具有复合材料层的谐波减速器柔轮的应力分析.pdf

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1、试验研究现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１４年第６期倡具有复合材料层的谐波减速器柔轮的应力分析１２２２２王云，杨为，段成财，钱博，陈小安（１四川工程职业技术学院，德阳６１８０００；２重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆４０００３０）摘要：谐波减速器在动力传递过程中，柔轮的应力状态相当复杂，导致柔轮易出现开裂等问题。为解决这一难题，利用显著各向异性的复合材料，在柔轮上进行了复合材料层设计，分别对具有复合材料层结构的柔轮和不含复合材料层结构的同一型号柔轮进行了瞬态应力分析。通过分析可知，在对柔轮进行了复合材料层设计后，柔轮的

2、最大ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力由原来的８４９．４ＭＰａ减小为７４２．６ＭＰａ。研究结果有助于提高柔轮的使用寿命。关键词：谐波减速器；柔轮；复合材料；瞬态应力中图分类号：ＴＨ１３２．４３文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１４）０６—０００６—０６Stressanalysisofflexsplineinharmonicgearreducerwithcompositemateriallayer１２２２２ＷａｎｇＹｕｎ，ＹａｎｇＷｅｉ，ＤｕａｎＣｈｅｎｇｃａｉ，ＱｉａｎＢｏ，ＣｈｅｎＸｉａｏａｎ（１ＳｉｃｈｕａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，

3、Ｄｅｙａｎｇ６１８０００，Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ；２ＴｈｅＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｓｔａｔｅｏｆｈａｒｍｏｎｉｃｇｅａｒｒｅｄｕｃｅｒｉｓｑｕｉｔｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇｐｏｗｅｒ，ｉｔｉｓｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｄｔｏｃｒａｃｋｅｄｏｆｔｈｅｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｙｅｒｗｈｉｃｈｈ

4、ａｓａｎｉｓｏｔｒｏｐｙｆｅａｔｕｒｅｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｉｎｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ．Ｔｈｅｔｒａｎｓｉ-ｅｎｔｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｏｎｔｈｅｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅｗｉｔｈｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｙｅｒａｎｄｏｒｉｇｉｎａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｐｒｉ-ｍａｒｙｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｈｉｃｈｔｈｅｍａｘｉｍｕｍＶｏｎＭｉｓｅｓｏｆｓｔｒｅｓｓｉｓ８４９．４ＭＰａ，ｔｈｅｖａｌｕｅｏｆｔｈｅｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅｕｓｉｎｇｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｙｅｒｉｓｒｅｄｕｃｅｄｔｏ７４２．６ＭＰａ．Ｔｈ

5、ｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｂｅａｉｄｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｌｉｆｅｓｐａｎｏｆｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ．Keywords：ｈａｒｍｏｎｉｃｇｅａｒｒｅｄｕｃｅｒ；ｆｌｅｘｓｐｌｉｎｅ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌ；ｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｔｒｅｓｓ域，又提高扭转刚度的问题，是一条可有效提高柔轮０引言［３-５］使用寿命的途径。谐波齿轮传动是利用柔轮的弹性变形来实现动本文采用丙烯酸环氧酯为基底，玻璃纤维为增强材力的传递，具有结构简单、重量轻、体积小、单级传动料的玻璃纤维增强树脂基复合材料，在柔轮上进行复合比大、传动精度高、啮合齿对数多、承载能力强和回差材料

6、层设计，建立了具有复合材料层结构的柔轮的有限小等优点，被广泛应用于航空航天、机器人、通用机械元模型，并对其进行了瞬态应力分析，研究了柔轮的应和机床仪表等领域。在动力传递过程中，柔轮作为弹力分布规律，为提高柔轮的疲劳寿命奠定基础。性薄壁构件，在载荷作用下产生周期性变形，啮合载１谐波齿轮传动原理荷沿柔轮圆周呈非均匀分布，使柔轮发生周向扭转变［１］形的同时，产生一定的径向变形，其应力状态是相谐波减速器由刚轮、柔轮和波发生器等主要零／当复杂的，导致柔轮在工作中易出现开裂等问题。部件组成，其结构示意图如图１所示。波发生器装配如何解决柔轮开裂问题一直是学者们关注的热在柔轮内部，其

7、长轴方向的尺寸略大于柔轮的内径，点。纤维增强复合材料具有重量轻、强度高和加工成装入后迫使柔轮变成椭圆形。柔轮长轴两端的轮齿型方便等优点，被广泛应用于航空航天、舰船、汽车和正好与刚轮轮齿处于啮合状态，而柔轮短轴两端的轮［２］土木等领域。利用复合材料的各向异性特性，解决齿与刚轮轮齿则处于完全脱离状态。连续运转的波各向同性材料不能同时满足既增大齿轮副的啮合区发生器使得柔轮产生弹性变形，柔轮轮齿和刚轮轮齿倡国家自然科学基金项目（５０９７５２９５）６王云，等：具有复合材料层的谐波减速器柔轮的应力分析２０１４年第６期处于啮入、啮合、啮出和脱开这四种依次循环的状态