【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及谐波减速器的热性能分析，具体为一种谐波减速器的热性能分析方法及系统。
技术介绍
1、传统的热性能分析方法未能充分考虑多物理场之间的耦合效应，在谐波减速器的实际运行过程中，温度场、应力场、湿度场的多个物理场是相互关联、相互影响的，忽略这种耦合关系，会导致分析结果出现偏差，甚至误导产品的设计和优化。
2、其次，传统分析方法的计算效率较低，无法满足快速设计和优化的需求，随着计算机技术的不断发展，对产品设计的要求也越来越高，需要能够快速、准确地评估产品的性能，然而，传统的热性能分析方法往往需要进行大量的迭代计算，计算效率低下，无法满足现代产品设计的需要。
3、此外，传统分析方法的验证和优化手段也存在不足，由于无法全面考虑多物理场之间的耦合关系，传统方法往往只能对单一物理场进行验证和优化，而无法对整个系统进行有效的评估，这导致在分析过程中会出现遗漏或误判的情况，进一步影响了产品设计和优化的效果。
4、因此，针对现有技术的不足和缺点，本专利技术专利提出了一种谐波减速器的热性能分析方法解决上述的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了弥补现有技术的不足，提供了一种谐波减速器的热性能分析方法及系统，它涵盖数据收集、多物理场耦合模型建立、仿真分析、结果输出与优化建议及实验验证，通过收集参数、建立模型、模拟运行、输出可视化结果和实验验证，全面评估谐波减速器的热性能，确保分析的准确性和可靠性，为优化设计提供科学依据。
2、本专利技术
3、数据收集与预处理：收集谐波减速器的结构参数、工作条件、材料属性的基础数据，并进行必要的预处理；
4、多物理场耦合模型建立：建立谐波减速器的多物理场耦合模型，同时考虑热传导、热对流、热辐射的因素，以及机械应力和振动对热性能的影响；
5、仿真分析：通过模拟谐波减速器在不同工况下的运行情况，得到其温度分布、热流量的热性能参数，同时分析机械应力和振动对热性能的影响，并评估对谐波减速器整体性能的影响程度；
6、结果输出与优化建议：将仿真分析的结果以可视化的方式呈现，可以直观地展示谐波减速器的热性能表现，根据分析结果，给出针对谐波减速器热性能的优化建议；
7、实验验证：通过搭建实验平台，模拟谐波减速器的实际工作环境，测量其在实际运行中的热性能参数，将实验结果与仿真分析结果进行对比，验证本专利技术的准确性和可靠性。
8、进一步地，所述数据收集与预处理使用传感器设备收集谐波减速器的实时运行的振动信号、温度、噪音参数，从实验室或现场测试中获取实验记录数据，从现有的数据库或资料库中检索关于谐波减速器的结构参数、材料属性的基础数据，去除重复、错误、不完整或无关的数据，对清洗后的数据进行验证，确保数据的准确性和一致性，将数据转换为适合后续分析和建模的格式，并进行标准化处理，将来自不同数据源的数据合并到一个统一的数据集中。
9、更进一步地，所述多物理场耦合模型建立明确需要耦合的物理场，对于每个物理场，定义其数学模型和方程，确定相关的边界条件，为了进行数值计算，将求解区域划分为离散的网格，对于多物理场耦合模型，为确保各个物理场在相同的网格上进行计算，以保证不同物理场之间的耦合关系能够正确地体现在数值计算中，对于每个物理场，设置初始场，即在求解开始时物理量的分布情况，根据不同物理场之间的相互作用关系，建立耦合方程，利用有限元分析(fea)方法求解耦合方程，对求解结果进行验证，确保其符合物理规律和实际情况，如果结果不符合预期，则调整模型参数、网格设置或求解方法，并根据验证结果对模型进行优化，以提高其准确性和可靠性。
