弹性弧面凸轮减速机构研究及其运动仿真

摘要

本课题是在已有的弧面凸轮减速器的基础上，引入多滚子接触，通过分析计算来验证其对于提高承载能力的作用。在多滚子接触分析时，本文将从动转盘中的销轴组件当作弹性元件来进行处理，充分考虑机构在运转的过程中，销轴的形变及应力与承载转矩的关系，以及不同的啮合位置对于销轴受力形变的影响。
　　 本文主要研究内容及取得的主要成果包括以下几个方面:(1)根据现有的弧面分度凸轮机构的理论及设计方法，总结出适合多滚子啮合的、连续传动的弧面凸轮减速机构的方法;(2)结合新的设计方法总结出适合于计算机辅助设计的方法，并运用三维建模软件UGNX设计弧面凸轮减速机构的核心组件，主要包括弧面凸轮本体和转盘及滚子销轴组件。对其建模理论加以分析研究，总结出一种快捷精确的建模方法;(3)将弧面凸轮减速机构中的转盘组件中的销轴作为弹性元件，根据材料力学中的理论对其进行弯曲变形、应力应变的分析计算。结合有限元法并运用有限元软件ANSYS对简化的模型进行相应的有限元分析计算，证明三个滚子啮合时销轴受力要明显优于单滚子啮合;(4)对已经建立的机构传动核心组件进行有限元分析计算，包括分析啮合位置的改变对于凸轮与滚子之间的接触力，以及销轴的应力和形变的影响;(5)利用机械系统动力仿真分析软件ADAMS对减速机构的虚拟样机进行运动学分析，可以验证该减速机构的运动可行性及稳定性。然后对其分别进行刚体动力学与刚柔耦合动力学分析，结果表明刚体的动力学性能非常差，而将转盘柔性化后的减速机构系统动力学响应各指标均有很大提高，基本满足实际工况。
　　 本课题的意义在于:(1)在点啮合、弹性接触研究的基础上，提出弹性构件的思想，形成弹性弧面凸轮的新接触模式，丰富弹性弧面凸轮机构理论。通过材料力学与有限元分析计算方法相结合，为新的弹性弧面凸轮机构提供分析和计算方法。(2)对于弹性弧面凸轮机构的应用作出扩展，设计出多滚子啮合的弧面凸轮减速机构，并总结出该机构简便快捷的三维建模方法，同时借助于ADAMS软件对这种减速机构的动力学特性进行详细分析，从而进一步证明了该机构的可行性，为后续的进一步研究提供参考。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题的提出及研究意义

1．1．1 课题的提出

1．1．2 本课题研究的意义

1．2 弧面凸轮机构研究现状

1．2．1 弧面分度凸轮机构研究现状

1．2．2 弧面凸轮减速机构的研究现状

1．3 研究内容及方法

1．3．1 本课题的主要研究内容

1．3．2 课题中的技术难点及拟采用方法

2 多滚子弧面凸轮减速机构的提出及其参数化模型的建立

2．1 多滚子接触弧面凸轮减速机构的提出及设计参数的确定

2．1．1 球锥滚子及点啮合弧面凸轮减速机构的提出

2．1．2 点啮合弧面凸轮减速机构的主要设计参数

2．2 弧面凸轮减速机构工作轮廓面的三维建模

2．2．1 建模思路

2．2．2 弧面凸轮减速机构工作轮廓曲面曲线的生成

2．2．3 弧面凸轮减速机构工作轮廓曲面的构造

2．2．4 弧面凸轮减速机构实体的构建

2．3 弧面凸轮减速机构其他重要部件的建模及机构装配

2．3．1 转盘及滚子销轴的建模

2．3．2 弧面凸轮减速机构的装配

2．4 本章小结

3 弧面凸轮减速机构弹性元件的弯曲分析

3．1 基于材料力学的销轴弯曲变形分析

3．1．1 销轴的受力分析及力学模型简化

3．1．2 销轴的弯曲变形分析

3．2 基于ANSYS WORKBENCH的销轴有限元分析

3．2．1 机构有限元分析前处理

3．2．2 许用应力下，销轴承载能力分析

3．3 啮合位置对销轴受力情况的影响

3．3．1 分析计算模型说明

3．3．2 单滚子啮合销轴受力情况分析

3．3．3 双滚子啮合销轴受力情况分析

3．3．4 三个滚子啮合销轴受力情况分析

3．4 本章小结

4 基于ADAMS的弧面凸轮减速机构的运动学和动力学仿真

4．1 ADAMS软件特点及仿真前处理

4．1．1 ADAMS软件特点

4．1．2 三维模型的导入

4．1．3 仿真分析前期准备

4．2 弧面凸轮减速机构刚性分析

4．2．1 机构运动学仿真分析

4．2．2 机构刚体动力学仿真分析

4．3 弧面凸轮减速机构刚柔耦合分析

4．3．1 机构刚柔耦合模型的建立

4．3．2 刚柔耦合仿真分析

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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