Исследование напряженного состояния гибкого колеса, изготовленного из композитного материала PPA-CF

Использование аддитивных технологий для создания зубчатых передач является перспективным направлением развития приводной техники. Эту технологию отличают высокие эффективность и экономичность, отсутствие отходов и быстрота перенастройки оборудования. Применение волновых зубчатых передач, изготовленных на 3D-принтере, требует проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований прочности гибкого колеса. Предложена методика расчета гибкого колеса в программном комплексе ANSYS APDL. Особенностью расчета гибкого колеса методом конечных элементов является большое число мелких зубьев, что требует использования значительного количества узлов и элементов. Для уменьшения объема оперативной памяти применен метод суперэлементов. Проведены расчетные исследования напряженно-деформированного состояния гибкого колеса сдвоенной волновой зубчатой передачи с передаточным отношением, равным 30, где в качестве второй ступенью служит зубчатая муфта. Гибкое колесо изготовлено из углероднаполненного полимерного материала PPA-CF. Определены окружные и осевые напряжения в опасных зонах ГК, расположенных на переходных поверхностях зубьев. Показано, что напряжения в указанных направлениях меньше пределов прочности более чем в 2 раза.
EDN: CSKQTN, https://elibrary/cskqtn

Литература

[1] Иванов М.Н. Волновые зубчатые передачи. Москва, Высшая школа, 1981. 184 с.

[2] Гинзбург Е.Г. Волновые зубчатые передачи. Ленинград, Машиностроение, 1969. 159 с.

[3] Шувалов С.А. Теория и автоматизированное проектирование волновых зубчатых передач. Дисс. … док. техн. наук. Москва, МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1986. 354 с.

[4] Полетучий А.И. Теория и конструирование высокоэффективных волновых зубчатых механизмов. Харьков, Изд-во НАУ ХАИ им. М. Жуковского, 2005. 675 с.

[5] Костиков Ю.В., Тимофеев Г.А., Фурсяк Ф.И. Крутильная жесткость волновых зубчатых передач внешнего деформирования. Приводы и компоненты машин, 2013, № 1, с. 10–13.

[6] Стрельников В.Н., Волошин А.И., Суков М.Г. Разработка силовой модели зубчатого зацепления крупной волновой передачи. Вестник Донского государственного технического университета, 2019, т. 19, № 2, с. 120–129, doi: https://doi.org/10.23947/1992-5980-2019-19-2-120-129

[7] Лукин Р.С., Усаков В.И., Вавилов Д.В. и др. Моделирование взаимодействия звеньев волновых зубчатых передач. Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. академика М.Ф. Решетова, 2013, № 7, с. 118–122.

[8] Li Y., Zhang N., Zhang Y. et al. New design method for flexspline tooth profile of harmonic drive considering deformation. IEEE ICIEA, 2019, pp. 111–115, doi: https://doi.org/10.1109/IEA.2019.8714865

[9] Беседина К.С., Лавров Н.А., Барсков В.В. Применение аддитивных технологий полимеров в машиностроении. Инновационные материалы и технологии в дизайне. Тез. док. IV Всерос. науч.-практ. конф. с участием молодых ученых. Санкт-Петербург, СПбГИКиТ, 2018, с. 26–27.

[10] Люминарский И.Е., Баласанян В.В., Люминарский С.Е. Математическая модель сдвоенной волновой зубчатой передачи. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2025, № 6, с. 12–20. EDN: QKWXVL

[11] Flavius A. Ardelean. 3D modeling of the harmonic drive using "CATIA". Ann. Oradea Univ., Fasc. Manag. Technol. Eng., 2007, vol. 6, no. 16, pp. 882–885.

[12] Люминарский И.Е., Люминарский С.Е., Люминарская Е.С. Анализ напряженно-деформированного состояния гибкого колеса волновой зубчатой передачи. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии, 2023, № 4, с. 41–47.

[13] Завьялов В.М. Работоспособность волновых зубчатых передач с точки зрения напряжений в гибком колесе этой передачи. Вестник МГСУ, 2010, № 4, с. 279–284.

[14] Абакумов А.Н., Захаров Н.В. Определение нагрузочной способности гибких колес волновых зубчатых передач. Динамика систем, механизмов и машин, 2018, т. 6, № 1, с. 3–7.

[15] Стрельников В.Н., Суков Г.С., Суков М.Г. Напряженно-деформированное состояние гибкого колеса представленного сопряжением кольца и оболочки. Прогрессивные технологии и системы машиностроения, 2013, № 1, с. 272–282.