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某谐波减速机波发生器柔性轴承疲劳寿命研究与结构优化

王静静  
【摘要】:波发生器是谐波齿轮减速机的关键部件之一,其大变形弹性元件柔性轴承在波发生器凸轮和柔轮的作用下承受循环交变载荷,导致柔性轴承极易发生疲劳失效,从而极大地缩短了谐波减速机的使用寿命。因此在设计过程中,在满足柔性轴承强度的条件下,对其进行疲劳寿命分析及结构优化具有十分重要的意义。本文基于某型号谐波减速机,对其波发生器柔性轴承的疲劳寿命及结构优化问题,展开了以下几方面的研究工作:(1)波发生器的结构设计及虚拟样机建模。首先,根据谐波齿轮传动原理及柔轮的变形规律设计刚性凸轮的轮廓曲线。然后,通过研究柔性轴承的运动学,确定柔性轴承的结构参数,最后在UG中分别建立波发生器凸轮和柔性轴承的虚拟样机模型。(2)建立波发生器的有限元分析模型,并对其进行有限元分析。将虚拟样机模型导入到有限元分析软件HyperMesh及MARC中进行分析,通过对柔性轴承装配及额定工况下进行准静态接触分析,获取最大应力变化曲线,最后针对其最大应力校核柔性轴承各个元件满足强度要求。(3)对波发生器柔性轴承进行疲劳寿命分析。研究柔性轴承的失效形式,利用疲劳分析软件MSC.Fatigue对柔性轴承在额定工况下进行弯曲疲劳寿命仿真,在其不会发生弯曲疲劳失效的情况下,理论计算柔性轴承的接触疲劳寿命。(4)基于波发生器柔性轴承的疲劳寿命对其进行结构优化。以波发生器柔性轴承的结构参数作为设计变量,变量间的几何关系为约束条件,柔性轴承的疲劳寿命为目标函数,以提高其疲劳寿命值为目标,利用遗传算法对柔性轴承结构尺寸进行优化。最后,对优化后的柔性轴承进行准静态有限元分析,校核其是否满足强度要求。本文将有限元接触分析、疲劳寿命仿真及遗传算法应用于解决实际工程问题,为准确校核柔性轴承强度和提高柔性轴承的疲劳寿命提供了一种较合理可行的解决思路,对较高疲劳寿命的柔性轴承的设计开发具有重要的指导意义。


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