三环减速器的设计与仿真分析

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三环减速器是一种新型的少齿差内啮合行星齿轮传动装置,该传动原理现代,具有传动比大、分级密集、承载能力强、使用寿命长、效率高、结构紧凑、成本低和适应性广等较明显的优点,在诸多领域已得到广泛应用。   三环传动齿数差少,且为内齿轮传动,内外齿轮的曲率中心在同一方向,曲率半径又接近相等,使得接触面积很大,导致轮齿具有很高的接触强度;又因采用短齿制,轮齿的弯曲强度也提高了。传动时,产生的弹性变形消除原有的齿侧间隙,使接触的齿对变多,工作齿对形成多对轮齿同时啮合的现象。三环传动是少齿差内啮合,齿面接触应力小、齿侧间隙小,弹性多齿啮合变形会引起实际接触齿对数增多并承担载荷,使得承载能力大大提高。但由于目前设计阶段并未考虑这一特殊效应,使得实际承载能力远比理论承载能力要高,造成了不必要的设计浪费。   本课题综合运用Pro/E、MathCAD、VC++和ANSYS等现代设计手段,对三环减速器的工作装置进行虚拟样机设计和仿真分析,找出影响工作性能和使用寿命的主要因素,为三环减速器的进一步优化提供了参考依据。运用虚拟样机技术开发三环减速器,有利于节约成本、缩短研发周期,灵活地适应市场多元化需求,对三环减速器的更新及发展有重要意义。   根据三环减速器的工作条件及性能要求,推导三环减速器的传动比的计算,内啮合变位系数的计算。建立了动力学通用模型,并对偏置型三环传动的受力模型进行受力分析,列出了内齿环板的动力分析基本方程、输出轴的力矩平衡方程,求出内齿环板和外齿轮啮合处的啮合力。   简要介绍了三环减速器的工作原理,着重分析了少齿差内啮合的几个主要限制条件。根据本课题的具体要求,通过计算确定了齿轮传动主要参数、变位系数,并对主要部件进行结构设计,并进行强度校核。   设计并计算了三环减速器的关键部件(输出轴、输入轴、内齿环板),得到了具体结构尺寸,并在三维建模软件Pro/E中对各个部件进行实体建模,最后进行虚拟装配以及对装配模型进行全局干涉检查,最终验证了模型的正确性,为下一步运动仿真和有限元分析奠定了基础。   运用有限元分析软件ANSYS对工作装置的内齿环板进行模态特性分析,得到频率、振型图和Von Mises应力变化规律。对零件的频率和振型进行分析,找到了零件的薄弱环节,为进一步的改进设计提供了依据。
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