長(zhǎng)徑比的影響杯形柔輪的杯底變形非常小，使柔輪的變形不能按照給定的規(guī)律，應(yīng)力狀況變差。為了消除這種影響，柔輪的軸向尺寸L往往設(shè)計(jì)得較大。柔輪長(zhǎng)徑比定義為n＝L／d，是柔輪的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)。本節(jié)利用ABAQUS有限元軟件分析長(zhǎng)徑比對(duì)柔輪應(yīng)力的影響。改變中參數(shù)L的值來獲得不同長(zhǎng)徑比，分析3種負(fù)載情況，即空載T＝0時(shí)、承受額定載荷T＝90Nm時(shí)、承受高過載T＝270Nm時(shí)的柔輪最大Mises應(yīng)力，結(jié)果如表1所示。
為了更直觀地觀察應(yīng)力的變化規(guī)律，將表格中數(shù)據(jù)繪制成曲線。在長(zhǎng)徑比＜0.5時(shí)，柔輪最大應(yīng)力會(huì)隨著長(zhǎng)徑比的減小而急劇增大，在長(zhǎng)徑比＞0.5時(shí)，最大應(yīng)力的變化趨于平緩。從中可以看出，在長(zhǎng)徑比＞0.5后，增大長(zhǎng)徑比對(duì)降低最大應(yīng)力，減小杯底影響的作用并不大。因此，為了達(dá)到小型化和輕量化的目的，設(shè)計(jì)柔輪時(shí)長(zhǎng)徑比可以在0.5～0.6間選取。
壁厚的影響壁厚對(duì)柔輪應(yīng)力的影響比較復(fù)雜。一方面，壁厚增大使柔輪的彎曲剛度增大，柔輪達(dá)到同樣變形時(shí)，彎曲應(yīng)力會(huì)增大；另一方面，扭矩T造成的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，會(huì)隨著壁厚的增大而減小。改變中壁厚δ的值，分析柔輪承受不同載荷時(shí)的最大Mises應(yīng)力，結(jié)果如表2所示。
空載時(shí)應(yīng)力隨壁厚的增大而增大，這是因?yàn)榇藭r(shí)以彎曲應(yīng)力為主。在負(fù)載為90Nm時(shí)，應(yīng)力隨壁厚增大先降后升，δ約為0.6mm時(shí)達(dá)到最小。在負(fù)載為270Nm時(shí)，大載荷引起的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力對(duì)等效應(yīng)力的影響，遠(yuǎn)大于彎曲應(yīng)力，因此盡管壁厚增大，會(huì)使彎曲應(yīng)力增大，但等效應(yīng)力仍然呈下降趨勢(shì)。從中可以看出，在載荷較小時(shí)，例如小于額定載荷，增加壁厚會(huì)增大柔輪應(yīng)力，而當(dāng)載荷較大時(shí)，例如數(shù)倍于額定載荷，增加壁厚會(huì)改善柔輪應(yīng)力狀況。
另外，增大壁厚會(huì)使柔輪剛度增加，減小柔輪扭轉(zhuǎn)變形造成的回差，提高傳動(dòng)精度。因此，在工作時(shí)間短，載荷比較大，又要求一定傳動(dòng)精度的應(yīng)用場(chǎng)合，例如航天飛行器的伺服傳動(dòng)系統(tǒng)，在柔輪壁厚宜選用較大值。通常采用壁厚與柔輪內(nèi)徑的比值δ/d來表征壁厚的影響。本例中柔輪壁厚最好不低于0.6mm，壁厚相對(duì)值δ/d為0.0083.
杯底斜角的影響杯底法蘭過渡圓角處的應(yīng)力一般也較大，當(dāng)柔輪工作時(shí)，該處變形和應(yīng)力不斷循環(huán)，容易發(fā)生疲勞破壞。一種可以有效改善柔輪杯底應(yīng)力狀況的措施是，在杯底處增加一個(gè)斜角γ，使杯底壁厚沿徑向均勻變化（如所示）。改變角度γ的值，分析承受不同載荷時(shí)柔輪杯底的最大Mises應(yīng)力，結(jié)果如表3所示。
在空載時(shí)應(yīng)力隨γ增大而增大，這是因?yàn)樵龃罅吮椎膭偠?，使杯底的彎曲?yīng)力增大。在承受載荷時(shí)，隨著斜角γ不斷增大，杯底的最大應(yīng)力先是明顯下降，到γ＝2°或2.5°后，最大應(yīng)力隨著γ增大有很小的上升。
因此可以得出結(jié)論，增大杯底斜角對(duì)降低杯底承載時(shí)的最大應(yīng)力有明顯作用，等到γ增大到一定角度后，再增加γ對(duì)最大應(yīng)力沒有明顯影響。γ的最優(yōu)值大致在2°～2.5°左右，若載荷較小，則可以取較小值；若載荷較大，則可以取較大值。
結(jié)束語本文利用ABAQUS有限元軟件，分析了柔輪的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)，如長(zhǎng)徑比、壁厚和杯底斜角對(duì)柔輪應(yīng)力的影響，得出了在工作時(shí)間短，所受載荷大這樣的工況下，柔輪的一些最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。其中，長(zhǎng)徑比在增大到一定值后，對(duì)最大應(yīng)力沒有明顯影響，本文例子中的最優(yōu)值為0.5左右；壁厚選取較大值，一方面可以改善應(yīng)力狀況，另一方面可以增大柔輪剛度，在短時(shí)高過載工況下，可以選用較大壁厚，本文例子中相對(duì)壁厚δ／d應(yīng)不低于0.0083；杯底斜角γ的引入，可以改善杯底應(yīng)力狀況，本文中γ最佳值為2°～2.5°，載荷越大，則γ取值越大。(減速機(jī)網(wǎng))
