摆线针轮减速机参数对传动效率的影响与参数优化

为进一步提高摆线针轮减速机的传动效率,对减速机传动效率的影响规律进行了深入研究,提出了考虑设计参数与工况参数变化的摆线针轮减速机传动效率计算模型,并对参数进行了优化。首先,考虑摩擦力和啮合齿隙,建立了摆线针轮传动机构的多齿承载接触分析模型,计算了摆线针齿啮合力与载荷分布规律;然后,考虑摆线针轮减速机的啮合损耗、输出损耗、轴承损耗、润滑损耗和密封损耗,提出了摆线针轮减速机传动效率计算模型,并分析了设计参数和工况参数对摆线针轮减速机传动效率的影响规律。研究表明,在考虑摩擦受力的情况下,转速、负载、针齿销半径、针齿分布圆半径、偏心距、针齿套半径是影响传动效率的主要参数,针齿销数、柱销分布圆半径、柱销半径和摆线轮齿宽次之。最后,以齿轮强度、齿轮宽度、齿廓形状、齿间间隙和承载能力作为参数优化范围,将效率和体积作为目标对设计参数进行多目标优化分析,得到最优参数解,进而获得了更小体积、更高传动效率的摆线针轮减速机。

基于压力角的摆线针轮齿廓曲线优化方法

根据摆线针轮传动理论,提出一种基于压力角的齿廓优化方法。将摆线针轮齿廓分为工作段与非工作段,区分影响工作段压力角的因素为修形参数与设计参数,讨论两类参数对压力角的影响,以此两类参数为设计变量,以工作段平均压力角为目标函数,以运动与润滑要求确定边界条件,对RV⁃550E型减速器摆线轮进行优化设计。结果表明,此方法使算例的工作段平均压力角降低了4.14%,使单齿啮合过程的压力角最大值降低了1.35%,优化前后接触齿对最大Mises应力下降了20.77%,发生位置由摆线轮转移至针轮,模型质量减小了9.38%,在确保无根切现象的同时能获得良好的组合修形效果。

考虑齿形误差影响的摆线针轮承载特性分析

针对缺乏考虑齿形误差的承载分析软件,导致分析结果不符合实际工程状况的问题,提出了1种包含摆线轮齿形误差的摆线针轮副承载特性分析方法。利用三次非均匀B样条准确描述出包含齿形误差的摆线轮实际齿廓,构建并分析了摆线针轮误差齿廓接触分析模型(error tooth contact analysis,E-TCA),得到了初始啮合位置参数及啮合间隙。在此基础上,建立了齿形误差影响下的摆线针轮副负载接触分析模型,确定了零部件多体接触之间的力矩平衡和变形协调关系,利用能量最低原理获取了真实承载特性。通过有限元模型验证了RV-40E型号减速器的摆线针轮承载特性。结果表明:由于齿形误差的影响,啮合齿数减少了1对,啮合应力和传动误差增大了5.3%和5.7%。

双摆线针齿传动齿廓特性与啮合特性分析

将双摆线齿廓运用到NN型少齿差行星齿轮传动领域,通过分析内外摆线轮齿廓的凹凸性、曲率和曲率半径,获得了内、外摆线齿廓的特性;通过图解法推导双摆线针齿传动中内、外摆线轮的压力角计算公式,获得了啮合过程压力角变化规律,以及双摆线针齿主要参数对于内、外摆线轮压力角的影响;通过对等距修形和移距修形进行研究,表明齿廓修形对齿形有明显影响。

RV减速器摆线针轮传动机构轮齿承载接触分析

RV减速器摆线针轮传动机构的轮齿承载接触分析是进行该机构润滑分析的基础。为明确摆线轮齿与针齿、曲拐轴承滚针与内外圈之间的动态接触特性,基于摆线针轮传动机构啮合原理,分析了6种不同齿廓修形方式下的轮齿间隙及啮合点的运动学特性;结合静力平衡方程及变形协调条件,引入非线性赫兹接触刚度,建立了摆线针轮传动机构的三维动态承载接触分析模型,确定了含有初始间隙的轮齿受载变形,利用迭代法完成模型求解,明确了传动过程中轮齿及曲拐轴承滚针内外圈啮合处的时变受力特性。

