基于有限元分析的谐波齿轮传动变形协调研究

摘要

该文主要对谐波齿轮传动中的柔轮载荷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满足这种协调变形的载荷分布.进一步对在有限元分析基础上谐波齿轮传动的运动特性进行了研究.文中首先通过对引起柔轮变形因素的研究,认为柔轮的变形是由波发生器和载荷同时作用的结果.在柔轮波发生器形状确定的情况下,柔轮的变形主要取决于载荷分布,同时柔轮的变形也影响载荷的分布,载荷和变形是相互影响相互协调的关系.在柔轮的啮合端柔轮的变形主要分为柔轮壳体的变形和柔轮轮齿的弯曲、接触变形.由于柔轮是簿壳体,载荷作用下柔轮的啮合端产生一扭转角以便使柔轮和刚轮仍然保持啮合以传递载荷.根据这一点,建立了表征多齿协调变形的数学模型.在模型中充分考虑了各种影响因素.在求解初始侧隙分布中,没有使用传统的以法向距离作为侧隙标准的方法,而是根据谐波齿轮的啮合以及模型的特点以周向角度间隙作为侧隙,并采用一维搜索的方法,在啮合齿对的轮廓线上寻找周向角度间隙最小值作为该齿对的啮合侧隙.在位移场的计算中,分别讨论了柔轮空载和负载时的状况,以边界元强迫位移的形式模拟波发生器的作用,根据适当的简化和假设建立柔轮的板壳元有限元分析模型.根据柔轮的工作状况,分析认为柔轮的有限元研究应当属于几何非线性问题,并应用薄壳几何非线性理论对柔轮进行有限元分析.文中进一步根据求得载荷分布,对柔轮运动几何学和啮合性能进行了研究.根据该文所建立的谐波齿轮传动运动传递模型,对空载和载荷下啮合情况进行了研究.推导出啮合端和输出端瞬时传动比公式.柔轮轮齿和刚轮轮齿之间的运动规律取决于柔轮受载下的变形形状和啮合端与输出端的转角关系.并根据传动比的变化,分析了其对啮合性能及谐波齿轮设计方面的影响.该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.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1本文背景

1.2问题的提出

1.3文献综述

1.4本文的主要工作

2基本原理及模型的建立

2.1前提假设

2.2啮合平面几何运动关系

2.3谐波齿轮传动变形协调模型

2.4模型的求解

2.5本章小结

3柔轮有限元模型建立

3.1有限元分析模型的建立

3.2基本模型的建立及单元的选择

3.3模型边界条件的确定

3.4有限元求解

3.5本章小结

4载荷分布规律的确定

4.1空载传动中啮合侧隙εk的计算

4.2柔轮壳体周向变形δk1的确定

4.3轮齿的弯曲变形的计算

4.4载荷分布规律的计算

4.5本章小结

5理论计算结果与实验结果的对比

5.1载荷分布的实验结果

5.2误差分析

6谐波齿轮传动平面啮合问题

6.1几个重要概念

6.2柔轮变形与输出的映射关系

6.3谐波齿轮传动比

6.4有限元模型下的传动比计算

6.5本章小结

7结论与展望

7.1本文结论

7.2展望

参考文献

致谢

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