双波复波活齿减速器啮合特性分析与优化

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活齿传动作为一种新型的齿轮传动型式,具有承载能力大,结构新颖简单,传动效率高,传动比大等优点。目前应用于市场的少齿差精密齿轮传动技术主要有谐波传动,RV传动和行星齿轮传动技术,但减速器的各项指标与国外产品存在一定差距,特别是对减速器精度要求较高的应用场合仍然受制于国外。活齿传动技术在替代这三大传动技术方面具有更加广阔的应用前景,但相关减速器产品走向市场还有一段距离。本文对一种新型的双波复波活齿传动展开了研究,主要内容如下:(1)以RV-40E系列的减速器的体积为参考,结合活齿传动理论设计新型双波复波活齿减速器。首先介绍了双波复波活齿传动的结构原理,并推导了传动比计算公式,结合包络法推导了中心轮齿廓方程。以RV-40E系列的减速器的最大外径为目标,确定了减速器结构尺寸并建立了三维模型,然后根据几何参数和中心轮齿廓方程求解了固定端和输出端的中心轮齿廓曲线,并分析了齿廓曲率和工作区域角。(2)通过MATLAB编程分析了凸轮的长短轴差与基圆半径,滚柱活齿半径以及传动比对齿形几何性质的影响规律;建立了双波活齿传动的滑动模型,分析了齿形参数对其滑滚特性的影响;基于弹性小变形和变形协调假设建立了双波活齿传动的接触应力模型,并分析了传动参数对其的影响规律。(3)分析了双波复波活齿传动机构的误差源,基于复杂机构的作用线增量法对激波凸轮,活齿轮、中心轮的原始误差项进行了分析,建立了双波活齿传动机构的传动误差模型,最后针对主要传动构件,分析了各项误差在活齿一个工作行程中对机构传动误差的影响,结果显示凸轮的齿廓偏差和加工偏心误差、滚柱半径、中心轮的偏心误差和齿距偏差对机构传动误差影响较大。其中机构传动误差对中心轮的各项原始误差的敏感性较高,其次是滚柱半径,最后是激波凸轮。(4)针对双波复波活齿减速器样机的输入输出接口尺寸和机器人精密减速器综合性能试验系统的接口尺寸完成了试验设计,在Solid Works中完成了减速器和试验工装的虚拟装配;然后完成样机与工装的加工,搭建了试验台,对双波复波活齿减速器的传动精度进行了测试,试验结果显示其传动误差在5个角分以内,通过优化参数,提高加工装配精度,对第二款样机进行了精度测试,传动误差在3个角分以内;对传动误差的时域响应进行了频谱分析,结果显示中心轮对机构传动误差影响较大,活齿轮和凸轮轴对机构传动误差的影响相当,验证了第四章传动误差对主要零部件的敏感性仿真结果。
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