基于APDL的2K-V减速机摆线轮参数化建模

韩林山，黎 浩，董运福，於 进

(华北水利水电学院，河南郑州 450011)

基于APDL的2K-V减速机摆线轮参数化建模

韩林山，黎 浩，董运福，於 进

(华北水利水电学院，河南郑州 450011)

介绍了ANSYS环境下的2K-V减速机摆线轮的建模方法，采用ANSYS软件中的APDL参数化设计语言建立了2K-V减速机摆线轮的三维参数化模型，避免了重复建模，提高了建立摆线轮模型的效率，为对摆线轮进行动力学模态和瞬态分析提供了方便，为2K-V减速机的整体建模和有限元分析奠定了基础.

摆线轮;2K-V减速机;APDL;参数化

2K-V(日本称之为RV即Rot Vector)型减速机是由日本帝人公司1986年研制的，并首先应用在工业机器人领域的一种新型摆线针轮传动机构.其主要特点是传动比范围大、传动精度高、回差小、刚度好、抗冲击能力强、体积小、结构紧凑、传动效率高等.由于其优越的性能，近年来在机器人、数控机床、纺织机械、自动化设备等领域得到了广泛的应用［1］.图1是2K-V型减速机传动系统简图.

图1 2K-V型减速机传动系统简图

摆线轮是2K-V减速机中的一个非常关键的零件，其设计如果不合理，误差大，动态性能不好，都将对2K-V减速机的整体传动性能产生不利的影响.不同型号或同一机型不同传动比的2K-V型减速机的摆线轮结构和尺寸各不相同.若采用ANSYS的GUI模式或利用 Solidworks、Pro/E等建模后导入ANSYS的方法建模，都要进行重复建模，而且模型的导入还会产生误差和兼容问题，这将会浪费很多时间.笔者运用ANSYS的APDL参数化语言建立了2K-V型减速机的摆线轮的有限元模型，很好地解决了这些问题，缩短了建模周期，提高了建模效率.

1 摆线轮齿形曲线方程

摆线针轮传动中，摆线轮的齿廓采用短幅外摆线的内侧等距曲线，和标准针轮相啮合，与针齿共轭且无啮合侧隙的摆线轮齿形称为标准齿形.选择摆线轮的几何中心作为原点，通过原点并与摆线轮齿间的对称轴重合的轴线作为X轴，则摆线轮的标准齿形方程如下［2］

实际应用摆线针轮传动时，为补偿制造误差，便于装拆和保证润滑，摆线轮齿与针轮齿之间必须有啮合侧隙.因此，实际的摆线轮不能采取标准齿形，必须进行修形.修形的方法有移距修形法、等距修形法、转角修形法等.概括多种修形方式的摆线轮齿形方程如下［2］

2 利用APDL建立摆线轮的参数化模型

以RV-20E型减速机的摆线轮为例，考虑采用移距修形法、等距修形法进行修形.其主要参数为:针齿半径rrp;针齿中心圆半径rp;偏心距a;针轮齿数zp;移距修正量Δrp;等距修正量Δrrp.

利用ANSYS，根据已推导出的摆线轮齿形曲线方程和已知的摆线轮参数，运用APDL参数化语言编程自动求出摆线轮齿廓曲线上的一系列关键点，再通过样条曲线命令把一系列关键点连接成摆线轮的齿形曲线，如图2所示.然后，通过旋转、复制、镜像等命令绘制出完整的摆线轮齿廓曲线，如图3所示.

用线生成面的命令(AL)由摆线轮齿廓曲线生成摆线轮的一个平面，并通过布尔运算(Booleans)在这个平面上生成曲柄轴孔和装配孔，最后通过面生成体的命令(VOFFST)，建立完整的摆线轮三维模型，并对其进行网格化分(Mesh)，如图4所示.

图4 摆线轮有限元模型

程序在“记事本”中编写并保存为“摆线轮.txt”，然后通过ANSYS菜单形式加载.点击“File﹥Read Input From”将会弹出文件加载对话框，选择“摆线轮.txt”后单击“OK”后便可生成相应参数值的2K-V减速机摆线轮有限元模型.

3 结语

采用APDL参数化设计语言建立2K-V减速机摆线轮的有限元模型，解决了重复建模和模型导入所产生的兼容和误差问题，提高了建模效率.进一步的研究将是通过ANSYS创建摆线轮的通用宏文件，建立用户化的图形交互界面，通过在参数对话框输入参数直接生成摆线轮模型，并对摆线轮进行模态等有限元分析.

［1］韩林山，沈允文，董海军，等.基于非线性分析方法的摆线针轮系统传动精度研究［J］.中国机械工程，2007，18(9):1039－1042.

［2］《齿轮手册》编委会.齿轮手册(第二版，上册)［M］.北京:机械工业出版社，2002.

［3］段红杰，陶浩.摆线针轮行星传动减速器摆线轮参数化设计［J］.煤矿机械，2009，30(12):25 －27.

［4］博弈创作室.APDL参数化有限元分析技术及其应用实例［M］.北京:中国水利水电出版社，2004.

Parameterized Modelling Technology of the Cycloid Gear of 2K-V Reducer Based on APDL

HAN Lin-shan，LI Hao，DONG Yun-fu，YU Jin
(North China Institute of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Zhengzhou 450011，China)

The modeling method of the cycloid gear of 2K-V reducer in ANSYS software was introduced.Using ANSYS Parametric Design Language(APDL)，the 3D parametric model of the cycloid gear of 2K-V reducer was established，which had avoided the repeated modeling，improved the modeling efficiency and provided convenience for the dynamic mode and transient analysis of the cycloid gear as well as laid the foundations for the overall modeling and the finite element analysis of 2K-V reducer.

cycloid gear;2K-V Reducer;APDL;parameterized

1002－5634(2011)05－0092－03

2011－06－08

河南省科技攻关项目(102102210218);华北水利水电学院高层次人才科研启动项目.

韩林山(1964—)，男，山西夏县人，教授，博士，主要从事机械设计及理论方面的研究.

(责任编辑:杜明侠)