柔轮齿圈应力的有限元分析

　　ECHANICALSCIENCEECHNOLOGY22July文章编号:1003287282柔轮齿圈应力的有限元分析(北京工商大学机械自动化学院,北京100037)建立了谐波齿轮传动柔轮齿根应力的有限元分析模型,比较了具有相同传动比、分度圆直径和柔轮壁厚,齿差系数kz分别为的谐波齿轮传动情况下柔轮齿圈的应力状况。由于刚度不连续现象的减弱,kz的谐波齿轮传动中柔轮变形形状更接近于理论值,它改善了传动的啮合质量,降低了动载荷;柔轮所需的变形力降低到原因此波发生器与柔性轴承及柔轮环节的磨损减弱,提高了传动效率;柔轮齿根最大应力值之比的有限元分析结果与考虑轮齿影响系数应力;有限元分析中图分类号:TH123iteElemenFlexsplineHong2bingechanicalechnologyBusinessBeijing100037)Abstract:firstestablishedhefinelemenhestressflexspline,hencomparedhestressconditiooothflexspinesunderheconditiohesamransmissioratiohesamchcircle,hesamdifferencecoefficieneakeningstiffnessdisconinuousness,hedeformformflexsplinesharmicdrivecloserheoreticalformheimrovemeneshingqualitdynamicload;hedeformforcedecreaseshereforeeakeningearamongavegenerflexbearingflexspinechainincreasesransmissioheFEAanalysiresultratioaximumstressflexspoothrooheoreticalevaluatioKeywords:icdrive;Fexspline;Stressanalysis;FEA柔轮在结构上属于正交各向异性薄壳(齿圈部分)种壳体中的内力和挠度计算极其复杂,其应力与内力之间的关系在理论上无法准确获得,只能靠实践和实验来确定。同时,由于柔轮的最大径向变形量与厚度之比大于于大挠度的几何非线性问题,柔轮齿圈上存在的这种结构上的非线齿条)和变形上的几何非线性现象,是无法获得柔轮在波发生器作用下产生的变形和应力分布精确解的主要原因。研究柔轮的强度问题,必须经过一定的简化,其途径是:先不计轮齿的影响,将柔轮简化为具有轮缘厚度的薄壳,在经典irchhoff2Love假设,为了分析空载情况下,轮齿数对柔轮齿圈应力的影响规律,本文同时分析了具有相同传动比、分度圆直径和柔轮壁厚,但齿差系数kz分别为的谐波齿轮传动中的环形柔轮,分别称之为柔以使结果具有可比性。为使有限元分析中加载方便,选用双滚子波发生器。其它单位:mm法线假设和切平面应力假设的条件下,利用线性理论,求解变位系轮缘宽度中性圆齿根圆柔轮壳体的变形和应力公式,然后再考虑轮齿对光滑薄壳半径rm角半径应力的影响,以轮齿影响系数等形式反映在计算公式中。建模收稿日期:20010706基金项目:北京市科技新星项目资助作者简介:辛洪兵(1968-辽宁,副教授,博士2mail:059.522059.52122根据对称性原理,只需计算柔轮结构的四分之一。在四分之一圆周上,分别有50100个轮齿。其力学模型如图所示,变形力应是波发生器作用于整个柔轮变形力的四分之一。另外根据柔轮变形的对称性,确定其边柔轮齿圈应力的有限元分析559界条件为:方向具有自由度,方向具有自由度。有限元分析在保证计算精度的前提1632、1533。制作出柔轮的网格模型,生成网格数据文对模型施加物理属性、载荷条件和约束条件。材料的21000kgƒmm30,计算中不考虑材料的自kgf,在其B588mm相当径向变形量系数11端具有相同的最大变形量,必须通过反的齿根最大应力分布为柔轮光滑壳体表面应力沿圆周的理论分布,587mm很接近,相当于径向变形量系值分别为11。这个结果表明,在最大径向变形量的变形力,约为柔轮这将减小齿面的压应力以及波发生器与柔性轴承及柔轮环节的磨可以发现,有限元结果在距离长比较接近,但在理论预测有较大压应力在45～90范围内,压应力很小,只有几兆帕。表明具有400个尺寸较小轮齿的柔轮,其齿根最大应力分布小于具有200个尺寸较大的柔轮,0附近最大应力的比值为Ρ2maxƒΡ4max114,其理论比值为柔轮的变形形状由于刚度不连续现象的减弱而更接近于理论值,这将改善传动的啮合质量,降低动载波发生器对柔轮产生的变形力约为kz因此波发生器和柔性轴承及柔轮环节的磨损减弱,提高了传动效率。关于kz以及kz大应力值之比,有限元分析结果与考虑轮齿影响系数进一步分析表明,柔轮齿根应力的最大值靠近齿根过渡圆弧的四分之一附近。的齿根主应力和中性层位移数值处理成可直接绘图的数据,把这些结果与按双滚子波发生器作用下环形柔轮的理论值绘制在同一图表中进行比较,其中位移比较如图