宽齿槽谐波齿轮性能研究及有限元仿真分析

发布时间：2017-07-26 20:29

  本文关键词：宽齿槽谐波齿轮性能研究及有限元仿真分析

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【摘要】：柔轮是谐波齿轮传动中的关键构件,谐波齿轮减速器的承载能力与使用寿命主要由柔轮决定。为了计算方便,在基于有限元模型的柔轮应力和变形的研究中,通常将柔轮齿圈部位采用了简化方法,但有限元模型的结果未能准确地反映轮齿齿廓及齿根的真实形状,造成应力分析结果与实际情况的偏差。为此,本文提出了一个包括渐开线齿型的谐波齿轮实体单元的有限元模型建模方法。利用APDL语言建立包括柔轮齿厚、齿根倒圆半径和柔轮壁厚等参数的参数化实体模型,同时根据渐开线方程,利用二分法建立柔轮的渐开线齿廓,尽可能准确地模拟柔轮在装配状态下的受力情况,求解获得了装配状态下的柔轮变形和应力。与现有的理论模型计算公式、设计规范和基于壳体单元的有限元模型的变形和应力结果进行比较分析。研究发现：相比于基于实体模型的有限元计算结果,根据理论计算公式和设计规范计算得到的值都是偏小的。基于实体有限元模型,对柔轮齿厚、齿根倒圆半径和柔轮壁厚等参数进行了计算,分析这些参数对柔轮应力的大小和分布的影响。研究表明：通过适当增加齿槽宽度以降低装配状态下的最高应力,为谐波齿轮的最佳齿槽宽度等关键参数设计提供理论依据,同时为后续的啮合力计算奠定了基础。基于实体单元的柔轮有限元模型的变形计算结果和刚轮齿廓参数,提出基于有限元模型结果的装配侧隙计算方法,计算空载传动状态下的侧隙分布。基于APDL语言建立的三维渐开线齿廓的实体模型,全面分析装配状态下,柔轮筒内部和柔轮齿上的应力分布和变形情况。
【关键词】：谐波齿轮 柔轮 有限元分析 参数优化 宽齿槽
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH132.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 课题研究的背景及意义8-9
• 1.2 谐波齿轮传动的原理及应用9-12
• 1.2.1 谐波齿轮传动的原理9-10
• 1.2.2 谐波齿轮传动的特点10-11
• 1.2.3 谐波齿轮传动的应用11-12
• 1.3 谐波齿轮传动技术的研究概况12-16
• 1.3.1 柔轮结构分析12-13
• 1.3.2 齿形研究13-14
• 1.3.3 啮合原理研究14-15
• 1.3.4 侧隙及啮合力分布研究15-16
• 1.3.5 存在的问题16
• 1.4 本课题的研究内容16-18
• 第二章 基于APDL的柔轮齿圈实体参数化设计18-28
• 2.1 柔轮齿圈基本参数的选择和计算18-19
• 2.2 柔轮齿圈实体模型的参数化设计19-26
• 2.2.1 渐开线齿廓的参数化19-22
• 2.2.2 齿根倒圆的参数化22-24
• 2.2.3 宽齿槽的参数化24-26
• 2.3 波发生器的参数化26-27
• 2.3.1 波发生器的参数选择和计算26-27
• 2.3.2 波发生器的参数定位27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 平面实体齿圈的参数化建模和有限元分析28-38
• 3.1 有限元法分析的基本理论28-29
• 3.1.1 有限元法概述28
• 3.1.2 有限元分析软件的求解过程28-29
• 3.2 有限元模型的建立29-34
• 3.2.1 单元类型的选择29-30
• 3.2.2 模型的简化30
• 3.2.3 柔轮齿圈的建立30-31
• 3.2.4 波发生器的建立31-32
• 3.2.5 实体模型的网格划分32-33
• 3.2.6 定义接触对和边界约束33-34
• 3.3 柔轮的应力变形分析34-37
• 3.3.1 空载时柔轮的变形分析35
• 3.3.2 空载时柔轮的应力分析35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 齿廓结构参数对齿槽最高应力的影响研究38-50
• 4.1 轮齿应力计算的方法38-42
• 4.1.1 基于等效圆环理论的应力计算38-40
• 4.1.2 设计规范中的齿槽最高应力40-41
• 4.1.3 引入轮齿影响系数的应力计算41-42
• 4.2 基于实体有限元模型的应力计算42-46
• 4.2.1 柔轮的几何参数42
• 4.2.2 齿圈壁厚对柔轮应力的影响42-44
• 4.2.3 齿槽宽度对柔轮应力的影响44-46
• 4.3 轮齿影响系数46-48
• 4.3.1 齿圈壁厚对轮齿影响系数的影响46-47
• 4.3.2 齿槽宽度对轮齿影响系数的影响47-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 基于三维实体有限元模型的柔轮分析50-72
• 5.1 柔轮的三维结构50-52
• 5.2 平面齿圈分析52-58
• 5.2.1 平面齿圈的应力分析53-57
• 5.2.2 平面齿圈的变形分析57-58
• 5.3 平面齿圈侧隙计算58-63
• 5.3.1 侧隙计算方法59-60
• 5.3.2 基于实体模型的侧隙计算60-63
• 5.4 三维齿圈分析63-71
• 5.4.1 三维齿圈的应力分析63-67
• 5.4.2 三维齿圈与平面齿圈应力比较67-69
• 5.4.3 三维齿圈的变形分析69-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 总结与展望72-74
• 6.1 总结72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-78
• 发表论文和参加科研情况说明78-80
• 致谢80

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本文编号：578217