波发生器外置的谐波齿轮传动柔轮的径向变形-论文

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　　于立柱腹板的滚轮安装处的下端，大小327．41MPa，最大变形6．635mm6由分析结果可知轻量化后外门架应力集中位置的最大复合应力值327．41MPa，小于材料的许用应力366．67MPa([o]=osln=55011．5=366．67MPa)，因此满足外架工作需求，同时外门架仍有可轻量化的空间对~l-I-J架进行结构优化设计，进一步减轻质量。围内，并且未对外门架造成破坏，满足该有限元分析工况的需求。30kN的应力均未超出高强度钢材料的屈服强度和许用应力，因此采用550MPa高强度钢替代原模型材料进行结论的外门架满足强度要求，降重可达12％；同时本测算，轻量化后叉车在使用中节约的能耗成本也远大于采用新材料增加的成本。因此采用高强度钢对叉车外门架进行轻量化设计具有可行性，为工程机械轻量化设计提供了一种新思路，有助于推动工程机械实现节能减排。参考文献，鲁永春．叉车门架三维数字化设计[J】．太原科技大学学报，2010，31(4)：300—304．，陈雪峰．ANSYSWorkbench设计、仿真与优化[M]．第版．北京：清华大学出版社，2011．，2010：116—124．刘鸿文．材料力学(I)【M】．北京：高等教育出版社，2004138—25，王刚．高强度钢在汽车轻量化中的应用[J】_汽车工艺与材料，2011(1)：l550MPa的高强度钢对内燃式叉车外门架进行轻量化设计，建立了轻量通信地址：北京市海淀区学清路18机械科学研究总院先化外门架三维模型并进行限元分析。结果表进制造技术研究中，t2,(100083，采用高强度钢对叉车外门架进行轻量化设计后波发生器外置的谐波齿轮传动柔轮的径向变形：波发生器是迫使柔轮产生弹性变形、实现运动和动力传递的重要部件，现有谐波齿轮传动的波发生器一般位于柔轮内部，装置的体积偏大柔轮齿圈壁厚中性层。论述波发生器外置的谐波齿轮传动的特点和基本出柔轮截面弯矩与径向变形的计算公式出柔轮变形敏感度的概念减速比，绘制柔轮置对柔轮径向变形的影响曲线面的位置，为进一步研究柔轮的应力、疲劳强度奠定基础。关键词波齿轮传动；外置波发向变形；变形敏感度谐波齿轮传动是2O世5O年代后期随着航天技术的发展而出现的一种新型传动方式，被认为是机械传动的重大突破，这种新型传动一出现就显了它的优越性能，如结构简单、传动比大、承载能高、齿面相对滑动速度低、传动平稳、噪声小等它的许多特点是一般机械传动所不具备的。自谐波基金项目：国家自然科学基金资助项目(51075046作者简介：祝海林(1963一，浙江绍兴人，教授，博士，研究方向：机械可靠性、优化设计、谐波齿轮传动轮传动发明以来，各国学者对其原理、设计、产品构创新、应用研制、精密加工和性能测试等方面内置，与刚轮啮合处的柔轮轮齿的根部成为虽度的薄弱环节，而且整个装置的体积较大。如果巴波发生器安放在柔轮的外部，成为波发生器外置3．波发生器4．中性层波发生器外置的谐波齿轮传动简圈E器外置谐波齿轮传动具有内置式所没有的优点置的谐波齿轮传动简个基本零件组成。可以看出，波发生器外置的谐波齿轮传动的结构形式、啮合特性与波发生器内置的谐波齿轮动正好相反内齿轮，刚轮为外齿轮，其结构更加紧凑。在未装配前，柔轮的原始剖面呈圆形(如中半径为rm的件同，波发生器的最小直径比柔轮变形前内圆直径(=2r)小。在外置波发生器的作用下柔轮的中性层及其径向变形量2．1柔轮的中性层外置波发生器作用在柔轮环的外壁产生周期性的弹性变形。柔轮的变形的变形来表征，它是用来确定齿形和波发生器的主要依据。所谓中性层fun88官方网站下载，是材料力学里的一种假设，包括几何中性层、应力中性层、应变中性层借助于中性层的概念，可以使复杂的材料力学问题得以简化几何中性层指的是材料)内部的中间，这个面上的每一点到杆件两边的法向距离都相。