基于有限元分析法的摆线针轮减速器接触疲劳分析

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基于Ansys Workbench的齿轮副有限元分析

基于Ansys Workbench的齿轮副有限元分析

针齿中心圆半径r p根据经验公式:式中,前面系数取则,取。

④齿宽=150mm,前面系数取0.11偏心距,短幅系数,针齿半径rp=6.97mm,取r rp=7mm因,则最小曲率半径:计算得到,则,顶切。

⑧针径系数,计算得到K针齿销跨度L=3.5b c,计算得到齿面接触强度校核最大载荷,计算得到齿面接触强度计算。

根据赫兹公式,齿面接触应力按下式计算:1)当量弹性模量E e:摆线轮的弹性模量E1和针齿的弹性模量的弹性模量,故。

2)当量曲率半径ρei,得:令,,则:,且,故:3)任意瞬间针齿与摆线轮接触点的法向压力综上可得:令,Y1随K1、K2、z c以及接触的位置θbi不同而变化,当K1、K2、z c一定时,必有某个=θk使Y1达到最大值Y1max:则:根据插值法取Y1max=1.95。

代入数图3箱体图4装配体内部结构图1行星轮图2摆线轮4齿轮副有限元分析针对风电变桨减速器结构,对代表性的齿轮副进行了有限元模型的建立和分析,其中包括一对外啮合齿轮副、摆线轮与针齿接触副。

4.1外啮合齿轮副建立外啮合齿轮副的实体模型,并导入ANSYS中,应用Swept Meshing(扫掠法)进行网格划分,网格模型共计25140个单元,29010个节点,外啮合齿轮副有限元模型如图5所示。

图5外啮合齿轮副网格图外啮合齿轮副计算模型边界条件为:主动轮z1施加扭矩载荷,径向和轴向施加零位移约束,可绕中心线转动;动轮z2的切向、径向和轴向均施加零位移约束,边界条件如图6所示。

图6外啮合齿轮副边界条件4.2摆线轮与针齿接触副将建立的实体模型导入ANSYS Workbench中,建立摆线轮与针齿接触副有限元模型,应用Hex Dominat行网格划分,共计116254个单元,455334个节点,网格模型如图7所示。

图7摆线针齿网格图摆线轮与针齿接触副有限元模型分析边界条件为:齿外圈切向、径向和轴向均施加零位移约束;分布的轴承孔面径向和轴向施加零位移约束,所示。

基于ANSYS软件的RV减速器有限元分析

基于ANSYS软件的RV减速器有限元分析

收稿日期:2018年8月1研究背景RV 减速器广泛应用于工业机器人领域,具有同时啮合齿数多、型小量轻、高刚度、耐过载等优点[1-4]。

由于配合间隙、旋转振动和惯性均较小,所以具有良好的加速性能,可实现平稳运转,并获取准确的位置精度。

基于RV 减速器的众多优点,许多学者研究其传动特性。

Lin 等[5]提出了齿面修形的二级摆线针轮减速器的设计方法。

Ren 等[6]对摆线针轮传动的齿面修形提出了一种新方法,并研究其动态特性。

张洁[7]采用有限元仿真分析的方法,研究了RV 减速器针齿与摆线轮的接触特性。

朱临宇[8]应用ANSYS 软件分析了RV 减速器整机扭转刚度的变化规律,并搭建试验台对扭转刚度、空程误差、回转误差和机械传动效率进行了测试。

赵海鸣等[9]从理论上建立了RV 减速器矩阵形式的静态回差分析数学模型,并通过ADAMS 软件的有限元仿真分析,验证这一数学模型的正确性。

李兵等[10]采用作用线增量法,建立了RV 减速器的传动误差分析模型。

众多研究文献都是从整机的角度对RV 减速器进行研究,并没有研究每一个传动机构在额定载荷作用下的应力和变形,以及对整机性能的影响。

针对当前对于RV 减速器研究的不足,笔者选取RV-40E 型减速器为研究对象,应用ANSYS 软件对其摆线针轮传动机构和偏心轴机构进行仿真分析,得到了关键零部件的应力和变形情况,对RV 减速器的设计、制造和安装提供技术指导。

2传动原理RV-40E 型减速器的结构简图如图1所示,减速基于ANSYS 软件的RV 减速器有限元分析□黄振锋□梁顺可□唐子坚□汤星星□廖智明华南理工大学广州学院机械工程学院广州510800摘要:为了研究RV 减速器在额定载荷作用下的应力和变形情况,应用ANSYS 软件对RV-40E型减速器的主要传动机构———摆线针轮机构和偏心轴机构进行分析。

分析结果表明,在额定载荷作用下,摆线针轮机构与偏心轴机构的最大接触应力和最大等效应力均小于所用材料的强度极限。

基于COSMOSworks的摆线针轮减速器有限元分析

基于COSMOSworks的摆线针轮减速器有限元分析

基于COSMOSworks的摆线针轮减速器有限元分析罗文;项占琴【摘要】针对摆线针轮减速器的摆线轮齿廓形状复杂、加工制造难度大等同题,根据摆线成形原理及设计要求,利用SolidWorks软件建立了摆线针轮减速器三维模型,运用COSMOSworks有限元分析软件模拟了减速器的工作状态,并对其主要部件进行了有限元分析,为摆线针轮减速器的结构设计提供了参考依据.研究结果表明,运用该设计方法对提高摆线针轮减速器设计的速度和质量具有一定的实际意义.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2010(027)005【总页数】3页(P25-27)【关键词】摆线针轮减速器;COSMOSworks;有限元分析【作者】罗文;项占琴【作者单位】浙江大学现代制造工程研究所,浙江,杭州,310027;浙江大学现代制造工程研究所,浙江,杭州,310027【正文语种】中文【中图分类】TP391.7作为普通减速机的更新换代产品,摆线针轮行星减速器与普通减速机相比,具有结构紧凑、传动比大、传动效率高、多齿啮合、承载能力大等突出优点。

