无柔性轴承谐波齿轮传动凸轮表面仿生微凹坑结构参数设计

本文研究无柔性轴承谐波齿轮传动中凸轮波发生器表面仿生微凹坑纹理对谐波齿轮传动润滑性能的影响,建立微凹坑纹理化的凸轮模型,利用流体动力学方法研究纹理的形状、密度、分布位置、深度等对谐波齿轮传动结构摩擦力和承载力的影响。结果表明,当微凹坑在凸轮外表面全区域均匀分布,其深度和直径分别为0.1 mm和6 mm,且分布密度越大时,凸轮波发生器结构的承载性能和润滑性能更好。本文的研究结果为无柔性轴承凸轮波发生器的表面纹理设计与优化提供了依据。

滑片式谐波齿轮传动主动润滑装置设计

针对立式谐波齿轮传动工作过程中存在的波发生器和齿圈啮合部位润滑不良的问题,本文提出滑片式谐波齿轮润滑装置,以实现立式谐波齿轮传动运行过程中的润滑剂的补充功能,在不同转速下谐波齿轮传动润滑剂泄漏量变化和工作过程中滑片受力分析的基础上,完成滑片式谐波齿轮传动主动润滑装置的设计。

SCARA用小型谐波齿轮减速器齿轮磨损故障预测的研究

工业机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”,其中顺应性装配机器人手臂(SCARA)因其具有高刚性和高精度,广泛应用于汽车制造、电子制造的生产流水线场景。此外,在医疗康复、科学研究、教育等领域SCARA机器人都扮演着重要角色,其中谐波齿轮减速器作为核心组件之一,是保证SCARA机器人高精度和高可靠性的核心部件。谐波齿轮减速器的齿轮磨损是SCARA机器人最典型的故障之一,磨损后会引起噪声、齿轮强度降低、漏油、设备发热等问题,从而引发安全事故、造成生产污染,因此其预测方法的研究十分重要且必要。本文通过试验和数据采集,收集了不同工作条件下的谐波齿轮减速器转矩信号,经过分析和处理后发现可以通过转矩信号的特征变化,及时发现或预防因谐波齿轮减速器磨损造成的危害,为后续高质高效的自动化生产提供了保障。

三圆弧齿廓谐波齿轮的负载啮合性能仿真

为揭示负载工况下谐波齿轮传动的多齿啮合状态,提升负载传动性能,建立三圆弧空间齿廓实体单元谐波齿轮有限元模型。定义柔轮与波发生器、齿面间的面-面接触关系,对刚轮施加逐步增大的转角位移,模拟空载、额定转矩至瞬间容许最大转矩时齿面的啮合状态,提取轮齿啮合力和齿面接触压力大小及分布;分析不同工况下轮齿啮合力周向分布和齿面接触压力的变化规律,评估柔轮齿向修形的三圆弧空间齿廓谐波齿轮的负载啮合性能。结果表明:三圆弧空间齿廓在波发生器的长轴区设置最小初始侧隙,形成的凸-凹啮合区可以以更低的接触压力承载更大的负载转矩;利用齿向修形设置从中截面向后截面逐渐增大的初始侧隙有利于形成轴向更宽的齿面接触区;随负载增大,最大啮合力向长轴右侧偏移,右侧啮合力增幅快,呈平台分布;最大接触压力沿周向呈3个峰值分布,且最大值发生在有波发生器径向支撑的中截面,可有效增加负载刚度,提升承载能力。

谐波齿轮大变位柔轮滚齿成形机理及误差分析

文中基于滚齿仿真计算研究大变位齿轮成形机理,分析柔轮齿面理论加工误差值及产生原因,为滚齿工艺参数选择提供指导,以改善大变位柔轮滚齿精度。建立滚刀系列切削刃参数化方程,并结合滚齿参数及滚齿时滚刀和工件相互运动关系建立变位齿轮滚切成形数学模型,基于滚齿多刃切削成形特征建立齿面理论加工误差评价模型进行滚齿加工误差仿真计算,还进行了滚齿加工试验验证仿真计算的正确性。对大变位柔轮滚齿成形过程及产生的齿面拓扑误差、齿形和齿向误差进行仿真计算发现:增大滚刀长度可有效减小因齿顶处切削不足而产生的加工误差,计算得到完全切削的滚刀最小长度;减小滚刀轴向进给量可显著减小齿面误差,计算得出齿向误差最大值与滚刀轴向进给量的关系曲线。

一次性谐波齿轮的裂纹扩展仿真与啮合刚度研究

将航空航天等领域中使用过一次后不再重复利用的机械设备称为一次性机械。柔轮的失效是影响一次性谐波减速器性能的最主要因素,而啮合刚度的变化又可以反映谐波传动的故障特征。以一次性谐波齿轮为研究对象,从应用环境和结构区分一次性谐波齿轮与常规谐波齿轮,分析了一次性谐波传动中柔轮的裂纹萌生位置;基于扩展有限元法,建立了一次性谐波齿轮传动的损伤模型,观察了柔轮裂纹的扩展路径,并据此建立了一次性谐波齿轮传动的裂纹刚度模型;最后,分析了裂纹对一次性谐波传动啮合刚度的影响。研究结论可为一次性谐波齿轮的故障诊断和寿命预测提供理论支撑。

