Research on finite element helical line direction modification of flexspline profile in harmonic reducer

ZHOU Weihong; WANG Zhonghou; CHEN Mingzhi; WANG Fa; MA Jingkai

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.003

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Research on finite element helical line direction modification of flexspline profile in harmonic reducer

·Design·Calculation· | 更新时间：2025-11-26

- Research on finite element helical line direction modification of flexspline profile in harmonic reducer
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 11, Pages: 19-26(2025)
- 作者机构：
  
  上海理工大学机械工程学院，上海 200093
- 作者简介：
  
  WANG Zhonghou, E-mail: wangzhusst@163.com
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52371331;51875360);Shanghai Science and Technology Commission(19060502300)
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.003
  CLC： TH132.43
- Received：29 January 2024，
  
  Revised：2024-03-07，
  
  Published：15 November 2025
- 稿件说明：
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周威宏，汪中厚，陈铭治，等. 谐波减速器中柔轮齿廓的有限元螺旋线方向修形研究［J］. 机械强度，2025，47（11）：19-25.

ZHOU Weihong，WANG Zhonghou，CHEN Mingzhi，et al. Research on finite element helical line direction modification of flexspline profile in harmonic reducer［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（11）：19-25.
周威宏，汪中厚，陈铭治，等. 谐波减速器中柔轮齿廓的有限元螺旋线方向修形研究［J］. 机械强度，2025，47（11）：19-25. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.003.

ZHOU Weihong，WANG Zhonghou，CHEN Mingzhi，et al. Research on finite element helical line direction modification of flexspline profile in harmonic reducer［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（11）：19-25. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.11.003.

摘要

为解决谐波减速器运行中因轮齿干涉及齿面接触不充分导致的应力集中问题，提出了一种基于有限元法（Finite Element Method

FEM）的螺旋线方向修形方法。首先，基于齿面接触分析（Tooth Contact Analysis

TCA）设计柔轮与刚轮齿廓，为实现对谐波减速器工作状态的精准模拟奠定基础。随后，基于齿面接触分析的有限元法重构柔轮模型。在保持柔轮原齿廓完整性的前提下，进行螺旋线方向修形。最后，通过有限元仿真验证修形效果。结果表明，修形后柔轮齿面最大等效应力与啮合压力显著降低，齿面接触区域明显扩大。该方法有效解决了轮齿干涉与应力集中问题，显著提升了传动平稳性，为谐波减速器齿轮啮合性能优化提供了技术参考。

Abstract

To solve the stress concentration problem caused by tooth interference and insufficient tooth surface contact during the operation of harmonic reducers

an axial modification method based on the finite element method (FEM) was proposed. Firstly

the profiles of the flexspline and circular spline were designed based on the requirement of tooth contact analysis (TCA)

laying a foundation for the accurate simulation of the working state of the harmonic reducer. Subsequently

the flexspline model was reconstructed based on the FEM for TCA. On the premise of maintaining the integrity of the original flexspline profile

axial modification was conducted. Finally

the modification effect was verified through finite element simulation. The results show that after modification

the maximum equivalent stress and meshing pressure on the flexspline tooth surface are significantly reduced

and the tooth surface contact area is obviously expanded. This method effectively solves the problems of tooth interference and stress concentration

significantly improves transmission smoothness

and provides technical reference for the optimization of gear meshing performance of harmonic reducers.

关键词

Keywords

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