10、更进一步地，所述有限元分析(fea)求解耦合方程，将求解区域划分为有限数量的单元，每个单元都有一个唯一的索引e在每个单元上，根据物理定律建立局部方程，对于热传导问题，局部热传导方程表示为：kete＝qe，其中：ke是单元热传导矩阵、te是单元节点温度向量、qe是单元热源向量，将所有单元的局部方程组装成一个全局的线性方程组，对于耦合问题，需要确保不同物理场之间的耦合关系被正确地体现在全局方程组中，全局热传导方程表示为kt＝q全局弹性力学方程表示为：ku＝f，其中：k是热传导矩阵，t是全局温度向量，u是全局位移向量，q和f是全局热源和力向量，引入耦合系数，确保耦合项能够正确地反映不同物理场之间的相互作用，使用线性代数求解器求解全局方程组，对求解结果进行后处理，提取所需的温度分布、应力分布，并进行可视化或进一步分析。
11、更进一步地，所述仿真分析使用三维建模软件创建谐波减速器的详细三维模型，为模型中的每个部件定义其材料的密度、热导率、比热容、弹性模量、泊松比，设定仿真分析的环境温度，通过设定热对流系数和热辐射系数的边界条件，选择合适的网格尺寸和类型，对模型进行网格划分，以捕捉关键区域的温度变化和应力分布，进行稳态热分析，以捕捉谐波减速器在不同工况下的温度分布和热流量变化，为模型添加相应的输入转速、输出载荷、摩擦力的参数，分析温度分布和热流量，评估热性能是否满足设计要求，在仿真软件中，为谐波减速器的模型添加力学模型和材料参数，设定边界条件和载荷，模拟谐波减速器在工作过程中的受力情况，通过求解受力平衡方程，分析机械应力和振动对热性能的影响，根据仿真结果评估谐波减速器的热性能和机械性能，识别存在的问题，对设计进行优化，以改善性能或降低成本。
12、更进一步地，所述稳态热分析基于三维建模软件所设置的边界条件作为求解方程的约束条件，开始求解，其温度边界条件；t＝t0在边界γt上，热流密度边界条件：在边界γq上，其中：n是边界上的法线方向、q0是给定的热流密度，对于单层平壁，当壁体两侧存在温差δt，通过壁体的热流量q用以下公式计算：其中：l是壁体的厚度，q通过某一面积a的热流量，则总热流量q表示为：在有限元分析中，方程会被离散化，使用有限元分析软件求解稳态热平衡方程，以得到整个模型上的温度分布和热流量分布。
13、更进一步地，所述求解受力平衡方程，依据创建的模型，定义材料的弹性模量(e)、泊松比(ν)、密度(ρ)的参数，将模型划分为有限数量的单元和节点，利用材料的弹性模量和泊松比，计算每个单元的刚度矩阵，利用材料的密度，计算每个单元的质量矩阵，为模型定义固定支撑、滑动支撑约束条件，在模型上施加外部载荷，如力、力矩、压力，将每个单元的刚度矩阵和质量矩阵组装成全局刚度矩阵和质量矩阵，根据全局刚度矩阵、质量矩阵和施加的载荷，形成受力平衡方程k×u＝f，其中k是全局刚度矩阵，u是节点位移向量，f是载荷向量，利用节点的位移向量u和单元刚度矩阵，计算每个单元的应力和应变，通过可视化工具展示应力分布图，识别出应力集中的区域，由于应力较大会导致局部温度升高，可以使用热分析模块来模拟温度分布，振动会改变结构内部的热传导路径，导致热流量分布不均，根据分析结果，评估谐波减本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种谐波减速器的热性能分析方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
2.根据权利要求1所述一种谐波减速器的热性能分析方法，其特征在于，所述数据收集与预处理使用传感器设备收集谐波减速器的实时运行的振动信号、温度、噪音参数，从实验室或现场测试中获取实验记录数据，从现有的数据库或资料库中检索关于谐波减速器的结构参数、材料属性的基础数据，去除重复、错误、不完整或无关的数据，对清洗后的数据进行验证，确保数据的准确性和一致性，将数据转换为适合后续分析和建模的格式，并进行标准化处理，将来自不同数据源的数据合并到一个统一的数据集中。
