RecurDyn成功案例：利用虚拟模型对谐波齿轮传动性能进行预测

应变波齿轮传动也被称为谐波齿轮传动(Harmonic Gearing)。应变波齿轮利用椭圆形变形的柔性轮 (Flex Spline)和圆形Circular Spline之间的齿数差异，能在非常小、轻的结构中达到很高的减速比，多用于机器人等小型、高精度产品。应变波齿轮是在高速工作的过程中，柔性轮变形为椭圆形，从而使齿轮齿间发生接触的机制，因此很难通过现有的有限元方法(FEA)再现问题。在本案例中，利用RecurDyn的MFBD技术对应变波齿轮减速器进行了建模，从而掌握了应变波齿轮的动态行为和各种特性，并根据仿真结果改善设计。

▎仿真过程

① Circular Spline和Wave Generator以刚体建模

② 考虑柔性轮的形状变形，用柔性体建模

③ 准确预测柔性轮的局部变形及应力，利用FFlex建模

④ 在柔性轮和Circular Spline之间使用Geo Contact

⑤ 改善解析速度，柔性轮和Wave Generator之间使用Geo-Cylinder

⑥ 使用考虑预应力的变形mesh作为Flex Spline的初始状态

⑦ 缩短分析时间，只对实际接触发生的位置定义接触，而不是整个体

▎关键仿真技术

• 能够准确再现高速旋转的柔性轮变形的MFBD技术

• 快速准确的接触算法

   - 支持刚体和柔软体之间的接触

   - 有效处理大量齿轮齿间的接触

• 适合汽缸或球形形状的专用接触要素

• 齿轮齿间接触的接触力分布及压力可视化功能

▎工具包

•  RecurDyn/Professional

• RecurDyn/FFlex

▎工程问题

• 设计变更带来的性能评价的变化

• 在给定的公差范围内预测尺寸差异对振动和传动误差的影响

• 预测负载和速度变化对柔性轮行为的影响

• 柔性轮的扭曲对性能的影响评价

• Wave generator的反作用力预测

▎解决方案

• 利用MFBD技术减少建模和仿真时间

• 利用非线性柔性体和接触算法再现柔性轮的行为

• 柔性轮的变形及接触应力计算

• 模拟实验预测修改设计/动作条件及随公差后的性能变化

▎结论

• 评价修改后的齿形的性能，并将其反映在设计中

• 通过虚拟模型，预测各种设计条件的效率和误差，并确定最优参数

• 通过利用虚拟模型的定量评价，节省试验所需的时间和费用

▎其他应用场景

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