基于有限元法的RV减速器仿真分析

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随着工业设备智能化与智能制造的快速发展以及国家对于双碳目标的制定,传统的制造业也面临着自动化、智能化的转型,工业机器人的应用也更加普遍化与成熟化,RV(Rotate Vector)减速器作为工业机器人中重要的传动部件,对其稳定性和可靠性的要求也越来越高。与此同时,国产RV减速器在承载能力,刚度等方面较国外存在明显差距,由此导致减速器的疲劳寿命和工作寿命和国外产品相比差距更甚。因此,对RV减速器关键部件进行分析与优化、提高减速器的传动精度和疲劳寿命,对促进我国机器人用减速器的发展有比较重要的工程实用价值。本文基于有限元仿真分析方法,以某型号RV减速器作为研究对象,利用三维建模软件Creo、有限元仿真软件ANSA、LSDYNA对其进行了三维模型的建立以及静力学和动力学特性仿真分析,并根据仿真结果对关键传动组件及零部件进行了优化设计,为RV减速器渐开线直齿轮副和曲柄轴承的设计及优化提供了参考,对于提高国产RV减速器的工作稳定性和可靠性有一定的价值。本文主要研究内容和结论如下:(1)RV减速器传动特性分析及三维建模装配。论文通过对RV减速器结构组成及传动原理的分析,在摆线针轮啮合原理的基础上,对摆线轮齿廓方程进行了推导,并同时考虑了在三种修形方法下的修形齿廓方程;在原有设计参数及二维图纸的基础上,通过Creo软件对RV减速器各零部件进行了三维模型的建立及装配。(2)RV减速器有限元模型建立及验证。在已经装配完成的RV减速器三维模型的基础上,通过有限元仿真软件ANSA,根据实际工况分别对一级传动系统渐开线直齿轮副以及二级传动系统摆线针轮副进行了静力学仿真分析,验证了静态情况下的接触强度,并且通过与理论计算结果的对比分析,结果具有一致性,验证了有限元模型及有限元分析方法的准确性。(3)RV减速器动力学性能仿真分析。通过有限元法,分别对RV减速器一级传动系统和二级传动系统进行了动力学仿真分析。结果表明,在稳定工作情况下,一级传动系统渐开线直齿轮副在工作过程中出现了啮合冲击,二级传动系统摆线针轮副啮合稳定,但摆线轮与曲柄轴之间的曲柄轴承滚针应力分布不均,轴承中的滚针存在边缘应力集中现象,疲劳寿命相较于摆线针轮副明显较短,需要通过结构优化来对上述问题进行解决。(4)RV减速器关键部件优化设计。基于动力学仿真分析得到的仿真结果,通过对一级传动系统渐开线直齿轮副的修形以及对曲柄轴承滚针的凸度设计优化,提高了一级传动系统的啮合稳定性和二级传动系统中曲柄轴承的疲劳寿命,同时也提高了RV减速器整体工作的平稳性和可靠性。
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