偏心误差下渐开线2K-V减速器非均载接触传动精度及其参数辨识研究

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课题来源于国家自然科学基金项目(51275538)以及上海市空间飞行器机构重点实验室基金项目(SM2014B101)。渐开线2K-V减速器具有大速比、小体积、轻量化、大刚度、低成本等优点,适用于机器人、高端装备等精密传动系统中,其传动精度是影响系统运动准确性、稳定性及系统敏感度的关键性能指标。由于制造安装误差的影响,渐开线2K-V减速器中180度布置的行星齿轮副在啮合过程中存在非均载接触甚至脱啮情况,同时由于少齿差齿轮副的多齿啮合效应,都将对其传动精度和承载性能产生重要的影响,而制造安装偏心误差是减速器大周期误差、均载等性能的重要影响因素。论文针对偏心误差下2K-V减速器少齿差齿轮副非均载接触及多齿啮合效应开展精度、啮合特性的理论与实验研究,论文主要研究成果如下:(1)考虑第二级少齿差齿轮副中各偏心误差的基础上,建立2K-V减速器大周期无负载传动误差解析计算模型,并在解析模型基础上,从统计学角度出发,采用蒙特卡洛法分析偏心误差及其初始相位对无负载传动误差的影响;同时以传动误差值平方最小为目标函数,采用粒子群优化算法,对其初始相位进行优化。(2)基于2K-V减速器无负载传动误差曲线不可微,不可导的强非线性以及多变量参数,多局部极值导致传统拟合方式求解困难的特点,本文以标准差分进化算法为基础,并结合DE/rand/1以及DE/best/2各自优点,生成自适应变异矢量,同时基于黑洞算法能增加目标矢量多样性,改善优化问题常见的早熟、局部收敛等问题的优点,提出自适应差分进化-黑洞混合算法,并采用此算法对传动误差的参数进行辨识。(3)针对少齿差齿轮副在负载力矩作用下的多齿啮合效应,提出一种改进的时变啮合刚度解析计算模型。在此解析模型基础上,提出一种少齿差齿轮副时变啮合刚度的有限元-解析混合计算方法。建立了少齿差齿轮副多齿啮合有限元时变刚度模型,与上述两种方法结果进行了对比分析,三种方法的时变刚度计算结果吻合良好,且均表明:随着负载力矩的增大,少齿差齿轮副的时变啮合刚度随之增大,且单双齿交替变化的现象逐渐消失。(4)针对少齿差齿轮副非均载接触情况,采用啮合线增量法对2K-V减速器静态传动误差进行计算;考虑负载、速度、时变间隙等工况下少齿差非均载接触情况,建立了非线性动态传动误差集中参数计算模型,研究了不同负载工况下少齿差齿轮副的非均载接触特性,并建立了RecurDyn体动力学模型进行验证。(5)开展了2K-V减速器传动精度测试及分析,得到不同转速、不同初始相位条件下的传动误差,并采用前述自适应差分进化-黑洞混合算法对减速器偏心误差及其相位等的参数进行辨识。根据辨识得到的参数及相应的传动误差曲线与测试传动误差曲线大周期拟合度90%以上,验证了传动误差理论模型的正确性。基于测试传动误差曲线,提出了离散侧隙测试和连续侧隙测试两种测量方法。
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