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当前位置: > 尊龙凯时人生 > >一种波发生器凸轮的设计方法、波发生器及谐波减速器与流程
本发明涉及谐波减速器技术领域,更具体地说,涉及一种波发生器凸轮的设计方法、波发生器及谐波减速器。
谐波减速器主要由波发生器、柔性齿轮、刚性齿轮三个基本构件组成。是一种靠波发生器装配上柔性轴承使柔性齿轮产生可控弹性变形,并与刚性齿轮相啮合来传递运动和动力的齿轮传动。其应用学科:机械工程(一级学科);传动(二级学科);齿轮传动(三级学科)谐波齿轮传动减速器是利用行星齿轮传动原理发展起来的一种新型减速器。
于谐波减速器具有回差小、单级减速比范围大、运动平稳、低噪声、传动效率高、承载力大、体积小、质量轻等多种其他减速器不具备的优点,因此一经问世就立刻引起了各国的普遍重视,美国、前苏联、日本、德国、英国等国家以及我国都开展了谐波减速器的理论、制造、加工、润滑等技术研究,美国等先进国家已将该项技术大量应用于空间飞行器的各种实施展开、驱动、精密指向、扫描、空间机器人活动关节等运动机构上,并已推广应用到地面雷达天线、通讯、电子、医疗器械、工业机器人、仪器仪表等多种行业中,获得了巨大的军事收益和社会效益。
由谐波齿轮减速机工作原理及组成可知,波发生器是谐波齿轮减速机中的关键部件之一,其主要元件包括柔性薄壁轴承和波发生器凸轮。凸轮式波发生器,不仅能减少由于接触面积小而使柔轮接触处产生很大的应力和畸变,而且能避免圆盘式波发生器那样产生的偏载。实际生产过程中,波发生器的制造加工比较困难,往往要根据柔轮的变形规律设计,波发生器的外廓不仅要和柔轮的变形相匹配,还需要和柔性轴承的内圈相配合,才能保证谐波齿轮减速机正常工作,且降低柔轮的应力集中效应,改善受力情况,提高谐波传动的效率和承载能力,从而降低传动误差,提高谐波减速机的使用寿命。
目前市场上多数的谐波减速器,使用的是标准椭圆凸轮式波发生器,这种谐波减速器因为其结构简单、易于加工而得到了广泛应用。但是,这种波发生器在谐波工作时由于曲线曲率变化情况不适合谐波运动轨迹,谐波齿面会出现严重的磨损而直接导致铁粉含量过高,对谐波寿命起到直接影响;此外,这种谐波减速器多数会出现波发生器下压的现象,随着使用时间增长轴承及柔性轴承会出现不同的损伤,当轴承出现损伤时谐波性能会直线下降:最后,这种谐波减速器使用过程中容易会出现窜动、异响的现象,这时谐波减速机会出现温度过高,当温度过高时,齿面比较容易变形而产生严重磨损。
本发明所要解决的技术问题在于提供一种新的波发生器凸轮的设计方法,使用这种方法设计的凸轮外缘曲线符合使用这种方法计算出的曲线公式而不是标准椭圆,应用这种方法设计出的波发生器凸轮的谐波减速器,可以有效减少齿面磨损、波发生器下压以及窜动、异响等问题。
通过根据波发生器凸轮需要应用的谐波减速器结构在有限元前处理器中建立有限元模型,该谐波减速器包括波发生器凸轮、柔轮和刚轮;
得到虚拟有限元模型后,将其由有限元前处理器模型导入有限元分析程序,在有限元分析程序中建立相对谐波仿真模型,同时建立谐波减速器各部件的边界条件;
先计算出谐波减速机的静态受力情况,得到谐波减速机静态受力情况后,在有限元分析程序中重新建立模型的边界条件后进行分析和计算,得到各截面的各齿在不同时刻的全局坐标下实际齿面的运动情况,并提取出各齿在不同时刻下的全局坐标;
将上一步骤中得到的各截面各齿在不同时刻下的全局坐标导入数据运算和分析程序,分析柔轮和刚轮的干涉情况并拟合出凸轮形状并重新计算并查看是否符合啮合运动,如果符合则直接得出凸轮曲线;如果不符合,则由步骤i开始重新进行计算。
更进一步地,所述步骤ii及步骤iii中所述的有限元分析程序为abaqus。
