基于APDL的2K-V減速機擺線輪參數(shù)化建模

韓林山，黎 浩，董運福，於 進

(華北水利水電學院，河南鄭州 450011)

基于APDL的2K-V減速機擺線輪參數(shù)化建模

韓林山，黎 浩，董運福，於 進

(華北水利水電學院，河南鄭州 450011)

介紹了ANSYS環(huán)境下的2K-V減速機擺線輪的建模方法，采用ANSYS軟件中的APDL參數(shù)化設(shè)計語言建立了2K-V減速機擺線輪的三維參數(shù)化模型，避免了重復(fù)建模，提高了建立擺線輪模型的效率，為對擺線輪進行動力學模態(tài)和瞬態(tài)分析提供了方便，為2K-V減速機的整體建模和有限元分析奠定了基礎(chǔ).

擺線輪;2K-V減速機;APDL;參數(shù)化

2K-V(日本稱之為RV即Rot Vector)型減速機是由日本帝人公司1986年研制的，并首先應(yīng)用在工業(yè)機器人領(lǐng)域的一種新型擺線針輪傳動機構(gòu).其主要特點是傳動比范圍大、傳動精度高、回差小、剛度好、抗沖擊能力強、體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高等.由于其優(yōu)越的性能，近年來在機器人、數(shù)控機床、紡織機械、自動化設(shè)備等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用［1］.圖1是2K-V型減速機傳動系統(tǒng)簡圖.

圖1 2K-V型減速機傳動系統(tǒng)簡圖

擺線輪是2K-V減速機中的一個非常關(guān)鍵的零件，其設(shè)計如果不合理，誤差大，動態(tài)性能不好，都將對2K-V減速機的整體傳動性能產(chǎn)生不利的影響.不同型號或同一機型不同傳動比的2K-V型減速機的擺線輪結(jié)構(gòu)和尺寸各不相同.若采用ANSYS的GUI模式或利用 Solidworks、Pro/E等建模后導(dǎo)入ANSYS的方法建模，都要進行重復(fù)建模，而且模型的導(dǎo)入還會產(chǎn)生誤差和兼容問題，這將會浪費很多時間.筆者運用ANSYS的APDL參數(shù)化語言建立了2K-V型減速機的擺線輪的有限元模型，很好地解決了這些問題，縮短了建模周期，提高了建模效率.

1 擺線輪齒形曲線方程

擺線針輪傳動中，擺線輪的齒廓采用短幅外擺線的內(nèi)側(cè)等距曲線，和標準針輪相嚙合，與針齒共軛且無嚙合側(cè)隙的擺線輪齒形稱為標準齒形.選擇擺線輪的幾何中心作為原點，通過原點并與擺線輪齒間的對稱軸重合的軸線作為X軸，則擺線輪的標準齒形方程如下［2］

實際應(yīng)用擺線針輪傳動時，為補償制造誤差，便于裝拆和保證潤滑，擺線輪齒與針輪齒之間必須有嚙合側(cè)隙.因此，實際的擺線輪不能采取標準齒形，必須進行修形.修形的方法有移距修形法、等距修形法、轉(zhuǎn)角修形法等.概括多種修形方式的擺線輪齒形方程如下［2］

2 利用APDL建立擺線輪的參數(shù)化模型

以RV-20E型減速機的擺線輪為例，考慮采用移距修形法、等距修形法進行修形.其主要參數(shù)為:針齒半徑rrp;針齒中心圓半徑rp;偏心距a;針輪齒數(shù)zp;移距修正量Δrp;等距修正量Δrrp.

利用ANSYS，根據(jù)已推導(dǎo)出的擺線輪齒形曲線方程和已知的擺線輪參數(shù)，運用APDL參數(shù)化語言編程自動求出擺線輪齒廓曲線上的一系列關(guān)鍵點，再通過樣條曲線命令把一系列關(guān)鍵點連接成擺線輪的齒形曲線，如圖2所示.然后，通過旋轉(zhuǎn)、復(fù)制、鏡像等命令繪制出完整的擺線輪齒廓曲線，如圖3所示.

用線生成面的命令(AL)由擺線輪齒廓曲線生成擺線輪的一個平面，并通過布爾運算(Booleans)在這個平面上生成曲柄軸孔和裝配孔，最后通過面生成體的命令(VOFFST)，建立完整的擺線輪三維模型，并對其進行網(wǎng)格化分(Mesh)，如圖4所示.

圖4 擺線輪有限元模型

程序在“記事本”中編寫并保存為“擺線輪.txt”，然后通過ANSYS菜單形式加載.點擊“File﹥Read Input From”將會彈出文件加載對話框，選擇“擺線輪.txt”后單擊“OK”后便可生成相應(yīng)參數(shù)值的2K-V減速機擺線輪有限元模型.

3 結(jié)語

采用APDL參數(shù)化設(shè)計語言建立2K-V減速機擺線輪的有限元模型，解決了重復(fù)建模和模型導(dǎo)入所產(chǎn)生的兼容和誤差問題，提高了建模效率.進一步的研究將是通過ANSYS創(chuàng)建擺線輪的通用宏文件，建立用戶化的圖形交互界面，通過在參數(shù)對話框輸入?yún)?shù)直接生成擺線輪模型，并對擺線輪進行模態(tài)等有限元分析.

［1］韓林山，沈允文，董海軍，等.基于非線性分析方法的擺線針輪系統(tǒng)傳動精度研究［J］.中國機械工程，2007，18(9):1039－1042.

［2］《齒輪手冊》編委會.齒輪手冊(第二版，上冊)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2002.

［3］段紅杰，陶浩.擺線針輪行星傳動減速器擺線輪參數(shù)化設(shè)計［J］.煤礦機械，2009，30(12):25 －27.

［4］博弈創(chuàng)作室.APDL參數(shù)化有限元分析技術(shù)及其應(yīng)用實例［M］.北京:中國水利水電出版社，2004.

Parameterized Modelling Technology of the Cycloid Gear of 2K-V Reducer Based on APDL

HAN Lin-shan，LI Hao，DONG Yun-fu，YU Jin
(North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China)

The modeling method of the cycloid gear of 2K-V reducer in ANSYS software was introduced.Using ANSYS Parametric Design Language(APDL)，the 3D parametric model of the cycloid gear of 2K-V reducer was established，which had avoided the repeated modeling，improved the modeling efficiency and provided convenience for the dynamic mode and transient analysis of the cycloid gear as well as laid the foundations for the overall modeling and the finite element analysis of 2K-V reducer.

cycloid gear;2K-V Reducer;APDL;parameterized

1002－5634(2011)05－0092－03

2011－06－08

河南省科技攻關(guān)項目(102102210218);華北水利水電學院高層次人才科研啟動項目.

韓林山(1964—)，男，山西夏縣人，教授，博士，主要從事機械設(shè)計及理論方面的研究.

(責任編輯:杜明俠)