摆线针轮行星减速器以其输入/输出同轴、多齿啮合的新颖结构,广泛应用于矿山、冶金、工程机械及化工等行业的驱动装置和减速装置中[1]。

COSMOSworks是分析软件,可模拟真实运行条件,用以研究不同装配体零部件之间的交互作用,进行静力、频率、热等分析和设计优化,可以实现和SolidWorks的无缝集成实现几何建模和有限元分析的集成[2]。

本研究以SolidWorks 2006和COSMOSworks为工具,建立一个摆线针轮减速机三维模型,对其主要部件进行有限元分析,为摆线针轮减速器的结构设计提供参考依据,有利于在产品设计阶段发现摆线针轮行星减速器设计中存在的潜在问题,减少对物理样机的依赖,节省成本,缩短产品开发周期,增强产品竞争力。

摆线针轮传动,是由一个针轮(即中心轮,用K表示),一个系杆(即转臂,用H表示)和一个传递摆线轮自转偏心输出机构(即在输出机构中绕固定轴线转动的构件,用V表示)所构成的。

机器人摆线针轮减速器动态性能分析及试验研究

机器人摆线针轮减速器动态性能分析及试验研究

2023-10-29•绪论•机器人摆线针轮减速器动态性能分析目录•机器人摆线针轮减速器试验研究•机器人摆线针轮减速器优化设计及性能提升•结论与展望目录•参考文献01绪论研究背景与意义摆线针轮减速器具有高精度、高刚度、高传动效率等优点,在工业机器人中得到广泛应用。

对摆线针轮减速器进行动态性能分析及试验研究,有助于提高其性能指标,降低噪声和振动,从而提高机器人的运动性能。

机器人技术的快速发展对运动控制精度和效率的要求日益提高,减速器作为机器人核心零部件之一,其性能对整个机器人的运动性能产生重要影响。

国内外研究现状及发展趋势国内对于摆线针轮减速器的研究起步较晚,但在国家政策支持和市场需求推动下,国内企业逐渐突破关键技术,缩小了与国外企业的差距。

未来,摆线针轮减速器将朝着高精度、高效率、高可靠性、智能化等方向发展,以满足不断升级的机器人应用需求。

国外对于摆线针轮减速器的研究起步较早,积累了丰富的研究经验和技术储备,在产品性能、质量和应用领域等方面具有领先优势。

研究内容和方法研究内容本研究旨在通过对机器人摆线针轮减速器的动态性能进行分析及试验研究,优化其设计参数,提高性能指标,降低噪声和振动。

研究方法采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法,对摆线针轮减速器的动态性能进行深入探究。

首先建立减速器的动力学模型,然后利用有限元分析软件对其动态特性进行仿真分析,最后通过实验验证理论分析和仿真结果的准确性。

02机器人摆线针轮减速器动态性能分析机器人摆线针轮减速器工作原理和结构特点摆线针轮减速器工作原理摆线针轮减速器是一种行星齿轮传动装置,采用摆线针轮齿啮合实现减速传动。

结构特点摆线针轮减速器具有体积小、重量轻、传动比大、效率高等优点,广泛应用于机器人、机械手、数控机床等领域。

机器人摆线针轮减速器动态性能评价方法动态性能评价方法评价摆线针轮减速器的动态性能主要包括传递误差、振动和噪声等方面。

传递误差传递误差是指减速器输出端与输入端之间的速度和力矩误差,是衡量减速器精度的重要指标。

基于有限元方法的机械结构疲劳分析与寿命预测

基于有限元方法的机械结构疲劳分析与寿命预测

基于有限元方法的机械结构疲劳分析与寿命预测疲劳分析与寿命预测在机械结构设计中具有重要的意义。

通过对材料的疲劳特性进行研究,并结合有限元方法建立数值模型,可以有效地预测机械结构在使用过程中的受力情况和寿命。

疲劳是机械结构在循环加载下出现的一种失效模式,通常会导致结构的裂纹扩展和损伤积累。

疲劳失效对于安全和可靠性至关重要,因此必须对结构进行疲劳分析,以了解其耐久性和使用寿命。

有限元方法是一种常用的数值分析方法,可以将机械结构抽象成离散的小单元,通过求解控制方程组,得到结构的应力、应变分布。

在疲劳分析中,有限元方法可以用来计算结构在循环加载下的应力应变历程,进而预测结构的疲劳寿命。

首先,需要确定材料的疲劳特性。

疲劳特性包括S-N曲线和疲劳极限等参数。

S-N曲线描述了应力与寿命之间的关系,是进行疲劳寿命预测的重要依据。

疲劳极限是指承受无限循环次数的最高应力。

这些参数可以通过实验获得或从已有的数据库中获取。

接下来,建立机械结构的有限元模型。

有限元模型需要包括结构的几何形状、材料性质以及外加载条件等信息。

通过对结构进行网格划分,可以将结构抽象成大量的小单元,从而将求解控制方程组的问题转化为求解离散方程组的问题。

然后,进行加载与边界条件的设定。

加载条件是指施加到结构上的载荷,可以是静态加载或动态加载。

边界条件是指限制结构运动的约束条件,可以是支座约束或预定位约束等。

这些条件需要根据实际情况进行合理设定。

在求解有限元方程组之后,可以得到结构各处的应力与应变分布。

通过与疲劳特性相结合,可以计算得到结构在循环加载下的疲劳寿命。

通常使用疲劳强度折减因子来考虑不同应力水平下的寿命衰减。

通过以上步骤,可以进行一次基于有限元方法的机械结构疲劳分析与寿命预测。

然而,实际工程中的机械结构往往受到多种不确定因素的影响,如材料的不均匀性、加载条件的随机性等。

因此,在疲劳分析中,还需要考虑不确定性的影响。

一种常用的方法是应用统计学方法进行可靠性分析。

基于ANSYS的RV减速器摆线轮动特性仿真分析

基于ANSYS的RV减速器摆线轮动特性仿真分析

基于ANSYS的RV减速器摆线轮动特性仿真分析谭鹏;戚厚军【摘要】RV减速器传动精度主要受摆线轮传动精度的影响,摆线轮传动精度的好坏直接影响整机的传动精度,以RV-40E为研究对象,采用SolidWorks对RV摆线轮进行参数化实体建模,然后将模型导入到ANSYS中进行有限元分析,建立动力学模型.用ANSYS软件分析模型的振动和固有频率,为摆线轮的结构参数优化提供基础,从而增加系统的动态稳定性.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2019(032)002【总页数】4页(P61-63,67)【关键词】RV减速器;摆线轮;有限元【作者】谭鹏;戚厚军【作者单位】天津职业技术师范大学,天津 300222;天津市高速切削与精密加工重点实验室,天津 300222;天津职业技术师范大学,天津 300222;天津市高速切削与精密加工重点实验室,天津 300222【正文语种】中文【中图分类】TH1330 引言RV减速器是一种在传统针摆行星传动的基础上发展出来的,不仅克服了一般针摆行星传动的缺点,而且具有体积小、重量轻、效率高、传动平稳等一系列优点,广泛应用于工业机器人,精密机床等领域[1]。