应力中性层是材料(如梁)发生弯曲变形时内部应力为零的所有点形成的面。根据梁弯曲变形的平面假设[41，可把梁看成由无数纵向纤维组成。比较变形区内梁弯曲前后相应位置的网格线长度近外侧的纤维受拉而伸长，靠近内侧的纤维受压而缩短。由于材料的连续性，在伸长和缩短两个变形区域之间，必定有一个既不伸长也不缩短的过渡层，该层不发生线性应变，这一过渡层就称为应变中性层。即曲变形时，应变中性层纤维的长度在弯曲前后保持不变。在梁发生弹性弯，且通过梁横截面的中心拖拉机，即同时与梁的几何中性层重合曲变形时所说的中性层一般就是指应变中性层，中性层和横截面的交线，叫做中性轴，即横截面上正应力为零的各点的连线。当梁发生平面弯曲且处于线弹性范围时，中性轴通过横截面的形心，且垂直于载荷的作用平面。根据文献可知[41，梁平面弯曲时中性层的曲率半径与截面弯矩之间存在如下关系：为梁变形后中性层的曲率半径为材料的弹性模量；，为梁截面对中性轴的惯性矩；EI抗弯刚度；为在载荷平面内，梁截面所受的弯矩(使梁轴线产生曲率变化柔轮是具有一定轴向宽度的环形齿轮，应变层的确定是进行柔轮变形分析、计算的重要依曲变形程度较小时，应变中性层基本上处于柔轮厚度的中心，通常认为应变中性层与几何中性层重合。谐波齿轮传动中，柔轮的弹性变形可视作小变形。研究表明，把柔轮齿圈轮缘的中线(即几何中性层作为柔轮的应变中性层已经足够精确[5J，所以一般认为柔轮的中性层就是柔轮壁厚的几何中性层。在柔轮与刚轮啮合过程中，因为波发生器的约束力作用，柔轮中性层由圆变成不断旋转的椭圆环形柔轮受交变约束力的作用而产生周期性曲变形。但是柔轮中性层在弯曲过程中的长度保持不变以中性层是计算柔轮展开长度的基准。柔轮环变形过程中，柔轮的横截面绕中性轴转动性层的曲率半径则是变化的。2．2柔轮截面弯矩与径向变形量计算为了确定波发生器外置的谐波齿轮传动机构的传动能力，在设计过程中必须知道柔轮的径向变形与所受径向力之间的关系，这里外置波发生器对柔轮的径向力最终成为使柔轮产生弯曲的截面弯矩。柔轮是一个具有轮齿的圆柱壳体，直接建立柔轮的力学模型很复杂。由于柔轮，以受到一对大小相等中力作用下的柔轮中性层圆环作为研究模型，如图整个圆环四分之一圆环中性层的变形量计算在柔轮圆环直径CD的两端，外置波发生器对圆环施加了方向相反的一对压力F，显然这属于超静定结构14]。假如沿竖直直径AB由几何形状及载荷的对称性可知，截面液压执行元件，只有轴向力和弯矩。利用平衡条件容易求出轴力大小等于FI2，而弯矩属于多余约束于圆环对于竖直直径AB和水平直径CD都是对称以只需要研究四分之一圆环，如图2(b)。因为对称截面作为固定端，而把截面日处的转角为零作为变形协调条 。据此可以写出力法的正则方程(限于篇幅 ，推导 过程从 ，求得多余 约束 M,=Frm(0．5—1／ax )，进一 步得到柔轮圆环任意截面上的弯矩为 M=Fr,(O．5 COB 一1／1r) 为外置波发生器对柔轮的压力；rm为柔轮 轮圆环截面受到的弯矩 大小与 加于柔轮的压力 及圆环中性 圆的半径 rm成正 比，弯矩最大的位置在截 以此两处属于危险截面。因为柔轮 中性层椭 向上的变形对 轮的啮合影响最大 须对柔轮圆环的竖直直径 AB 和水平直径 CD 度变化进行分析。在一对 圆环水平直径CD 长度变化，也就是 尔定理[41沿整个 圆环积分 ，可求得直径 CD 的缩短量 为柔轮材料的弹性模量；，为圆环截 面对 性轴的惯性矩；El 为柔轮圆环的抗弯刚度 料抵抗弯曲变形的能力 因为惯性矩I=b83／12，则 圆环的轴向宽度 圆环水平直径CD 的长度缩短 ，竖直直径 AB 必定伸长 ，应用莫尔定理 ，同样可求得 两点的相对位移 ，即直径 AB 的伸长量 向位移的最大值 出现在力作用点处 柔轮变形前的分度圆直径为dr=mZr，柔轮齿根高 Ol～0．015)drts， 8=0．01d。这里