成型滚刀误差对谐波齿轮大变位柔轮精度影响

开展成型滚刀误差引起谐波齿轮大变位柔轮加工误差的仿真计算,定量分析滚刀误差对柔轮几何精度的影响,以更好地控制滚齿精度而提高柔轮的加工质量。建立综合考虑滚刀齿形误差、切削刃螺旋线误差和滚刀径向圆跳动误差的成型滚刀误差模型,进行大变位柔轮滚齿仿真及理论加工误差计算,分析滚刀误差对大变位柔轮齿形误差、基节误差的影响。经研究发现,滚刀切削刃螺旋线误差引起的柔轮齿形误差和基节误差均较大,引起的基节误差值与滚刀切削刃一转内螺旋线误差值大致相同;滚刀齿形误差和径向圆跳动误差对柔轮基节误差影响非常小,滚刀径向圆跳动误差引起的柔轮齿形误差平均值约为滚刀跳动值的40%。

微型谐波齿轮传动概述

按照微型传动系统,谐波齿轮传动和微型谐波齿轮传动的顺序进行叙述,以这几个方面的产生的背景、研究意义、研究现状以及国内外的发展现状层层递进,阐述微型谐波齿轮传动在微型传动领域里的重要性。提出了微型谐波齿轮传动中的一种新型结构方式,行星式波发生器微型谐波齿轮传动。最后叙述了微型谐波齿轮传动的驱动方式和制作材料。

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。

谐波齿轮传动消隙技术研究进展

谐波齿轮传动因其突出特性被应用于多个领域,但在工作过程中,刚轮和柔轮间会因磨损出现齿侧间隙,影响传动精度,缩短了设备的工作寿命,所以消除谐波齿轮传动副的侧隙具有实际意义。本文从外形尺寸可变的行星式波发生器、凸轮式波发生器、刚轮柔性化,在柔轮内圈和波发生间加弹性环以及轴向调整法等方面综述消隙技术在谐波齿轮传动中的发展进程,并提出后续研究方向。

基于改进运动学法和瞬态动力学的谐波齿轮新型齿廓设计研究

为了提升谐波减速器的啮合性能、改善机器人的工作性能,提出了基于改进运动学法和瞬态动力学的谐波齿轮新型齿廓设计方法。首先,针对公切线双圆弧齿廓和S型齿廓的特点,提出了由S型齿廓和公切线双圆弧齿廓相结合的新型柔轮齿廓;其次,基于改进运动学法计算了共轭刚轮的齿廓,并运用瞬态动力学方法对比分析了在不考虑塑形变形情况下齿廓谐波齿轮的啮合侧隙和柔轮应力。对比分析发现,在不考虑塑形变形情况下,新型齿廓谐波齿轮具有更小的啮合侧隙和等效应力,最小啮合侧隙仅为0.0036 mm,给定负载工况下最大等效应力仅为1211.6 MPa,与双圆弧齿廓柔轮、S型齿廓柔轮、公切线双圆弧齿廓相比都明显降低;新型齿廓设计方法可有效改善谐波齿轮的传动性能,为高性能谐波齿轮设计奠定了理论基础。

双圆弧谐波齿轮齿形参数化设计仿真与验证

谐波减速器的应用领域对产品性能的要求日益提高,尤其是机器人行业,要求谐波减速器具备高寿命、高精度、高转矩容量等。传统的渐开线齿形由于同时啮合齿对数较少,传动能力有限,难以达到使用要求。而双圆弧谐波齿形能满足上述要求。但目前国产谐波减速器主要还是以渐开线齿形为主,对双圆弧谐波齿形的设计原理基本没有掌握。首先介绍了谐波减速器的研究概况,然后讲述了双圆弧谐波减速器齿轮传动的基本原理和双圆弧齿形计算机辅助设计软件的开发,提出了几种齿形设计中如何提高啮合精度的方法和基于复杂柔轮有限元变形分析的中性曲线的三次样条模型。通过理论计算模型开发出了双圆弧谐波齿轮计算机辅助设计软件,极大地提升了设计开发效率,降低了开发成本。通过有限元分析模拟了柔轮的真实变形,有限元模拟出的柔轮变形齿廓能与刚轮齿廓精确啮合,与理论计算出的刚柔轮齿廓能精确啮合达成一致,证明理论模型计算出的双圆弧齿廓是准确无误的。

谐波齿轮传动产品设计中的CAD/CAE集成系统(英文)

利用现代设计方法和手段,实现Pro/E到ANSYS的无缺损导入,解决了CAD/CAE集成系统技术中的一大难题,并利用其完成了谐波齿轮减速器产品设计.

