Определение деформации зубьев гибкого колеса волновой передачи с применением ANSYS
|
Реферат 3
Введение 4
1 Конструкции волновых передач 6
1.1 Виды генератора волн 7
1.2 Преимущества и недостатки волновой зубчатой передачи 9
2 Особенности волнового зацепления 11
3 Графическое построение положения зубьев в ненагруженной передаче 13
4 Расчет зазоров между зубьями в ненагруженной передаче 18
5 Учет перекоса зубьев 21
6 Перекос зубьев от закручивания гибкого колеса 27
7 Профиль зубьев 28
7.1 Эвольвентные зубья с узкой впадиной 28
7.2 Эвольвентные зубья с широкой впадиной 29
8 Геометрический расчет ВЗП 33
8.1 Подбор гибкого подшипника 33
8.2 Окончательный расчет параметров волновой передачи 33
8.3 Генератор волн деформаций 35
8.4 Выбор материала для гибкого и жесткого колеса волновой
передачи 35
8.5 Проверка коэффициента запаса по касательным напряжениям 36
8.6 КПД передачи 36
8.7 Уточненный проверочный расчет 37
9 Расчет в ANSYS 38
9.1 Кинематический анализ 39
9.2 Граничные условия и сетка элементов 3D - модели ВЗП 40
9.3 Сетка конечных элементов 41
9.4 Крутящий момент на валу и фиксация гибкого колеса 42
9.5 Определение деформаций ВЗП от момента сопротивления 43
Заключение 49
Список использованных источников 50
Введение 4
1 Конструкции волновых передач 6
1.1 Виды генератора волн 7
1.2 Преимущества и недостатки волновой зубчатой передачи 9
2 Особенности волнового зацепления 11
3 Графическое построение положения зубьев в ненагруженной передаче 13
4 Расчет зазоров между зубьями в ненагруженной передаче 18
5 Учет перекоса зубьев 21
6 Перекос зубьев от закручивания гибкого колеса 27
7 Профиль зубьев 28
7.1 Эвольвентные зубья с узкой впадиной 28
7.2 Эвольвентные зубья с широкой впадиной 29
8 Геометрический расчет ВЗП 33
8.1 Подбор гибкого подшипника 33
8.2 Окончательный расчет параметров волновой передачи 33
8.3 Генератор волн деформаций 35
8.4 Выбор материала для гибкого и жесткого колеса волновой
передачи 35
8.5 Проверка коэффициента запаса по касательным напряжениям 36
8.6 КПД передачи 36
8.7 Уточненный проверочный расчет 37
9 Расчет в ANSYS 38
9.1 Кинематический анализ 39
9.2 Граничные условия и сетка элементов 3D - модели ВЗП 40
9.3 Сетка конечных элементов 41
9.4 Крутящий момент на валу и фиксация гибкого колеса 42
9.5 Определение деформаций ВЗП от момента сопротивления 43
Заключение 49
Список использованных источников 50
Волновые передачи имею достаточно широкое применение, в таких областях деятельности человека, как в робототехнике (системы приводов, узлов автоматизации), машиностроения (в узлах станков, в подъемно¬транспортных машинах и механизмов), авиакосмической отрасли,в системах управления механизацией крыльев летательных аппаратов, в системах ориентации наземных и орбитальных телескопов, панелей солнечных батарей космических аппаратов, а также в высокоточном медицинском оборудовании.
Волновая зубчатая передача - механическая передача, содержащая зацепляющиеся между собой гибкое и жесткое зубчатые колеса, и обеспечивающая преобразование и передачу движения за счет циклического возбуждения волн деформации в гибком элементе - гибком колесе.
Основными достоинствами ВЗП считают возможность реализации большого передаточного числа в одной ступени, способность передавать высокие нагрузки, высокие массогабаритные характеристики, низкий шум, плавность при работе, высокие демпфирующие способности, возможность передачи движения в герметизированное пространство без применения уплотнений.
Наряду с имеющимися преимуществами, ВЗП имеет и ряд недостатков. Наиболее существенные из которых: высокое значение нижнего предела передаточных отношений (~80 при стальных гибких колесах),сложность изготовления гибкого колеса и генератора волн, требующая специальной оснастки (это затрудняет единичное производство и ремонтные работы),сравнительно малую жесткость на начальном участке нагружения(переменный характер жесткости отнесен к недостаткам условно, т.к.для некоторых приводов он имеет положительное значение), малая долговечность гибкого колеса относительно передач с жесткими колесами, при высоких нагрузках возможность проскакивание зубьев при применении роликовых генераторов.
