擺線針輪嚙合剛度計(jì)算與仿真分析研究

摘要：【目的】擺線針輪減速器因具有傳動(dòng)比大、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)被廣泛推廣和應(yīng)用，但擺線針輪副的大接觸應(yīng)力和低嚙合剛度影響了擺線針輪減速器的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性。為提高擺線針輪減速器的承載性能，提出一種擺線針輪副嚙合剛度分析方法，通過(guò)計(jì)算和仿真分析探討結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)嚙合剛度的影響規(guī)律?！痉椒ā繉?duì)擺線針輪副進(jìn)行受力分析，以擺線針輪的接觸應(yīng)力、嚙合剛度為目標(biāo)函數(shù)，以擺線針齒的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)（針齒分布圓半徑、偏心距、針齒半徑）為設(shè)計(jì)變量，構(gòu)建接觸應(yīng)力和嚙合剛度數(shù)學(xué)模型；通過(guò)VB. NET程序計(jì)算和仿真分析擺線針輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其嚙合剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、嚙合力和接觸應(yīng)力的影響。【結(jié)果】仿真結(jié)果表明，隨著針齒分布圓半徑和偏心距的增大、針齒半徑的減小，擺線針輪的嚙合剛度和扭轉(zhuǎn)剛度增大。研究為擺線針輪減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：擺線針輪；接觸應(yīng)力；嚙合剛度；結(jié)構(gòu)參數(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH122 DOI： 10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2025. 04. 001

0 引言

擺線針輪減速器具有傳動(dòng)比大、傳動(dòng)高效、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)平穩(wěn)且精度高、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、太陽(yáng)能和風(fēng)能設(shè)備等領(lǐng)域中[1]。擺線針輪副的傳動(dòng)精度直接影響擺線針輪減速器的傳動(dòng)性能，作為重要的傳動(dòng)部件，其承載傳動(dòng)性能是設(shè)計(jì)精密擺線針輪減速器的關(guān)鍵。因此，分析擺線針輪傳動(dòng)過(guò)程中的接觸應(yīng)力和嚙合剛度并精確建立數(shù)學(xué)模型十分重要。

當(dāng)前，關(guān)于擺線針輪減速器的研究，國(guó)內(nèi)外學(xué)者取得了很多成果，但主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化方面，針對(duì)擺線針輪在負(fù)載傳動(dòng)過(guò)程中接觸應(yīng)力和嚙合剛度的研究較少。周士冬等[2]以擺線針輪減速器中擺線針輪副為研究對(duì)象，提出了一種考慮周向間隙的擺線針輪承載接觸分析方法，建立了擺線針輪周向間隙下的承載接觸分析模型，并對(duì)不同輸入轉(zhuǎn)角下的接觸應(yīng)力和傳動(dòng)誤差進(jìn)行了對(duì)比。LI等[3]建立了承載接觸分析模型，分析了偏心距誤差和修形誤差的影響，研究了一種計(jì)算嚙合剛度的新方法。LIN等[4]以擺線針輪輪齒為研究對(duì)象，提出了一種基于擺線齒廓離散化的輪齒接觸分析方法。徐航等[5]研究了針齒半徑誤差、針輪中心圓半徑誤差等不同誤差組合對(duì)RV減速器回差的影響，建立了回差計(jì)算模型并進(jìn)行了仿真分析。王永強(qiáng)等[6]采用包絡(luò)法推導(dǎo)出擺線輪齒廓方程并進(jìn)行了齒面接觸分析，獲得了齒面接觸參數(shù)，給出齒面接觸分析到承載接觸分析的完整計(jì)算流程，獲得了任意轉(zhuǎn)角位置、不同修形方式的精確載荷參數(shù)。

除了負(fù)載對(duì)擺線針輪的接觸應(yīng)力有影響外，針齒分布圓半徑、針齒半徑、偏心距、短幅系數(shù)等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)擺線針輪的接觸應(yīng)力也有很大影響，針齒分布圓半徑和針齒半徑對(duì)擺線針輪嚙合剛度的影響尤為顯著。本文根據(jù)結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算接觸應(yīng)力和嚙合剛度，開(kāi)發(fā)VB. NET程序，分析擺線針輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)擺線針輪副承載性能的影響，以期為擺線針輪減速器中擺線針輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)奠定一定的基礎(chǔ)。