超短筒谐波齿轮柔轮筒底负载应力研究

为了揭示负载状态下超短筒柔轮筒底应力的分布规律,提出了柔轮筒底负载等效应力的理论计算方法。将柔轮筒底简化为中心固支圆板,建立了波发生器作用下柔轮筒底的弯曲对称变形模型,求解由装配变形引起的弯曲正应力和剪应力及负载转矩作用下的剪应力;基于Mises屈服准则,获得柔轮筒底负载等效应力的理论表达式;建立有限元模型,对柔轮筒底装配和负载应力的理论解进行数值验证。研究表明,弯曲径向正应力为柔轮筒底装配应力的主要应力;额定转矩作用下的柔轮筒底剪应力在45°处最大;随着负载转矩的增大,最大剪应力逐渐过渡到固定端,等效应力在固定端均匀分布;在瞬时容许最大转矩时,剪应力为筒底负载等效应力的主要应力。研究可为柔轮筒底强度设计提供指导。

空载下礼帽形柔轮的变形分析与试验验证

柔轮作为谐波减速器的核心部件,其装配过程中的接触应力和变形分布,影响着可靠性寿命。采用礼帽形柔轮进行有限元的装配模拟过程分析,分别提取柔轮长短轴以及齿圈前后端并进行变形与应力分析。结果表明,长轴和短轴处变形与实际相符,呈现线性降低趋势;齿圈前后端变形呈周期性变化。等效应力在长轴和短轴的轴向齿宽部分呈下降趋势。齿圈前后端较大等效应力产生在长轴和短轴处,而最大等效应力出现在筒底的过渡区,为327.91 MPa,低于材料许用强度。运用高精度三坐标测量机对柔轮装配过程变形测量,以长轴和短轴的轴向齿宽方向间隔1 mm作为检测点,将测量结果与仿真结果对比验证,误差结果在5%以内,验证了该仿真分析的适用性。为后续的谐波减速器设计提供数据支持。

基于BP神经网络的谐波减速器柔轮疲劳寿命预测研究

柔轮是谐波减速器的易损零件,在波发生器的高转速带动下转动,其疲劳寿命一直是备受关注的研究重点。以某型号杯型谐波减速器柔轮为研究对象,建立有限元仿真模型,得到柔轮最大应力与筒长、筒体壁厚和不同过渡圆角半径等参数之间的关系。根据柔轮S-N曲线,计算得到柔轮疲劳寿命,利用反向传播(Back Propagation,BP)神经网络实现了柔轮疲劳寿命的预测。

基于承载与寿命的谐波传动柔轮结构优化

针对当前谐波传动产品承载力不足与易发生疲劳破坏的问题,对核心部件柔轮进行了应力分析、疲劳寿命计算与结构优化。运用光滑圆柱薄壳理论推导柔轮的理论应力表达式,通过ABAQUS软件进行有限元分析结果验证。采用多轴疲劳理论计算柔轮的理论疲劳寿命,利用Fe-Safe软件进行疲劳分析结果对比。以柔轮主要结构参数为输入变量、以承载能力与疲劳寿命为优化目标进行结构优化设计。结果表明,通过柔轮理论应力及疲劳寿命计算方法所得的结果与有限元结果基本吻合,结构优化方法亦能够平衡谐波传动承载能力与疲劳寿命之间的矛盾。

谐波减速器服役过程中柔轮断裂失效原因分析与工艺改进

通过显微组织的观察分析、断口形貌的观察和硬度测定,分析造成柔轮疲劳断裂失效的原因。结果表明,失效柔轮的显微组织为回火屈氏体,柔轮上存在较严重的3级带状组织。虽然存在MnS和Al2O3夹杂物引起的4.42μm微孔,但由于其尺寸和数量较小,不是导致其断裂的主要原因。样品的晶粒整体上较粗大,断口裂纹处晶粒更粗大且更不均匀,断口裂纹处的晶粒尺寸是远离断口晶粒的1.4倍。晶粒粗大使晶界面积减小,导致塑性变形不均匀,易产生应力集中,从而产生初生裂纹,同时也不利于阻碍裂纹的扩展,导致样品发生断裂失效。因此,原奥氏体晶粒粗大是导致柔轮疲劳断裂主要原因。可通过循环热处理或增加正火预处理,达到细化晶粒的作用。

