机器人关节短筒谐波减速器接触计算与分析

为了研究机器人关节常用短筒谐波减速器在不同负载下的接触应力和变形分布,采用AN-SYS有限元分析软件,建立了柔轮和波发生器面面接触的空载有限元模型,并根据实验得到的啮合力公式,对柔轮与刚轮的啮合边界条件进行了计算。在此基础上,利用前置条件共轭梯度法求解了柔轮在不同载荷下的应力与变形,分析了柔轮应力和变形与所受载荷之间的关系及其变化规律,发现负载的增大可使柔轮齿圈截面的变形和应力增量呈等比增大,且不会引起变形和应力增量分布位置的变化。通过柔轮空载的变形实验、柔轮破坏实例以及柔轮轴向应力分布实验的比较发现,所计算的结果与实验结果较为吻合,为谐波减速器短筒柔轮承载能力的计算、结构及制造工艺的优化提供了一种准确、有效的方法。     

谐波齿轮柔轮啮合点周向刚度的理论分析及仿真

为揭示柔轮结构对其啮合点周向刚度的影响规律,提升谐波齿轮的传动刚度,提出柔轮啮合点周向刚度的理论计算方法。该算法首先将周向力引起的柔轮啮合点变形拆分为筒体变形和齿体变形,分别推导周向力作用下柔轮杯底、光筒、齿圈和圆弧过渡部分的扭转变形及渐开线轮齿的弯曲和齿根转动的理论公式,并基于周向位移等效折算柔轮啮合点周向刚度;然后建立包含工艺结构及渐开线齿廓等真实结构的杯型柔轮实体单元有限元模型,对未装配变形柔轮模型和波发生器作用下产生装配变形的柔轮模型分别施加周向力,获得柔轮筒体和齿体的负载变形。有限元仿真结果表明:杯底对柔轮筒体的扭转刚度的影响最大,齿体弯曲在齿体变形中的占比最大;装配变形增加了柔轮筒体的刚度,使其负载周向变形减小了约10%;减小齿廓压力角、增大变位系数和齿宽,可提高齿体刚度;柔轮筒体和齿体变形的理论解与有限元解的偏差分别为1.3%和2.2%;啮合点周向刚度的理论解与有限元解的相对偏差为-5%,验证了该算法的有效性。     

考虑柔轮杯体变形的谐波传动空间共轭齿廓设计与分析

提出一种精确描述凸轮波发生器谐波传动刚柔轮之间复杂空间变形的方法,该方法基于直母线假定考虑柔轮空间变形带来的中面曲线变化和柔轮齿空间方位变化等因素搭建谐波传动运动学模型。以椭圆凸轮为例,利用数值法计算柔轮空间共轭齿廓,研究柔轮杯体空间变形所产生的空间转角及其对啮合过程中的共轭区域、柔轮齿运动轨迹和齿面啮合迹线带来的特殊影响。研究结果表明:柔轮齿空间方位转角不可忽视,其中切向位移引起的转角变化更加剧烈,所得柔轮齿廓共轭区域显著增大,齿圈轴向各截面均无干涉且存在两点啮合,啮合接触状况更优。     

谐波齿轮负载侧隙和啮合力分布规律研究

为更真实地反映负载工况下谐波齿轮的啮合特性,提出了一种基于空载侧隙和周向线性啮合刚度的理论迭代算法,用于计算随负载变化的负载侧隙和啮合力分布。利用精确算法计算了装配状态下的空载侧隙;建立了三维实体单元的柔轮有限元模型,在柔轮齿上逐一施加啮合力,利用接触分析求解了双圆盘波发生器作用下反映柔轮齿廓啮合点周向刚度特性的啮合刚度矩阵;根据装配状态下的空载侧隙,迭代计算了在逐步增大的刚轮转动位移下的负载侧隙、啮合力及负载扭矩。由于理论算法无法考虑啮合刚度的非线性影响,为验证本文算法,利用有限元非线性接触分析方法,通过定义齿廓间的接触关系,数值求解了负载侧隙和啮合力。对比研究表明:在额定工况下,理论算法给出的啮合力分布与有限元分析结果基本吻合,但当负载较大时,理论算法的啮合刚度偏大,造成啮合力幅值偏高。     

计算机辅助端面谐波齿轮传动的啮合分析

针对已有的端面谐波齿轮传动机构采用切向变位,不符合实际加工情况等问题,运用板壳理论的分析结果,对端面谐波齿轮传动的啮合原理、结构特点和运动规律进行了深入研究,获得柔轮在波发生器作用下的变形规律.结合实际,采用高度变位,导出刚轮和柔轮共轭齿廓的相对运动方程及侧隙方程.在此基础上,编写了端面谐波齿轮传动的啮合分析软件.利用该软件对端面谐波齿轮传动进行啮合分析,能够为确定最佳传动方案提供合理的啮合参数和结构参数,经实验证实,采用20°齿形角,柔轮最大变形量在2.1～2.3 mm范围内,啮合性能理想.     

