Numerical analysis of selected materials for flexsplines

• Autorzy: Folęga P. , Siwiec G.

Warianty tytułu

PL

Analiza numeryczna wybranych materiałów kół podatnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The computer analysis of the influence of flexspline materials at the strength of the flexspline was performed for two and three dimensional models using the finite element method and MSC Patran/Nastran software. Calculations were conducted in two steps. The first one concerns two dimensional models on the contact between the flexspline and the wave generator. The second concerns three dimensional models of flexspline. The application of steel and steel-composite materials as material of the flexspline in harmonic drive was analysed. In calculations were used two types of composites with an epoxy resin, reinforced by the carbon-fiber or the glass-fiber. The preliminary study of stresses for the developed models was made. The steel-composite hybrid flexspline as compared to conventional steel flexspline showed a decrease of maximum stress in the analyzed dangerous cross-sections. Shapes and the frequency of vibration of the flexsplines were also calculated. The impact of stacking fiber angle on the frequency of vibration in the tested flexsplines is negligible.

PL

Przeprowadzono analizę komputerową wpływu materiałów kół podatnych na ich wytrzymałość przy pomocy dwu i trójwymiarowych modeli wykorzystując metodę elementów skończonych oraz oprogramowanie MSC Patran/Nastran. Obliczenia przeprowadzono w dwóch etapach. Pierwszy z nich dotyczył dwuwymiarowych modeli kontaktu koła podatnego i generatora fali. Drugi dotyczył trójwymiarowych modeli kół podatnych. Przeprowadzono analizę zastosowania stalowych oraz stalowo-kompozytowych materiałów na koła podatne przekładni falowej. W obliczeniach wykorzystano dwa rodzaje kompozytów z osnową z żywicy epoksydowej, zbrojonej włóknem węglowym lub włóknem szklanym. Dla opracowanych modeli została wykonana wstępna analiza stanu naprężenia. Analizując otrzymane wyniki obliczeń symulacyjnych przyjętych rozwiązań konstrukcyjnych kół podatnych stwierdzono zmniejszenie wartości naprężeń w rozpatrywanych przekrojach stalowo-kompozytowych kół podatnych w porównaniu z tradycyjnymi kołami stalowymi. Wyznaczono ponadto postacie i częstotliwości drgań badanych kół podatnych. Stwierdzono że, wpływ kąta ułożenia włókien na częstotliwości drgań badanych kół podatnych jest nieznaczny.

Słowa kluczowe

EN

materials; flexspline; harmonic drive; finite element method

PL

materiały; koła podatne; przekładnia falowa; metoda elementów skończonych

• Wydawca: Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences ; Committee of Materials Engineering and Metallurgy of Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Metallurgy and Materials
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 57, iss. 1
• Strony: 185--191
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Folęga P.

autor

Siwiec G.

• Faculty of Transport, Silesian University of Technology, 40-019 Katowice, 8 Krasińskiego Str., Poland

Bibliografia

• [1] General Catalogue Harmonic Drive AG, 05.2009.
• [2] K. S. Jeong, D. G. Lee, Development of the composite flexspline for a cycloid-type harmonic drive using net shape manufacturing method, Composite Structures 32, 557-565 (1995).
• [3] S. H. Oh, S. H. Chang, Improvement of the dynamic properties of a steel-composite hybrid flexspline of a harmonic drive, Composite Structures 38, 251-260 (1997).
• [4] H. S. Jeon, S. H. Oh, S. H. Chang, A study on stress and vibration analysis of a steel and hybrid flexspline for harmonic drive, Composite Structures, 47, 827-833 (1999).
• [5] K. Borysovska, D. Verbylo, Yu. Podrezov, M. Szafran, The structural optimization of ceramic-organic composites, Archives of Metallurgy and Materials, 54, 4, 875-879 (2009).
• [6] M. Hebda, R. B. Pęcherski, Energy-based criterion of elastic limit states in fibre-reinforced composites, Archives of Metallurgy and Materials, 50, 4, 1073-1088 (2005).
• [7] P. Folęga, R. Burdzik, T. Węgrzyn, A. P. Silva, Using new materials for flexsplines of harmonic drive, Engineering' 2009 - Innovation and development, 5th Engineering Conference, Covilhã - Portugal (2009).
• [8] M. N. Ivanov, Harmonic gear drive, Moscow (1981).
• [9] W. N. Gorelow, Stress state of the teethed ring of harmonic drives flexible gear, Soviet Engineering Research 5, 7-10 (1979).
• [10] S. A. Suvalov, V. N. Gorelov, Stress in the flexible gear by finite element method, Soviet Engineering Research 3, 9-11 (1983).
• [11] V. A. Toropičjin, Stress-deformation analysis of the flexible gear of harmonic drive by finite element method, Soviet Engineering Research 2, 17-18 (1988).
• [12] O. Kayabasi, F. Erzincanli, Shape optimization of tooth profile of a flexspline for a harmonic drive by finite element modelling, Materials and Design 28, 441-447 (2005).
• [13] P. Folęga, A. Wilk, Dobór cech konstrukcyjnych tulei podatnej przekładni falowej z wykorzystaniem MES, Przegląd Mechaniczny 10, 31-36 (2002).
• [14] P. Folęga, A. Wilk, Analiza numeryczna tulei podatnej z wykorzystaniem elementów kontaktowych MES, ZN Pol. Śl., ser. Transport 41, 35-42 (2000).