面向烟草工业谐波柔轮力学性能仿真

谐波减速器因其精密传动的特性,广泛应用于精密日用电器制造、机器人等多个领域中。本文以烟草成品入库机械手关节处谐波减速器关键技术为出发点,对机械手易损件谐波柔轮进行力学性能仿真。通过SOLIDWORKS软件对谐波减速器进行三维建模,基于ANSYS与Hyper Mesh联合仿真,真实模拟谐波减速器的从装配到工作的全过程,求解了谐波柔轮在全过程中的变形与应力;以柔轮各截面为分析对象,基于变形曲线、应力分布曲线、变形云图,找出柔轮易损点;因柔轮为回转结构,势必存在周向与轴向的形变,故柔轮存在偏转与翘曲,根据变形分析,得出波发生器、柔轮筒体、轮齿改进设计参数,进一步提高谐波减速器的啮合传动性能。

谐波减速器柔轮与柔性轴承断裂失效分析

通过观察显微组织、测定力学性能以及观察断口形貌,对比分析国产失效谐波减速器和日本谐波减速器关重件柔轮和柔性轴承的显微组织和力学性能,并分析了国产谐波减速器过早失效的原因。结果表明,失效谐波减速器柔轮显微组织与日本相同,均为回火屈氏体,失效柔轮平均晶粒尺寸为8.2μm,比日本柔轮平均晶粒尺寸高了1.5μm;失效柔性轴承和日本柔性轴承显微组织均为回火马氏体,失效柔性轴承平均晶粒尺寸为13.1μm,比日本柔性轴承平均晶粒尺寸高出6.9μm。失效谐波减速器柔轮断口呈脆性断裂,无明显裂纹源,但失效的柔性轴承断口存在明显断裂走向,在裂纹源中有大尺寸、聚集性分布的夹杂物。失效轴承钢质洁净度差,存在大尺寸夹杂物,且显微组织晶粒粗大,阻碍裂纹扩展的能力差,导致国产谐波减速器过早失效。

谐波减速器柔轮齿形修形啮合性能分析

为探究柔轮齿形修形对谐波减速器啮合性能的作用,建立了中空型谐波减速器的装配模型,采用有限元法分析了柔轮与刚轮啮合情况。以双圆弧齿形的在空载、负载过程中等效变形与等效应力作为对比条件。综合考虑柔轮齿形齿顶修形量,同时调整柔轮齿形轴向的齿高倾角,计算同等边界条件下齿形修形后的等效变形应力情况。对比结果表明,空载与负载条件下,提取柔轮轮齿前缘与后缘的中性层曲线,柔轮的等效变形基本不变,但最大等效应力分别降低至80%与76.6%,啮合性能得到提升。相关研究为谐波减速器的设计、评估及传动性能优化提供有益尝试和参考依据。

谐波减速器中双圆弧柔轮的齿形修形及试验研究

针对实际工况中,谐波减速器双圆弧柔轮在啮合传动过程中存在齿轮干涉问题,基于柔轮与刚轮齿面接触分析的有限元法,对柔轮轮齿采用两段螺旋线修形方法进行修形,然后对样机进行了综合性能测试。结果表明,修形后的柔轮对刚轮齿面接触应力最大为72 MPa,相比修形前减小了368 MPa,且修形后的柔轮其他位置的齿面接触应力略高于修形前,不仅有效避免了齿轮干涉问题,还提高了谐波减速器的啮合传动性能;样机的对比测试也验证了柔轮修形后的谐波减速器各项传动性能均优于修形前。该项研究为谐波减速器系统的动态特性和啮合特性分析提供了有益参考。

