一种未知转速下的RV减速器故障诊断方法

随着制造业的快速发展,工业机器人已经成为智能制造的核心执行单元。针对旋转矢量(Rotary vector,RV)减速器在运行过程中转速时变、瞬时转速不易被读取的问题,提出一种基于电流信号和振动信号的RV减速器健康状态评估方法。基于电流信号的瞬时频率获取输入转频信息,计算得出减速器组成部件的故障特征频率;同步截取平稳振动信号,再利用粒子寻优的变分模态分解算法对提取出来的振动特征进行分解,并基于多维评价函数选取故障敏感分量进行包络分析,以挖掘故障信息进而评估其健康状态。最后,通过实验数据集验证该方法的有效性。结果表明,本文所提方法可以获得工业机器人在作业时的关节输入转速,同时,多维评价函数可以从RV减速器信号中提取富含冲击信息的故障敏感分量。

基于改进NSGA-Ⅱ算法的RV减速器参数多目标优化研究

旋转矢量(RV)减速器是工业机器人核心部件,对于机器人的性能起到关键作用。针对提升RV减速器综合性能的问题,从优化传动压力角的相关参数出发,对其结构参数(摆线轮齿数、短幅系数、针径系数、摆线轮宽度等)的多目标优化设计进行了研究。首先,研究了摆线轮平均压力角、传动效率和传动机构体积三者的相关参数之间的关系;然后,以此为优化目标,在摆线轮标准齿廓方程的基础上建立了多目标优化数学模型(该模型采用了基于非支配占优排序遗传学算法(NSGA-Ⅱ)改进了交叉算子系数生成的改进NSGA-Ⅱ算法);通过模型求解得到了帕累托最优解集,根据模糊集合理论的相关方法选取了最优解;最后,以某公司220-BX型RV减速器为例,进行了优化设计,建立了3D模型后进行了有限元分析,并加工出实验样机,进行了传动效率对比实验。实验结果表明:摆线轮平均压力角减小了7.19%,体积减小了11.1%,传动效率提高了4.9%。研究结果表明:该模型交互性强,能提高设计效率并节省设计开销,可为实际RV减速器工程优化设计提供参考。

Study on Dynamics of Hypocycloid RV Reducer

The hypocycloid RV reducer is a new type of rotor vector(RV) reducer based on the principle of internal cycloidal planetary transmission. The reducer has a compact and hollow structure. First of all, the component composition, special structure and transmission principle are analyzed. Then, the three-dimension dynamic model for the hypocycloid RV reducer was simulated. Through reasonable assumptions, the dynamic environment was defined, the dynamic model was simplified, and the kinetic equations were listed. The torsional stiffness of the shaft component is calculated, and the meshing rigidity of the cycloidal gear and the needle tooth is calculated. Finally, by using MATLAB software to solve the dynamic equations, combined with the actual parameters of the hypocycloid RV reducer, through the solving equation to obtain the natural frequency of the system, which laid the foundation for the design and research of the following hypocycloid RV reducer.

RV减速器摆线轮齿廓多目标修形的优化与研究

在RV减速器的修形过程中,存在难以保证RV减速器承载能力和传动精度能够综合提升的问题,且以往关于修形的研究大多数都是单目标修形,为此,提出了一种以RV减速器承载能力和回差为目标的优化方法,并使用RV减速器综合性能检测台对修形后的RV减速器进行了回差动态实验。首先,考虑了摆线轮修形后的齿廓方程以及修形所需要RV减速器的具体参数,并对标准摆线轮产生的接触力进行了分析;然后,确定了摆线轮和针齿最大接触力的位置,得出了摆线轮齿作用力的计算方法;比较了摆线轮与针齿之间的初始啮合间隙以及摆线轮与针轮变形量的大小,对同时啮合的齿数进行了判断,采用MATLAB迭代计算的办法,计算了准确的最大接触力,并使用赫兹公式算出了最大接触力;最后,分析了不同的修形方式对回差的影响,并建立了多目标优化模型,采用改进后的NSGA-Ⅱ算法gamultiobj遗传算法进行了寻优,求解得到了最小适应度下的较优修形量;为验证该修形方法的准确性,使用RV减速器综合性能检测台对修形后的RV减速器进行了回差动态实验。研究结果表明:经过优化后摆线轮齿间最大接触应力相较于等距修形和移距修形分别降低了11%和13%,优化后的回差为0.013′,回差相较于等距修形和移距修形均得到了提高;以承载能力和回差为优化目标的多目标修形能够较好地解决RV减速器综合性能提升的问题。

