论文部分内容阅读
【摘 要】RV减速器是一种新的传输机制，它是在传统的引脚地球传输的基础上开发的，不仅克服了一般引脚地球传输稳定性低的缺点，而且具有体积小、寿命长的优点，广泛应用于航空和航天领域RV减速器由于齿轮间的励磁力，在运行过程中产生振动和噪声，影响减速器的传动性能，其中摆轮是影响RV减速器传动特性的关键部件。近年来，国内外研究人员对减速器传动误差分析进行了大量研究，但对RV减速器误差数据的处理研究很少。以RV精密减速器为研究对象，分析了转速和载荷对传动误差的影响。基于RV减速器传动原理和结构分析，仿真建模有助于分析刚性连杆动力学模型，并分析齿廓形状、几何误差和载荷对动态传动精度的影响。本文主要开发生产误差处理软件，对RV减速器上的摆轮临界误差进行数据处理，为RV减速器关键零件误差分析提供了一种方法。
【关键词】摆线轮;RV减速器;软件制作;数据处理
引言
RV传动结构紧凑、寿命长、传动比率高、效率高、传动精度高，广泛应用于机器人、精密机械传动和测量仪器等高科技设备领域。RV减速器传动原理如图1所示。它由渐开线齿轮的行星传动机构和旋转针轮的行星马达驱动。构和输出机构三部分组成的封闭的差动轮系。机器人用RV减速器必须有高的运动精度、高的扭转刚度和小的间隙回差，目前国内还不能量产高精度RV减速器，其关键技术一直被日本垄断。主要分析其回差，并提出减小回差的措施。
1 RV减速器的概况
当下，全球所使用的RV减速器大多数都来自日本的两家生产企业，已经被这两家日本企业所垄断。可是，我国人力成本不但增加，企业急需进行生产方式的转型，工业机器人的使用量逐渐增多，为此，机器人制造用的RV减速器的相关研究，已经上升到国家战略层面。这就需要一种用在RV减速器关键部位检测的技术，才能在RV减速器研究的过程中，保证研究质量，不断提升的功能性，从而研发出更高质量的RV减速器，进而促进我国生产制造业发展，为我国综合实力的提升奠定基础。
2 RV减速器几何回差
在RV减速器中，输出轴的转角偏移值（即齿侧间隙、轴承间隙等几何因素造成的间隙返回差异）。在渐开线传动和销传动中。由于零件加工、装配错误以及载荷和温度的变化，返回差异是不可避免的。当存在回差导致齿轮系统转向传动时，输出轴短时间内会失去与输入轴的运动链接，从而导致输出突然中断，使运动传动关系非线性。机器人反馈控制系统具有直接影响，也影响系统的动态质量，因此机器人根据尺寸和尺寸规格，使用RV减速器将反馈差范围严格限制为（1 ～ 1.5）_级。对一组振荡线的行星传动偏差进行几何建模，并分析振荡线旋转偏差的影响因素;文档系统[2]分析返回差值、传输误差、扭转刚度等。从RV减速器并给出了返回差的几何数学模型，但由于尺寸公差过严，国际生产仍然困难;文献[3]利用蒙特卡罗法计算RV减速器的几何回归模型;文献[4]建立了RV减速器回归差静态分析和误差分布研究的误差分布矩阵数学模型，但没有给出公差分布的原理。现有研究尚未确定RV减速器零件公差分布的原则和方法，因此仍需研究RV减速器返差的影响因素和公差分布方法。
2.1创建动态模型
采用动态子结构法和集中参数法建立RV传动系统的动态模型，但RV减速器运动相对复杂，因此RV传动系统简化如下：（1）回转臂轴承和角接触支承轴承简化为弹簧;（2）三个行星齿轮的质量、转动惯量和转动刚度相同;（3）旋转臂轴承和角接触球轴承的支承刚度恒定;（4）忽略齿面摩擦力的影响，假定齿摩擦力始终遵循啮合线的方向;（5）曲柄轴上的轴承间距小，折弯变形被忽略;（6）将进口齿轮轴分为两个集中质量模型：进口齿轮轴和初级渐开线齿轮驱动齿轮;（7）将曲柄轴减小到三个集中质量点，即渐开线齿轮传动中心和承载柱旋转运动的两个中心;（8）曲柄轴的第一个集中质量点固定在一个集中质量点处的行星齿轮上。
2.2检测位置度