工业机器人谐波减速器柔轮应力分析与疲劳强度评估

针对工业机器人谐波减速器柔轮杯体的疲劳断裂失效,基于圆柱壳体理论的模型评估了柔轮杯体应力周向分布,并分析了负载、柔轮壁厚和直径对应力的影响。结果表明相比于柔轮直径,应力对柔轮壁厚更敏感,而负载扭矩对柔轮轴向和周向应力几乎没有影响;柔轮应力主要来源于波发生器迫使柔轮杯体发生的周向弯曲变形,轴向弯曲形变产生的应力次之,扭转形变产生的剪切应力最小。最后,根据文章研究结果,提出了柔轮疲劳失效强度的评估方法。

锥束口腔CT谐波减速器柔轮有限元分析

口腔CT传动精度要求高,多使用运行平稳、精度效率及安全系数高的谐波减速器,其柔轮转动时因承受交变载荷产生周期变形容易失效。对柔轮齿廓进行设计,运用SolidWorks进行建模,导入Ansys Workbench中进行了静力学分析、模态分析、瞬态动力学分析。结果表明,柔轮应变主要位于波发生器的长短轴处,且沿筒体轴向应变逐渐减小;应力最大值位于波发生器与柔轮接触位置,瞬态动力学分析时最大应力位于齿根与筒体连接处;同时,柔轮应力应变的大小还受齿宽、筒长、筒厚等影响。

谐波减速器中波发生器不同安装深度下柔轮变形与应力研究

柔轮作为谐波减速器中的核心部件,其性能直接决定着整个减速器整机的传动性能.因此为了探究波发生器不同安装深度对其性能影响的基本规律,从而能够更好地控制性能,本文在建立谐波减速器三维模型基础上,采用有限元法分析了波发生器在不同安装深度下柔轮的变形规律与应力分布.分析结果表明:波发生器安装深度从0.35mm增加到1.15mm时,柔轮最大变形量相对增加了3.43%左右,最大应力相对增加了3.80%左右.波发生器安装深度的变化对柔轮在长轴和短轴处的变形影响较大,并且对柔轮长轴处、短轴处、齿圈前端和筒底过渡区的应力影响较大,而其他位置影响较小.该结果也为其他相关研究提供了有益参考.

谐波齿轮大变位柔轮滚齿误差分析及滚刀设计

基于滚齿仿真计算研究大变位柔轮成形机制,分析其齿面理论加工误差值及产生原因,重新设计滚刀以提高大变位柔轮滚齿精度。建立滚刀系列切削刃参数方程,根据滚刀与工件的几何参数及加工参数确定滚刀与工件相互位置和空间运动关系,进行滚齿切削仿真;根据滚刀多刃切削的成形特点,建立齿面理论加工误差评价模型,对滚齿误差进行仿真计算;基于滚齿加工时滚刀与齿轮法向基节相等原理,重新设计滚刀以减小滚齿齿面偏差。研究发现,标准滚刀加工齿数较多的大变位柔轮时,会因滚刀切削刃数不足而在齿顶处出现欠切削,致使加工误差大;模数、压力角不同于标准滚刀的新滚刀仅需较少切削刃即可实现大变位柔轮的完全切削,且齿面加工误差比标准滚刀完全切削齿面时产生的加工误差略小。研究结果可为大变位柔轮滚齿精度控制研究及滚刀参数选择等提供重要参考。

随机不确定性下Kriging辅助的谐波减速器柔轮疲劳寿命预测

柔轮作为谐波减速器核心传动件,在循环交变载荷作用下容易发生疲劳失效,其疲劳寿命直接影响谐波减速器的工作寿命。为揭示随机不确定性因素对谐波减速器柔轮疲劳寿命的影响规律,本文考虑材料属性和载荷等不确定因素对谐波减速器柔轮开展疲劳寿命预测研究,以期实现更客观地评估柔轮疲劳寿命。首先,建立柔轮的三维模型和有限元模型,通过有限元分析及寿命计算获得确定性条件下的柔轮寿命。然后,将材料属性及载荷考虑为随机变量,采用拉丁超立方抽样方法对柔轮进行试验设计。最后,基于主动学习Kriging模型和柔轮材料P-S-N曲线,通过逐一加点的方式对柔轮进行疲劳寿命分析,获得疲劳寿命统计结果,并与确定性条件下的柔轮疲劳寿命结果进行对比。结果表明,随机不确定因素影响下柔轮疲劳寿命预测结果与确定性条件下相比有所降低,对柔轮抗疲劳设计具有一定指导意义。