基于EEMD-PSO-ELM的RV减速器故障诊断模型

为了准确评估旋转矢量(RV)减速器的工作状态,针对RV减速器故障不明显、样本数据少、难诊断的问题,首先从理论上证明RV减速器正常运行时扭矩传递时具有周期性,利用旋转机械测试信号周期演变特征和集成经验模态分解(EEMD)可以有效反映数据周期性的特点,提出一种基于EEMD的粒子群优化(PSO)算法的极限学习机(ELM)故障诊断模型,同时采用西安交通大学轴承实验数据集验证了模型性能。在此基础上,将RV减速机测试平台所测得的数据代入所提模型,最后与其他模型进行对比,结果显示所提模型能够更有效地判断出RV减速机的工作状态。

基于Kriging模型的RV减速器回转误差预测方法研究

通过旋转矢量(RV)减速器零部件选配,可以弥补制造设备精度不高或生产过程能力不足等企业生产短板。但实施选配需要使用虚拟样机预测RV减速器回转误差,预测操作时间较长,不能满足RV减速器零部件选配需要,为此提出基于Kriging模型的RV减速器回转误差预测方法。选取5个关键影响因素进行最优拉丁超立方抽样,构建RV-40E型减速器虚拟样机获得回转误差值,进行数值拟合得到初始Kriging模型参数值,采用最大期望改善和最优预测点进行双加点循环改进Kriging模型参数值,并利用粒子群算法加速寻优过程。经过54次加点最终获得可供实际装配使用的RV-40E型减速器回转误差预测模型。通过与实际样机和虚拟样机对比分析,验证了Kriging模型在RV减速器回转误差预测上的可行性和有效性。

基于平稳工况数据截取的RV减速器故障诊断方法

旋转矢量(Rotary Vector,RV)减速器广泛应用在工业机器人重载关节处,直接影响着工业机器人的工作精度和稳定性。与一般旋转机械设备不同,工业机器人完成各项工作任务时,关节处RV减速器做往复变转速转动,转速的变化会使特征频率、统计指标等产生时变效应,导致故障信息难以提取,为故障诊断带来挑战。文中结合工业机器人RV减速器的运动特点,提出基于平稳工况数据截取的RV减速器故障诊断方法。首先通过引入压缩范围限制因子获取清晰的时频谱图;然后进行基于快速路径优化的脊线提取,并利用构建的滑动窗峰–峰值和均值指标截取脊线平稳段,获取所需的平稳工况数据;最后通过对平稳工况数据进行包络谱分析实现故障诊断。利用RV减速器往复运动振动数据对提出的诊断方法进行验证。结果表明,该方法可实现对平稳工况数据的准确截取,克服了转速变化的影响,成功提取了故障信息。

RV减速器静态回差分析及误差分配研究

以旋转矢量（rotate vector，RV）减速器为研究对象，分析了RV减速器静态回差的影响因素，建立了矩阵形式的静态回差分析数学模型，并推导出了针齿中心圆半径误差等15项误差的误差分配数学模型．以CSRV-160E-171型减速器为实例进行了误差分配计算，并基于误差分配结果进行PROE三维建模，建立了包含15项误差的虚拟样机模型1、模型2以分别模拟静态回差上、下限．建立了基于ADAMS的RV减速器回差仿真分析模型，提出了静态回差测试方案．仿真得出回差值为0．18′-1．19′，与设计值相似．仿真结果证明了误差分配数学模型的正确性．

RV减速器扭转振动的固有特性及灵敏度分析

以RV减速器为研究对象,综合考虑系统刚度和摆线轮偏心角度对扭转振动特性的影响,采用集中参数法,建立了该系统13个自由度的修正扭转动力学模型。通过求解自由振动方程得到系统固有频率及主振型,分析了摆线轮偏心角度对系统固有频率的影响。利用偏导数法分析了系统固有频率对转动惯量和刚度的影响。研究结果表明,轴承刚度为系统固有频率的关键影响因素。

