擺線針輪嚙合剛度計算與仿真分析研究

摘要：【目的】擺線針輪減速器因具有傳動比大、結構緊湊等優點被廣泛推廣和應用，但擺線針輪副的大接觸應力和低嚙合剛度影響了擺線針輪減速器的傳動精度和平穩性。為提高擺線針輪減速器的承載性能，提出一種擺線針輪副嚙合剛度分析方法，通過計算和仿真分析探討結構參數對嚙合剛度的影響規律。【方法】對擺線針輪副進行受力分析，以擺線針輪的接觸應力、嚙合剛度為目標函數，以擺線針齒的重要結構參數（針齒分布圓半徑、偏心距、針齒半徑）為設計變量，構建接觸應力和嚙合剛度數學模型；通過VB. NET程序計算和仿真分析擺線針輪的結構參數對其嚙合剛度、扭轉剛度、嚙合力和接觸應力的影響。【結果】仿真結果表明，隨著針齒分布圓半徑和偏心距的增大、針齒半徑的減小，擺線針輪的嚙合剛度和扭轉剛度增大。研究為擺線針輪減速器的結構設計和優化奠定了基礎。

關鍵詞：擺線針輪；接觸應力；嚙合剛度；結構參數

中圖分類號：TH122 DOI： 10. 16578/j. issn. 1004. 2539. 2025. 04. 001

0 引言

擺線針輪減速器具有傳動比大、傳動高效、結構緊湊、傳動平穩且精度高、噪聲低等優點，廣泛應用于汽車、航空航天、工業機器人、數控機床、太陽能和風能設備等領域中[1]。擺線針輪副的傳動精度直接影響擺線針輪減速器的傳動性能，作為重要的傳動部件，其承載傳動性能是設計精密擺線針輪減速器的關鍵。因此，分析擺線針輪傳動過程中的接觸應力和嚙合剛度并精確建立數學模型十分重要。

當前，關于擺線針輪減速器的研究，國內外學者取得了很多成果，但主要集中在結構設計和優化方面，針對擺線針輪在負載傳動過程中接觸應力和嚙合剛度的研究較少。周士冬等[2]以擺線針輪減速器中擺線針輪副為研究對象，提出了一種考慮周向間隙的擺線針輪承載接觸分析方法，建立了擺線針輪周向間隙下的承載接觸分析模型，并對不同輸入轉角下的接觸應力和傳動誤差進行了對比。LI等[3]建立了承載接觸分析模型，分析了偏心距誤差和修形誤差的影響，研究了一種計算嚙合剛度的新方法。LIN等[4]以擺線針輪輪齒為研究對象，提出了一種基于擺線齒廓離散化的輪齒接觸分析方法。徐航等[5]研究了針齒半徑誤差、針輪中心圓半徑誤差等不同誤差組合對RV減速器回差的影響，建立了回差計算模型并進行了仿真分析。王永強等[6]采用包絡法推導出擺線輪齒廓方程并進行了齒面接觸分析，獲得了齒面接觸參數，給出齒面接觸分析到承載接觸分析的完整計算流程，獲得了任意轉角位置、不同修形方式的精確載荷參數。

除了負載對擺線針輪的接觸應力有影響外，針齒分布圓半徑、針齒半徑、偏心距、短幅系數等結構參數對擺線針輪的接觸應力也有很大影響，針齒分布圓半徑和針齒半徑對擺線針輪嚙合剛度的影響尤為顯著。本文根據結構參數計算接觸應力和嚙合剛度，開發VB. NET程序，分析擺線針輪結構參數對擺線針輪副承載性能的影響，以期為擺線針輪減速器中擺線針輪結構參數的設計奠定一定的基礎。