随着现代技术的不断发展,加工制造技术的不断完善,RV减速器多用于重载、高速、环境较为恶劣的地方,减少疲劳和减震逐渐变得越来越重要[2]。

在传统摆线针轮减速器的基础上,RV减速器得到了快速的发展。

韩林山等人以2K-V型减速器为研究对象,综合考虑了系统中各零件的加工误差、间隙等因素对传动精度的影响,对主要零部件进行建模,并用NewMark法对其进行求解[3]。

何卫东等人采用有限元分析软件,对RV减速器的单一零部件进行模态分析,并给出了优化方法[4]。

肖君君采用Pro/E对摆线轮进行建模,并进行模态分析[5]。

李纪顺通过对两个摆线轮进行建模,分析摆线轮在不同情况下的受力分析,为摆线轮的减震奠定了基础[6]。

孙永森把摆线轮中的参数进行修改,通过有限元模态分析得出不同的固有频率和振型,分析了摆线轮的抗疲劳寿命等因素[7]。

FA传动摆线轮齿面接触疲劳强度可靠性分析

FA传动摆线轮齿面接触疲劳强度可靠性分析

F A传动减速器是当今世界上最新发展 的摆线齿廓传动装置 , 它具有体积小 、 重量轻、 传动 比范 围 大、 寿命长、 刚度大、 精度保持稳定 、 效率高、 传动平稳等一系列 的优点 , 已广泛用于机械、 冶金、 运输 、 石 化等行业. 在传统 的设计中, 受力分析及强度校核时往往将各种设计变量及参数看成定值 , 其设计方案 般 偏 于保守 , 且无法 定量 回答 产 品在多 大程度 上是 安全 的 ; 因此 , 必 要对 该传 动 的关键 元 件进 行 可 有
要: 在传统的设计 中 , 各种设计变量及参数往往被看成 定值 , 无法定量 回答 产品在 多大 程度上是 安
全的; 因此有必要对 F A传动减速器的关键零件进行 可靠性分析 , 为整个 减速器进行 可靠性分析 打下基 础. 本文研究发现 ,A传动摆线轮齿面接触应力与齿面接触疲劳强度都呈对数正态分 布 ; F 结合影 响两 者 分布的因素 , 建立 了 F A传动摆线轮齿面接触疲劳强度可靠性分析计算的数学模型. 关键词 :A针摆传动 ; F 对数正态分布 ; 可靠度
T e e o e, t sn c sa yf rrl i t n l s fk y p r h r fr i i e e s r o e i l y a a y i o e a t b a i s .On yb s d o er l b l ay l a e n t ei i t a l — h a i n y sso e a t h e r l i t n y i ft e w o e t n mis n c n b rc se .T r u h a i fk y p r .t e i l a a ss o h l a s s i a e p o e s d h o g — b y a i l h r o

以有限元为基础的减速器可靠性分析与优化设计论文康旭机械班

以有限元为基础的减速器可靠性分析与优化设计论文康旭机械班

齿轮减速器箱体有限元分析设计一、有限元的基本理论:1•有限元基本原理:有限元分析方法是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷情况)进行模拟。

还利用简单而又相互作用的元素,即单元,就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。

其基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。

由于单元能按不同的联结方式进行组合,且单元本身又可以有不同形状,因此可以模型化几何形状复杂的求解域。

2.有限元的一些基本知识:自由度用于描述一个物理场的响应特性,如结构的自由度位移,热自由度温度,电自由度电位,流体自由度压力,磁自由度磁位等。

节点是指空间中的坐标位置,具有一定自由度和存在相互物理作用。

信息是通过单元之间的公共节点传递的。

单元是指一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述(称为刚体或系数矩阵)。

单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。

有限元模型由一些简单形状的单元组成,单元之间通过节点连接,并承受一定的载荷,是真实系统理想化的数学抽象。

每个单元的特性是通过特性是通过一些线性方程式来描述的。

作为一个整体,单元形成了整体机构的数学模型。

有限元法分为位移法,力法,混合法。

二、减速器箱体的有限元分析:1•减速器介绍减速器是原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置。

用来降低原动机转速或增大转矩,以满足工作机的需要。

由于减速器具有结构紧凑,传动效率高,传动准确可靠,使用维护方便等优点,故在工矿企业及运输,建筑等部门中运用极为广泛。

虽在工作中减速器壳体破坏的可能性比较小,但它的刚性对减速器运转的平稳性起着决定作用,而且影响齿轮和轴承的工作状况。

采用有限元结构分析软件对其进行强度、刚度计算,可获得减速器壳体在最大载荷作用下各部位的应力和变形的分布情况。

利用ANS YS软件对减速器壳体进行有限元分析,找出最大应力和变形发生点,分析可靠性,并通过调整加强筋的数量和位置,使减速器壳变形最小,合理布置筋板,减轻减速器重量。

摆线针轮行星减速器的有限元分析研究的开题报告

摆线针轮行星减速器的有限元分析研究的开题报告

摆线针轮行星减速器的有限元分析研究的开题报告一、选题背景摆线针轮行星减速器是一种理论基础较为成熟、适用范围较广的减速器,具有体积小、传递功率高、运转平稳等优点,广泛应用于机械设备的传动系统中。