活齿端面谐波齿轮的传动原理与传动比

首次提出了一种活齿端面谐波齿轮传动装置 ,介绍了这种新型谐波齿轮传动装置的传动原理和传动比的计算方法。活齿端面谐波齿轮传动综合利用了现有的谐波齿轮传动和活齿传动的优点 ,能够克服现有的谐波齿轮传动中柔轮的变形与其承载能力之间的矛盾 ,并能增加同时啮合的齿数 ,加大齿轮的模数 ,从而可以在保留现有谐波齿轮传动所有优点的基础上 ,使其所传递的功率增加数十倍 ,因此具有广泛的应用前景。

谐波齿轮传动中杯形柔轮的有限元计算与分析

基于简化的柱形壳体理论的柔轮应力计算是一定程度上的近似,实际工况中柔轮的齿圈开裂问题难以克服。以谐波齿轮传动中的杯形柔轮为例,建立柔轮啮合的仿真实体模型,在啮合齿对接触边界的节点之间建立面一面接触单元,用三维弹性接触问题有限元法较全面地计算和分析了承载柔轮齿圈和筒体的应力大小及分布规律、轮齿变形及影响机理。找出了柔轮开裂在设计阶段的主要原因,预测了危险断面的位置。根据柔轮理论、利用有限元计算结果重新计算并修正了轮齿影响系数,重新校核了柔轮强度。与理论计算结果和破坏实例对比得到了更接近实际的结果,为研究柔轮问题提供了一种更精细、高效的方法。

基于挠性构件变形的谐波齿轮装配模型

依据柔轮装配前后的变形关系和中性层曲线不伸长条件,提出采用等分弧长分布算法来确定装配状态柔轮中性层曲线上轮齿位置及其轮齿对称线的转角,给出了装配状态柔轮的三维模型参数化生成方法。通过与传统等效圆环变形理论的近似算法和精确算法的比较表明,等分弧长分布算法与精确算法的结果非常贴近。在此基础上建立了基于挠性构件装配变形的谐波齿轮装配模型,可直观显示轮齿间的啮合情况和侧隙分布。模型应用实例验证了所提方法的有效性。

谐波齿轮传动中柔轮初始变形力研究

从谐波齿轮传动的原理和特点出发,分析短筒谐波齿轮传动中短筒柔轮的变形力和应力急剧增加的问题。用有限元法计算分析柔轮的受力变形情况,分析柔轮各几何参数对初始变形力的影响,得出柔轮壁厚和长径比是初始变形力主要影响因素的结论。最后对柔轮壁厚与长径比对初始变形力的影响关系进行回归分析。

谐波齿轮传动技术发展概述

简要介绍了谐波齿轮传动的传动原理、特点及应用,着重介绍分析了国内外谐波传动技术的发展现状及重点研究内容,提出了未来需进一步开展的研究工作。

谐波齿轮传动中柔轮应力的有限元分析

建立了谐波齿轮传动中杯形柔轮与波发生器接触分析的有限元模型,对常用的滚轮、凸轮及圆盘式波发生器作用下柔轮空载时的应力进行了计算分析,得到了柔轮壳体的应力分布状况。研究表明:柔轮壳体上的最大应力出现在齿圈与波发生器的接触部位,齿圈上沿圆周方向的应力呈对称分布,在长轴和短轴处较大,在两者中部较小;沿齿圈宽度上柔轮的应力分布状况在双滚轮和四滚轮下相近,最大应力位于齿圈后端;双圆盘和凸轮下应力分布相近,最大值位于齿圈前端;在同样大的变形下,采用圆盘波发生器时柔轮上具有较小的应力。

谐波齿轮中柔轮中性层的伸缩变形规律

在波发生器作用下,柔轮的中性层变形是谐波齿轮啮合分析的基础。柔轮变形分析基于小变形和中性层不伸长假定,但几何分析计算表明:柔轮的中性层出现伸长变形。为了真实揭示柔轮在双圆盘波发生器作用下的变形特征,提出基于强制几何约束条件和力平衡方程及连续性条件的柔轮中性层变形和内力计算方法。将波发生器作用下圆环受力分为接触区和非接触区,接触区由波发生器的强制位移条件确定柔轮中性层内力和变形;非接触区的变形和内力根据弯曲微分方程及其边界条件、连续性条件来确定。利用胡克定律,基于齿圈的周向力获得柔轮中性层周向应变和伸长变形。建立壳单元的柔轮有限元模型,实例表明理论解与有限元模型结果吻合良好,验证了柔轮中性层伸缩变形计算方法的正确性。获得的双圆盘波发生器作用下柔轮中性层变形及其周向应变分布,为后续的啮合分析、共轭齿廓设计及其侧隙计算提供了更准确的理论基础。