基于Abaqus的谐波齿轮环形柔轮变形仿真分析.pdf

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1、·信息技术·彭宝林，等．基于Abaqus的谐波齿轮环形柔轮变形仿真分析基于Abaqus的谐波齿轮环形柔轮变形仿真分析彭宝林，王华坤，柳胜(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：在航天工程中，要求精密传动装置具有体积小和承载能力大的特点，环形谐波齿轮在这些方面占有优势。针对目前国内对环形柔轮变形和应力尚缺乏系统的理论研究，在对基于传统的力学模型和实验方法而得到的理论模型进行分析的基础上对柔轮结构进行优化设计，利用有限元方法进行仿真分析，得到环形柔轮初始变形和应力分布规律，为精密谐波齿轮的设计提

2、供可靠的依据。关键词：航天工程；谐波齿轮；环形柔轮；应力分析；优化设计中图分类号：TH12；TP391．9文献标志码：B文章编号：1671-5276(2011)03-0085-04SimulativeAnalysisaboutDeformationofRing-flexsplineHarmonicGearBasedonAbaqusPENGBao—lin，WANGHua—kun，LIUSheng(SchoolofMechanicalEngineering，NanjingUniversityofSciencea

3、ndTechnology，Nanjing210094，China)Abstract：Inspaceengineering，theprecisetransmissiondeviceneedsthevolumetobeassmallaspossibleandthebearingcapaci-tytobeaslargeaspossible．Thering-flexsplineharmonicgearissuperiorintheseaspects．Atpresentthesystematicfundamental

4、researchonthedeformationandstressofring-flexspineharmonicgearisstilllackedathome．BasedonthetheoreticaImodelOb．tainedthroughtraditionalmechanicalmodelandexperimentalmethod，thispaperanalyzestheinitialdeformationandstressdistHbu—tionofthering—flexsplineusingf

5、initeelementmethodandoptimizesthestructureofthering—flexspline．Theresultsarehelpfultotheniceharmonicgearsdesign．Keywords：spaceengineering；harmonicgear；ring-flexspline；stressanalysis；optimizationdesign在载荷情况下的变形形状。0引言根据椭圆参数方程，得到标准椭圆凸轮廓线(图1)的极坐标方程为：谐波齿轮传动是20世

6、纪5O年代后期随着航天技术anbH发展而出现的一种新型的传动技术，它是通过柔轮弹性变Pu~／o荪2日s~ln2+DHcos妒H形来传递运动。谐波齿轮主要有结构简单、传动比大、体式中：a，——分别为椭圆的长半轴和短半轴；——积小、承载能力大、能在密闭空间和介质辐射的工况下正为极角。若令为柔性轴承的内半径，则长半轴为a=常工作等优点，所以广泛应用于航天航空技术、仿生技术、+to。，若凸轮周长近似取为c=竹(。+b)，则可求得短原子反应堆和通用机械、医学器械等领域。普通的谐波传半轴为bH=2r6一aⅣ=一0。动主

7、要失效形式是柔轮的疲劳破坏，而在航天工况下由于工作时间短，承载扭矩大，其主要失效和破坏是柔轮的变形量过大，包括柔轮的轴向，径向变形和柔轮齿的塑性变形。目前国内主要是对杯形柔轮进行应力变形研究，对环形柔轮的理论研究还不深入，设计过程中主要依靠经验和试验的方法，改进和完善设计方法和理论对于设计出满足航天工况的高水品谐波齿轮具有重要意义。本文通过对改进后的环形谐波齿轮进行有限元应力变形仿真分析，为精密谐波齿轮的设计提供必要的理论依据。图2环形柔轮结构简图1谐波齿轮的理论设计1．1波发生器的设计1·2环形柔轮的设计

8、1．2．1主要啮合参数的设计机械式标准椭圆凸轮波发生器，由标准椭圆凸轮和薄1)本文采用双波谐波传动，波发生器转动，刚轮固壁柔性轴承组成，这种形式的波发生器能更好地保持柔轮作者简介：彭宝林(1985一)，男，湖北黄冈人，硕士研究生，主要研究方向为机械设计及理论。MachineBuildingAutomation，J．n2011，40(3)：85～88·85··信息技术·彭宝林，等·基于Abaqus的谐波齿轮环形柔轮