[发明专利]一种机器人用减速器内特种轴承的仿真方法

说明书

本发明涉及一种机器人用减速器内特种轴承的仿真方法。本发明能够在缺少柔轮和刚轮模型的前提下，近似模拟柔性轴承在机器人谐波减速器中的实际装配、受载和运动过程，大大简化了有限元分析模型的规模，减少了有限元分析的计算量；同时，通过仿真分析手段可以提前对柔性轴承工作过程中的变形和应力分布及变化情况进行评估，极大缩短了柔性轴承相关产品的设计开发周期，降低人力和物力成本。

技术领域

本发明属于机器人谐波减速器内特种轴承有限元仿真领域。

背景技术

谐波减速器具有传动精度高、运动平稳、结构简单、体积小等特点，已广泛应用于工业机器人、航天航空、汽车制造等领域。柔性轴承8是谐波减速器的核心部件，对于具有典型凸轮轮廓波发生器的谐波减速器，凸轮与柔性轴承8以及柔轮完成装配后，迫使柔轮及薄壁轴承发生弹性变形，如图1所示。谐波减速器中柔性轴承8受载位置总是存在于装配变形后的长轴区域上，在工作过程中，其内、外圈会产生周期性的弹性变形，并承受复杂的循环交变应力，极易发生破坏失效，从而制约谐波减速器整体使用。

目前，针对谐波减速器中柔性轴承8的研究较少，在对谐波减速器其它构件分析时，一般将柔性轴承8简化为刚性凸轮，这种简化忽略了柔性轴承8实际运动过程中内、外圈产生的连续挠曲变形，和内、外圈上不断变化的负荷分布对其寿命的影响，无法获得柔性轴承8相关动力学特性规律。为了实现柔性轴承8的国产化和取得自主的知识产权，急需独立开展对柔性轴承的力学特性分析和研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在对谐波减速器其它构件分析时，一般将柔性轴承8简化为刚性凸轮。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种机器人用减速器内特种轴承的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、对凸轮轴装入柔性轴承的过程进行模拟，包括以下步骤：

步骤101、以凸轮轴短轴所在平面为分割面，将凸轮轴等分成两个半凸轮轴，其中，将两个半凸轮轴分别定义为上半凸轮轴、下半凸轮轴，凸轮轴的中心点为原点，分割面所在平面定义为XZ平面，与XZ平面相垂直的轴定义为Y轴，上半凸轮轴及下半凸轮轴分别位于Y轴负方向及Y轴正方向；

步骤102、把柔性轴承与上半凸轮轴及下半凸轮轴按实际位置关系进行装配模拟获得初始装配模型，并使上半凸轮轴及下半凸轮轴与柔性轴承的内圈初始状态下完全保持分离，避免干涉；

步骤2、在初始装配模型中柔性轴承的外圈上表面及下表面分别添加上载荷附件及下载荷附件，获得最终装配模型；

步骤3、将最终装配模型中柔性轴承的内圈内表面和外圈外表面耦合到柔性轴承的中心点位置，将上载荷附件及下载荷附件耦合到最终装配模型的中心位置，随后对最终装配模型设置边界条件；

步骤4、进行载荷施加模拟，在施加载荷时，将载荷施加在上载荷附件及下载荷附件上，然后通过上载荷附件及下载荷附件变形和外圈外表面相接触，从而将载荷传递给柔性轴承，在上载荷附件及下载荷附件上的载荷等量传递给柔性轴承，在载荷施加阶段约束上载荷附件及下载荷附件参考点的所有自由度，使其固定；

步骤5、进行加载条件下的转动模拟及分析，在此阶段，释放上半凸轮轴及下半凸轮轴上节点绕Z轴转动的自由度，并分别对上半凸轮轴及下半凸轮轴施加相同的给定转速；在整个分析过程中，对柔性轴承的外圈仅释放其径向移动自由度，对位于柔性轴承的外圈与内圈之间的保持架只约束其轴向移动自由度。

优选地，步骤102中，分别沿Y轴移动所述上半凸轮轴及所述下半凸轮轴，所述上半凸轮轴沿Y轴正方向移动距离L₁，所述下半凸轮轴沿Y轴负方向移动距离L₁，达到所述使上半凸轮轴及下半凸轮轴与柔性轴承的内圈初始状态下完全保持分离，避免干涉的目的。