基于ansys的谐波减速器柔轮受力分析

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1、上海交通大学硕士学位论文第一章绪论(3)柔轮疲劳强度的研究。作为决定传动寿命的柔轮强度问题一直是研究谐波齿轮传动的重心。目前在这一领域仍然没有统一的柔轮强度计算方法。70年代前苏联一些学者基于柔轮弯曲疲劳破坏准则或柔轮齿面的磨损失效准则，提出很多强度校核公式，并应用于谐波齿轮传动装置的实验和研究中。随后，国内研究者又采用有限元或边界元法对空载和承载情况下柔轮壳体中的应力分布进计算，所获结论与前苏联一些学者研究的实验结果接近[15-17]。（4）传动精度的研究。目前比较实用的谐波齿轮传动误差估计公式是前苏S.A.Shuwalov等学

2、者在70年代提出的。运动转换机理及啮合情况不同于一般轮传动，成为谐波齿轮传动误差分析困难的主要原因。目前的方法主要是在啮合区采用当量圆柱齿轮传动的简化方法，所获得的传动误差估计值与实际情况基符合。(5)结构工艺性和加工工艺性的研究[18]。谐波齿轮传动中各零件的加工复杂度不相同，其中波发生器和具有几百个轮齿的柔轮最为复杂。因此，其加工工艺和结构工艺也成为难点。1.3柔轮应力及变形的研究状况由于谐波齿轮传动的工作能力不像普通齿轮传动那样仅仅取决于轮齿的承载能力，更主要的是取决于柔轮整体的应力状态，并且由于其周期性的变形，材料的疲劳极

3、限也是影响承载能力的一个重要因素。同时，谐波齿轮减速器的整体尺寸根据其工作原理对结构的要求，主要取决于柔轮的尺寸，其工作寿命更是决定于柔轮及柔性轴承的工作期限。此外，柔轮的位移，尤其是其轴线的扭转，会造成传动的回差，严重影响传动的精度和稳定性。因此，自谐波齿轮传动问世以来，对于柔轮应力分布和位移规律的研究都是研究的重点。通过调整柔轮的几何参数，合理、正确的调整柔轮的应力、位移分布是谐波齿轮传动设计的关键。苏联学者伊万诺夫[1]认为，谐波传动属于有预应力的结构。装配时，由于波生器的作用使柔轮变形，会产生预载。这个预载是按照圆环形式模

4、型求出圆环变形，然后对变形力求解的。确定承载传动中的力时，伊万诺夫主要是根据试验得到近似关系。并根据实验图线，进行适当的简化而得到承载传动中柔轮齿上受力分布的简化计算式。伊万诺夫通过比较柔轮不同部分的工作条件，认为对于柔轮强度来说，弯曲应力是决定性的。在研究柔轮的应力分布时，不考虑齿圈轮齿的影响，主要研究齿圈与壳体交界部分齿圈齿根处的应力。将柔轮体看作光滑的圆柱壳体，在空载传动时不考虑载荷作用下柔轮畸变时的径向位移w，按照这一模型计算壳体圆周方向的弯曲应力和剪切应力，根据波发生器作用形式调整计算结果。负载传动时，在一段弧上顾及到柔

5、轮的畸变。但这种计算方法在弧与弧交界的局部点上应力计算值发生突变，应力计算不够准确。造成这一现象的主要原因是在计算简图中，以集中力和集中力矩代替了某个具有平稳过度的局部分布载荷。4上海交通大学硕士学位论文第一章绪论在研究由传动载荷引起的柔轮变形形状的变化时，他认为柔轮由于处于受约束的变形条件下，其中形成了圆周方向的拉伸变形。为了精确确定载荷作用下柔轮形状的变化，必须知道间隙值和载荷值，及其沿圆周方向的分布。由于间隙和载荷的非单一值，求解是近似的。总的来说，伊万诺夫在研究柔轮的应力、位移及确定载荷分布时，是建立在实验的基础上，较为符

6、合实际情况，因此本文在分析建模过程中，借鉴了他的思想。我国学者沈允文在谐波齿轮传动研究方面也做了大量的工作。他在文献[4]中指出，柔轮计算模型的建立是比较复杂的，为了简化问题的分析，采用光滑圆柱壳体的计算模型进行柔轮应力分析。模型建立主要基于如下假定:(l)波发生器是理想刚性的，外载荷变化时，柔轮径向变形形状保持不变:(2)由外载荷引起的作用在柔轮齿上的径向分布载荷与波发生器的反力相平衡，切向分布载荷形成柔轮所承受的扭矩:(3)假定柔轮对外载荷的抗力主要是由于壳体本身的弯曲刚度，这时应力主要取决于弯矩;(4)虽然柔轮的变形量较大，

7、但与柔轮直径相比很小，仍认为近似符合小变形的假定;(5)壳体的中面应变为零。根据这些假定推导出了柔轮应力的计算公式，并讨论了波发生器几何参数对应力的影响。文中还根据圆柱壳体理论，按四力作用形式的计算模型计算了空载传动中柔轮在载荷作用下的变形。对承载情况文中给出了综合考虑柔轮体、柔轮和钢轮轮齿以及波发生器弹性变形情况下，柔轮的受载及变形计算公式，本文在计算二力作用柔轮应力分布时借鉴了这一方法。对于用有限元法进行谐波齿轮传动中柔轮应力、位移分布的探索，国内外者作了许多工作。在研究中采用的模型和有限元分析方法也有多种。文献[19]中认为

8、杯形柔轮属于短壳薄板组合结构件，并且承受非对称载荷。这类问题，目前的板壳理论不能够有效地加以解决，对于杯底开孔柔轮更难建立相应的应力计算公式。有限元法分析时主要考察齿圈与筒壁过渡处，筒壁与杯过渡处这两个危险截面的应力。在简化计算模型时主要做出如下假