本课题旨在通过有限元分析方法,对摆线针轮行星减速器的传动性能进行理论研究和实验验证,为其在工程应用中的性能提升提供技术支持。

二、研究内容1. 摆线针轮行星减速器的结构分析和动力学分析通过对摆线针轮行星减速器结构和运动原理的分析,建立其动力学模型,探究各个零部件的相互作用关系,进而确定其传动效率和运动稳定性。

2. 摆线针轮行星减速器的参数优化设计在确定摆线针轮行星减速器的主要参数后,对其各个参数进行优化设计,以提升其传动效率和工作稳定性为目标,采取模拟计算和实验验证相结合的方法,通过不断优化设计,提升其整体性能。

3. 摆线针轮行星减速器的有限元分析基于有限元分析理论和软件工具,对摆线针轮行星减速器的各个零部件进行模型建立和分析,包括材料力学性能分析、静力学分析、模态分析等方面,进一步探究其传动效率和工作稳定性。

三、研究意义通过对摆线针轮行星减速器的有限元分析研究,可以深入了解摆线针轮行星减速器的结构特点和运动规律,为其在工程应用中的选择和优化提供理论依据,同时也为其在工程应用中的性能提升提供技术支持,具有较高的研究和应用价值。

四、研究方法和流程1. 研究方法:有限元分析和优化设计相结合2. 研究流程:(1)摆线针轮行星减速器的结构及动力学分析(2)摆线针轮行星减速器的参数优化设计及性能仿真(3)摆线针轮行星减速器的有限元建模及力学性能分析(4)实验验证及数据分析(5)总结并提出建议五、预期成果1. 对摆线针轮行星减速器的传动性能进行深入分析和优化设计,提高其工作稳定性和传动效率。

2. 建立摆线针轮行星减速器的有限元模型,提供数值仿真和实验数据支持。

3. 撰写论文并参加学术会议,推广研究成果,为工程应用提供技术支持和指导。

基于COSMOSworks的摆线针轮减速器有限元分析

基于COSMOSworks的摆线针轮减速器有限元分析

L O We , I N hnQn U n XA G Z a — i
(ntueo d a c a uatr gE gne n , h j n nvr t, n zo 0 7, hn ) Istt f vn eM n fc i n ier g Z e a gU i s y Hagh u3 0 2 C ia i A un i i ei 1
有一定的实际意义 。
关键词 : 摆线针轮减速器 ;O MO w rs有限元分析 C S S ok ;
中图 分 类 号 :P 9 . T 3 17 文献标识码 : A 文 章 编 号 :0 1 4 5 (0 0 O 0 2 O 10 — 5 1 2 1 )5— o 5一 3
Fi i lm e ta ay i fp a e - y l i e u e s d o n t ee n n l sso l n tc cod r d c r ba e n COS OS r s e M wo k
减速器与普通减速机相 比, 具有结构 紧凑 、 传动 比大 、
传动 效率高 、 多齿 啮合 、 载能 力大 等突 出优点 。摆 线 承 针轮行 星减 速器 以其 输入/ 出 同轴 、 输 多齿 啮合 的新 颖 结构 , 广泛应 用 于矿 山 、 金 、 程 机 械及 化 工 等 行 业 冶 工 的驱 动装 置 和 减 速 装 置 中… 。C S S ok O MO w rs是 分 析 软 件 , 拟 真实运 行条 件 , 以研 究不 同装 配体 零 部 可模 用
进行 有 限元 分 析 , 摆 线 针 轮减 速 器 的结构 设 计ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ提 供 为
0 引 言
作为普 通减 速机 的更 新 换 代产 品 , 摆线 针 轮 行 星

基于有限元方法的机械结构疲劳强度分析

基于有限元方法的机械结构疲劳强度分析

基于有限元方法的机械结构疲劳强度分析疲劳强度分析是机械结构设计中的重要一环,通过分析结构在工作循环载荷下的疲劳破坏情况,可以评估结构的寿命和可靠性。

有限元方法作为一种广泛应用于结构分析的数值方法,被广泛应用于机械结构疲劳强度分析中。

在进行疲劳强度分析前,首先需要建立结构的有限元模型。

有限元模型的建立是基于结构的几何形状和材料特性,通过将结构离散化成多个小单元来进行近似计算。

常见的有限元单元包括三角形单元和四边形单元,可以根据结构的复杂程度选择合适的单元类型。

在有限元模型建立好后,需要确定结构的工作载荷和载荷周期。

根据实际工况和设计需求,可以分析结构在不同工况下的疲劳强度。

通过在有限元模型上施加工作载荷,并对结构进行振动分析,可以得到结构在周期性载荷下的应变、应力等参数。

接下来,需要选择适当的疲劳强度准则。

常见的疲劳强度准则包括极限应力准则和极限应变准则。

极限应力准则通常适用于金属结构的疲劳强度分析,通过比较结构在周期性载荷下的最大应力与其材料的抗拉强度来评估结构的疲劳强度。

而极限应变准则适用于复合材料等非金属材料的疲劳强度分析,通过比较结构在周期性载荷下的最大应变与其材料的拉伸疲劳极限来评估结构的疲劳强度。

最后,通过有限元分析软件进行疲劳强度计算。

有限元分析软件可以根据给定的有限元模型、载荷和疲劳准则,自动进行疲劳强度计算,并输出结构的寿命和疲劳强度曲线。

通过对不同参数的调整和分析结果的对比,可以优化结构的设计,提高其在疲劳工况下的可靠性和寿命。

除了基本的疲劳强度分析方法,还有一些改进和拓展的技术。

比如,可以考虑结构的局部缺陷或孔洞对疲劳强度的影响;可以进行多尺度分析,将宏观结构的疲劳行为与材料的微观组织特征相联系;还可以结合试验数据进行有限元模型的验证和修正,提高分析结果的准确性。