3.根据权利要求1所述一种谐波减速器的热性能分析方法，其特征在于，所述多物理场耦合模型建立明确需要耦合的物理场，对于每个物理场，定义其数学模型和方程，确定相关的边界条件，为了进行数值计算，将求解区域划分为离散的网格，对于多物理场耦合模型，为确保各个物理场在相同的网格上进行计算，以保证不同物理场之间的耦合关系能够正确地体现在数值计算中，对于每个物理场，设置初始场，即在求解开始时物理量的分布情况，根据不同物理场之间的相互作用关系，建立耦合方程，
4.根据权利要求3所述一种谐波减速器的热性能分析方法，其特征在于，所述有限元分析(FEA)求解耦合方程，将求解区域划分为有限数量的单元，每个单元都有一个唯一的索引e在每个单元上，根据物理定律建立局部方程，对于热传导问题，局部热传导方程表示为：KeTe＝Qe，其中：Ke是单元热传导矩阵、Te是单元节点温度向量、Qe是单元热源向量，将所有单元的局部方程组装成一个全局的线性方程组，对于耦合问题，确保不同物理场之间的耦合关系被正确地体现在全局方程组中，全局热传导方程表示为KT＝Q全局弹性力学方程表示为：Ku＝F，其中：K是热传导矩阵，T是全局温度向量，u是全局位移向量，Q和F是全局热源和力向量，引入耦合系数，确保耦合项能够正确地反映不同物理场之间的相互作用，使用线性代数求解器求解全局方程组，对求解结果进行后处理，提取所需的温度分布、应力分布，并进行可视化或进一步分析。
5.根据权利要求1所述一种谐波减速器的热性能分析方法，其特征在于，所述仿真分析使用三维建模软件创建谐波减速器的详细三维模型，为模型中的每个部件定义其材料的密度、热导率、比热容、弹性模量、泊松比，设定仿真分析的环境温度，通过设定热对流系数和热辐射系数的边界条件，选择合适的网格尺寸和类型，对模型进行网格划分，以捕捉关键区域的温度变化和应力分布，进行稳态热分析，以捕捉谐波减速器在不同工况下的温度分布和热流量变化，为模型添加相应的输入转速、输出载荷、摩擦力的参数，分析温度分布和热流量，评估热性能是否满足设计要求，在仿真软件中，为谐波减速器的模型添加力学模型和材料参数，设定边界条件和载荷，模拟谐波减速器在工作过程中的受力情况，通过求解受力平衡方程，分析机械应力和振动对热性能的影响，根据仿真结果评估谐波减速器的热性能和机械性能，识别存在的问题，对设计进行优化，以改善性能或降低成本。
6.根据权利要求5所述一种谐波减速器的热性能分析方法，其特征在于，所述稳态热分析基于三维建模软件所设置的边界条件作为求解方程的约束条件，开始求解，其温度边界条件，T＝T0在边界ΓT上，热流密度边界条件：在边界Γq上，其中：n是边界上的法线方向、q0是给定的热流密度，对于单层平壁，当壁体两侧存在温差ΔT，通过壁体的热流量q用以下公式计算：其中：L是壁体的厚度，q通过某一面积A的热流量，则总热流量Q表示为：在有限元分析中，方程会被离散化，使用有限元分析软件求解稳态热平衡方程，以得到整个模型上的温度分布和热流量分布。
7.根据权利要求5所述一种谐波减速器的热性能分析方法，其特征在于，所述求解受力平衡方程，依据创建的模型，定义材料的弹性模量(E)、泊松比(ν)、密度(ρ)的参数，将模型划分为有限数量的单元和节点，利用材料的弹性模量和泊松比，计算每个单元的刚度矩阵，利用材料的密度，计算每个单元的质量矩阵，为模型定义固定支撑、滑动支撑约束条件，在模型上施加外部载荷，如力、力矩、压力，将每个单元的刚度矩阵和质量矩阵组装成全局刚度矩阵和质量矩阵，根据全局刚度矩阵、质量矩阵和施加的载荷，形成受力平衡方程K×U＝F，其中K是全局刚度矩阵，U是节点位移向量，F是载荷向量，利用节点的位移向量U和单元刚度矩阵，计算每个单元的应力和应变，通过可视化工具展示应力分布图，识别出应力集中的区域，由于应力较大会...
