基于ANSYS的杯形柔轮结构参数对柔轮应力的敏感度分析

　　第４６卷第５期２０１０年３月机械工程学报ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦｖ０Ｉ．４６ＮＯ．５２０ｌＯＭＥＣＨＡＮｌＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＭａｒ．ＤｏＩ：１０．３９０１／ＪＭＥ．２０１０．０５．００１基于ＡＮＳＹＳ的杯形柔轮结构参数对柔轮应力的敏感度分析木高海波１，２ 李志刚１，２邓宗全１，２（１．哈尔滨工业大学机器人技术及系统国家重点实验室哈尔滨１５０００１；２．哈尔滨工业大学宇航空间机构及控制国防科工委重点学科实验室哈尔滨１５０００１）摘要：为研制出谐波减速器的短杯柔轮，使用ＡＮＳＹＳ的ＡＰＤＬ语言开发了杯形谐波柔轮的参数化等效接触模型，利用该模型分析２５机型到６０机型的柔轮在波发生器作用下所受到的应力情况，并与经验理论公式计算值进行比较，验证柔轮与波发生器参数化等效接触模型的准确性，并描述柔轮的最大等效应力随柔轮型号的变化规律。针对３２机型分析柔轮的关键结构参数，包括柔轮筒长、齿圈壁厚、光滑圆...

　　第４６卷第５期２０１０年３月机械工程学报ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦｖ０Ｉ．４６ＮＯ．５２０ｌＯＭＥＣＨＡＮｌＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＭａｒ．ＤｏＩ：１０．３９０１／ＪＭＥ．２０１０．０５．００１基于ＡＮＳＹＳ的杯形柔轮结构参数对柔轮应力的敏感度分析木高海波１，２ 李志刚１，２邓宗全１，２（１．哈尔滨工业大学机器人技术及系统国家重点实验室哈尔滨１５０００１；２．哈尔滨工业大学宇航空间机构及控制国防科工委重点学科实验室哈尔滨１５０００１）摘要：为研制出谐波减速器的短杯柔轮，使用ＡＮＳＹＳ的ＡＰＤＬ语言开发了杯形谐波柔轮的参数化等效接触模型，利用该模型分析２５机型到６０机型的柔轮在波发生器作用下所受到的应力情况，并与经验理论公式计算值进行比较，验证柔轮与波发生器参数化等效接触模型的准确性，并描述柔轮的最大等效应力随柔轮型号的变化规律。针对３２机型分析柔轮的关键结构参数，包括柔轮筒长、齿圈壁厚、光滑圆筒壁厚、齿宽、三个柔轮圆角半径等参数的变化对柔轮的最大等效应力和光滑圆筒部分最大等效应力的影响敏感度，为短杯柔轮的结构参数优化设计提供依据。另外，在热和结构耦合的情况下对柔轮与刚轮的接触模型进行简化，给出柔轮最大应力随温度的变化曲线，为研究柔轮在高低温环境下的失效提供依据。关键词：谐波齿轮传动杯形柔轮接触分析结构参数敏感度中图分类号：ＴＨｌ３２．４３Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＣｕｐｓｈａｐｅｄＦｌｅｘｉｂｌｅ Ｇｅａｒ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｔｏ Ｉｔｓ ＳｔｒｅｓｓＢａｓｅｄ ｏｎ ＡＮＳＹＳＧＡＯ Ｈａｉｂ０１，２ ＬＩＺｈｉｇａｎ９１，２ＤＥＮＧＺｏｎｇｑｕａｎｌ２（１．Ｓｔａｔｅ ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｏｂｏｔｉｃｓ ａｎｄＳｙｓｔｅｍ，ＨａｒｂｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５０００１；２．ＡｅｒｏｓｐａｃｅＭｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ ＣｏｎｔｒｏｌＫｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ｆｏｒ ＮａｔｉｏｎａｌＤｅｆｅｎｓｅ，Ｈａｒｂｉｎ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ １５０００１）ｔｏＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｄｅｖｅｌｏｐｔｈｅｃｕｐｓｈａｐｅｄｆｌｅｘｉｂｌｅｇｅａｒｏｆｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄ ｔｏｈａｒｍｏｎｉｃ ｒｅｄｕｃｅｒ，ＡＰＤＬｌａｎｇｕａｇｅｏｆ ＡＮＳＹＳｉｓｕｓｅｄｆｒｏｍｔｙｐｅ２５ ｔｏｍｏｄｅｌ ｉｔｓｐａｒａｍｅｔｒｉｃａｎａｌｙｚｅｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｆｌｅｘｉｂｌｅｇｅａｒｓ６０ｕｎｄｅｒｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｗａｖｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓ，ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｅｎｔｉａｌｅｑｕａｌｓｔｒｅｓｓｆｏｒｍｕｌａｓ，ｓｈｏｗｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄｄｅｐｉｃｔｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅｇｅａｒＳｍａｘｉｍｕｍｇｅａｒ．Ｔｏｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃ ｔｙｐｅｏｆ ３２，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｋｅｙ ｓｔｒｕｃｔｕｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇａｎｄ ｔｈｅ ｔｙｐｅ ｏｆ ｆｌｅｘｉｂｌｅｃｙｌｉｎｄｅｒｌｅｎｇｔｈ，ｇｅａｒｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｓｍｏｏｔｈｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｗａｌｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｔｏｏｔｈ ｗｉｄｔｈ，ａｎｄｆｉｌｌｅｔ ｒａｄｉｕｓｅｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｆｌｅｘｉｂｌｅｇｅａｒｓ，ｏｎｓｔｒｅｓｓ ｍａｘｉｍｕｍｅｑｕａｌｏｆ ｆｌｅｘｉｂｌｅｇｅａｒａｎｄ ｓｍｏｏｔｈｃｙｌｉｎｄｅｒ，ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｂａｓｉｓ ｆｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｏｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔ ｏｆｈｅａｔ ａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｅｍｐｅｒｕｒｅｖａｒｉａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｆｌｅｘｉｂｌｅｇｅａｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄｗｉｔｈｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｍｏｄｅｌ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅＫｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈａｒｍｏｍｃｇｅａｒｄｒｉｖｅｂａｓｉｓｆｏ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｆｌｅｘｉｂｌｅｇｅａｒｉｎｔｈｅｈｉｇｈａｎｄ ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．ＳｔｒｕｃｔｕｒｅＣｕｐｓｈａｐｅｄｆｌｅｘｉｂｌｅｇｅａｒＣｏｎｔａｃｔａｎａｌｙｓｉｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ行传动，具有传动比大、体积小等优点，在各种机Ｏ前言杯形谐波减速器依靠薄壁柔轮的弹性变形来进国家高技术研究发展计划（８６３计划。２００６ＡＡ０４２２３１）、高等学校学科创新引智计划（［３０７０１８）、黑龙江省自然科学摹金重点（ＺＪＧ０７０９）和机器人技术与系统国家重点实验室自主研究课题（ＳＫＬＲＳ２００８０１Ａ０２）资助项目。２００９０３２２收到初稿，２００９１０３１收到修改稿器人及精密机械传动等方面具有广泛的应用【ｌ】，而且在宇航空间机构中也得到越来越多的应用【２】。如果能够进一步减小谐波减速器的体积，那么宇航空间机构中传动机构的体积也将减小，从而降低整个宇航空间机构的体积和质量。为了满足空间环境、机器人、伺服控制系统等对谐波减速器中柔轮轴向尺寸小的要求，日本、美万方数据