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浙江大学学报(工学版)  2019, Vol. 53 Issue (12): 2289-2297    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2019.12.005
机械与能源工程     
制造误差对谐波齿轮应力的影响规律
陈茜1(),李俊阳1,*(),王家序1,2,蒋倩倩1,唐挺1
1. 重庆大学 机械传动国家重点实验室,重庆 400044
2. 四川大学 空天科学与工程学院,四川 成都 610065
Influence law of manufacturing error on harmonic gear stress
Qian CHEN1(),Jun-yang LI1,*(),Jia-xu WANG1,2,Qian-qian JIANG1,Ting TANG1
1. State key Laboratory of Mechanical Transmissions, Chongqing University, Chongqing 400044, China
2. School of Aeronautics and Astronautics, Sichuan University, Chengdu 610065, China
 全文: PDF(1467 KB)   HTML
摘要:

为研究谐波齿轮各种制造误差对柔轮齿面应力与磨损情况的影响,根据响应面思想,设计实验,采用四因素响应面模型,分析柔轮跨距值(M值)偏差、刚轮M值偏差、波发生器长半轴偏差及短半轴偏差,分别建立相应谐波齿轮模型,并进行有限元仿真分析. 实验结果表明,凸轮长半轴偏差对柔轮齿上应力敏感度最大,柔轮、刚轮M值偏差次之,凸轮短半轴偏差敏感度最小;针对在制造加工时可能出现的刚轮与柔轮齿廓不同偏差情况提出4种误差补偿方案,即当柔轮、刚轮M值均为负偏差或分别为正偏差、负偏差时减小凸轮长半轴,当柔轮、刚轮M值均为正偏差或分别为负偏差、正偏差时增大凸轮长半轴,以此改善啮合情况并提高精度保持性.

关键词: 谐波齿轮传动双圆弧齿廓制造误差有限元响应面法    
Abstract:

The experiment was designed based on the response surface theory to study the influence about various manufacturing errors of harmonic gears on the tooth surface stress and wear of the flexspline. A four-factor response surface model was adopted, which includes the span value (M-value) deviation of the flexspine, the M-value deviation of the circular spline, the long half axis deviation, and the short half axis deviation of the wave generator. Then corresponding harmonic gear models were established for finite element simulation analysis, respectively. The experimental results show that the cam long half axis deviation is most sensitive to the stress on the flexspline tooth, the M-value deviation of the flexspline and the M-value deviation of the circular spline less, and the cam short axis deviation sensitivity the least. Four kinds of error compensation schemes were proposed for different deviations of the gears of the circular spline and the flexspline, which may occur during the manufacturing process, to improve the meshing condition and the accuracy retention. That is, the long half axis of the cam can be reduced when the M-values of the flexspline and the circular spline are both negative deviation, or positive and negative deviation respectively; the long half axis of the cam can be increased when the M-values of the flexspline and the circular spline are both positive deviation, or negative and positive deviation respectively.

Key words: harmonic gear transmission    double-circular-arc tooth profile    manufacturing error    finite element    response surface method
收稿日期: 2019-03-02 出版日期: 2019-12-17
CLC:  TH 132.43  
基金资助: 国家重点研发计划资助项目(2017YFB1300600);重庆市重点产业共性关键技术创新专项重大研发资助项目(cstc2017zdcy-zdzxX0001);重庆市基础与前沿研究计划资助项目(cstc2016jcyiA0511)
通讯作者: 李俊阳     E-mail: 957772748@qq.com;lijunyang1982@sina.com
作者简介: 陈茜(1995—),女,硕士生,从事谐波减速器齿廓研究. orcid.org/0000-0002-1353-2378. E-mail: 957772748@qq.com
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陈茜
李俊阳
王家序
蒋倩倩
唐挺

引用本文:

陈茜,李俊阳,王家序,蒋倩倩,唐挺. 制造误差对谐波齿轮应力的影响规律[J]. 浙江大学学报(工学版), 2019, 53(12): 2289-2297.

Qian CHEN,Jun-yang LI,Jia-xu WANG,Qian-qian JIANG,Ting TANG. Influence law of manufacturing error on harmonic gear stress. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2019, 53(12): 2289-2297.

链接本文:

http://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2019.12.005        http://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2019/V53/I12/2289

图 1  双圆弧齿廓坐标系
符号 意义 符号 意义
${h^{\rm{*}}_{\rm{a}}}$ 齿顶高系数 $\gamma $ 公切线倾角
${h^{\rm{*}}_{\rm{f}}}$ 齿根高系数 $t$ 齿根壁厚
$h$ 全齿高 ${X_{\rm{a}}}$ 凸齿圆心移距量
${\rho _{\rm{a}}}$ 凸圆弧齿廓半径 ${Y_{\rm{a}}}$ 凸齿圆心偏移量
${\rho _{\rm{f}}}$ 凹圆弧齿廓半径 ${X_{\rm{f}}}$ 凹齿圆心移距量
${Y_{\rm{f}}}$ 凹齿圆心偏移量 m 柔轮模数
kt 齿厚比 ? ?
表 1  双圆弧齿廓参数
图 2  齿厚偏差示意图
图 3  柔轮齿廓理论M值计算原理图
图 4  刚轮齿廓理论M值计算原理图
水平编码 δ1/mm δ2/mm δ3/mm δ4/mm
?2 ?0.050 ?0.050 ?0.050 ?0.050
?1 ?0.025 ?0.025 ?0.025 ?0.025
0 0 0 0 0
1 0.025 0.025 0.025 0.025
2 0.050 0.050 0.050 0.050
表 2  谐波齿轮制造误差因素水平表
图 5  谐波齿轮有限元分析(FEA)模型网格划分
部件 材料 E/GPa μ ρ/(kg·m?3)
柔轮 30CrMnSiA 196 0.3 7 750
刚轮 45 210 0.269 7 850
波发生器 45 210 0.269 7 850
表 3  谐波齿轮材料物理性能参数
图 6  柔轮齿圈应力云图
图 7  柔轮M值偏差对柔轮齿上观测点应力影响曲线
图 8  刚轮M值偏差对柔轮齿上观测点应力影响曲线
图 9  凸轮长半轴偏差对柔轮齿上观测点应力影响曲线
图 10  凸轮短半轴偏差对柔轮齿上观测点应力影响曲线
图 11  柔轮与刚轮M值偏差对柔轮齿上观测点应力的响应面3D图
图 12  柔轮M值偏差与凸轮长半轴偏差偏差对柔轮齿上观测点应力的响应面3D图
图 13  刚轮M值偏差与凸轮长半轴偏差偏差对柔轮齿上观测点应力的响应面3D图
图 14  4种方案的凸轮长半轴调整曲线
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