基于接触强度的FA传动反弓齿廓优化与有限元分析

论文摘要

摆线针轮行星传动具有传动比范围大、结构紧凑、可靠性高和寿命长等显著特点,因而获得了广泛的应用。而摆线传动中的FA型行星传动减速器是当今世界最新发展的传动装置。与一般的摆线针轮行星传动相比,它具有体积小、重量轻、传动比范围大、寿命长、刚度大、回转精度高、精度保持稳定、效率高、传动平稳等一系列的优点。该传动设计采用了许多先进的理念和技术,应用一种创新的结构形式,因此该种FA型针摆传动有效地克服了传统的结构不足,提高了传递的功率和容量,提高了传递的精度。本文在摆线针轮行星传动摆线轮和针齿齿面受力分析理论方面,采用一种更加适用于工程实际的齿面有隙啮合受力分析的方法。该方法可以比较精确地计算在整个传动过程中针齿和摆线轮齿面接触力的大小和变化范围。齿面修形理论与方法是国外保密的核心技术,本文在对修形方法进行研究的基础上,基于齿面接触状态最佳的原则,着重对以提高承载能力为目的的“反弓”齿廓进行较深入的研究分析。由于FA型减速器针齿采用卧枕式结构,弯曲变形可不计。因此弯曲强度对其不起主要作用,而是接触强度对其起主要作用,而接触应力的大小直接影响其接触强度,所以有必要以接触应力为研究对象,采用优化理论获得了最佳的反弓齿廓所需要的“负移距+正等距”组合修形量。通过对几种不同修形方式的受力分析发现,最佳的反弓齿廓接触状态可以达到最佳的受力状态。为了验证摆线轮和针齿齿面受力分析理论,本文在研究有限元接触问题以及齿轮接触分析的基础上,采用国际上最先进的有限元分析软件ANSYS,建立了摆线轮与针齿接触的有限元模型,首次对针齿与摆线轮进行了动态的三维接触分析,得出了摆线轮与针齿之间的接触状态,计算了摆线轮在整个传动过程中针齿和摆线轮齿面接触应力的大小和变化范围,并将接触应力通过计算公式换算成接触力的大小和变化范围。与本文提出的动态受力分析方法进行对比,得出结果趋势基本相同的结论,进一步验证了本文动态受力分析理论及“反弓”齿廓修形受力状态最佳结论的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 摆线传动的发展历史
• 1.2 课题的研究背景及意义
• 1.3 国内外的研究现状
• 1.4 FA 针摆传动的基本结构及特点
• 1.5 论文研究的主要内容
• 本章小结
• 第二章 反弓齿廓齿面受力分析与齿形优化理论
• 2.1 摆线轮齿廓的修形方法
• 2.2 反弓齿廓的受力分析与齿形优化
• 2.2.1 反弓齿廓最先接触点分布区间的确定
• 2.2.2 最先接触点处变形的计算方法
• 2.2.3 同时接触齿数的判断方法
• 2.2.4 最先接触点处接触力与接触应力
• 2.2.5 反弓齿廓存在条件
• 2.2.6 反弓齿廓齿形优化
• 2.3 反弓齿廓齿面受力分析及齿形优化程序
• 2.3.1 动态受力分析程序的特点及基本流程
• 2.3.2 模块介绍
• 2.4 反弓齿廓受力结果分析
• 本章小结
• 第三章 有限元法及其接触理论
• 3.1 有限元的基本原理及其应用
• 3.1.1 有限元法原理
• 3.1.2 数值模拟技术的工程应用
• 3.2 接触问题简介
• 3.2.1 接触问题的概念及计算难点
• 3.2.2 齿轮传动接触强度的研究概况
• 3.2.3 齿轮接触的有限元模型
• 3.3 ANSYS 有限元软件介绍
• 3.3.1 ANSYS 的建模功能
• 3.3.2 ANSYS 的加载与求解
• 3.3.3 ANSYS 的结果后处理
• 3.4 ANSYS 接触分析
• 3.4.1 一般的接触分类
• 3.4.2 ANSYS 接触能力
• 3.4.3 执行接触分析
• 本章小结
• 第四章 FA 针摆传动反弓齿廓有限元分析
• 4.1 摆线针轮动态有限元分析方法
• 4.2 几何参数化模型的建立
• 4.2.1 CAD 技术简介
• 4.2.2 PRO/E 软件简介
• 4.2.3 参数化建模的意义
• 4.2.4 摆线轮参数化模型的建立
• 4.3 分析前处理
• 4.3.1 选择单元类型
• 4.3.2 设置实常数、材料属性
• 4.3.3 网格划分
• 4.4 边界条件约束与载荷
• 4.4.1 定义接触对
• 4.4.2 约束与载荷
• 4.5 结果分析
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 主要符号表
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