对于摆线轮中孔组位置度的检测，具体检测内容就是被侧要素实际位置与理想位置存在偏移的程度，这里所指的理想位置需要相对基准或者几何图框进行确定。位置的误差会直接影响零部件装配的质量，因此，一定要检查零部件的位置度误差，从而保证零部件的质量。生产工业用机器人的RV减速器中关键零部件摆线轮的过程中，摆线轮的轴承安装孔尺寸或者位置，均可能出现加工误差，也就会出现孔组的位置度的误差，从而影响传动的精度。从摆线轮的曲柄轴孔存在的偏心误差会对减速器装配以及传动精度产生影响的角度去看，在线检测必须检测轴承安装孔所分布的位置精度进行检测。
2.3转臂轴承的最大应力计算
由上面的受力分析可知，RV传动机构中的三个曲柄轴上的转臂轴承受力大小和规律一样，进行应力计算时计算一个即可。曲柄轴的曲轴部分作为轴承的内圈，材料为18CrNiMnMoA，弹性模量为2.12×1011Pa，滚针的材料为GCr15，弹性模量为2.19×1011Pa，摆线轮的内孔作为轴承的外圈，材料为20CrMo，弹性模量为2.1×1011Pa。泊松比都为0.3。采用有限元计算软件WORKBENCH计算摆线轮上的轴承接触应力。有限元模型建立尽量简单，轴承单边受力，且主要应力变化集中在滚子与内外圈的接触部分，简化模型及网格。尽量提高计算精度，接触部分的网格尺寸小于0.01mm。接触对设置：滚子与内外圈接触的表面为接触面，内外圈接触滚子的面为目标面。接触类型为非对称接触，计算方法采用普通的拉格朗日算法。约束和加载：对轴承外圈的外部进行全约束，内圈的上边加载前面计算出来的最大载荷7500N。
结束语
通过对RV减速器的回差分析，可以得到如下结论的覆盖层冲击端压力和支反力均越大。（3）随冲击速度增大，各覆盖层表现出更强的能量吸收能力。在冲击速度和名义应变一定的条件下，壁厚越大的覆盖层能量吸收能力越高。
参考文献：
[1]汪泉，秦争争，赵大兴，王君，陈智龙，严子成.RV-550E型减速器摆线轮齿廓修形多目标优化设计[J].机械传动，2018，42（12）：64-69.
[2]郑钰馨，奚鹰，卜王辉，李梦如.RV减速器5自由度纯扭转模型非线性特性分析[J].浙江大学学报（工学版），2018，52（11）：2098-2109+2119.
[3]赵海鸣，聂帅，朱加云，蔡进雄.RV减速器动力学特性研究[J].机械工程与自动化，2018（05）：4-7+11.
[4]张益铭，杨荣松，孙少强.RV减速器主轴承接触刚度及有限元分析[J].机械设计与制造，2018（S2）：1-5+10.
[5]张跃明，杨申春，纪姝婷，冀永虎，赵飞.RV减速器摆线轮磨削工艺研究[J].机床与液压，2018，46（15）：28-31+36.
（作者單位：河南工学院机械工程学院）
【关键词】摆线轮;RV减速器;软件制作;数据处理
引言
RV传动结构紧凑、寿命长、传动比率高、效率高、传动精度高，广泛应用于机器人、精密机械传动和测量仪器等高科技设备领域。RV减速器传动原理如图1所示。它由渐开线齿轮的行星传动机构和旋转针轮的行星马达驱动。构和输出机构三部分组成的封闭的差动轮系。机器人用RV减速器必须有高的运动精度、高的扭转刚度和小的间隙回差，目前国内还不能量产高精度RV减速器，其关键技术一直被日本垄断。主要分析其回差，并提出减小回差的措施。
1 RV减速器的概况
当下，全球所使用的RV减速器大多数都来自日本的两家生产企业，已经被这两家日本企业所垄断。可是，我国人力成本不但增加，企业急需进行生产方式的转型，工业机器人的使用量逐渐增多，为此，机器人制造用的RV减速器的相关研究，已经上升到国家战略层面。这就需要一种用在RV减速器关键部位检测的技术，才能在RV减速器研究的过程中，保证研究质量，不断提升的功能性，从而研发出更高质量的RV减速器，进而促进我国生产制造业发展，为我国综合实力的提升奠定基础。
2 RV减速器几何回差
