RV减速器摆线针轮的有限元接触分析 |
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１１８． 收稿日期 ： ２０１９ － ０９ － ０１ 基金项目 ： 北京市自然科学基金青年项目 （３１９４０４３） 作者简介 ： 张跃明 （１９６５—）， 男 ， 博士 ， 教授 ， 研究领域为数字化设计制造 。 Ｅ － ｍａｉｌ： １５８７５３７９３０＠ ｑｑ ｃｏｍ。 ＲＶ 减速器摆线针轮的有限元接触分析 张跃明 ， 何通 ， 纪姝婷 ， 薛增欢 （ 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院 ， 北京 １０００２２ ） 摘要 ： 基于有限元分析方法 ， 研究加载状况下摆线针轮啮合副初始啮合时齿廓对的接触状态 。 考虑摆线针轮啮合副的 齿廓修形和摆线轮齿廓线的建模精度 ， 利用 ＡＮＳＹＳ 自带的 ＡＰＤＬ 语言建立了摆线针轮啮合副的三维模型 。 考虑有限元网格 质量及有限元模型的计算效率 ， 利用 ＶＳＷＥＥＰ 命令生成了有限元模型并局部细化了网格 。 最后考虑摆线针轮的实际工况 ， 建立了摆线针轮的接触对和边界条件 。 分析结果表明 ： 摆线针轮初始啮合瞬间一共有 ６ 个齿参与传力 ， 其中最先接触齿为 第 ６ 齿 ， 并且在啮合齿廓对附近摆线轮齿及销孔变形比较大 。 关键词 ： ＲＶ 减速器 ； 摆线针轮啮合副 ； 有限元仿真 ； 接触分析 中图分类号 ： ＴＰ３９１ ９ Ｃｏｎｔａｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｙｃｌｏｉｄａｌ Ｐｉｎ Ｗｈｅｅｌ ｏｆ ＲＶ Ｒｅｄｕｃｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ ＺＨＡＮＧ Ｙｕｅｍｉｎｇ， ＨＥ Ｔｏｎｇ， ＪＩ Ｓｈｕｔｉｎｇ， ＸＵＥ Ｚｅｎｇｈｕａｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００２２， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ， ｔｈｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｏｏｔｈ ｐａｉｒｓ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｍｅｓｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｃｌｏｉ⁃ ｄａｌ ｐｉｎ ｗｈｅｅｌ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｂｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｆｉｌｅ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｃｌｏｉｄａｌ ｐｉｎ ｇｅａｒ ｐａｉｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｃｌｏｉ⁃ ｄａｌ ｇｅａｒ ｔｏｏｔｈ ｐｒｏｆｉｌｅ， ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ⁃ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｃｌｏｉｄａｌ ｐｉｎ ｗｈｅｅｌ ｐａｉｒ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＡＰＤＬ ｌａｎｇｕａｇｅ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｉｎ ＡＮＳＹＳ． Ｔｈｅｎ， ｂｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｓｈ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ， ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＶＳＷＥＥＰ ｃｏｍｍａｎｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｓｈ ｗａｓ ｒｅｆｉｎｅｄ ｌｏｃａｌｌｙ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｂｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｗｏｒｋｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｃｌｏｉｄａｌ ｐｉｎ ｗｈｅｅｌ， ｔｈｅ ｃｏｎｔａｃｔ ｐａｉｒ ａｎｄ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｃｌｏｉｄａｌ ｐｉｎ ｗｈｅｅｌ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅｒｅ ａｒｅ ６ ｔｅｅｔｈ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｉｔｉａｌ ｍｅｓｈｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｃｌｏｉｄａｌ ｐｉｎ ｗｈｅｅｌ ｔｏ ｐａｒｔｉｃｉｐａｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ｔｒａｎｓｍｉｓ⁃ ｓｉｏｎ． Ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｃｏｎｔａｃｔ ｔｏｏｔｈ ｉｓ ｔｈｅ ６ｔｈ ｔｏｏｔｈ， ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｃｌｏｉｄａｌ ｔｏｏｔｈ ａｎｄ ｐｉｎ ｈｏｌｅ ｉｎ ｔｈｅ ｖｉｃｉｎｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｓｈｉｎｇ ｔｏｏｔｈ ｐａｉｒｓ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｌａｒｇｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ： ＲＶ ｒｅｄｕｃｅｒ； Ｃｙｃｌｏｉｄａｌ ｐｉｎ ｗｈｅｅｌ ｐａｉｒ； Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； Ｃｏｎｔａｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ０ 前言 由于 ＲＶ 减速器的诸多优点 （ 如 ： 体积小 、 质量 轻 、 结构紧凑 、 传动比范围大 、 定位精度高 、 振动 小 、 传动稳定等 ）， ＲＶ 减速器已经被广泛应用于工 业机器人 、 机床 、 医疗检测设备 、 卫星接收系统等领 域 ［１ － ２］ 。 摆线针轮的接触力分布在很大程度上影响着 减速器的性能 （ 如 ： 减速器的寿命 、 效率 、 振动及 噪声等 ）， 因此对摆线针轮的瞬态接触分析有着重要 的意义 。 回顾现有的文献 ， 很多学者在 ＲＶ 减速器的有限 元仿真分析上做出了大量的贡献 。 文献 ［ ３］ 中通过 ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ 建立了摆线轮的有限元模型 ， 并得出了不 同输入角度下摆线轮针轮的应力分布云图 。 文献 ［４］ 中建立了摆线针轮的 ＣＡＤ 三维模型 ， 并通过有限元 方法分析了摆线轮齿 、 输出柱销及滚针的分布应力和 接触强度 。 文献 ［５］ 中通过考虑摆线针轮啮合副的变 形及齿侧间隙 ， 基于有限元分析方法得出了摆线轮齿 受力分布并总结了摆线轮轮辐结构变形对摆线轮受力 的影响 。 文献 ［６ － ７］ 中采用 ＡＮＳＹＳ 自带的 ＡＰＤＬ 语 言建立了摆线针轮啮合副的有限元模型 ， 通过有限元 的方法分析了摆线轮齿面的接触应力并比较了赫兹公 式计算出的理论应力 。 但是由于作者提前将待啮合的 齿廓对设为接触状态 ， 所以作者分析的摆线轮齿接触 强度仍与实际有一定的差距 。 文献 ［８］ 中通过 Ｐｒｏ ／ |
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