[發明專利]一種提取諧波齒輪負載變形函數擬合用數據的分析方法

有效

• 申請號: 201810197964.8
• 申請日: 2018-03-11
• 公開（公告）號: CN108509690B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 劉志峰;孫源
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種提取諧波齒輪負載變形函數擬合用數據的分析方法，屬于機械設計與制造領域。該方法基于虛擬仿真技術，在三維軟件中建立包含波發生器、柔性軸承、柔輪、剛輪的諧波減速器裝配體模型。將裝配體導入到ANSYS Workbench中，完成材料屬性、單位量綱、接觸定義、網格劃分、約束、負載等方面的前處理設置。而后進行求解，并從求解結果中提取出位移量。將位移量導入到MATLAB中，利用曲線擬合工具箱進行傅里葉擬合，從而得到負載變形函數；提取出的數據可用于擬合負載變形函數，有利于修正剛輪齒形。

技術領域

一種提取諧波齒輪負載變形函數擬合用數據的分析方法，屬于機械設計與制造領域。

背景技術

諧波減速器是機器人關節處的核心零部件，它的傳動效率、壽命等性能指標的優劣，直接影響著機器人整體的工作性能。

由于在負載條件下，諧波減速器的子部件柔輪所受的載荷并不是軸對稱的，柔輪齒間嚙合力的分布也隨負載大小的變化而變化，從而影響柔輪中性層變形曲線的變化，使其產生畸變。這些情況都對諧波減速器整體的傳動效率與精度有一定影響。

因此，在設計過程中，需要考慮到負載的影響，給出區別于空載變形函數的柔輪負載變形函數。從而正確進行諧波齒輪傳動的運動學分析，找到精確的運動規律，從而求解出符合實際要求的齒輪共軛齒廓形狀。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提出一種方法，得到有負載情況下諧波減速器柔輪的變形情況，提取出徑向位移UX、切向位移UY并根據二者計算出角位移通過數據擬合，得到其負載變形函數。

為實現以上目標，本發明采用如下的技術方案來實現：

一種提取諧波齒輪負載變形函數擬合用數據的分析方法，根據齒輪負載情況，建立諧波齒輪的三維裝配體預處理模型，三維裝配體預處理模型包括：波發生器、柔性軸承、柔輪和剛輪。

建立ANSYS靜力學分析項目，并在工程數據中添加材料屬性，將裝配體文件導入到ANSYS靜力學分析項目中，在“DesignModeler”環境中調整裝配體文件的單位量綱，并通過“Generate”功能生成模型。然后在“Mechanical”環境中進行如下設置：

(1)設置全局直角坐標系以及柱坐標系。全局直角坐標系原點位于柔輪法蘭的圓心處，全局直角坐標系的Z軸與柔輪和柔性軸承的轉動中心軸重合；柱坐標系原點位于柔輪齒后截面的圓心處，柱坐標系的Z軸與柔輪和柔性軸承的轉動中心軸重合。

(2)對波發生器與柔性軸承內圈進行接觸設置，求解方法為“增廣拉格朗日法”，類型為“無摩擦”；對柔性軸承內圈與柔性軸承滾珠進行接觸設置，求解方法為“多點約束法”，類型為“固定”；對柔性軸承滾珠與柔性軸承外圈進行接觸設置，求解方法為“罰函數法”，類型為“無摩擦”；對柔性軸承外圈與柔輪進行接觸設置，求解方法為“增廣拉格朗日法”，類型為“無摩擦”；對柔輪齒的齒面與剛輪齒的齒面進行接觸設置，類型為“無摩擦”；

(3)對波發生器進行連接中的約束設置，連接類型為“體對地”，類型為“固定”；對柔輪進行連接中的約束設置，連接類型為“體對地”，類型為“轉動副”；對剛輪進行連接中的約束設置，連接類型為“體對地”，類型為“固定”；

(4)對整個三維裝配體預處理模型進行網格自由劃分；

(5)對柔輪內壁進行環境中的約束設置，類型為“Remote Displacement”，約束其沿Z軸即柔輪和柔性軸承的轉動中心軸的位移與轉動；對柔性軸承內壁進行環境中的約束設置，類型為“Remote Displacement”，約束柔性軸承內壁繞X軸、Y軸以及Z軸即柔輪和柔性軸承的轉動中心軸轉動；對柔性軸承端面進行環境中的約束設置，類型為“Displacement”，約束柔性軸承端面沿Z軸即柔輪和柔性軸承的轉動中心軸進行位移；