Волновые передачи со стальными колесами применяют в основном при передаточном значение от 80 до 360 (и = 80...360). Превышение верхнего предела передаточного отношения может приводить к проворачиванию генератора или проскоку зубьев колес (и > 360). Нижний предел передаточного отношения ограничен начальными деформациями и напряжениями в гибком колесе (и < 80). Превышение предельных деформаций приводит к появлению трещин и разрушению гибкого колеса.
На сегодняшний день решение проблем, связанных с деформацией зубьев под действием внешних нагрузок может осуществляться при помощи усовершенствованных методик расчета, а также применением новых материалов.
Задачи, связанные с деформацией контакта, напряжением, распределением нагрузки между зубьями возможно решить при помощи программного комплекса ANSYS.
Целью работы является определение деформации зубьев гибкого колеса в нагруженной волновой зубчатой передачи с применением программного комплексаANSYS, что позволит выявить появление усталостных трещин во впадинах зубьев.
Вопросами, связанными с определением деформаций зубьев гибкого колеса волновой зубчатой передачи, занимались авторы Иванов М.Н., Тимофеев Г.А., Люминарский С.Е., Барбашов Н.Н. [1, 2, 13, 14 с. 38-85, 255¬259, 1-10, 21-28.]
Для решения данной цели необходимо решить следующие задачи:
1) рассчитать геометрические параметры волновой зубчатой передачи и построить 3D - модель;
2) разработать схему нагружения модели и произвести расчет методом конечных элементов в программном комплексе ANSYSWorkbench;
Волновая зубчатая передача - механическая передача, содержащая зацепляющиеся между собой гибкое и жесткое зубчатые колеса, и обеспечивающая преобразование и передачу движения за счет циклического возбуждения волн деформации в гибком элементе - гибком колесе.
Основными достоинствами ВЗП считают возможность реализации большого передаточного числа в одной ступени, способность передавать высокие нагрузки, высокие массогабаритные характеристики, низкий шум, плавность при работе, высокие демпфирующие способности, возможность передачи движения в герметизированное пространство без применения уплотнений.
Наряду с имеющимися преимуществами, ВЗП имеет и ряд недостатков. Наиболее существенные из которых: высокое значение нижнего предела передаточных отношений (~80 при стальных гибких колесах),сложность изготовления гибкого колеса и генератора волн, требующая специальной оснастки (это затрудняет единичное производство и ремонтные работы),сравнительно малую жесткость на начальном участке нагружения(переменный характер жесткости отнесен к недостаткам условно, т.к.для некоторых приводов он имеет положительное значение), малая долговечность гибкого колеса относительно передач с жесткими колесами, при высоких нагрузках возможность проскакивание зубьев при применении роликовых генераторов.
Волновые передачи со стальными колесами применяют в основном при передаточном значение от 80 до 360 (и = 80...360). Превышение верхнего предела передаточного отношения может приводить к проворачиванию генератора или проскоку зубьев колес (и > 360). Нижний предел передаточного отношения ограничен начальными деформациями и напряжениями в гибком колесе (и < 80). Превышение предельных деформаций приводит к появлению трещин и разрушению гибкого колеса.
На сегодняшний день решение проблем, связанных с деформацией зубьев под действием внешних нагрузок может осуществляться при помощи усовершенствованных методик расчета, а также применением новых материалов.
Задачи, связанные с деформацией контакта, напряжением, распределением нагрузки между зубьями возможно решить при помощи программного комплекса ANSYS.
Целью работы является определение деформации зубьев гибкого колеса в нагруженной волновой зубчатой передачи с применением программного комплексаANSYS, что позволит выявить появление усталостных трещин во впадинах зубьев.
Вопросами, связанными с определением деформаций зубьев гибкого колеса волновой зубчатой передачи, занимались авторы Иванов М.Н., Тимофеев Г.А., Люминарский С.Е., Барбашов Н.Н. [1, 2, 13, 14 с. 38-85, 255¬259, 1-10, 21-28.]