RV减速器摆线针轮传动可靠性和灵敏度分析

摆线针轮啮合传动是RV减速器高负载的关键因素,也是RV减速器的核心结构。根据摆线轮齿廓方程,在SolidWorks中建立摆线轮三维模型,通过有限元方法对摆线针轮进行瞬态动力学分析,得到了摆线针轮啮合传动时的最大等效应力场。建立摆线针轮主要参数与最大等效应力的响应面模型,分析了摆线针轮啮合传动时最大等效应力分布函数以及最大等效应力对各主要参数的敏感性,完成了摆线针轮的可靠性研究。结果表明:摆线针轮啮合传动过程中最大等效应力出现在摆线轮凹齿廓处,并且小于材料的许用应力,可靠性较高;最大等效应力对针齿分布圆直径敏感程度最大。为RV减速器的结构优化设计以及可靠性强化提供了理论基础。

2K-V型摆线针轮减速器的发展与分析

2K-V型摆线针轮减速器具有传动比范围大、运动精度高、传动效率高、回差小、承载能力强等优点。对2K-V型摆线针轮减速器的发展进行了介绍,对其结构和工作原理进行了分析,并对自由度和传动比进行了计算。

NB/SH/T 6040-2021《机器人摆线针轮(RV)减速器润滑油》标准解读

随着我国工业转型升级、劳动力成本不断攀升及机器人生产成本下降,工业机器人已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。关节减速器是工业机器人的核心零部件,现有主流工业机器人减速器主要有机器人摆线针轮(RV)减速器、谐波减速器和普通减速器。轻负载机器人(20 kg以下)多采用谐波减速器,RV减速器用于重负载机器人上,在应用上占据主导地位。机器人摆线针轮(RV)减速器是一种高精密度减速器,由行星支架和摆线针轮构成,其内部机构的运行模式,不仅包含了直齿轮啮合的方式,还有滑动摩擦和滚动摩擦的运动形式存在[1],所以其对于油品的性能要求,既要满足传统工业齿轮油的性能要求,又必须同时适合滑动摩擦和滚动摩擦存在下设备的需要。

最低形变能条件下摆线针轮承载啮合区间确定方法

针对摆线针轮缺乏有效载荷分析方法的问题,本文提出了一种基于最低形变能的摆线针轮负载特性分析方法。通过引入最低形变能,确定了实际的同时啮合齿数,获取了符合工程实际的真实负载特性,并通过有限元仿真和测量实验,验证了引入最低形变能理论分析方法的正确性和有效性。结果表明:最大可能啮合齿数的预测结果、利用能量最低原理计算的结果和有限元分析结果均为16齿,理论计算、实际测量和仿真分析的传动误差曲线都呈现出相对一致的抛物线趋势,其最大波动幅度分别为3.83′、3.66′和3.70′。

面向提高承载能力的RV减速器摆线针轮副基本参数优化

为了提高RV减速器承载能力,对摆线针轮副基本参数进行了优化.在RV减速器体积标准化前提下,将基本参数偏心距和针齿半径作为设计变量,建立以提高承载能力为目标的优化模型;针对承载能力与基本参数关系无法用简单解析式表达的问题,通过对遗传算法适应度函数的改进,达到快速搜寻的目的.选择RV-20E减速器进行实例分析,数值仿真结果表明优化后其承载能力提升了11.15%;试制出优化后的摆线针轮副,完成了整机装配,并进行了承载能力实验.结果显示:优化后RV减速器在额定负载时传动效率提高了2.3%,温度和噪声分别降低了0.7℃和1 d B,且在重载时表现更佳.

重载RV减速器的摆线针轮疲劳寿命预测

以某型重载RV减速器中的摆线针轮为研究对象,利用有限元分析软件建立轮齿接触等效模型,得到了摆线轮齿面的接触应力分布并分析了其最大接触应力区,基于刚柔耦合动力学建模,得到了最大接触应力区的应力-时间历程。采用疲劳累计损伤理论,基于疲劳寿命专用仿真软件,以有限元结果和载荷谱为输入,分析了摆线针轮在相应外部循环载荷作用下的最终寿命,研究结果表明:摆线轮最大应力部位和危险部位在分度圆附近且靠近端面,最大应力为817 MPa,疲劳寿命为106.673次,等效寿命为5 233 h,为摆线轮的抗疲劳优化设计提供了参考价值。