RV减速机的扭转振动的固有频率及其主要影响因素

采用集中参数法建立RV减速机的 5自由度纯扭转动力学模型 ,计算出其一阶固有频率 ,分析出其关键的影响因素为曲柄轴两端轴承的刚度。

RV传动机构精度分析

以一类含渐开线和摆线的二级封闭式行星传动机构即RV(rotate vector)机构为对象,基于作用线增量原理,应用误差分析的传递矩阵法,研究了机构中各构件的原始误差在整个传动过程中对机构输出转角误差的影响规律,建立了适用于该机构精度分析的误差模型.该模型建立了各构件原始误差与机构输出误差的解析对应关系,揭示了机构中共用构件(曲柄轴等)的误差传递过程,以及由于固连输出盘与系杆导致的机构反馈误差与各构件原始误差的耦合关系,为该类机构的精度分析与设计提供了可靠的理论依据.最后,以RV320S型减速器为例,进行实例验算.结果表明,对机构输出转角误差影响最大的是输出盘上曲柄轴孔偏心误差,其次是摆线轮齿廓误差;机构的反馈误差对于高精密RV传动系统也不应忽视.

主要误差因素对RV减速器的传动特性影响研究

采用SolidWorks对RV减速器建立含有给定误差的参数化模型,然后导入ADAMS中,使用宏程序批量建立动力学模型并仿真分析,将输出的转速与转角数据导入Matlab中,数据处理后,计算传动误差并用输出转速的方差来衡量转速波动值的大小。仿真结果表明,在给定误差值改变量相同的情况下,减小针齿半径和增大正等距修形量,转速波动值明显增大;增大负等距和负移距修形量时,转速波动值会有所减小;减小针齿半径和增大正等距修形量的值,传动误差会明显增大,增大针轮偏心值对传动误差影响不大。

RV减速器综合性能检测平台的研制与测试分析

RV减速器是工业机器人的重要组成部件,其综合性能决定着机器人的控制精度。目前,市场上缺少检测RV减速器性能的产品,现有检测平台种类较少、功能单一且操作复杂,不能满足国内工业机器人生产研究的需要。通过分析RV减速器的机械结构和工作原理,深入研究RV减速器的传动误差、传动效率、扭转刚度等性能参数检测方法,设计了一种RV减速器动态传动性能自动化检测平台,为RV减速器的机械设计和性能测试提供参考和依据。

RV减速器转臂轴承的优化设计

为延长RV减速器疲劳寿命,利用遗传算法对RV减速器转臂轴承进行了设计优化。设定基本额定动载荷为目标函数,以轴承节圆直径、滚子直径、滚子数量、滚子有效接触长度为设计变量,从几何、强度、润滑和摩擦方面给出约束,并对优化结果进行灵敏度分析。优化结果表明,优化设计方法可以有效提高RV减速器的疲劳寿命。

考虑摆线轮磨损的RV减速器传动精度可靠性分析与参数优化

针对RV (rotate vector)减速器在工作过程中存在的零件磨损导致传动精度下降的问题,建立了考虑摆线轮磨损的RV减速器传动精度动态可靠性模型,进行传动精度可靠性分析,并对关键零件的公差以及摆线轮的修形参数进行优化设计。以某重载RV减速器为研究对象,利用Archard磨损公式对摆线轮的磨损深度进行计算,分析轮齿齿廓磨损的分布情况,并基于数值仿真数据利用高斯过程回归模型预测磨损量;建立了含动态磨损的RV减速器传动精度可靠性模型,用蒙特卡洛法求解其动态可靠度;建立了以传动精度动态可靠度为约束条件,以加工成本最低、额定寿命周期内最大磨损量最小为优化目标的优化模型,采用多目标遗传算法求得最优解。结果表明;优化后摆线轮的磨损量略微增大,而减速器的加工成本明显降低;优化后减速器传动精度可靠度得到明显提高,在额定寿命6 000 h内的可靠度满足预期要求。研究结果可以为高精度RV减速器的设计提供参考。

