FA传动齿形优化和齿面接触状态有限元分析

发布时间：2020-11-18 09:05

　　 FA传动减速器是当今世界上最新发展的传动装置，较机器人常用的谐波传动有较高的疲劳强度、刚度和寿命，而且回差精度高；因此该种FA减速机除了普通传动中的高承载应用以外，在工业机器人传动中正在得到越来越多的应用。 由于摆线轮与针轮在啮合传动过程中是多齿啮合，因此，摆线轮与各针齿之间的载荷分布较复杂。它除了受接触变形影响外，还受制造误差、啮合间隙等影响。为了便于分析受力，传统齿形简化FA针摆传动模型：不考虑摩擦因素、假定在摆线轮最大力臂处产生最大变形等，而实际上摩擦一定存在、在线轮最大力臂处未必有针齿存在。基于以上假设，受力分析方法的准确性有待于进一步验证。 本文在研究接触问题的基础上，采用国际上通用的非线性有限元分析软件MSC．MARC建立了摆线轮与各受力齿接触计算模型，首次对针齿与摆线轮齿面接触状态进行静态有限元分析，得出了摆线轮与针齿之间的接触状态，结果证实了FA针摆传动针齿摆线轮啮合受力分析方法的正确性。 摆线轮的齿形修形方式不外乎有等距修形、移距修形和转角修形三种基本修形法的组合，如何利用这些基本修形方法的优化组合加工摆线轮，分别实现高承载能力或高精传动的要求，是本文要解决的重要问题。 对无特殊要求的一般动力传动用FA摆线针轮行星减速器，可利用优化设计理论推导出“正等距+负移距”修形方法，获得受力状况最佳的反弓齿廓；受力分析结果表明：反弓齿廓的受力状态最佳。 上述这种优化修形方法对于高精传动FA摆线针轮啮合却不能尽满人意。因为，它虽然可获得多齿啮合，但难以实现间隙回差小的要求，该方法在保证所需径向间隙条件下，不仅不可能减少由其它零件配合间隙索性超过需要的侧隙，同时还会增加新的侧隙。本文引用文献对摆线针轮高精传动修形方法研究成果，通过“负等距+正移距”优化修形可以求出满足预定回转角时的修形量。 回差是指输入轴反向转动时，输出轴在运动上滞后于输入轴的现象。回差的存在将使摆线针轮行星传动中的输入轴反转时，输入轴与输出轴短时间内失去运动联系，造成输出的突然中断，从而使运动传递关系成为非线性。 机器人装置的一个最重要的性能指标是必须具有高的运动和位置精度，这样 大连铁道学院工学硕士学位论文 才能使机器人的工作机构精确地达到预定的位置。由于FA减速器常用于高精传 动中，因此，该方面的研究是非常重要的。本文主要从传动链尺寸误差入手定量 分析各项误差因素对FA传动回差的影响，并建立计算回差的数学模型。
【学位单位】：大连铁道学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2004
【中图分类】：TH132.4
【部分图文】：

大连铁道学院工学硕士学位论文图2一19摆线轮有限元网格图2一20针齿有限元网格FigZ一19FEMmeshesofe界loidFig22oFEMmeshesofneedieteeill4.在I一DEAS中化分网格时，为了以后在MARC软件中操作方便，将摆线轮与针齿在工作位置上划分好网格后，在X方向或Y方向离开400~。5.使用Mes腼g模块下的APpend命令将摆线轮、针齿的平面网格做成一体。2.3.2.2网格处理由于是静态分析，不考虑惯性力，所以这里的摆线轮与针齿的材料属性是一致的，考虑到模型的连续性，将摆线轮与针齿分别做好组，分别定义。1.网格处理步骤如下:l)将I一DEAS转化了的UNV文件输入到M叭丑C软件中。2)将该网格进行分组(Set)，分为摆线轮和针齿两个组。3)将分离后的摆线轮和针齿网格检查，然后移动到工作位置。2.在网格处理过程中所用的命令和技术关键点:1)“SweeP”命令用于销除重复的或距离过度小的几何或有限单元元素

2.对于针齿保证针齿壳外缘沿X、Y、Z三个方向约束。以上施加边界条件的时候，注意防止出现刚体位移。具体形式如图2一10所示:图2一2边界条件的施加Fig.2一22APPliedb0Un山叮conditions2.3.4材料属性的定义由上节可知，考虑到模型的连续性，将摆线轮与针齿分别做好组，分别定义;另外，静力分析不涉及到热机藕合问题，所以这里和温度相关的属性都不需要定义。值得注意的是，在1~DEAS中默认的单位是nu刀，而在M田℃中存在两套单位，可自行匹配。两套单位如表2一1。表2一1Marc软件中适用的两套单位几bs一IT、勺o幻Ildsof晚钻即pliedinMarcsoftw毋裕裕庶庶为为后景景时间间mmmlnnnmNNNKgggS

第二章摆线轮齿面啮合受力分析方法及验证图2一3材料属性的定义图2一4接触的定义Fig.2一3Definitionofff扭teriaiProPer’tiesFig.2一4Definitionofcolltact各材料属性如表2一2所示:表2一材料属性数值几b.2一valueofinatenalproPertles弹性模量泊松比质量密度摆线轮针齿2.068E5(洲[Pa)2.068E5(N[Pa)0.290.297.854e一6(7.854e一6(注:静态分析并不考虑质量密度，材料属性数值可不输入。2.3.5接触体的定义接触是一个边界条件高度非线性的复杂问题，如果不定义接触体，软件将默认每个节点都有可能与其它节点接触，这将大大增加计算时间，而这却是毫无用处的，所以计算之前一定要定义接触体，排除那些可能永远不会接触的节点。在定义接触体时，应注意接触体定义的顺序关系。摆线轮与针齿的多齿接触定义如图2一24。实际上这是一个多部位接触的问题，由于摆线针轮传动中摆线轮最多只有一半齿接触，，故取三处接触区域(见如图2一n右图两体接触网格密集区)。接触单元数量为2382
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