一种双圆弧柔轮静力影响确定方法与流程

本发明涉及柔轮静力分析技术领域，尤其涉及一种双圆弧柔轮静力影响确定方法。

背景技术：

谐波齿轮传动中，柔轮作为主要结构件之一，是影响其承载能力的薄弱环节，传动的基础是依靠柔轮不断的发生弹性形变来实现的，柔轮的结构设计是否合理，将直接影响到整个谐波传动机构的承载力、传动性能、寿命和工艺性。

近年来众多学者对谐波齿轮进行了大量的研究，在柔轮静力研究分析方面，常借助于有限元分析软件，一是采用等效厚度法，把柔轮轮齿等效为一定厚度的光壳，并假设波发生器作用于齿圈的中部，在不同负载工况下，分析柔轮整体机型的应力应变和变形影响规律，此方法与柔轮实际工作情况不符合，从而计算出的结果与实际柔轮静变形存在一定误差，并不能得到齿圈部分与柔轮整体静变形之间影响规律；二是直接对柔轮整体进行静力分析，可以得到柔轮应力应变和变形影响规律，但并不能得到柔轮各部分静力变形影响规律之间的联系，不能得到柔轮几何结构参数对柔轮各部分的应力应变和变形影响，在设计柔轮时不能得到一组最优的柔轮结构设计参数。

技术实现要素：

本发明针对背景技术的问题提供一种双圆弧柔轮静力影响确定方法，以解决或者至少部分地缓解现有技术中存在的上述问题。

为了实现上述目的，本发明提出一种双圆弧柔轮静力影响确定方法，包括如下步骤：

构建双圆弧柔轮三维实体模型；

切分所述双圆弧柔轮三维实体模型为多个单元模型；

通过有限元分析方法分别对所述多个单元模型进行静力分析；

获得所述双圆弧柔轮的整体及各单元模型的静力变形影响规律，进而确定双圆弧柔轮的薄弱单元。

优选地，所述多个单元模型包括：

前沿单元、齿圈单元、筒体单元、筒底单元和凸台单元。

优选地，所述构建双圆弧柔轮三维实体模型，具体为：

在三维软件中按照双圆弧柔轮的结构参数建立双圆弧柔轮三维实体模型并导入有限元软件；或在有限元软件中自底向上建立双圆弧柔轮三维实体模型。

优选地，所述通过有限元分析方法分别对所述多个单元模型进行静力分析，包括：

分别设置各单元模型的网格划分精细程度。

优选地，所述通过有限元分析方法分别对所述多个单元模型进行静力分析，包括：

仅定义双圆弧柔轮的齿圈单元内表面与波发生器相接触。

优选地，所述通过有限元分析方法分别对所述多个单元模型进行静力分析，包括：

约束双圆弧柔轮三维实体模型的底部法兰的端面所有节点自由度。

优选地，所述通过有限元分析方法分别对所述多个单元模型进行静力分析，包括：

约束波发生器外表面的轴向自由度。

本发明提出一种双圆弧柔轮静力影响确定方法，具有以下优点：

(1)对柔轮进行静力分析时，可以同时到柔轮整体和柔轮各部分的应力应变和变形等静力分析影响规律，柔轮结构参数对柔轮各部分静力的影响规律，得到柔轮各部分之间静力变形相互影响规律。

(2)通过对柔轮进行静力分析，得到柔轮各部分静力变形影响规律，从而知道柔轮的薄弱环节，一是可以对现有柔轮进行结构改善，二是为柔轮设计提供数据参考，得到合理的柔轮结构参数，从而设计出可靠性更好的柔轮。

(3)通过对柔轮进行切分，在有限元分析软件中可以采用扫描或者映射等更好的网格划分方法，从而划分出精度更高的网格，无论是在装配应力及负载工况下其计算结果更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例中双圆弧柔轮静力影响确定方法流程图；

图2为本发明一种实施例中双圆弧柔轮切分示意图；

图3为本发明一种实施例中柔轮结构参数、柔轮各部分应力分布情况以及柔轮整体应力之间关系示意图；

图4为本发明一种实施例中柔轮应力云图；

图5为本发明一种实施例中柔轮长径比0.5～1时应力云图，其中，图(a)为柔轮长径比0.5时应力云图，图(b)为柔轮长径比0.6时应力云图，图(c)为柔轮长径比0.7时应力云图，图(d)为柔轮长径比0.8时应力云图，图(e)为柔轮长径比0.9时应力云图，图(f)为柔轮长径比1.0时应力云图；

