谐波传动机构柔轮的应力分布及寿命特性分析

发布时间：2017-09-11 16:22

  本文关键词：谐波传动机构柔轮的应力分布及寿命特性分析

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【摘要】：随着我国航空航天领域的不断发展，谐波减速器的应用越来越多，目前在航空航天领域60%的减速装置采用的是谐波减速器。柔轮作为谐波减速器的弹性薄壁零件，其疲劳寿命严重制约着谐波齿轮减速器的使用寿命。研究谐波减速器的疲劳寿命问题，是一项具有实际工程意义的工作。本文利用有限元方法研究结构参数和位置精度对柔轮应力和疲劳寿命的影响。 以XB1-60型谐波齿轮减速器为例，根据经验公式，计算了谐波减速器三大件的主要结构参数，并运用Pro/E建立了谐波减速器的参数化三维模型。通过对谐波减速器的实际工作过程的分析，考虑了柔轮轮齿的影响，忽略了柔轮底部的凸台和波发生器柔性轴承刚度的影响，建立了柔轮和波发生器的装配模型。利用Pro/E与ANSYS的接口，将三维模型导入到ANSYS中建立了谐波减速器的有限元模型。通过设置边界条件和约束，运用接触分析的方法分析了柔轮的应力，并与理论计算应力比较验证模型的正确性。 运用接触分析的方法得到了不同机构参数，包括筒长、壁厚、齿宽、圆角半径和前沿长度等对应的柔轮的应力分布图，获得了不同截面和不同部位的应力值，并运用多项式拟合的方法绘制了相应的曲线。分析了不同结构参数，对谐波减速器柔轮和柔轮各部位的最大等效应力影响规律，得到了柔轮的危险截面，为柔轮尺寸参数的优化提供了参考依据。除此之外，，获得了柔轮和波发生器不同位置精度对应柔轮应力分布图，并分析了柔轮不同截面和不同部位的应力变化规律。 在对柔轮应力分析的基础上，利用S-N曲线法估算了不同应力下柔轮的疲劳寿命，运用多项式拟合方法，绘制了柔轮应力与寿命的疲劳寿命曲线。分析了不同结构参数、相对位置和同轴度与柔轮疲劳寿命的关系，为柔轮的优化设计提供参考。
【关键词】：谐波齿轮传动 柔轮 有限元 疲劳寿命
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH132.43
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的目的及意义9-10
• 1.2 柔轮疲劳寿命的研究现状及分析10-15
• 1.2.1 国外的研究现状10-12
• 1.2.2 国内研究现状12-15
• 1.3 主要研究内容15-16
• 第2章 柔轮建模及有限元分析16-27
• 2.1 谐波齿轮传动的工作原理16
• 2.2 谐波减速器建模16-22
• 2.2.1 柔轮模型的建立17-18
• 2.2.2 刚轮模型的建立18-19
• 2.2.3 波发生器模型的建立19-22
• 2.3 有限元接触分析22-26
• 2.3.1 单元选择23-24
• 2.3.2 柔轮应力分析24-25
• 2.3.3 模型的验证25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 结构参数对柔轮应力的敏感度分析27-44
• 3.1 结构尺寸对柔轮应力的影响27-32
• 3.1.1 筒长对柔轮应力的影响27-28
• 3.1.2 壁厚对柔轮应力的影响28-30
• 3.1.3 圆角半径对柔轮应力的影响30
• 3.1.4 齿宽对柔轮应力的影响30-31
• 3.1.5 杯口前沿对柔轮应力的影响31-32
• 3.2 位置精度对柔轮应力的影响32-43
• 3.2.1 轴向相对位置对柔轮应力的影响33-34
• 3.2.2 同轴度对柔轮应力的影响34-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第4章 柔轮的疲劳寿命分析44-53
• 4.1 疲劳寿命理论44-46
• 4.1.1 钢的疲劳寿命44
• 4.1.2 金属疲劳的S-N曲线44-46
• 4.2 尺寸参数对柔轮疲劳寿命的影响46-50
• 4.2.1 筒长对柔轮疲劳寿命的影响46-47
• 4.2.2 壁厚对柔轮疲劳寿命的影响47-48
• 4.2.3 圆角半径对柔轮疲劳寿命的影响48-49
• 4.2.4 齿宽对柔轮疲劳寿命的影响49-50
• 4.2.5 前沿对柔轮疲劳寿命的影响50
• 4.3 位置精度对柔轮疲劳寿命的影响50-52
• 4.3.1 不同相对位置对柔轮疲劳寿命的影响51
• 4.3.2 不同同轴度对柔轮疲劳寿命的影响51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 结论与展望53-55
• 参考文献55-60
• 致谢60

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本文编号：831795