[发明专利]基于FFT和润滑影响的RV减速器摆线针轮残余应力求解方法

说明书

本发明涉及一种基于FFT和润滑影响的RV减速器摆线针轮残余应力求解方法，属于摆线针轮优化设计领域。该方法基于Jacobi线性迭代法计算摆线针轮中润滑剂的压力分布，基于收敛的压力分布采用影响系数法和FFT算法加速计算摆线针轮表面综合弹性变形和次表面弹性应力，根据Von‑Mises屈服准则判断摆线针轮塑性发生区域，采用Newton‑Raphson法加速计算摆线针轮塑性应变增量，基于收敛的塑性应变增量采用影响系数法、FFT算法和松弛迭代法计算摆线针轮表面残余变形，基于影响系数法和FFT算法计算摆线针轮次表面残余应力。本发明考虑摆线针轮表面粗糙度的影响，适用于混合润滑状态，能考虑不同的材料强化准则。

技术领域

本发明属于摆线针轮优化设计领域，涉及基于FFT和润滑影响的RV减速器摆线针轮残余应力求解方法。

背景技术

作为RV减速器关键零部件，摆线针轮以其结构紧凑、传动比大、传动精度高和承载能力大等优点被广泛应用在机器人传动、测试设备及卫星接收装置中。摆线针轮行星传动中摆线轮与针齿通过润滑剂进行润滑，以减小啮合过程中的摩擦磨损并传递动力，其润滑性能的好坏直接影响到摆线针轮的传递精度、效率、疲劳寿命及动态特性。在摆线轮与针齿啮合过程中，它们的材料在外载荷作用下存在一个应变极限，在低速重载等恶劣工况下，摆线轮与针齿表面或许会产生残余应力。当残余应力较大时，摆线轮或针齿表面会产生凹坑或裂纹，进而引起摆线针轮振动加剧，最终引起摆线轮与针齿表面产生齿面磨损、点蚀和胶合等常见形式的失效。此外，低速重载状况下，由于和残余应力相对应的残余变形与最小膜厚度处于同一量级，因此摆线针轮残余变形(残余应力)会对其润滑性能产生较大影响，进一步摆线针轮润滑性能也会通过润滑膜压力对其残余应力产生影响。

传统的RV减速器摆线针轮残余应力大多采用成熟的商用有限元软件来计算，且忽略了摆线轮与针轮加工精度和流体润滑的影响，这样简化处理虽然为摆线针轮的弹塑性研究带来了很大的方便，但是它无法准确、真实地反映出实际工况下的残余应力，从而无法准确预测摆线针轮的疲劳寿命。此外，考虑润滑影响的摆线针轮残余应力的计算涉及了润滑膜压力、载荷、塑性应变增量和残余变形等4种迭代计算，计算量很大，使用传统的计算方法严重耗费了计算时间和资源，甚至无法求解。所以，传统的RV减速器摆线针轮残余应力计算方法更多的是具有统计与经验意义，其精度上不够准确、效率上不够高效。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于FFT和润滑影响的RV减速器摆线针轮残余应力求解方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于FFT和润滑影响的RV减速器摆线针轮残余应力求解方法，该方法包括以下步骤：

S1：将摆线针轮前半啮合过程均分为N个啮合子过程，即将摆线针轮啮合相位角ψ＝π分为N等份Δψ＝π/N，并基于齿廓形成方法和齿轮啮合原理计算摆线针轮第n啮合子过程，即ψ_n＝n·Δψ，的啮合力F_n、卷吸速度u_en和当量曲率半径R_xn，n＝1,…,N，以模拟摆线针轮的加载和卸载过程；

S2：建立考虑表面残余变形v^r影响的摆线针轮线接触弹流润滑EHL模型，并基于Jacobi线性迭代法计算润滑膜压力分布p；

S3：采用影响系数法ICM和FFT算法计算摆线针轮次表面弹性应力并与次表面残余应力共同构成摆线针轮次表面总应力σ_ij，定义ij为xx、yy、zz、xy、xz和yz；

S4：基于Von-Mises屈服准则准确判断摆线针轮塑性发生区域；

S5：根据摆线针轮总应力σ_ij，利用Newton-Raphson法和塑性流动法则求解摆线针轮塑性发生区域的塑性应变增量并更新塑性应变