Engineering Design of Harmonic Drive Gearings Towards Quality Criteria

• Autorzy: Ostapski W.

Warianty tytułu

PL

Projektowanie przekładni falowych zorientowane na kryteria jakościowe

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The work is concerned with problems related to design of harmonic drives with two-stream transmission of power from the point of view of quality criteria. The work has an interdisciplinary character. It deals with problems of meshing synthesis, optimisation, modelling, dynamics, and experiments. The problem of meshing synthesis is solved with respect to criterion of maximum share of the carrying surface at maintaining high efficiency, lack of edging, and advantageous effect of lubricant wedge. New profile of teeth enables almost double growth of the meshing zone which increases torsional stiffness and stability of working in the node: generator - flexspline - circular flexspline, delimits separation of the flexspline from the generator, and minimises disandvantageous local increment of stress induced by the separation. This enables harmonic drives to transmit much higher torques and maintain the same durability. Structural modification of the flexspline for achieving better uniformity of the stress distribution in the shell is done through optimization of its shape for the given boundary conditions and operating loading. In the min-max task the stress is assumed as the optimisation criterion. The task is solved is stages by reducing the initial min-max task into unconditional optimisation of the explicity given function and finding its minimum by iterative methods of the non-smooth optimisation. As a result nearly double decrement of the maximum stress at the same level of the power streams is obtained. The result of the optimisation is poorly sensitive to a change in boundary conditions or loading with the new type of meshing applied. A multi - aspect approach towards dynamic modellind of harmonic drives with making use of continuous models based on geometrically non-linear theory of shells, and discrete models enhanced by FEM, taking into account non-linear elasticity and damping characteristics and backlash distribution for simulations of real conditions, and also with indirect consideration of the structural modification effects and new meshing enables extension of the optimum range of operating rotation speed with respect to criterion of minimum vibration. In the work quality and durability criteria as well as results of investigations carried out on harmonic drive prototypes made according to author's documentation are also presented.

PL

W pracy rozpatrzono problemy projektowania zębatych przekładni falowych o dwustrumieniowym przepływie mocy, ze względu na kryteria jakościowe. Praca ma charakter interdyscyplinarny. Dotyczy zagadnień syntezy zazębienia, optymalizacji, modelowania, dynamiki i badań. Zagadnienie syntezy zazębienia rozwiązano ze względu na kryterium maksymalnego udziału powierzchni nośnej przy zachowaniu wysokiej sprawności, braku krawędziowania i pozytywnym efekcie klina smarnego. Nowy zarys zębów pozwala na blisko dwukrotny wzrost strefy zazębienia, co odpowiednio zwiększa sztywność skrętną i stabilność pracy węzła : generator - wieniec podatny - wieniec sztywny, ograniczając odrywanie tulei od generatora i minimalizując niekorzystny lokalny wzrost naprężeń tym efektem wywołany. Pozwala to na znaczący wzrost przenoszonego momentu przy zachowaniu dotychczasowej trwałości. Modyfikację strukturalną wieńca podatnego, dla otrzymania większej równomierności naprężeń w powłoce, uzuskano poprzez optymalizację kształtu przy zadanych warunkach brzegowych i obciążeniu eksploatacyjnym. W zadaniu minimaksowym jako kryterium przyjęto naprężenia. Zadanie optymalizacji rozwiązano etapowo, redukując wyjściowe zadanie minimaksowe do zadania bezwarunkowej optymalizacji jawnie zadanej funkcji i znalezienie jej minimum iteracyjnymi metodami optymalizacji niegładkiej. Uzyskano dwukrotne zmniejszenie maksymalnych naprężeń przy tym samym strumieniu mocy. Rezultat optymalizacji jest mało wrażliwy na zmianę warunków brzegowych i obciężenia przy uwzględnieniu nowego zazębienia. Wieloaspektowe podejście do modelowania dynamicznego przekładni falowych z wykorzystaniem modeli ciągłych powstałych na bazie geometrycznie nieliniowej teorii powłok oraz z wykorzystaniem MES i modeli dyskretnych, uwzględniających nieliniowości sił sprężystości, tłumienia, rozkłady luzów przy symulacji realnych zewnętrznych obciążeń, a także z pośrednim uwzględnieniem efektów modyfikacji strukturalnej i nowego zazębienia, pozwoliło na rozszerzenie optymalnego ze względu na minimum wibracji zakresu obrotów eksploatacyjnych. W pracy zamieszczono kryteria jakościowe i trwałościowe oraz rezultaty badań prototypów przekładni falowych wykonanych według dokumentacji autora.

Słowa kluczowe

PL

przekładnie falowe; projektowanie przekładni

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Machine Dynamics Problems
• Rocznik: 1998
• Tom: Vol. 21
• Strony: 7--159
• Opis fizyczny: Bibliogr. 220 poz.

Twórcy

autor

Ostapski W.

• Instytut Podstaw Budowy Maszyn PW, ul. Narbutta 84, 02-524 Warszawa, Poland