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1、第32卷第2期大连交通大学学报Vo.l32No.22011年4月JOURNALOFDALIANJIAOTONGUNIVERSITYApr.2011文章编号:1673-9590(2011)02-0028-05RV传动中曲柄轴的模态分析何卫东,姜振波,鲍君华,张迎辉(大连交通大学机械工程学院,辽宁大连116028)*摘要:在完成对RV-250AII型减速器实体模型建模的基础上,采用有限元分析软件Ansys,对RV传动中的关键部件曲柄轴分别进行自由边界支撑和实际边界支撑条件下的模态分析.通过对其固有频率等仿真计算结果进行分析,获得了可能引起整机共振的零件本身的固有频率范围.通过分析位
2、移和节点变形图以获得零件上发生最大刚体位移的位置,为优化设计提供参考.提出改进建议,分别对增加曲柄轴轴颈和减少行星轮质量两种方案进行分析,验证了对改变固有频率及避免共振的影响,同时通过比较得知减轻行星轮质量的方案更优.关键词:RV减速器;模态分析;曲柄轴;改进方案文献标识码:A0引言常严格,因此RV减速器动力学中从降低传动的振动和噪音出发的研究也是越来越受到重视.通RV传动机构是在摆线针轮传动基础上发展过模态分析的方法确定固有频率和振型,可以有起来的一种新型传动,首先由日本于80年代研制效的避免共振的产生和降低噪声,经查文献,对于成功.与谐波减速器相比,它具有刚度大、弹性回RV
3、传动部件的模态分析尚少,本文以RV-差小、抗冲击能力强等突出优势,已经成为高精度机器人关节传动中替代谐波减速器的换代产250AII减速器为例,就RV传动中重要零件曲柄[1]品.大连交通大学和秦川机床集团有限公司组轴进行有限元模态分析,为RV减速器的优化设成的校与厂科研联合体于1994年12月承担了国计及避免共振及改善工作性能提供参考.家自然科学基金资助项目/机器人用新结构高精1曲柄轴模型的模态分析度摆线针轮传动设计理论与方法研究0,并于2001年圆满完成对/机器人用RV-250AII减速1.1曲柄轴模型的建立[2]器0的研究和样机研制.文献[3]探讨了RV传本文以RV-250A
4、II型减速器为例,在模态动受力分析方法和效率计算公式,为我国研制分析之前做如下工作:RV减速器提供了理论依据.文献[4]建立RV减(1)因为Ansys软件中对于复杂实体模型的速器的动力学模型并推导运动微分方程,通过求建立没有优势,所以通过三维软件Pro/E建立实解振动方程得到系统的固有频率,并完成了相关体模型,保存成IGES格式转入到有限元分析软的分析研究.文献[5]用集中质量法建立了RV传件Ansys对其进行分析.动系统的整机动力学模型,求解出系统的固有频(2)在建立曲柄轴模型的时候,曲柄轴的左端率和各阶振型,并且建立了曲柄轴和输入轴的连通过花键固联着渐开线行星齿轮,在模态分
5、析时应续系统动力学模型,用偏微分方程描述其运动,结[6]把行星轮与曲柄轴算作一个整体来进行建模.合其边界条件得到了零件的固有频率精确解.由(3)因为细小结构对分析结果影响不大,删上述可知,RV传动的动力学分析已经初具规模.[7]除曲柄轴和渐开线齿轮上面的倒角结构;又因由于机器人对高定位精度和低振动水平的要求非*收稿日期:2010-10-10作者简介:何卫东(1967-),男,教授,博士,主要从事现代机械传动力设计理论与方法的研究E-mai:lhwdong@djtu.edu.cn.第2期何卫东,等:RV传动中曲柄轴的模态分析29为本文未涉及齿轮接触应力分析,所以省略渐开模态分析计
6、算可得到曲柄轴的固有频率,在线齿轮的轮齿,行星轮以光滑圆盘代替.进行模态分析时取前二十阶的模态计算结果,得1.2曲柄轴自由边界支撑下的模态分析到的固有频率如表1所示,选择振型显著的十二从理论上讲,自由边界条件下所计算得到的阶和十九阶振型图如图2、图3所示.表1自由边界支撑下曲柄轴的各阶固有频率及振型模态参数可以通过数学建模的方法计算得到任意阶数频率振型边界约束条件下的特性;反之,在指定边界条件下10刚体平动取得的计算结果则不能转化为其他边界约束条件[8]20刚体平动下的动特性.所以采用自由边界支撑约束对曲30刚体平动柄轴进行有限元模态分析也很重要.40刚体平动定义单元类型为So
7、lid92十节点四面体单50刚体平动[9]元,弹性模量E=206GPa泊松比为0.3,密度60.37E-04刚体平动3[10]为7850kg/m.对曲柄轴进行网格划分,产生7159.75绕Y轴摆动17892个节点,11731个单元.划分完成的曲柄轴8159.82绕X轴摆动模型如图1所示.9226.24绕轴向(Z轴)扭转10291.39沿X轴方向摆动11291.69左端行星轮绕径向折弯12303.40沿轴向(Z轴)伸缩13378.71沿X方向整体折弯14380.38沿Y方向整体折弯15532.