在RV减速器中，输出轴的转角偏移值（即齿侧间隙、轴承间隙等几何因素造成的间隙返回差异）。在渐开线传动和销传动中。由于零件加工、装配错误以及载荷和温度的变化，返回差异是不可避免的。当存在回差导致齿轮系统转向传动时，输出轴短时间内会失去与输入轴的运动链接，从而导致输出突然中断，使运动传动关系非线性。机器人反馈控制系统具有直接影响，也影响系统的动态质量，因此机器人根据尺寸和尺寸规格，使用RV减速器将反馈差范围严格限制为（1 ～ 1.5）_级。对一组振荡线的行星传动偏差进行几何建模，并分析振荡线旋转偏差的影响因素;文档系统[2]分析返回差值、传输误差、扭转刚度等。从RV减速器并给出了返回差的几何数学模型，但由于尺寸公差过严，国际生产仍然困难;文献[3]利用蒙特卡罗法计算RV减速器的几何回归模型;文献[4]建立了RV减速器回归差静态分析和误差分布研究的误差分布矩阵数学模型，但没有给出公差分布的原理。现有研究尚未确定RV减速器零件公差分布的原则和方法，因此仍需研究RV减速器返差的影响因素和公差分布方法。
2.1创建动态模型
采用动态子结构法和集中参数法建立RV传动系统的动态模型，但RV减速器运动相对复杂，因此RV传动系统简化如下：（1）回转臂轴承和角接触支承轴承简化为弹簧;（2）三个行星齿轮的质量、转动惯量和转动刚度相同;（3）旋转臂轴承和角接触球轴承的支承刚度恒定;（4）忽略齿面摩擦力的影响，假定齿摩擦力始终遵循啮合线的方向;（5）曲柄轴上的轴承间距小，折弯变形被忽略;（6）将进口齿轮轴分为两个集中质量模型：进口齿轮轴和初级渐开线齿轮驱动齿轮;（7）将曲柄轴减小到三个集中质量点，即渐开线齿轮传动中心和承载柱旋转运动的两个中心;（8）曲柄轴的第一个集中质量点固定在一个集中质量点处的行星齿轮上。
2.2检测位置度
对于摆线轮中孔组位置度的检测，具体检测内容就是被侧要素实际位置与理想位置存在偏移的程度，这里所指的理想位置需要相对基准或者几何图框进行确定。位置的误差会直接影响零部件装配的质量，因此，一定要检查零部件的位置度误差，从而保证零部件的质量。生产工业用机器人的RV减速器中关键零部件摆线轮的过程中，摆线轮的轴承安装孔尺寸或者位置，均可能出现加工误差，也就会出现孔组的位置度的误差，从而影响传动的精度。从摆线轮的曲柄轴孔存在的偏心误差会对减速器装配以及传动精度产生影响的角度去看，在线检测必须检测轴承安装孔所分布的位置精度进行检测。
2.3转臂轴承的最大应力计算
由上面的受力分析可知，RV传动机构中的三个曲柄轴上的转臂轴承受力大小和规律一样，进行应力计算时计算一个即可。曲柄轴的曲轴部分作为轴承的内圈，材料为18CrNiMnMoA，弹性模量为2.12×1011Pa，滚针的材料为GCr15，弹性模量为2.19×1011Pa，摆线轮的内孔作为轴承的外圈，材料为20CrMo，弹性模量为2.1×1011Pa。泊松比都为0.3。采用有限元计算软件WORKBENCH计算摆线轮上的轴承接触应力。有限元模型建立尽量简单，轴承单边受力，且主要应力变化集中在滚子与内外圈的接触部分，简化模型及网格。尽量提高计算精度，接触部分的网格尺寸小于0.01mm。接触对设置：滚子与内外圈接触的表面为接触面，内外圈接触滚子的面为目标面。接触类型为非对称接触，计算方法采用普通的拉格朗日算法。约束和加载：对轴承外圈的外部进行全约束，内圈的上边加载前面计算出来的最大载荷7500N。
结束语
通过对RV减速器的回差分析，可以得到如下结论的覆盖层冲击端压力和支反力均越大。（3）随冲击速度增大，各覆盖层表现出更强的能量吸收能力。在冲击速度和名义应变一定的条件下，壁厚越大的覆盖层能量吸收能力越高。
参考文献：
[1]汪泉，秦争争，赵大兴，王君，陈智龙，严子成.RV-550E型减速器摆线轮齿廓修形多目标优化设计[J].机械传动，2018，42（12）：64-69.
[2]郑钰馨，奚鹰，卜王辉，李梦如.RV减速器5自由度纯扭转模型非线性特性分析[J].浙江大学学报（工学版），2018，52（11）：2098-2109+2119.
[3]赵海鸣，聂帅，朱加云，蔡进雄.RV减速器动力学特性研究[J].机械工程与自动化，2018（05）：4-7+11.
[4]张益铭，杨荣松，孙少强.RV减速器主轴承接触刚度及有限元分析[J].机械设计与制造，2018（S2）：1-5+10.
[5]张跃明，杨申春，纪姝婷，冀永虎，赵飞.RV减速器摆线轮磨削工艺研究[J].机床与液压，2018，46（15）：28-31+36.
（作者單位：河南工学院机械工程学院）