基于正交试验的谐波减速器柔轮优化研究

柔轮是谐波减速器最重要的部件之一,为了优化设计其结构,以某型号谐波减速器作为研究对象,通过对柔轮结构进行参数化建模,然后基于Ansys Workbench对柔轮进行有限元分析,经过设计正交试验方案,探究了柔轮最大径向位移、筒底圆角半径、齿宽、壁厚这4个参数对柔轮最大应力的影响规律,为柔轮的结构优化提供了一定的参考。

一种工业用谐波减速器柔轮的加工工艺及其工装设计

为提高谐波减速器柔轮的机械性能,对加工工艺和柔轮夹具进行优化改进。针对精密车削加工过程进行夹具设计,提出了加工工艺方案,包括十字镦拔、强力旋压、变形强化等,使加工效率更高,工件机械性能更好。

工业机器人谐波减速机柔轮用钢的研发

兴澄特钢利用独有的高纯净冶炼、大断面连铸和大压缩比轧制等核心技术,成功开发了高端工业机器人谐波减速机柔轮用钢,并在纯净度和组织均匀性方面,与国外进口材料进行了质量对比。结果表明:兴澄材料在氧含量和微观夹杂物方面明显优于国外进口材料;兴澄采用了三种工艺改善材料微观偏析,轻压下工艺能有效减轻材料偏析程度;采用轻压下工艺,兴澄材料的带状组织呈弥散分布,无贯穿性视场,且带宽较细,带状组织之间硬度差的控制明显小于国外进口材料。

超短筒杯形和礼帽形谐波齿轮柔轮筒底应力的几何参数敏感性分析

随着谐波齿轮长径比的减小,柔轮筒底的应力会急剧上升。为降低超短筒柔轮筒底应力,建立参数化杯形和礼帽形柔轮实体有限元模型,分别计算了装配状态和负载工况下柔轮最高应力及其分布规律。对比计算长径比、膜板宽度和倒圆半径等几何参数对柔轮筒底最高装配应力和负载应力的影响规律。研究发现,超短筒杯形柔轮适用于小负载传动,超短筒礼帽形柔轮更适用于大负载传动;礼帽形柔轮更易于通过增大膜板宽度减小筒底应力。

超短筒谐波齿轮柔轮变厚度杯底的结构最优化设计

为降低超短筒柔轮的杯底应力,提出基于变厚度杯底的结构优化模型。建立实体单元参数化杯形柔轮模型,计算椭圆波发生器作用下的装配应力;在齿圈中面施加啮合力,求解传动状态的负载应力。通过对装配状态和负载工况下杯底最高应力的参数敏感性分析,找到降低应力的结构参数;提出用三次样条函数表达变厚度杯底的柔轮参数化模型,并编写复合形法APDL优化程序进行杯底断面形状优化,以继续降低杯底应力;应用ANSYS内置的零阶和一阶优化程序对装配应力优化结果进行验证。研究发现:超短筒柔轮的杯底最高应力远超规范规定的齿圈应力值;通过变厚度杯底设计和减小杯底倒圆半径,可降低最高装配应力和负载应力。

微型谐波齿轮传动未变形柔轮应力和位移有限元分析

柔轮是谐波齿轮传动中的关键构件,在工作的过程中柔轮会发生弹性变形,所以对柔轮承载能力的研究和对其各种强度的校核是非常必要的。如果柔轮的承载能力没有达到相关的工作要求或达不到其工作的各种强度条件,将会影响整机的正常工作。因此对微型谐波齿轮传动中的柔轮进行各种强度校核对保证整机的正常工作更为重要。在完成微型谐波齿轮减速器主要参数的设计和未变形柔轮的三维实体建模的基础上,用ANSYS对未变形柔轮进行有限元分析,以对其进行强度校核。由于未变形柔轮在结构上是关于轴对称的,因此只需计算其结构的四分之一。