总之,基于有限元方法的机械结构疲劳强度分析是一项重要的工作。

通过合理建立有限元模型,选择适当的载荷和疲劳准则,并运用有限元分析软件进行计算,可以全面评估结构在工作循环载荷下的疲劳性能,为结构的设计和优化提供科学依据。

基于有限元建模的RV_减速器摆线针轮承载啮合特性分析

基于有限元建模的RV_减速器摆线针轮承载啮合特性分析

1 - K 1 cos ϕ i -
) -
1 - K 21 sin ϕ i
1 + K 21 - 2K 1 cos ϕ i

(1)
式中,K 1 为短幅系数;ϕ i 为第 i 个针齿几何中心连线与
摆线轮转臂之间的夹角。
2) 在转矩的作用下,摆线轮与针齿和针齿与针齿
壳接触会发生弹性变形,针齿会发生部分弯曲变形。
∗∗梁 强, 男, 1996 年生, 四川内江人, 汉族, 河北工业大学硕士研究生, 主要研究方向为机器人动力学分析。
∗∗∗史宝军 ( 通信作者) , 男, 1963 年生, 山东烟台人, 汉族, 河北工业大学教授, 博士, 博士研究生导师, 主要研究方向为特种机器人与环境
感知、 ( 机器人) 动力学与可靠性、 计算流体力学及其应用、 3D 打印与轻量化设计。
以上文献多数分析了摆线轮厚度、间隙和约束等
因素的影响。 基于此,本文主要以摆线针轮的一个啮
合传动周期为分析对象,综合考虑了摆线轮修形和负
载变化的影响,利用 UG 的参数建模功能建立了摆线
针轮简化的三维模型,并利用 Ansys 软件对摆线针轮
sin ϕ i
1 + K 21 - 2K 1 cos ϕ i
摘要 为了研究负载变化对 RV 减速器摆线针轮啮合特性的影响,考虑摆线轮齿廓修形,利用 UG 建立摆线针轮机
构的三维模型,运用 Ansys 的瞬态动力学模块分析了摆线针轮在一个啮合传动周期内的啮合齿对数和啮合应力变化情
况,并将仿真与理论的接触应力进行了对比。 结果表明,仿真与理论的接触应力在整体上趋势一致;摆线针轮的啮合齿
元分析方法得出了摆线轮齿受力分布并总结了摆线轮
1) 摆线轮轮齿与针齿之间啮合法线方向的初始

基于Ansys Workbench的齿轮轴有限元分析

基于Ansys Workbench的齿轮轴有限元分析

引言摆线针轮行星传动属于K-H-V 行星齿轮传动,与普通的齿轮传动相比,摆线针轮行星传动具有以下主要特点:传动比范围大,单级传动比为6~119,两级传动比为121~7569,三级传动比可达6585030;结构紧凑、体积小、质量轻。

摆线针轮行星传动采用了行星传动结构和紧凑的输出机构,因而结构紧凑,与相同功率的普通齿轮传动相比,体积和质量均可减少1/2~1/3;运转平稳,噪声低;在摆线针轮行星传动过程中,摆线行星轮与针轮啮合齿数较多,且摆线行星轮与针轮的啮合、输出机构的销轴与行星轮端面的销轴孔及行星轮与偏心套之间的接触都是相对滚动,因而运转平稳、噪声低;传动效率高,除了针轮的针齿销支承部分外,其他部件均为滚动轴承支承,同时针齿套的使用使得针轮与摆线行星轮的啮合由滑动摩擦变为滚动摩擦。

因而,摆线针轮行星齿轮传动机构同一般的减速机构相比有更高的传动效率。

一般单级传动效率为90%~95%。

齿轮轴是传动的薄弱环节,限制了高速轴的转速和传递的功率。

减速器系统强度取决于减速器内部各个零件的强度,它们直接决定了减速器的使用寿命,因而各零件具有合理的强度是十分重要的。

国内外许多专家学者对减速器的强度分析作了深入的研究,常用的方法有解析法、试验法和有限元法。

张迎辉等利用MATLAB 软件分析计算得出行星架的支承刚度和曲轴的弯曲刚度对固有频率的影响明显[1]。

张迎辉等分析了机器人用RV 减速器中支承轴承刚度及曲轴和齿轮之间角度周期性变化的影响,并对轴承刚度的灵敏度进行了分析,提出了避免共振和保持精度的方法[2]。

在风电变桨减速器零部件设计过程中需要考虑零部件的传动可靠性、安装合理性,而齿轮轴作为传动的关键零件,在实际应用中至关重要,该零件也容易造成磨损,所以对其进行强度分析就显得尤为重要。

此外,对于轴这些传递动力的零件应在满足强度要求的前提下,使其尺寸尽量小、寿命尽量长。

1齿轮轴的设计因轴为齿轮轴,材料与行星齿轮的相同,故选用20CrMnTi ,渗碳淬火、回火处理。

基于有限元分析法的减速器的优化设计解读

基于有限元分析法的减速器的优化设计解读

基于有限元分析法的减速器的优化设计采煤机截割减速器是动力源与工作装置之间的联接部分,承受着较大的力的传递作用。

其工作环境的恶劣性和产品设计的复杂性导致其常常出现因产品设计的不合理而导致的减速器齿轮箱共振破坏或应力破坏现象发生。

因此,应用动力学有关方法对齿轮箱体进行动态特性分析及优化设计已成为一个重要研究课题。

随着计算机技术和计算力学、计算数学等理论的发展,计算机辅助工程分析(CAE)越来越受到工程设计人员的重视。

其中有限元技术又是CAE的关键技术。

因此,将有限元技术应用到新产品的研发设计上,用先进的设计方法指导产品的结构设计,使其在满足强度和刚度要求的前提下达到质量、体积的最优化,目前已经是可行的,甚至是必然的设计方法。

这对提高产品质量、降低成本、缩短产品设计周期都具有十分重要的意义。

本论文以某厂研制的新型采煤机截割减速器齿轮箱为研究对象,应用有限元方法分析该齿轮箱体的动态特性,力图减轻其设计缺陷将可能引起的共振破坏或应力破坏现象发生,并以箱体的重量最轻为目标,进行满足静刚度和强度条件下的箱体参数优化,以期达到产品优化设计要求。

本文将开展如下研究,第一章主要提出课题的选题背景及意义,统观目前国内外的有关齿轮箱的研究成果,提出自己的研究方法和内容;第二章基于有限元方法的数学机理及其应用方法,在AWE (ANSYS Workbench Environment)环境下对减速器齿轮箱体进行有限元静力学分析,通过箱体的应力分布云图和位移分布云图分析齿轮箱体的刚度和强度,以期通过改变箱体厚度参数以达到减重优化的目的;第三章应用三维建模软件Pro/E的强大建模功能建立起减速器齿轮箱的CAD模型,通过它与有限元分析软件间ANSYS Workbench之间的无缝接口导入并对其进行动态特性分析。

