[發明專利]基于FFT和潤滑影響的RV減速器擺線針輪殘余應力求解方法

有效

• 申請號: 202010033620.0
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111075920B
• 公開（公告）日: 2023-02-21
• 發明（設計）人: 孟凡明;敬賢旺;馬子豪;張毅飛;鞏加玉
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: F16H57/04
• 分類號: F16H57/04
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種基于FFT和潤滑影響的RV減速器擺線針輪殘余應力求解方法，屬于擺線針輪優化設計領域。該方法基于Jacobi線性迭代法計算擺線針輪中潤滑劑的壓力分布，基于收斂的壓力分布采用影響系數法和FFT算法加速計算擺線針輪表面綜合彈性變形和次表面彈性應力，根據Von?Mises屈服準則判斷擺線針輪塑性發生區域，采用Newton?Raphson法加速計算擺線針輪塑性應變增量，基于收斂的塑性應變增量采用影響系數法、FFT算法和松弛迭代法計算擺線針輪表面殘余變形，基于影響系數法和FFT算法計算擺線針輪次表面殘余應力。本發明考慮擺線針輪表面粗糙度的影響，適用于混合潤滑狀態，能考慮不同的材料強化準則。

技術領域

本發明屬于擺線針輪優化設計領域，涉及基于FFT和潤滑影響的RV減速器擺線針輪殘余應力求解方法。

背景技術

作為RV減速器關鍵零部件，擺線針輪以其結構緊湊、傳動比大、傳動精度高和承載能力大等優點被廣泛應用在機器人傳動、測試設備及衛星接收裝置中。擺線針輪行星傳動中擺線輪與針齒通過潤滑劑進行潤滑，以減小嚙合過程中的摩擦磨損并傳遞動力，其潤滑性能的好壞直接影響到擺線針輪的傳遞精度、效率、疲勞壽命及動態特性。在擺線輪與針齒嚙合過程中，它們的材料在外載荷作用下存在一個應變極限，在低速重載等惡劣工況下，擺線輪與針齒表面或許會產生殘余應力。當殘余應力較大時，擺線輪或針齒表面會產生凹坑或裂紋，進而引起擺線針輪振動加劇，最終引起擺線輪與針齒表面產生齒面磨損、點蝕和膠合等常見形式的失效。此外，低速重載狀況下，由于和殘余應力相對應的殘余變形與最小膜厚度處于同一量級，因此擺線針輪殘余變形(殘余應力)會對其潤滑性能產生較大影響，進一步擺線針輪潤滑性能也會通過潤滑膜壓力對其殘余應力產生影響。

傳統的RV減速器擺線針輪殘余應力大多采用成熟的商用有限元軟件來計算，且忽略了擺線輪與針輪加工精度和流體潤滑的影響，這樣簡化處理雖然為擺線針輪的彈塑性研究帶來了很大的方便，但是它無法準確、真實地反映出實際工況下的殘余應力，從而無法準確預測擺線針輪的疲勞壽命。此外，考慮潤滑影響的擺線針輪殘余應力的計算涉及了潤滑膜壓力、載荷、塑性應變增量和殘余變形等4種迭代計算，計算量很大，使用傳統的計算方法嚴重耗費了計算時間和資源，甚至無法求解。所以，傳統的RV減速器擺線針輪殘余應力計算方法更多的是具有統計與經驗意義，其精度上不夠準確、效率上不夠高效。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于FFT和潤滑影響的RV減速器擺線針輪殘余應力求解方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

基于FFT和潤滑影響的RV減速器擺線針輪殘余應力求解方法，該方法包括以下步驟：

S1：將擺線針輪前半嚙合過程均分為N個嚙合子過程，即將擺線針輪嚙合相位角ψ＝π分為N等份Δψ＝π/N，并基于齒廓形成方法和齒輪嚙合原理計算擺線針輪第n嚙合子過程，即ψ_n＝n·Δψ，的嚙合力F_n、卷吸速度u_en和當量曲率半徑R_xn，n＝1,…,N，以模擬擺線針輪的加載和卸載過程；

S2：建立考慮表面殘余變形v^r影響的擺線針輪線接觸彈流潤滑EHL模型，并基于Jacobi線性迭代法計算潤滑膜壓力分布p；

S3：采用影響系數法ICM和FFT算法計算擺線針輪次表面彈性應力并與次表面殘余應力共同構成擺線針輪次表面總應力σ_ij，定義ij為xx、yy、zz、xy、xz和yz；

S4：基于Von-Mises屈服準則準確判斷擺線針輪塑性發生區域；

S5：根據擺線針輪總應力σ_ij，利用Newton-Raphson法和塑性流動法則求解擺線針輪塑性發生區域的塑性應變增量并更新塑性應變