【技术特征摘要】
1.一种谐波减速器的热性能分析方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
2.根据权利要求1所述一种谐波减速器的热性能分析方法，其特征在于，所述数据收集与预处理使用传感器设备收集谐波减速器的实时运行的振动信号、温度、噪音参数，从实验室或现场测试中获取实验记录数据，从现有的数据库或资料库中检索关于谐波减速器的结构参数、材料属性的基础数据，去除重复、错误、不完整或无关的数据，对清洗后的数据进行验证，确保数据的准确性和一致性，将数据转换为适合后续分析和建模的格式，并进行标准化处理，将来自不同数据源的数据合并到一个统一的数据集中。
3.根据权利要求1所述一种谐波减速器的热性能分析方法，其特征在于，所述多物理场耦合模型建立明确需要耦合的物理场，对于每个物理场，定义其数学模型和方程，确定相关的边界条件，为了进行数值计算，将求解区域划分为离散的网格，对于多物理场耦合模型，为确保各个物理场在相同的网格上进行计算，以保证不同物理场之间的耦合关系能够正确地体现在数值计算中，对于每个物理场，设置初始场，即在求解开始时物理量的分布情况，根据不同物理场之间的相互作用关系，建立耦合方程，利用有限元分析(fea)方法求解耦合方程，对求解结果进行验证，确保其符合物理规律和实际情况，如果结果不符合预期，则调整模型参数、网格设置或求解方法，并根据验证结果对模型进行优化，以提高其准确性和可靠性。
4.根据权利要求3所述一种谐波减速器的热性能分析方法，其特征在于，所述有限元分析(fea)求解耦合方程，将求解区域划分为有限数量的单元，每个单元都有一个唯一的索引e在每个单元上，根据物理定律建立局部方程，对于热传导问题，局部热传导方程表示为：kete＝qe，其中：ke是单元热传导矩阵、te是单元节点温度向量、qe是单元热源向量，将所有单元的局部方程组装成一个全局的线性方程组，对于耦合问题，确保不同物理场之间的耦合关系被正确地体现在全局方程组中，全局热传导方程表示为kt＝q全局弹性力学方程表示为：ku＝f，其中：k是热传导矩阵，t是全局温度向量，u是全局位移向量，q和f是全局热源和力向量，引入耦合系数，确保耦合项能够正确地反映不同物理场之间的相互作用，使用线性代数求解器求解全局方程组，对求解结果进行后处理，提取所需的温度分布、应力分布，并进行可视化或进一步分析。
5.根据权利要求1所述一种谐波减速器的热性能分析方法，其特征在于，所述仿真分析使用三维建模软件创建谐波减速器的详细三维模型，为模型中的每个部件定义其材料的密度、热导率、比热容、弹性模量、泊松比，设定仿真分析的环境温度，通过设定热对流系数和热辐射系数的边界条件，选择合适的网格尺寸和类型，对模型进行网格划分，以捕捉关键区域的温度变化和应力分布，进行稳态热分析，以捕捉谐波减速器在不同工况下的温度分布和热流量变化，为模型添加相应的输入转速、输出载荷、摩擦力的参数，分析温度分布和热流量，评估热性能是否满足设计要求，在仿真软件中，为谐波减速器的模型添加力学模型和材料参数，设定边界条件和载荷，模拟谐波减速器在工作过程中的受力情况，通过求解受力平衡方程，分析机械应力和振动对热性能的影响，根据仿真结果评估谐波减速器的热性能和机械性能，识别存在的问题，对设计进行优化，以改善性能或降低成本。
6.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏来，刘鹏，李浩源，周立明，田海龙，赵宏伟，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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