更进一步地,所述步骤iii包含隐式分析和显式分析两个步骤,隐式分析为在先步骤,其中
隐式分析是在步骤ii中建立谐波减速器各部件的相互关系后,使用abaqus/standard进行分析,得到变形后各部件的受力情况;
显式分析是在隐式分析后,利用abaqus/standard的重启动文件传递隐式分析中得到的各部件受力情况的数据到abaqus/explicit中,并对实际谐波减速器运动的边界条件重新进行设定,并计算出谐波实际运动的数据,得到谐波减速器各齿面相对运动的轨迹,然后提取出各齿面各节点在不同时刻下的全局坐标。
此外,本发明还提供了一种波发生器,其凸轮及设于所述凸轮的外圈上的柔性轴承,这种波发生器的凸轮的外缘曲线所述的公式。
.本发明还提供了一种谐波减速器,这种谐波减速器包括上述波发生器、柔轮以及刚轮,所述波发生器的柔性轴承至于所述柔轮内,所述柔轮与所述刚轮同轴设置,所述波发生器转动带动所述柔轮和刚轮相对转动,所述柔轮的外齿和所述刚轮的内齿相配合。
1.现有的设计是机械的计算和静态仿真,在实际中受力后齿轮会变形更加严重,而本发明的设计方法,可以充分表现齿轮在受力后的情况并且得到齿面各点的运动情况;从而得到更适合实际使用情况的凸轮外形;
2.通过有限元前期仿真验证,能快速得到各齿的运动轨迹,有效为设计过程中提供修改意见并及时改正,加速研发过程;
3.通过这种方法设计出的波发生器凸轮,可以显著减少磨损,验证谐波减速器的磨损程度的一个重要指标是润滑油中的铁粉浓度,经验证,经本发明的方法设计出的谐波减速器,对润滑油铁浓度降低是数量级的,使用sdm72日本新宇宙润滑油检测仪测量铁粉浓度,改良后的铁粉深度只有0.006左右。
图2使用abaqus计算出静态受力情况后使用explicit动态计算柔轮各齿的运动轨迹;
图3使用abaqus计算出静态受力情况后使用explicit动态计算刚轮各齿的运动轨迹;
通过根据波发生器凸轮需要应用的谐波减速器结构在有限元前处理器hypermesh中建立有限元模型,该谐波减速器包括波发生器凸轮、柔轮和刚轮等谐波有限元模型;
得到虚拟有限元模型后将其由有限元前处理器hypermesh导入有限元分析程序abaqus,在有限元分析程序abaqus中建立相对谐波仿真模型,并建立相对应该的边界条件;
在有限元分析程序abaqus中对已建立的模型进行分析和计算,首先是隐式分析,使用abaqus/standard进行分析,得到变形后各部件的受力情况;然后是显式分析,在隐式分析后,利用abaqus/standard的重启动文件传递隐式分析中得到的各部件受力情况的数据到abaqus/explicit中,对实际谐波减速器运动的边界条件进行设定,并计算出谐波实际运动的数据,得到谐波减速器各截面各齿的相对运动的轨迹(如图2及图3所示所示),然后提取出各齿面各节点在不同时刻下的全局坐标;
将上一步骤中得到的各齿面各节点在不同时刻下的全局坐标导入数据运算和分析程序matlab,在matlab中提取出齿轮运动轨迹(如图4所示),分析柔轮和刚轮的各干涉齿的x和y偏差(如图5所示),提取各偏差后利用matlab强大的矩阵运算能力重新拟合出凸轮形状(如图6所示)并重新计算并查看是否符合啮合运动,如果符合则直接得出凸轮曲线;如果不符合,则由步骤i开始重新进行计算。
经公式计算并通过计算机程序绘制出凸轮外轮廓曲线,再将相关的数据发送至数控机床进行生产制造即可得到需要的波发动器凸轮,将此凸轮与柔性轴承、柔轮和刚轮进行装配,即可以得到本发明所述的谐波减速器。幅面尺寸调整垫限矩型液力偶合器骏艺(珠海)风管制品禾工科学仪器缝纫器具尊龙凯时人生端面齿厚雀菲文化传播椭圆凸轮波发生器