零侧隙渐开线谐波齿轮传动的参数优化设计及有限元分析

论文摘要

谐波齿轮传动主要靠柔轮的弹性变形来传递运动,具有传动比大、体积小、重量轻、传动精度高、回差小等独特的优点。虽然国内外学者几乎对该领域所有问题都进行过不同程度的研究,但仍有大量的基础性工作有待开展。因此,研究谐波齿轮传动具有重要的意义。本文主要就零侧隙渐开线谐波齿轮传动的啮合参数优化、柔轮疲劳强度等问题进行了研究,并利用有限元法对柔轮模态及受力情况作了分析。首先,本文论述了谐波齿轮在国内外的广泛应用、研究现状和理论基础。通过对谐波齿轮传动原理的研究,建立了以零侧隙为目标函数,复合形法为优化方法,满足啮合约束条件的数学模型,采用VB作为编译环境,编辑优化界面,完成对啮合参数的优化设计。其次,本文分析了柔轮的主要失效形式,空载及负载时的受力情况,推导柔轮强度校核计算和筒体稳定性计算公式,采用啮合参数优化后的实例进行验证,通过Matlab进行数值分析,得出长径比是安全系数变化的主要影响因素。最后,本文论述了有限元法的基本理论,应用有限元方法解决问题的基本步骤。根据柔轮的实际工作状态,采用Pro/E建模导入ANSYS,选择合适的单元,使用自由网格划分,并经一定的简化建立了柔轮的三维实体有限元计算模型。根据振动理论,对柔轮施加五阶阵进行模态分析,求解后根据柔轮变形图和位移变形云图,确定柔轮建模的准确性以及在受力过程中传力的连续性。继而研究了柔轮在空载状态下和负载状态下的受力情况,得到了柔轮的应力和位移分布规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的意义
• 1.2 谐波齿轮传动简介
• 1.2.1 谐波齿轮传动的特点
• 1.2.2 谐波齿轮传动的应用
• 1.2.3 谐波齿轮传动的国内外研究发展状态
• 1.3 优化设计在谐波齿轮传动中的应用
• 1.4 本课题的研究内容
• 第2章 谐波齿轮传动的理论基础
• 2.1 谐波齿轮传动的组成
• 2.2 柔轮变形的理论基础
• 2.2.1 壳体的基本假设
• 2.2.2 大挠度基本方程
• 2.3 谐波齿轮传动
• 2.3.1 原始曲线方程的建立
• 2.3.2 转角关系
• 2.4 本章小结
• 第3章 啮合参数优化软件设计
• 3.1 优化模型的建立
• 3.1.1 目标函数与设计变量
• 3.1.2 齿廓间隙方程的建立
• 3.1.3 约束条件
• 3.2 结构优化方法
• 3.2.1 优化方法
• 3.2.2 复合形法的择优过程
• 3.3 计算实例
• 3.3.1 初始参数的确定
• 3.3.2 VB 优化界面的介绍及择优过程
• 3.3.3 优化结果
• 3.3.4 原参数与优化后的参数比较
• 3.4 本章小结
• 第4章 柔轮受力分析及强度计算
• 4.1 谐波齿轮传动主要失效形式
• 4.2 柔轮受力分析
• 4.2.1 空载传动中的力
• 4.2.2 承载传动中的力
• 4.3 柔轮应力分析
• 4.3.1 空载时柔轮应力
• 4.3.2 齿圈对柔轮应力的影响
• 4.3.3 载荷特性和波发生器型式对柔轮强度的影响
• 4.4 柔轮的强度计算
• 4.5 柔轮筒体的稳定性校核
• 4.6 计算实例及结论
• 4.6.1 计算实例
• 4.6.2 结果分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 柔轮有限元分析
• 5.1 有限元法概述
• 5.2 有限元分析软件的选择
• 5.3 柔轮有限元分析
• 5.3.1 柔轮ANSYS 分析前处理
• 5.3.2 柔轮模态分析
• 5.3.3 柔轮空载时受力分析
• 5.3.4 柔轮负载状态下的受力分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介