谐波传动柔轮结构参数优化与整机动态仿真
发布时间：2021-06-19 09:53
柔轮作为谐波传动中的关键部件,其疲劳强度大小、轮齿啮合性能直接影响谐波传动的使用寿命与承载能力,因此选择合理的柔轮结构参数非常重要。本文以D120谐波传动为研究对象,基于有限元方法分析柔轮的应力与弹性变形,并通过对柔轮杯体及齿形参数的优化,改善了传动性能。本文在对谐波传动原理研究的基础上,首先采用壳体单元建立参数化柔轮接触分析模型,通过求解空负载情况下柔轮的应力场与弹性变形,确定柔轮容易发生疲劳破坏的位置。其次,将壳体有限元接触分析模型与正交试验法相结合,运用批处理方式进行求解,分析柔轮杯体各结构参数对最大应力的影响。以此为依据,把柔轮应力最小作为目标函数,采用零阶方法优化得到最佳柔轮杯体参数。然后,基于谐波齿轮传动运动几何学,推导出共轭齿廓计算模型,为后续的齿形优化奠定了基础。同时,根据柔轮弹性变形的空间分布,对轮齿运动的接触状态进行了分析,所得接触线分布在后续仿真中得到验证。最后,建立谐波传动实体参数化有限元模型,结合谐波传动运动几何学,分析空负载轮齿瞬心线及共轭齿廓。在柔杯最佳结构参数的基础上,保持渐开线基本齿形不变,通过逼近理论共轭齿廓的方式对其变位系数进行空负载循环修正,求解...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柔轮有限元模型
表面选用TARGE170目标段单元，并沿轴向取单位长度作为单元大小，从而与柔轮齿圈部分网格保持一致。波发生器有限元模型如图2.6所示，其单元数为14400，节点数为19200。图2.6波发生器有限元模型 Fig.2.6Finiteelementmodelofwavegenerator2.3.3边界约束条件及求解由于接触分析模拟空负载两种情况下柔轮的受力变形，因此亦将模型分两步进行求解。第一步的空载，即波发生器与柔轮的初始装配，第二步的负载是在第一步基础上完成柔轮所受力的施加。两求解步的约束情况相同，对柔轮底部圆环面采用全约束，即约束该面节点所有的平动自由度与转动自由度;约束波发生器内环面所有的平动自由度，仅保留转动自由度;柔轮内齿圈部分内环面与波发生器外环面组成接触对，其中内环面定义为接触面
、为切向力qti，对应节点至圆心的距离。结合 (2.9)至 (2.n)式便可得最大载荷凡ax，最终确定的接触分析模型空负载边界条件如图2.8所示。1)空载罗罗矽嘿“:一 一图2.8接触模型边界条件 Fig.2.8Boundaryeonditionofeontactmodel2.4壳体有限元结果分析波发生器装入柔轮与加载的过程伴随着柔轮的弹性变形以及各处应力的产生，本小节将对壳体有限元分析结果进行后处理，分析空载与负载情况下柔轮的弹性变形函数与应力场，以便确定柔轮的薄弱部位，为后续杯体优化提供依据。由2.2.2节可知柔轮的变形函数是在柱坐标系下定义的，因此需要在柱坐标系下提取有限元分析结果。柔轮的径向变形w与周向变形v分别对应有限元分析结果的径向位移UX与周向位移UY，转角变形竹与有限元分析结果的轴向转角ROTZ互为相反数，即外二一ROTZ。因此欲得到柔轮弹性变形函数，需提取齿圈部分沿轴向截面周向各节点的线位移之尤Y、Uy与角位移ROTZ
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS二次开发的倒张型悬索桥分阶段非线性优化设计[J]. 郑玉国,袁万城,屈本宁. 结构工程师. 2008(05)
[2]谐波齿轮的齿形研究和发展[J]. 毛彬彬,王克武. 煤矿机械. 2008(07)
[3]ANSYS平台上的双圆弧齿廓谐波传动柔轮有限元分析[J]. 毛彬彬,王克武. 现代制造工程. 2008(06)
[4]基于ANSYS参数化语言APDL的结构优化设计[J]. 赵长勇,张系斌,翟晓鹏. 山西建筑. 2008(03)
[5]谐波齿轮传动中柔轮应力的有限元分析[J]. 付军锋,董海军,沈允文. 中国机械工程. 2007(18)
[6]柔轮应力的有限元分析及结构参数的合理选择[J]. 付军锋,董海军. 机械科学与技术. 2007(09)
[7]零阶与一阶优化算法在悬索桥模型修正中的应用对比分析[J]. 郭彤,李爱群,费庆国,王浩. 振动与冲击. 2007(04)
[8]APDL有限元优化技术在结构设计中的应用[J]. 赵干荣,徐海涛. 四川建筑. 2006(06)
[9]基于APDL语言的结构优化设计[J]. 王富强,芮执元,魏兴春. 科学技术与工程. 2006(21)
[10]谐波齿轮传动概述[J]. 王长明,阳培,张立勇. 机械传动. 2006(04)
博士论文