图6为本发明一种实施例中柔轮齿宽为10～15mm时的应力云图，其中，图(a)为柔轮齿宽为10mm时的应力云图，图(b)为柔轮齿宽为11mm时的应力云图，图(c)为柔轮齿宽为12mm时的应力云图，图(d)为柔轮齿宽为13mm时的应力云图，图(e)为柔轮齿宽为14mm时的应力云图，图(f)为柔轮齿宽为15mm时的应力云图；

图7为本发明一种实施例中柔轮厚度0.5～1.2mm时应力云图，其中，图(a)为柔轮厚度0.6mm时应力云图，图(b)为柔轮厚度0.8mm时应力云图，图(c)为柔轮厚度0.9mm时应力云图，图(d)为柔轮厚度1mm时应力云图，图(e)为柔轮厚度1.2mm时应力云图；

符号说明：

i-前沿单元、ii-齿圈单元、iii-筒体单元、iv-筒底单元、v-凸台单元；

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种双圆弧柔轮静力影响确定方法；

本发明实施例中，如图1所示，包括如下步骤：

s10、构建双圆弧柔轮三维实体模型；

本发明实施例中，在nx、solidworks等三维软件中按照柔轮结构参数建立柔轮三维实体模型并导入到有限元软件中，也可以在有限元软件中自底向上建立柔轮三维实体模型；

s20、切分所述双圆弧柔轮三维实体模型为多个单元模型；

本发明实施例中，对柔轮进行静力分析之前，如图2所示，在有限元软件中按照图示结构对柔轮进行切分处理，优选地把柔轮切分成前沿单元、齿圈单元、筒体单元、筒底单元和凸台单元五个部分，各个部分在有限元软件中可独立进行编辑；

s30、通过有限元分析方法分别对所述多个单元模型进行静力分析；

本发明实施例中，在对柔轮进行网格划分选择单元时，考虑到柔轮结构的独特性，单元类型需支持大变形分析，柔轮齿圈为应力集中部位，轮齿为双圆弧，对该区域要求求解精度高，单元类型需要对齿形有逼近的功能；

本发明实施例中，可以选择不同的单元进行网格划分，筒体、筒底、凸台等部分受力时载荷相同，所选单元满足实际工作条件即可，采用六面体扫掠网格划分，智能网格控制精度设置为1，网格尺寸设置为0.5mm；柔轮齿圈部分结构复杂，所选单元能够划分复杂结构，同时能进行大变形等分析，采用扫掠网格划分，网格尺寸设置为0.5mm，设置网格精细程度划分各个部分，过粗的网格离散可能导致收敛问题。

本发明实施例中，在设置柔轮与波发生器接触时，不用选择柔轮全部内表面为接触面，只需选择与波发生器接触的齿圈内表面定义接触，接触单元类型由系统自行分配；

本发明实施例中，约束柔轮底部法兰的端面所有节点6自由度，波发生器外表面的轴向2自由度，可计算装配应力以及负载工况条件下柔轮静力特性；

本发明实施例中，如图3所示，可以得到柔轮结构参数、柔轮各部分应力分布情况以及柔轮整体应力之间关系，一是可以移动工作平面到相应位置，可以查看柔轮每个部分的静力特性，二是单独选择柔轮的各个部分，可以查看柔轮各部分的静力特性以及各部分静力特性之间的联系，可以发现：

(1)通过对比柔轮各个部分，柔轮齿圈部分应力最大，此处出现最大应力点，而筒底部所受的应力最小，在柔轮整体应力云图4中，柔轮应力延着筒体方向分布，齿圈根部与筒体过渡部分存应力集中现象，与渐开线齿形相比，双圆弧柔轮整体应力要小；

(2)在图5中图(a)至图(f)、图6中图(a)至图(f)、图7中图(a)至图(e)，通过对比柔轮几何参数对柔轮应力以及各部分应力影响发现：筒长对柔轮应力影响较为明显，筒长增加，最大等效应力呈下降趋势，筒长减小，筒底应力急剧上升：筒体圆角半径对筒底部分应力影响较大，半径增大，应力增大；筒体部分最大等效应力与齿圈部分最大等效应力具有相似趋势，齿圈宽度和柔轮壁厚增加，柔轮整体应力以及各部分应力随之增加。

s40、获得所述双圆弧柔轮的整体及各单元模型的静力变形影响规律，进而确定双圆弧柔轮的薄弱单元。

在本发明的实施方式的描述中，需要说明的是，流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理模块的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读取介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读取介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。