RV减速器热—结构耦合分析

发布时间：2017-07-03 09:14

  本文关键词：RV减速器热—结构耦合分析

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【摘要】：机器人三大核心技术包括减速器、控制系统、伺服电机,而RV减速器作为机器人关节的一种越来越展现出其强大的优越性。目前RV减速器市场被国外产品垄断,国内产品还处于产品研发试制阶段,还不能形成大批量、系列化产品。国内产品主要存在寿命短和回转精度不高等问题。本文通过对RV减速器进行热-结构耦合分析找到提高RV减速器寿命的方法。论文详细介绍了RV减速器部分理论分析、有限元模型建立和热-结构耦合分析。主要内容如下：1.根据RV减速器的传动原理和工作方式,基于行星齿轮传动比的计算,导出RV减速器各工作频率的通用理论计算公式,为RV减速器各传动零件旋转频率的计算提供了一种通用、快捷和有效的计算方法。2.根据齿轮啮合原理和坐标变换原理,建立了短幅摆线及摆线轮齿廓方程,利用MATLAB进行仿真分析,得到了短幅摆线凹凸特性、拐点、根切点、曲率、曲率半径及摆线轮齿廓压力角的变化规律。其中短幅摆线内凹部分随短幅系数的增大而缩小,根切点发生在外凸部分曲率半径绝对值最小处,摆线轮不产生根切的最大针齿半径随短幅系数的增大而减小,摆线轮齿廓上各点的压力角是变化的,齿顶和齿根部位压力角大,拐点处压力角较小。研究结果为摆线针轮行星传动的设计制造提供了理论依据。3.通过将渐开线齿轮中的模数概念引入到摆线轮中,使摆线轮各参数的作用更加细化。对各参数的作用加以分类,找出影响传动能力的参数有模数和短幅系数；影响传力性能的参数有短幅系数、针齿半径、传动比。用MATLAB绘出各参数变化时的摆线轮齿廓压力角的分布图,得到最小压力角随各参数的变化规律,得出短幅系数对摆线轮最小压力角的影响最大,针齿半径影响较小,传动比对最小压力角的影响最小。这些规律使摆线轮的设计思路更加清晰,也对以后系列化产品中的摆线轮的设计提供理论基础。4.结合前面摆线轮齿廓特性分析和摆线针轮传动特性分析对RV减速器进行理论力学分析,找到了改善曲柄轴承受力的方法。增加曲柄轴数可以有效降低曲柄轴承的受力,良好的摆线轮压力角使轴承受力相对平稳,增大曲柄轴分布圆半径能减小轴承每个时刻的受力；这些分析为接下来的热-结构耦合分析和整体的结构改进提供理论基础。5.利用ANSYS参数化设计语言APDL对RV减速器进行参数化建模并进行热-结构耦合分析,得到RV减速器的温度场和应力场,并对温度场、摆线轮的应力情况和轴承的应力情况进行了分析。从温度场可以看出,曲柄轴承处温度最高。从应力场可以看出,摆线轮针齿啮合存在偏载现象,曲柄轴承(滚针轴承)和支撑轴承存在偏斜角的情况,对于滚针轴承来说,偏斜角是滚针磨损不均和挤裂的主要原因。搭建试验台对RV减速器的温度场进行实验验证,实验表明温度场较为准确。
【关键词】：RV减速器 摆线针轮传动 有限元 热-结构耦合
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.46;TP242
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 国外RV减速器研究11-12
• 1.2.2 国内RV减速器研究12
• 1.2.3 RV减速器热-结构耦合分析12-14
• 第二章 RV减速器理论分析14-39
• 2.1 概述14-15
• 2.2 RV减速器特征频率计算15-20
• 2.2.1 输出轴固定15-17
• 2.2.2 外壳固定17-20
• 2.3 摆线轮齿廓特性分析20-27
• 2.3.1 摆线方程及其齿廓的推导21-22
• 2.3.2 短幅摆线及其齿廓特性22-27
• 2.4 摆线轮传动特性分析27-33
• 2.4.1 决定摆线轮形状的参数28
• 2.4.2 齿廓参数对传动性能的影响28-33
• 2.5 RV减速器受力分析33-38
• 2.5.1 曲柄轴承受力分析33-36
• 2.5.2 支撑轴承受力计算36-38
• 2.5.3 主轴承受力分析38
• 2.6 本章小结38-39
• 第三章 RV减速器热-结构耦合有限元分析39-54
• 3.1 概述39
• 3.2 热-结构耦合概念39-40
• 3.2.1 耦合场定义39-40
• 3.2.2 耦合场的分析方法40
• 3.3 有限元分析软件介绍40-41
• 3.3.1 常用软件介绍40-41
• 3.3.2 ANSYS软件介绍41
• 3.4 RV减速器ANSYS热-结构耦合分析前处理41-46
• 3.4.1 材料选取41-42
• 3.4.2 单元类型选取42
• 3.4.3 模型建立及网格划分42-46
• 3.5 RV减速器ANSYS热分析46-49
• 3.5.1 热分析理论46-47
• 3.5.2 发热体功率计算47-48
• 3.5.3 计算设置及结果48-49
• 3.6 RV减速器ANSYS结构分析49-53
• 3.6.1 结构分析理论49
• 3.6.2 轴承弹性模量的计算49
• 3.6.3 计算设置及结果49-53
• 3.7 本章小结53-54
• 第四章 RV减速器热分析实验验证54-57
• 4.1 热分析实验54-56
• 4.1.1 实验对象和实验器材54-55
• 4.1.2 实验与仿真结果分析55-56
• 4.2 本章小结56-57
• 第五章 结论与展望57-59
• 5.1 主要结论57
• 5.2 研究展望57-59
• 参考文献59-62
• 在学期间的研究成果62-63
• 致谢63

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本文编号：513090