Для решения данной цели необходимо решить следующие задачи:
1) рассчитать геометрические параметры волновой зубчатой передачи и построить 3D - модель;
2) разработать схему нагружения модели и произвести расчет методом конечных элементов в программном комплексе ANSYSWorkbench;
1. Построена 3D-модель волновой зубчатой передачи по расчетным данным, полученным в ходе инженерного расчета.
2. Разработали схему нагружения модели и произвели расчет методом конечных элементов в программном комплексе ANSYSWorkbench, который показал нам, что:
1) в ненагруженной волновой зубчатой передаче в зацеплении находится не более 5 % пар зубьев гибкого и жесткого колеса, а в нагруженной в зависимости от величины нагрузки до 30%.
2) контакт зубьев гибкого и жесткого колеса в нагруженной передаче проходит не равномерно по поверхности, в радиальном направлении (по длинной оси овала), в следствии деформаций генератором волн гибкого колеса, а также углом в следствии закручивания оболочки или самого гибкого колеса, что даёт наклон зуба во впадине (рис. 35). Таким образом, зуб гибкого колеса контактирует сразу двумя своими поверхностями с двумя соседними зубьями (рис. 42). В следствии перекоса больше нагружается часть зуба, находящаяся ближе к краю гибкого колеса, что приводит к поломке зуба. В осевом направлении зуб гибкого колеса располагается по диагонали впадины жесткого колеса в осевом (радиальном направлении) (рис. 35, 36).
Смещение зубьев в окружном направлении в следствии воздействия момента полезного сопротивления приводит к закручиванию оболочки на некоторый угол. Поскольку зубья располагаются на цилиндрической поверхности оболочки, то зубья дополнительно поворачивается на тот же угол (рис. 41). Таким образом под действием вращающего момента и сил деформаций гибкое колесо (под действием генератора волн) искажает картину зацепления в сравнение с обычными цилиндрическими зубчатыми передачами.
Все это приводит к искажению картины зацепления (неравномерности зацепления как по длине, так и по высоте зуба). Окружные силы приводят к тому, что зуб от действия крутящего момента наклоняется во впадине (рис. 16, г).
3) максимальная деформация зубьев составляет 0,0022365 мм, что для мелкомодульных колес является существенным и данная зона венца колеса является как раз опасной зоной для появления усталостных трещин во впадинах зубьев (рис. 35,37,38).
2. Разработали схему нагружения модели и произвели расчет методом конечных элементов в программном комплексе ANSYSWorkbench, который показал нам, что:
1) в ненагруженной волновой зубчатой передаче в зацеплении находится не более 5 % пар зубьев гибкого и жесткого колеса, а в нагруженной в зависимости от величины нагрузки до 30%.
2) контакт зубьев гибкого и жесткого колеса в нагруженной передаче проходит не равномерно по поверхности, в радиальном направлении (по длинной оси овала), в следствии деформаций генератором волн гибкого колеса, а также углом в следствии закручивания оболочки или самого гибкого колеса, что даёт наклон зуба во впадине (рис. 35). Таким образом, зуб гибкого колеса контактирует сразу двумя своими поверхностями с двумя соседними зубьями (рис. 42). В следствии перекоса больше нагружается часть зуба, находящаяся ближе к краю гибкого колеса, что приводит к поломке зуба. В осевом направлении зуб гибкого колеса располагается по диагонали впадины жесткого колеса в осевом (радиальном направлении) (рис. 35, 36).
Смещение зубьев в окружном направлении в следствии воздействия момента полезного сопротивления приводит к закручиванию оболочки на некоторый угол. Поскольку зубья располагаются на цилиндрической поверхности оболочки, то зубья дополнительно поворачивается на тот же угол (рис. 41). Таким образом под действием вращающего момента и сил деформаций гибкое колесо (под действием генератора волн) искажает картину зацепления в сравнение с обычными цилиндрическими зубчатыми передачами.
Все это приводит к искажению картины зацепления (неравномерности зацепления как по длине, так и по высоте зуба). Окружные силы приводят к тому, что зуб от действия крутящего момента наклоняется во впадине (рис. 16, г).
3) максимальная деформация зубьев составляет 0,0022365 мм, что для мелкомодульных колес является существенным и данная зона венца колеса является как раз опасной зоной для появления усталостных трещин во впадинах зубьев (рис. 35,37,38).
Подобные работы
- Расчет на прочность гибкого колеса волновой передачи с применением ANSYS
Бакалаврская работа, механика. Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2017