基于等几何分析的摆线针轮接触问题研究.pdfVIP

摘要

摆线针轮传动常用于机器人关节（RV）减速器等需要高扭转力、高减速比的精密

机械，是工业机器人领域重要的传动机构，具有传动效率高、承载能力强等优点。摆

线针轮传动的接触载荷与应力表现极大影响减速器动态传动性能，因此本文基于等几

何分析法（IsogeometricAnalysis，IGA）进行摆线针轮传动多齿接触问题研究。

等几何分析法是一种基于非均匀有理B样条（NURBS）理论的计算机辅助仿真方

法，该方法在几何模型创建与计算分析中使用相同的几何边界特征描述，避免了传统

有限元法网格划分的复杂过程与因几何离散而造成计算误差过大的问题，IGA几何模

型数据信息表述完整，曲面边界精度高，在分析时能提高计算结果的准确性与求解效

率。近些年该方法常应用于一般几何结构的静力学分析，但采用IGA处理复杂工程案

例中非线性接触问题的研究仍然较少，如轮齿间接触，因此本文将等几何方法引入摆

线针轮传动，研究其多齿啮合特性，主要研究内容包括：

（1）依据摆线针轮传动原理与理想齿形摆线轮齿廓方程，采用向量表示法构建摆

线针轮传动理论力学模型，推导各接触部件受力公式，计算机构中各接触对在不同输

入曲柄轴转角下的受力情况，分析摆线针轮传动静态负载下的受力区域与完整受力结

果。并采用Ansys建立摆线针轮传动静态接触有限元分析模型，仿真验证其受力表现。

（2）基于B样条理论基础，讨论NURBS曲线曲面建立及细化方法，通过等参变

换原理与NURBS单元空间特性，建立等几何分析流程，加入主-从接触有哪些信誉好的足球投注网站算法与罚

函数接触力计算方法，利用静力学与赫兹接触算例验证等几何接触分析法的有效性。

（3）基于NURBS曲线建立方法，重构摆线轮NURBS齿廓，将其离散化与理论

齿廓进行精度验证。在此基础上，利用NURBS曲面边界连续等特性，采用单元拼接

方法创建摆线轮-针齿-输出柱销NURBS曲面，建立摆线针轮传动等几何分析模型，求

解不同输入角度下的最大接触应力与啮合副受力结果，与理论结果比较、并与有限元

方法在收敛性，结果准确性，求解时效等方面对比，验证等几何接触分析相较于有限

元法的准确与高效性。

（4）针对依靠摆线针轮机构作为传动方式的RV减速器各承载部件与轮齿受力问

题，依据减速器传动原理与力平衡理论，建立起传递载荷作用的RV减速器承载部件受

力计算模型，分析各输入转角下承载轴承受力变化规律并考虑行星齿轮相位误差对其

影响。将提供第二级传动负载的摆线轮转臂轴承受力作为输入载荷，基于等几何分析

方法的精度优势，建立简化RV减速器NURBS轮齿模型，通过等几何分析法对RV减

速器中第二级摆线针轮传动进行轮齿接触分析，分析部件受力特性。

EquationChapter(Next)Section1

关键词：摆线针轮传动；摆线轮；接触力；NURBS；等几何分析

论文类型：应用研究

ABSTRACT

Cycloiddrivesarecommonlyusedinrobotjoint(RV)reducersandotherprecision

machinerythatrequirehightorsionalforceandhighreductionratio,andareimportant

transmissionmechanismsinthefieldofindustrialrobots,withtheadvantagesofhigh

transmissionefficiencyandhighloadcarryingcapacity.Therefore,thispaperisbasedon

IsogeometricAnalysis(IGA)forthetheoreticalstudyofthemulti-toothcontactproblemof

thecycloiddrive.

Thismethod