通过箱体模态分析以得到箱体结构的固有频率和各阶振型等模态参数。

并从动态设计角度,提出相应改进措施;第四章对该减速器齿轮箱进行参数优化设计。

RV减速器摆线针轮传动机构轮齿承载接触分析

RV减速器摆线针轮传动机构轮齿承载接触分析

2024年第48卷第2期Journal of Mechanical TransmissionRV减速器摆线针轮传动机构轮齿承载接触分析韩炬张伟昌(华北理工大学机械工程学院,河北唐山063210)摘要RV减速器摆线针轮传动机构的轮齿承载接触分析是进行该机构润滑分析的基础。

为明确摆线轮齿与针齿、曲拐轴承滚针与内外圈之间的动态接触特性,基于摆线针轮传动机构啮合原理,分析了6种不同齿廓修形方式下的轮齿间隙及啮合点的运动学特性;结合静力平衡方程及变形协调条件,引入非线性赫兹接触刚度,建立了摆线针轮传动机构的三维动态承载接触分析模型,确定了含有初始间隙的轮齿受载变形,利用迭代法完成模型求解,明确了传动过程中轮齿及曲拐轴承滚针内外圈啮合处的时变受力特性。

关键词摆线针轮传动承载接触分析齿廓修形轴承受力Gear Tooth Contact Analysis of Cycloidal Pinwheel TransmissionMechanism of RV ReducersHan Ju Zhang Weichang(College of Mechanical Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan 063210, China)Abstract The loaded tooth contact analysis of cycloid pin wheel transmission mechanism of RV reducers is the basis of lubrication analysis of the mechanism. To clarify the dynamic contact characteristics between the cycloidal gear teeth and the needle teeth, as well as between the roller needles and the inner and outer rings of the crankshaft bearing, based on the meshing principle of the cycloidal needle gear transmission mechanism, the kinematic characteristics of the gear tooth clearance and meshing points under six different tooth profile modifi⁃cation methods are analyzed; combining the static equilibrium equation and deformation coordination conditions, the nonlinear Hertz contact stiffness is introduced and a three-dimensional dynamic load-bearing contact analy⁃sis model of the cycloidal needle gear transmission mechanism is established. The load deformation of the gear teeth with initial clearance is determined, and the model solution is completed using the iterative method. The time-varying force characteristics at the meshing of the gear teeth and the inner and outer rings of the crankshaft bearing roller needles during the transmission process are clarified.Key words Cycloidal pinwheel transmission Load contact analysis Tooth profile modification Bear⁃ing force0 引言RV减速器的前级为渐开线行星齿轮机构,后级为摆线针轮传动机构。

基于几何接触算法的摆线针轮传动误差分析

基于几何接触算法的摆线针轮传动误差分析

2024年第48卷第3期Journal of Mechanical Transmission基于几何接触算法的摆线针轮传动误差分析黄岳磊张迎辉何卫东(大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028)摘要在摆线针轮传动的轮齿接触分析(Tooth Contact Analysis,TCA)模型中,通常将误差值设为一个定值,易造成计算结果不合理,且计算过程中常出现计算不收敛等问题。

对此,建立了包含修形、加工误差等多因素综合作用下的摆线针轮传动误差分析模型;在对啮合点矢量方程分析后,提出了一种解决数值不收敛等问题的方法,即在求得的摆线轮和针齿上纵横坐标相等的点中,找到法向量相等的啮合点。

对回转体误差形式分析后,提出了一种解决计算结果不合理的方法,即令摆线轮周节误差、摆线轮齿廓径向跳动误差和针齿中心圆半径误差在公差带内呈周期性变化。

以RV-80E减速器为试验对象,对比试验结果,验证了理论模型的正确性;研究各误差对传动误差的影响,开展了各误差灵敏度分析。

结果表明,针齿半径误差和针齿与针齿壳间隙综合作用下的法向间隙是影响传动误差的主要因素。

关键词轮齿接触分析几何接触法向间隙灵敏度Transmission Error Analysis of Cycloid Pin Wheel Based on Geometric ContactAlgorithmHuang Yuelei Zhang Yinghui He Weidong(School of Mechanical Engineering, Dalian Jiaotong University, Dalian 116028, China)Abstract In response to the problem that the error value is usually set as a constant value in the tooth contact analysis (TCA) model of cycloidal needle tooth transmission, which makes the calculation results unrea‑sonable, and the calculation does not converge in the calculation process, an analysis model of cycloidal pin‑wheel transmission error including multi-factors such as shaping modification and processing error is estab‑lished. After analyzing the vector equation of the meshing point, a method to solve the problem of numerical non-convergence is proposed, that is, to find the meshing point with equal normal vector in the obtained point with equal ordinate and abscissa on the cycloid wheel and the needle tooth. After analyzing the form of the rotary body error, a method to solve the unreasonable calculation results is proposed, that is, the cycloid circumferen‑tial joint error, the cycloid tooth profile radial runout error and the needle tooth center circle radius error change periodically in the tolerance band. RV-80E reducer is taken as the test object, and the correctness of the theoret‑ical model is verified by comparing the test results. The influence of each error on the transmission error is stud‑ied, and the sensitivity analysis of each error is carried out. The results show that the needle tooth radius error and the normal clearance under the comprehensive action of the needle tooth and the needle tooth shell gap are the important factors affecting the transmission error.Key words Tooth contact analysis Geometric contact Normal gap Sensitivity0 引言RV减速器作为一种新型的摆线针轮减速器,具有传动比大、传动精度高和刚度大等优点,广泛应用在工业机器人、数控机床、卫星等航空航天器和精密医疗设备中。