谐波齿轮传动中柔轮载荷分布规律分析研究

提出了关于谐波齿轮传动装置中柔轮啮合区内载荷分布规律的实验与分析新方法。包括三部分：首先,在载荷状态下,通过安装在刚轮径向方向上三个可装、拆的活齿测得大量的啮合数据。其次,通过数学统计方法获得啮合区内切向力Ft^-和径向力Fr^-的实验曲线。最后,应用函数逼近法获得载荷区内载荷分布方程。     

齿啮输出谐波传动柔轮变形的研究

该文根据板壳理论推导了齿啮式谐波传动柔轮中面的变形方程，得到了波发生器作用下柔轮的波发生器端与齿啮输出端之间的变形关系曲线，据此设计的谐波齿轮齿啮参数既不会产生齿廓干涉又不会使传动侧隙过大。并用实例验证了所建立的数学模型的正确性。研究的结果对齿啮式输出谐波传动的啮合参数设计提供了理论依据。     

谐波齿轮传动的运动分析及对柔轮强度计算的几点看法

本文介绍了在双滚子和四滚子作用下，柔轮变形的位移方程，分析了谐波 传动的传动原理、传动比计算公式、啮合运动特性和相对运动速度等运动学方 面的问题；并结合在推广使用和试验研究中发现的问题，提出了对柔轮强度计 算的看法。     

封闭谐波齿轮传动柔轮应力分析

本文利用弹性薄壳理论和能量变分原理导出了直筒形封闭柔轮的位移和应力表达式,并对柔轮应力进行了分析,对封闭柔轮和一般柔轮的应力分布规律进行了比较.     

考虑力学特性的谐波齿轮啮合参数优化方法

针对谐波齿轮薄壁柔轮易发生疲劳失效的问题,提出了一种考虑力学特性的谐波齿轮啮合参数优化方法。该方法从特有的薄壁件受力与变形特点出发,将对柔轮应力具有较大影响的波发生器径向变形量与啮合区间一起作为优化目标,以波发生器廓线参数、柔轮齿廓参数与刚轮齿廓参数为设计变量,结合遗传算法与罚函数法建立了谐波齿轮啮合参数的无约束多目标优化数学模型,在平衡啮合区间与力学特性的基础上,确定了优化目标权重系数,并通过力学特性分析方法对优化结果的接触、刚度和应力进行分析,从而在啮合参数计算时,改善了易失效零件的受力状况。     

风荷载作用下跨座式单轨交通系统导向轮受力和变形分析

分析了在风荷载作用下,跨座式单轨交通系统车辆和轨道梁的受力状态,建立了车辆的平衡方程和轨道梁与车辆之间的变形协调方程,用该方程可以研究单轨车辆在上述荷载作用下承压轮和稳定轮(合称导向轮)的变形和内力.并编制了计算程序,计算了不同导向轮柔度系数下轨道梁与车辆间的内力和变形,分别绘制了导向轮柔度系数与导向轮内力、车辆倾角和车辆水平横向位移的关系曲线图.     

圆柱斜齿轮三维弹性变形的边界元法

本文导出了适于用三维边界无法计算圆柱直、斜齿轮啮合时弹性变形的齿廓方程及接触线方程.提出了一种实用的啮合斜齿轮接触区域模型;根据此模型分析了接触区域上的面力分布规律·大中给出了计算实例.计算结果表明本文导出的公式及编制的计算程序是实用可行的.     

柔轮畸变变形曲线的研究

根据在工作载荷作用下柔轮的畸变变形特点及规律,建立了柔轮畸变变形曲线的计算模型;导出了柔轮原始曲线、工作载荷与柔轮畸变变形曲线的关系;介绍了根据工作载荷及原始曲线求解柔轮畸变变形曲线的新方法.     

离散齿谐波传动啮合力及接触应力分析

对离散齿谐波传动啮合副进行力学分析,基于变形协调方程计算作用于离散齿上的力,并根据赫兹方程求解啮合副处的接触应力.由离散齿谐波传动的周期性,通过连续取波发生器的输入角值,得到离散齿谐波传动啮合力和接触应力在刚轮齿廓、波发生器和离散齿体上的分布.对刚轮齿廓出现与未出现顶切现象,得到啮合力和接触应力在接触面上的变化趋势,以及传动中出现高啮合力和高接触应力的位置,为进一步的强度校核和结构优化设计提供依据.     

