基于Isight和ABAQUS软件的柔轮筒体应力与结构优化

□ 余金宝 □ 范元勋

南京理工大学机械工程学院 南京210094

1 研究背景

谐波齿轮传动技术始于1955年，由美国学者Musser提出，主要应用于航天和机器人等高精密机械传动场合，现在也被应用于某些军事装备和农业器械中。随着航天和机器人技术的飞速发展，对谐波传动体积小、质量轻、承载能力大等性能的要求更高［1］。柔轮作为谐波传动最重要的部件，其体积和强度直接决定着谐波传动的工作情况［2］，因此进行柔轮应力和结构的优化设计，对提高谐波传动的性能有着重要意义。

笔者通过ABAQUS软件进行柔轮负载和空载状态下的应力计算，然后运用Isight软件对柔轮筒体应力和筒长进行优化，以获得既满足强度要求，又能减小体积的最佳结构参数。

2 柔轮筒体的应力计算

2.1 有限元模型的建立

一些对柔轮应力情况影响不大的结构参数可以相应简化或者略去，如齿圈前后端处的倒角、前沿长度及凸台处的螺栓孔等，齿圈部位转换成相应尺寸的齿圈壁厚［3］，齿圈壁厚 δ1的计算式为：

式中：δ为筒体壁厚。

简化后，柔轮的结构如图1所示，图1中的结构尺寸见表1。

▲图1 柔轮结构图

根据表1中的尺寸，建立柔轮的三维模型。柔轮的最大径向变形量为变形因子与模数的乘积，本例中变形因子取1，最大径向变形量为0.5 mm。柔轮和波发生器材料及性能参数见表2。

2.2 边界条件和载荷

在空载条件下，约束柔轮底面所有自由度，将波发生器简化成上下两部分的刚性椭圆环，分别沿径向移动0.5 mm，圆环宽度取13 mm，模拟撑开柔轮的过程。……