基于实际载荷谱的电动汽车减速器齿轮疲劳寿命分析

基于实际载荷谱的电动汽车减速器齿轮疲劳寿命分析

基于实际载荷谱的电动汽车减速器齿轮疲劳寿命分析摘要:现阶段,新能源电动车推动普遍使用电动机-减速器计划方案。

减速器可以赔偿电动机本身转距不够的不足,合适的传动比可让电动机长期性运行在最好工况,减少资源消耗,因而,减速器已经成为电动式汽车传动系统中不可缺少的关键核心部件之一。

用以减速器的载荷谱根据新车型总体目标位置布局高精度传感器,即时获得总体目标区域的动态性能,可以真实反映待测件所受到的载荷鼓励。

时下模拟仿真可以创建较准确的分析方法,但初始条件和键入标准层面仍存在一些缺乏。

将载荷谱用于虚似试验中,可促使仿真结果更符合实际。

减速器的疲惫稳定性对新能源电动车动力传动系统乃至车身的疲惫稳定性具备关键性的危害,而齿轮则是最主要的零件之一,其真正疲惫寿命事关减速器的疲惫稳定性。

关键词:实际载荷谱;电动汽车;减速器齿轮疲劳寿命1载荷谱的获取1.1齿轮接触应力谱文中所收集载荷谱的新能源电动车减速器齿轮为斜齿轮,材料为20CrMnTi。

根据经验,当齿轮原材料相同的情况下,齿轮副最开始产生疲劳破坏的一般为转动轴,因此减速器齿轮接触疲劳寿命实则转动轴接触疲劳寿命。

要测算齿轮的接触疲劳寿命,需要得到接触压力—时间曲线,所以该曲线图能够适合于循环系统记数,之前已经根据收集技术性赢得了永磁电机的输出转矩载荷,要获得适合于疲惫计算出来的齿轮接触压力载荷谱,应该做一些转换,将要收集所得到的推动电机扭矩载荷转化为齿轮上轴颈的接触压力。

1.2采集方案新能源电动车减速器关键承担来源于电动机变动的转速比载荷及其地面行车负载转矩载荷,因此,对新能源电动车具体行车时的减速器转距转速比载荷开展收集。

为了便于全车及其它零部件的开发,此次收集除减速器转距转速比载荷以外,还采集了车轱辘六分力及车体应变力等。

采用CAN总线获得减速器转速比数据信号,运用六分力量的横着转距获得减速器转距数据信号,全部数据信号根据性能卓越数采系统进行同歩收集。

收集工况根据某公司的实验场耐久性试验标准,包含加强工况驱动力工况。

基于RV减速器有限元装配模型的摆线轮受力分析

基于RV减速器有限元装配模型的摆线轮受力分析

o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g a n d A u t o m a t i o n , D a l i a n P o l y t e c h n i c U n i v e s r i t y ,D li a a n L i a o n i n g 1 1 6 0 3 4 ,C h i n a )
中 图分 类 号 : T H 1 3 2 . 4 1 文献标志码 : A
Fo r c e Ana l y s i s o f Cy c l o i da l Ge a r ba s e d o n t h e Fi n i t e El e me n t
Abs t r a c t: Ta k i n g t h e RV r e d uc e r wh i c h i s wi d e l y u s e d i n i n d us t r i a l r o b o t s a s t h e r e s e a r c h o b —
摘 要: 以工业机 器人 普遍 采用的 R V减速器为研究对象 , 通过考虑 R V减速器第一级传 动中太 阳轮和行
星轮变形 , 第二级传 动中针齿壳 、 针齿 、 摆线轮 、 曲柄轴 承滚子 和 曲柄 轴变形 , 针齿 和针齿 孔加工误 差 , 曲
柄轴承间隙及摆线轮与针齿 间啮合侧 隙 , 基 于有 限元 法 , 利用 A N S Y S A P D L建 立 R V减 速器参 数化有 限
基于 R V减 速 器 有 限 元装 配模 型 的 摆 线 轮 受 力分 析
吴鑫辉 , 刘珂 荧 , 冯长建 , 李文龙
( 1 . 大连 民族 大 学 机 电工程 学院 , 辽 宁 大连 1 1 6 6 0 5 ;宁 大连 1 1 6 0 3 4 )

摆线齿轮减速器设计与强度分析方法c

摆线齿轮减速器设计与强度分析方法c

摆线齿轮减速器的设计与强度分析方法摘要本文对摆线齿轮减速器进行了设计和强度分析。

首先开发设计软件,在AutoCAD软件环境下对摆线齿轮减速器进行几何设计。

利用所开发的软件,可以很简单地确定摆线齿轮减速器的传动参数和结构尺寸。

二维(2D),设计的减速机可由软件自动绘制图纸。

三维(3D),设计的减速机图纸也可以非常迅速地绘制三维命令AutoCAD软件,当2D图纸可用。

所开发的软件不仅为设计人员节省了大量的时间,而且使没有经验的设计人员能够自由地设计摆线齿轮减速器。

其次,本文提出了一种新的力学模型和有限元方法,对摆线齿轮减速器进行加载齿轮接触分析,以解决减速器的强度计算和评估问题。

利用所建立的模型和有限元分析方法,可以从理论上对摆线齿轮减速器进行载荷接触分析和强度计算。

在此基础上开发了有限元软件。

利用所开发的有限元软件,成功地分析了摆线齿轮减速器的齿、衬套和滚子的载荷和接触应力分布。

对摆线齿轮的弯曲应力也进行了分析,虽然减速器很少发生弯曲故障。

1.导言摆线齿轮减速器,通常称为摆线针轮减速器,因其齿侧间隙小、传动精度高、减速比大、扭转刚度高、承载能力强、抗冲击能力强等优点,在工业机器人等方面得到了广泛的应用。

