超短筒谐波齿轮柔轮变厚度杯底的结构最优化设计

论文摘要

为降低超短筒柔轮的杯底应力,提出基于变厚度杯底的结构优化模型。建立实体单元参数化杯形柔轮模型,计算椭圆波发生器作用下的装配应力;在齿圈中面施加啮合力,求解传动状态的负载应力。通过对装配状态和负载工况下杯底最高应力的参数敏感性分析,找到降低应力的结构参数;提出用三次样条函数表达变厚度杯底的柔轮参数化模型,并编写复合形法APDL优化程序进行杯底断面形状优化,以继续降低杯底应力;应用ANSYS内置的零阶和一阶优化程序对装配应力优化结果进行验证。研究发现:超短筒柔轮的杯底最高应力远超规范规定的齿圈应力值;通过变厚度杯底设计和减小杯底倒圆半径,可降低最高装配应力和负载应力。

论文目录

• 1 装配状态和负载应力求解
•   1.1 建立柔轮有限元参数化模型
•   1.2 标准椭圆波发生器作用下的径向位移约束
•   1.3 传动转矩作用下柔轮的负载约束
• 2 结构参数对应力的影响
•   2.1 齿圈周向弯曲应力和杯底装配应力
•   2.2 筒壁倒圆半径对柔轮杯底最高应力的影响
•   2.3 膜板倒圆半径对柔轮杯底最高应力的影响
•   2.4 杯底最高应力和膜板宽度的关系
• 3 变厚度杯底的柔轮优化模型
•   3.1 变厚度杯底的柔轮结构
•   3.2 基于三次样条曲线插值拟合杯底剖面
•   3.3 确定样条曲线杯底的优化模型
• 4 优化结果及验证
•   4.1 装配状态的优化结果
•   4.2 负载工况的优化结果
•   4.3 优化方案的应力分布云图
•   4.4 基于内置的零阶和一阶优化方法验证
•   4.5 装配状态的优化结果对比验证
• 5 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 邢静忠,庞满意,张泽

关键词: 谐波齿轮,超短筒柔轮,杯形柔轮,变厚度杯底,有限元,复合形法

来源: 天津工业大学学报 2019年03期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 机械工业

单位: 天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室

基金: 国家自然科学基金资助项目(51575390),天津市应用基础与前沿技术研究计划重点资助项目(18JCZDJC39000)

分类号: TH132.4

页码: 74-81

总页数: 8

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