[科普中国]-柔性滚动轴承

简介

随着高性能控制系统的发展，对机械传动动态性能提出了日趋严格的要求。因而对机械传动的动力学行为进行完整分析和研究已成为当今机械动力学领域内的一个热门课题谐波传动以其独特的传动机理，和由此而带来的一系列优点，在高技术领域内的应用占有特殊的地位。但由于谐波传动中柔性元件的存在而导致的在动力学研究带来的困难，使得国内外在这方面的研究涉足甚少，其中对作为波发生器主要元件的柔性滚动轴承的动力学研究基本上处于空白，这就严重地影响了谐波传动动态性能研究的进展。因此对柔性滚动轴承进行较全面的动力学分析，研究它对系统性能的影响，具有较大的理论意义和应用价值1。

谐波传动变速器谐波传动变速器包括三个基本构件：波发生器、柔轮、刚轮及柔性轴承。其中柔性轴承是核心部件，变速器通过轴承的弹性变形达到高减速比的性能要求。

柔性轴承在工作中，内圈安装在椭圆形的凸轮上，工作中承受循环应力载荷， 外圈安装在柔轮上，工作中随凸轮的转动而发生弹性变形，不仅承受循环应力载荷，而且承受交变应力载荷。

这些特点对轴承内圈和外圈以及保持架的设计和制造提出了极高的要求，国外也仅有日本、美国等少数国家可以生产。河北精密柔性轴承有限公司谐波传动变速器用柔性轴承的设计制造水平，已完全达到国际先进水平。柔性轴承的设计已形成一套完整的理论体系，产品的制造工艺日趋完善、成熟，产品质量日趋稳定。3E系列谐波传动减速器专用柔性轴承质量可靠性能稳定，已成功应用于"神舟"、系列飞船的谐波传动驱动装置中，为我国的载人航天事业作出了贡献2。

柔性滚动轴承的动力学由于柔性滚动轴承的内圈与波发生器的刚性凸轮紧套在一起。故可视为刚性的椭圆环；滚动体(一般为球)则为通过弹簧与内外圈相连接的具有集中质量的质点；而外圈为一弹性薄壁环，其原始曲线为柔轮原始曲线的内等距曲线。

齿轮系统的动力学行为包括轮齿动态啮合力和动载系数，以及齿轮系统的振动和噪声特性等。随着齿轮传动日益向高速重载的方向发展，齿轮传动的动态特性研究已成为当前齿轮研究的主要课题，人们对系统动力学分析有了更高的要求, 提出了柔性多体动力学问题，即同时考虑结构本身的弹性变形与系统的宏观刚体运动。

总结齿轮传动是应用最为广泛的一种传动形式，是典型的系统动力学问题。多刚体系统的建模理论已经相当成熟，而在多柔体系统建模方面，尽管国内外许多学者做了大量的研究，但仍有一些问题未能得到有效解决。严格来说，实际工程问题大多属于柔性多体动力学问题，系统既存在构件大范围的刚体运动，又存在弹性变形，但为使问题易于求解，以往的多体动力学分析往往将其简化为多刚体动力学问题来处理3。