Lorenz Braren先生发明减速器至今已有70多年的历史,目前该减速器的许多部件已经制造和使用,但该减速器的许多设计问题至今仍未得到解决。

特别是这种减速器的强度计算方法在理论上还没有找到。

Lehman对摆线针轮减速器的齿面载荷分布进行了理论分析。

虽然Lehman得到了齿面载荷分布,但由于没有考虑摆线齿轮的结构变形,因此该方法不能用于摆线齿轮减速器的实际设计。

Lehman也无法研究摆线齿轮减速机的轴瓦和中心轴承滚子上的载荷。

Malhotra 和Parameswaran也用解析法对摆线针轮减速器的载荷分析和效率计算进行了初步的理论研究。

和Lehman的研究一样,由于在他们的分析中没有考虑摆线齿轮的结构变形的影响,因此无法得到准确的载荷在齿上的分布。

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为两物体材料 的泊松 比, E 、 分别为两物体 材料 的弹
性模 量 , P 、 P 2 分别 为两 物体接触 处 的曲率半 径 。式 ( 2 ) 和式 ( 3 ) 与有限元接触应力分析方法相对应 。
2 摆线针轮减速器装 配模 型的建立
在 U G软件 中 ,先建 立摆线针轮 减速器基本 圆柱 体端面表达式
第3 4卷 第 3期
Vo1 .34 N O. 3
新 乡学院学报
J o u r n a l o f Xi n x i a n g Un i v e r s i t y
2 01 7年 3月
Ma r . 20l 7
基于有 限元分析法的摆线针轮减速器接触疲劳分析
张文威 , 高 洪 , 张 伟 , 徐成 宇 , 王 文彬 , 金 爱 民
1 3 0 ( c o s ( 3 6 0 t ) - 0 . 5 5 4 c o s ( 1 2 3 6 0 t ) / 1 2 ) 。
作 者 简 介 :张 文威 ( 1 9 8 9 一 ) , 男, 安 徽 宿 州人 , 硕 士研 究 生 , 研 究方向 : 机 械 设 计 制 造及 其 自动 化 。
( 1 . 安徽工程 大学 机械 与汽 车工程 学院 , 安徽 芜湖 2 4 1 0 0 0 ;
2 . 安徽 飞翔 电器有限公 司, 安徽 宣城 2 4 2 6 0 0 )
摘 要 :以摆 线针 轮 减 速 器 为对 象 . 提 出先 建 立其 三 维数 字化 装 配模 型 , 再 采 用有 限元 分 析 ( F E A ) Z ¥定其 齿 面接 触 应 力
t h e t a= t 3 6 0 .
1 Mi n e r 线性 损伤 累积理论
Mi n e r E 假设 以正弦规 律循环 的载荷传 给试样 . 被
其 吸收的全部 功都用来产 生试样 的破坏 ( 但 不发 生应 变硬化 ) ; 存在于各种对称 因素载荷之 间的关 系可 以用 修正 的 G o o d m a n网来表示 : 破坏 的判 据是形 成肉眼可
定其 中的应力场 。其 主要思路是先建 立摆线 针轮减速 器三维数 字化模 型 , 再将 该模 型导入 A N S Y S软件 中进 行静态接触应力分析 , 最后结合 Mi n e r 线性损伤 累积理 论在 F a t i g u e T o o l 模块 中完成其动态接触疲劳分析。

环材料的损伤为 Di = l / N i 。若 s 载荷作用 次 , 则材料
损伤为 D = n / N  ̄ 。同理 , 载荷 为 , , …时 , 各损 伤分 别为 D = n z / N 2 , D = n 3 / N 3 , …, 当整 个 损伤 过 程完 毕 时
收 稿 日期 : 2 0 1 6 - 0 9 — 0 8
实际工作 中由于频繁的正反转 ,其工作寿命一般为 5 ~
l 0年 ,即摆线针轮减速器在对称循 环交变载荷作用下 工作 , 其 疲劳强度评估属于高周疲劳问题 。 一般来说 , 要
其中 S 基于赫兹公式 计算 , 即


( 1 - p ( 1 2
进行接触疲劳 寿命分析 , 需要精确 生命 周期 中 ,经 多次交 变载荷作用而不
材料发生疲劳破坏 . 则有
会产生破坏的最大应力 。 称为疲劳强度或疲劳极限。摆
线针 轮减速器 广泛应用 于丁业机 器人 的驱动模块 , 在
∑ / Ⅳ= 1 。

( 1 )
针对摆线针轮减速器 , 在分析其接触疲 劳强度时 ,
值为 。 的载荷 , 重复 Ⅳ 1 次破 坏 , 则在整个过 程 中材料 所 受 的损伤线性 地分配给各个循 环 .也就是第 i 个 循
轮廓样条 曲线
X o = + 1 2 ( 一 1 3 0 s i n ( 3 6 0 f ) + 0 . 5 5 4 s i n ( 3 6 0 t ) ) / 1 2 9 . 4 4 6 , 一= 1 3 0 ( s i n ( 3 6 0 t ) 一 0 . 5 5 4 s i n ( 1 2 3 6 0 t ) / 1 2 ) , Y 0 = 一 1 2 ( 1 3 0 c o s ( 3 6 0 ) 一 0 . 5 5 4 c o s ( 3 6 0 t ) ) / 1 2 9 . 46 ,
见 的裂纹 。在上述前提下 , Mi n e r 认为如果试样承受幅
X t =X o + r c o s ( t h e t a ) . Y t =Y n 十 s i n ( t h e t a ) ,
z f= 0 ,
其中, 0 ≤f ≤1 。再根据样 条公式创建 摆线针轮减 速器
的s 一 Ⅳ曲线 、 合适 的累积损伤理论 和裂纹扩展理论 . 而 目前 , 这方面报道很少E 。为此 , 提 出基于 Mi n e r 线性损
S a f =
P I P 2/
E l  ̄2
其中: b为接触面半宽 , B为接触线 的长度 , 、 分别
伤 累积理论进行疲 劳寿命计算 ,采用有 限元 分析法确
场. 最后基 于 Mi n e r 线 性损 伤 累积理 论 进行 其接 触疲 劳寿 命评 估 的方 法 。该 方 法可在 物 理样 机 制 造之 前 . 采用 C A E技 术 进 行 其 疲 劳分析 和 寿命 预测 , 缩短 了设 计周 期 , 降低 了耐 久性 试验 的成 本 。 关键 词 : 摆 线针轮 减 速 器 : 接 触 疲 劳强度 ; 有 限元 分 析 中 图分 类号 : T H 1 3 2 . 4 1 文献标 识 码 : A 文 章编 号 : 2 0 9 5 — 7 7 2 6 ( 2 0 1 7 ) 0 3 — 0 0 4 4 — 0 4
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