管道微机器人驱动器微小弹性啮合轮的传动力

为解决管道微机器人在微小空间内的交叉轴传动问题，研制了微小弹性啮合轮的传动机构．基于材料力学大变形理论，建立了微小弹性啮合轮传动机构的力学模型，推导了最大传动力的表达式，应用该表达式计算了所设计机构的最大传动力、在所研制的微小力测试实验台上进行了传动力测试实验．理论计算和实验结果表明，微小弹性啮合轮传动机构能够满足微机器人动力传递的需要．     

双圆弧谐波传动齿廓参数对柔轮应力影响

针对设计规范中未考虑齿廓参数对柔轮疲劳寿命影响的问题,采用包络法设计无公切线双圆弧共轭齿廓,进行多体接触有限元分析,并建立齿廓参数与柔轮应力的响应面模型,分析各齿廓参数对柔轮应力的影响规律.结果表明:由于刚轮与柔轮之间的啮合齿对会约束装入波发生器时产生的柔轮变形,所以柔轮应力对齿廓参数变化的敏感度较高;谐波传动为多齿啮合传动,单个接触齿对受载较小,载荷对柔轮应力影响较小;齿厚比和双圆弧倾角对柔轮应力的影响最大,齿顶高系数和齿根圆角半径的影响次之,齿根高系数的影响最小;柔轮应力随齿根半径和齿根高系数的增大先减小后增大,其余齿形参数与柔轮应力呈负相关.     

预应力锚杆锚固段应力分布规律及应用

根据弹性力学共同变形原理,在充分考虑锚杆、浆体、岩土体协调变形状态下,得出预应力锚杆承载过程中锚杆轴力及其变形、位移的计算公式,并经104国道界河立交桥加筋土挡土墙加固工程预应力锚杆承载计算,与实测结果基本吻合,因此可以得出该计算方法是合理可靠的结论.     

四齿差谐波齿轮传动柔轮的强度特征

通过分析柔轮的轮齿影响系数和齿根应力集中系数 ,得出四齿差谐波齿轮传动的 kt值比其对应的二齿差谐波齿轮传动至少减小 1 0 ,而且 kσ值也有减小 ,这导致四齿差谐波齿轮中柔轮应力水平的降低 .通过有限元分析发现 ,由于刚度不连续现象的减弱 ,四齿差谐波齿轮传动中柔轮的变形形状更接近于理论值 ,这改善了传动的啮合质量 ,降低了动载荷 ;柔轮所需的变形力降低到 75 ,因此波发生器与柔性轴承及柔轮环节的磨损减弱 ,提高了传动效率 ;柔轮齿根最大应力值之比的有限元分析结果与考虑轮齿影响系数 kt的理论估算比较接近     

谐波传动

谐波传动是六十年代发展的一种新型传动。它是利用材料的弹性变形来达到传动的目的,具有速比范围大(一般可达75倍到1000000倍)、结构简单、体积小、负载能力高、原材料省和动力消耗少等优点,可用于高精度无间隙传动。这类传动装置主要由波发生器、柔轮和刚轮三个元件组成。刚轮是一个刚性圈,并插有轮齿;柔轮是一个弹性环,环上滚有轮齿,在外力作用下能稍微变形。一般柔轮的齿数比刚轮少,因此柔轮比刚轮略小。但齿的节距相同。当波发生器装入柔轮后,就将柔轮撑成椭     

基于齿轮误差与柔度的弯曲强度计算力点研究

考虑系统误差和轮齿综合柔度,对齿轮弯曲强度的计算力点进行研究.结合齿轮传动的动力和误差传递均沿工作齿面啮合线的特性,在该方向上建立含主要系统误差项和轮齿复合变形的齿轮误差-变形计算模型.根据基节偏差与齿形误差的随机分布规律,按最大误差法合成啮合齿对有效误差;根据力、变形与刚度的关系,将轮齿刚度分解为挠曲和接触刚度两部分,进而得到啮合齿对的综合柔度.最后基于上述计算模型,推导出齿轮弯曲强度计算力点的位置判别式.分析表明:计算力点位置选取与齿轮加工精度紧密相关,选法不同齿根峰值应力计算值相差很大;研究结果为弯曲强度计算力点的准确选取提供了比较科学的依据.