可靠度约束下摆线针轮减速器加工精度优化

摆线针轮减速器主要用于高精密传动场合,其在加工过程中,会产生影响传动精度的制造误差。为在实际加工中选取符合传动条件的最优加工参数,基于坐标变换与齿轮共轭接触原理,建立了考虑齿廓修形、制造误差的轮齿接触分析模型,分析了不同种类制造误差对传动误差的灵敏度,并设计一种基于传动可靠度的轮齿修形参数与加工精度优化方法。结果表明,基于DIRECT算法对样本的最佳化计算,可得到一组在许用传动误差条件下制造成本最低的减速器加工参数,且该组加工参数具有高可靠度特性。因此该方法可为制造高可靠度摆线针轮减速机提供理论优化参考。

RV减速器摆线针齿传动机构线外啮入冲击研究

针对摆线针齿传动机构啮合间隙引起的线外啮入冲击,进而导致RV减速器传动误差突变和振动冲击增大的问题,基于H-C(享特-克罗斯利)接触碰撞模型和Hertz(赫兹)接触碰撞变形规律,提出考虑摆线轮齿廓修形参数和机构设计参数的线外啮入冲击力模型与分析方法。首先,基于线外啮入冲击产生机理,确定了理论啮入点与实际啮入点,明确了弹性扭转角的计算方法。其次,基于H-C接触碰撞模型与Hertz接触碰撞变形规律,提出了考虑阻尼力的摆线针齿传动线外啮入冲击力模型。然后,采用多变量拟合方法,构建了摆线轮移距修形和偏心距与啮入冲击力的映射关系,揭示了摆线针齿传动机构线外啮入冲击的影响机制。最后,应用Ansys瞬态动力学模块进行摆线针齿传动机构碰撞动态力的仿真计算。结果表明:啮入冲击力随负移距修形量的减小而增加,随正移距修形量的增大而增加,随偏心距的减小而增加;理论和仿真得到的最大冲击力误差为7.98%,尚在允许范围内,验证了线外啮入冲击模型的可行性。该研究结果可为RV减速机摆线针齿传动机构的设计与优化提供理论依据。

基于有限元建模的RV减速器摆线针轮承载啮合特性分析

为了研究负载变化对RV减速器摆线针轮啮合特性的影响,考虑摆线轮齿廓修形,利用UG建立摆线针轮机构的三维模型,运用Ansys的瞬态动力学模块分析了摆线针轮在一个啮合传动周期内的啮合齿对数和啮合应力变化情况,并将仿真与理论的接触应力进行了对比。结果表明,仿真与理论的接触应力在整体上趋势一致;摆线针轮的啮合齿对数和啮合应力值均呈现周期性规律,且随着负载的增大而增加;接触应力和等效应力与啮合齿对数的变化趋势相反,摆线针轮啮合齿对数越多,其啮合应力越小。针齿在长度方向上的等效应力随负载增大而增大,应力有均匀分布的趋势但变化较小。有限元分析对RV减速器的设计、分析和制造有一定的参考意义。

轴承非线性特性对摆线针轮减速器传动效率的影响分析与参数确定

为构建考虑轴承接触弹性的摆线针轮传动效率理论计算方法,并揭示轴承非线性刚度的影响机制,提出一种耦合摆线轮设计参数、接触载荷及轴承参数的传动效率理论模型。该模型考虑了输入轴与摆线轮的轴承弹性,并引入非线性的轴承刚度。采用牛顿法建立摆线轮受轴承弹性力、惯性力及接触载荷时的动力学微分方程,求解该方程得到轴承弹性位移,并将其与轴承刚度参数纳入传动效率计算模型。通过对比分析不同轴承刚度参数和运行工况下的理论传动效率,并利用理论计算效率与实验测定值的差异,对理论模型加以修正并迭代计算,从而拟定轴承参数。分析表明:轴承刚度指数较小时传动效率受运行速度和负载影响很小,轴承刚度指数较大时传动效率随着负载增大而提高;拟定刚度模型具有合成效应且给定合理参数下所得传动效率与测试值大致相符,可为摆线针轮传动效率评估提供高效且准确的理论方法。

