用

1.4 谐波传动技术研究现状

1.4.1 谐波齿轮传动研究现状

1.4.2 谐波摩擦传动研究现状

1.5 课题研究意义及主要内容

1.5.1 课题研究意义

1.5.2 课题研究主要内容

2 壳体理论简介

2.1 壳体的一些概念

2.2 薄壳的三个方程组

2.3 本章小结

3 柱壳的半无矩理论解

3.1 半无矩理论简介

3.2 柱壳半无矩理论的解析解

3.3 三种边界条件下模型的解

3.3.1 两端自由状态下的解

3.3.2 一端自由、一端简支状态下的解

3.3.3 一端自由、一端固支状态下的解

3.4 解的分析

3.5 本章小结

4 柔轮变形的有限元分析

4.1 有限元方法概述以及ANSYS简介

4.2 柔轮的静力分析

4.2.1 柔轮数学模型的描述

4.2.2 有限元参数的设置

4.2.3 有限元求解过程

4.3 本章小结

5 谐波摩擦柔轮径向力与径向变形实验

5.1 实验方案的设计

5.2 实验原理和步骤

5.2.1 实验原理

5.2.2 实验步骤

5.3 实验数据处理及分析

5.3.1 柔轮径向变形与所受径向力数据处理及分析

5.3.2 柔轮径向变形沿轴向变化的数据处理及分析

5.4 实验误差分析及公式修正

5.5 本章小结

6 结论与展望

参考文献

附录 A 一端简支柔轮径向位移计算程序

个人简历、在学期间发表的学术论文和研究成果

致谢