[1]基于柔轮变形函数的谐波齿轮传动运动几何学及其啮合性能研究[D]. 董惠敏.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]优化理论及ANSYS程序在桥梁优化设计中的应用研究[D]. 邓杨芳.重庆交通大学 2009
[2]渐开线谐波齿轮传动齿廓参数优化及动态仿真[D]. 周卫东.大连理工大学 2008
[3]基于有限元分析的谐波齿轮传动变形协调研究[D]. 张丽华.大连理工大学 2004
[4]谐波齿轮传动的运动几何学研究[D]. 王淑芬.大连理工大学 2000
本文编号：3237590
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
柔轮有限元模型
表面选用TARGE170目标段单元，并沿轴向取单位长度作为单元大小，从而与柔轮齿圈部分网格保持一致。波发生器有限元模型如图2.6所示，其单元数为14400，节点数为19200。图2.6波发生器有限元模型 Fig.2.6Finiteelementmodelofwavegenerator2.3.3边界约束条件及求解由于接触分析模拟空负载两种情况下柔轮的受力变形，因此亦将模型分两步进行求解。第一步的空载，即波发生器与柔轮的初始装配，第二步的负载是在第一步基础上完成柔轮所受力的施加。两求解步的约束情况相同，对柔轮底部圆环面采用全约束，即约束该面节点所有的平动自由度与转动自由度;约束波发生器内环面所有的平动自由度，仅保留转动自由度;柔轮内齿圈部分内环面与波发生器外环面组成接触对，其中内环面定义为接触面
、为切向力qti，对应节点至圆心的距离。结合 (2.9)至 (2.n)式便可得最大载荷凡ax，最终确定的接触分析模型空负载边界条件如图2.8所示。1)空载罗罗矽嘿“:一 一图2.8接触模型边界条件 Fig.2.8Boundaryeonditionofeontactmodel2.4壳体有限元结果分析波发生器装入柔轮与加载的过程伴随着柔轮的弹性变形以及各处应力的产生，本小节将对壳体有限元分析结果进行后处理，分析空载与负载情况下柔轮的弹性变形函数与应力场，以便确定柔轮的薄弱部位，为后续杯体优化提供依据。由2.2.2节可知柔轮的变形函数是在柱坐标系下定义的，因此需要在柱坐标系下提取有限元分析结果。柔轮的径向变形w与周向变形v分别对应有限元分析结果的径向位移UX与周向位移UY，转角变形竹与有限元分析结果的轴向转角ROTZ互为相反数，即外二一ROTZ。因此欲得到柔轮弹性变形函数，需提取齿圈部分沿轴向截面周向各节点的线位移之尤Y、Uy与角位移ROTZ
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ANSYS二次开发的倒张型悬索桥分阶段非线性优化设计[J]. 郑玉国,袁万城,屈本宁. 结构工程师. 2008(05)
[2]谐波齿轮的齿形研究和发展[J]. 毛彬彬,王克武. 煤矿机械. 2008(07)
[3]ANSYS平台上的双圆弧齿廓谐波传动柔轮有限元分析[J]. 毛彬彬,王克武. 现代制造工程. 2008(06)
[4]基于ANSYS参数化语言APDL的结构优化设计[J]. 赵长勇,张系斌,翟晓鹏. 山西建筑. 2008(03)
[5]谐波齿轮传动中柔轮应力的有限元分析[J]. 付军锋,董海军,沈允文. 中国机械工程. 2007(18)
[6]柔轮应力的有限元分析及结构参数的合理选择[J]. 付军锋,董海军. 机械科学与技术. 2007(09)
[7]零阶与一阶优化算法在悬索桥模型修正中的应用对比分析[J]. 郭彤,李爱群,费庆国,王浩. 振动与冲击. 2007(04)
[8]APDL有限元优化技术在结构设计中的应用[J]. 赵干荣,徐海涛. 四川建筑. 2006(06)
[9]基于APDL语言的结构优化设计[J]. 王富强,芮执元,魏兴春. 科学技术与工程. 2006(21)
[10]谐波齿轮传动概述[J]. 王长明,阳培,张立勇. 机械传动. 2006(04)
博士论文
[1]基于柔轮变形函数的谐波齿轮传动运动几何学及其啮合性能研究[D]. 董惠敏.大连理工大学 2008
硕士论文
[1]优化理论及ANSYS程序在桥梁优化设计中的应用研究[D]. 邓杨芳.重庆交通大学 2009
[2]渐开线谐波齿轮传动齿廓参数优化及动态仿真[D]. 周卫东.大连理工大学 2008
[3]基于有限元分析的谐波齿轮传动变形协调研究[D]. 张丽华.大连理工大学 2004
[4]谐波齿轮传动的运动几何学研究[D]. 王淑芬.大连理工大学 2000
本文编号：3237590
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