考虑周向间隙的摆线针轮承载接触分析

针对传统算法未考虑摆线轮实际运动形式导致结果与实际不符的问题,以RV减速器中摆线针轮副为研究对象,提出一种考虑周向间隙的摆线针轮承载接触分析方法。基于公转与自转坐标系,确定最先接触齿对相对位置,建立周向间隙几何分析模型;根据转化机构法与坐标变换原理,将周向间隙作为啮合间隙,计算待啮合点位置;应用变形协调条件、赫兹接触理论、扭矩平衡方程,建立周向间隙下的摆线针轮承载接触分析模型;分析不同输入转角下的啮合齿数、啮合力、接触应力和传动误差。结果表明,啮合齿数、传动误差呈现周期性变化,啮合力和接触应力在摆线轮齿廓曲线凹凸过渡点处产生突变,全周期下的最大啮合力和最大接触应力大于初始位置,因此该方法为摆线针轮副的承载传动特性分析提供理论基础。

摆线针轮传动式常规抽油机运动特性及有限元分析

针对游梁式抽油机减速器传动节能增效的需求,设计符合超低冲程需求的摆线针轮传动式常规抽油机。介绍该抽油机的结构特点和能耗特点,给出摆线针轮减速器的具体结构,建立其运动学数学模型;对在不同冲次、曲柄半径下的悬点位移、速度、加速度和扭矩因素进行理论分析,借助MATLAB软件对模型进行仿真,得到对应的悬点运动和扭矩曲线,分析并总结不同条件对抽油机运动特性的影响;对摆线针轮减速器进行应力分析。结果表明:与常规游梁式抽油机相比,摆线针轮传动式常规抽油机运行稳定且效率较高。

基于轮齿承载接触分析的摆线针轮动力学建模

为计算并分析N型摆线针轮少齿差传动结构的传动性能,基于轮齿承载接触分析(LTCA)确定系统时变啮合间隙和时变扭转刚度,考虑摆线针轮旋转位移的影响,基于集中参数法建立系统六自由度(DOF)非线性动力学分析模型。基于牛顿第二运动定律确定的运动学平衡原理,建立系统动力学平衡方程,采用四阶龙格库塔法求解系统的动态响应,计算并分析不同齿廓修形算例下的整机传动误差,并对比同参数下设置的ADMAS仿真结果。结果表明:随着啮合间隙的增大,传动误差数值与波动幅值增大,减速器的稳定性降低,同时传动误差最大值与ADMAS仿真结果吻合性较好。

修形摆线针轮径向间隙对承载能力的影响

以某RV摆线针轮为例,采用“负等距+正移距”的修形方法,以初始间隙最小为条件分析不同径向间隙下修形摆线针轮的最大接触应力和最大接触刚度,研究承载力系数随径向间隙变化的规律。研究结果表明:当径向间隙在0.01~0.02 mm,摆线针轮的承载能力系数随径向间隙的增大而减小;当径向间隙在0.02~0.08 mm,摆线针轮的承载能力系数随径向间隙的增大而增大。当径向间隙在0.07~0.08 mm,承载能力系数大于0,此时的摆线针轮承载能力最好。

摆线针轮传动的啮合区间计算方法研究

针对摆线针轮传动齿廓修形量优化过程中无合适约束条件、逆向工程难以确定摆线轮齿廓修形量以及对摆线针轮传动特性研究时其啮合区间无法获取等问题,开展了摆线轮啮合区间确定方法的研究。首先,对刚度进行分析,确定了影响刚度的主要部件。然后,通过关键部件处的接触刚度分析,分别建立了滚针轴承、圆锥滚子轴承以及摆线轮啮合点扭转刚度模型。在此基础上,推导出以滚针轴承、圆锥滚子轴承以及整机扭转角度为变量的摆线轮扭转刚度方程。最后,依据啮合点连续性原理,计算出所有满足啮合点扭转刚度之和近似等于摆线轮扭转刚度的啮合区间,并依据摆线轮初始啮合点不随负载增加而改变的原理,最终实现对不同负载下可行啮合区间的筛选。该方法分析结果与实际情况基本吻合,并且无须对减速器进行拆解,可以为摆线针轮传动设计和优化提供必要的参考数据。