RV减速器模态特性分析

为了揭示针齿圈刚度对RV减速器固有特性的影响规律,建立了考虑针齿圈支承刚度、轴承刚度、轮齿啮合刚度和曲柄轴弯曲刚度等多种影响因素的平移-扭转耦合动力学模型。以某型号RV减速器为例,仿真分析了系统的固有频率及振型,归纳得到了两种典型振动模式,并讨论了针齿圈支承刚度和轴承刚度对减速器固有频率的影响。结果表明:随着针齿圈支承刚度的变化,RV减速器系统中存在模态跃迁和相交的现象。研究结果为该类RV减速器的参数优化设计提供了参考。

精密RV减速器中正齿轮啮合状态下的模态特性分析

针对正齿轮振动特性对RV减速器一级行星传动轮系的影响等问题,根据RV减速器整机的实际传动工况,建立了RV减速器一级行星传动轮系的三维装配模型。以某型号RV减速器为研究对象,采用有限元法分析了正齿轮在自由及啮合两种状态下的振动特性,得到了正齿轮在两种情况下的固有频率分布和模态振型特征,并讨论了中心轴齿轮和曲柄轴对正齿轮固有频率的影响。仿真及研究结果表明:由于受到中心轴齿轮和曲柄轴的约束,正齿轮在实际传动工况下的各阶固有频率明显低于自由状态下相应结果,且啮合处为正齿轮的薄弱环节,其振幅明显增大,因此需要对正齿轮与中心轴齿轮的装配关系提出更高要求;该研究结果可为RV减速器中一级行星传动轮系的动态特性分析和啮合特性参数设计提供参考。

基于经验模态分解的RV减速器运动参数降噪研究

RV(rotate vector)减速器是现代智能装备中关键传动机构之一,其运动参数的检测信号噪声成分较高,影响了装备的运行精度和稳定性,提出了一种以经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)为基础的信号降噪方法,有效提取了RV减速器运动参数的准确信号。该方法采用连续均方误差(consecutive mean square error,CMSE)和l 2范数两个指标将EMD分解得到的固有模态函数(intrinsic mode function,IMF)区分为噪声IMF、噪声与信息相混合IMF、信息IMF 3个部分,采用不同策略对这三部分IMF进行处理并结合部分重构(part reconstruction,PR)策略实现了信号的降噪处理。采用该文章提出的降噪方法对RV40E减速器的检测信号进行处理,降噪后的信号信噪比得到明显改善,验证了该降噪方法的有效性。

考虑综合间隙的转臂轴承动态参数计算方法

转臂轴承是RV减速器中的关键部件,其动态参数直接影响RV减速器的整机性能。以RV减速器中的转臂轴承为研究对象,考虑转臂轴承几何参数与工作状态下的物理参数变化,建立了转臂轴承的动力学计算模型;分析了轴承游隙、油膜厚度、温升与转臂轴承综合间隙的关系;通过数值求解,获得了不同工况下轴承综合间隙对转臂轴承时变支撑刚度的影响规律。结果表明,随着综合间隙的减小,轴承径向支撑刚度趋于稳定;当考虑转臂轴承综合间隙时,其径向支撑刚度减小达9.7%。因此,转臂轴承综合间隙对系统动态性能的影响不可忽视。

RV减速器摆线轮齿廓修形方法对比研究

摆线轮作为RV减速器的核心精密关键零件,其运行状况决定了减速器的传动精度、效率、疲劳寿命、可靠性等重要性能指标。如何确定摆线轮的最优齿廓修形参数是提高减速器传动精度、回差以及装配工艺性的关键技术。针对多种基于正等距加负移距的摆线轮齿廓修形模型,利用MATLAB工具分析各模型下的摆线针轮传动载荷分布、啮合齿对数、与转角修形共轭齿廓的趋近程度以及回转精度等特性。研究结果表明,各模型的优化参数存在一定差异,在接触齿对数、载荷分布等方面性能基本一致,修形齿廓与理论齿廓间的间隙大致相等,分布较为均匀,且修形齿廓均十分趋近转角修形共轭齿廓;基于齿廓法向间隙建立的模型既能保证同一时刻的多齿对啮合及承载的均匀性,又能得到更高的回转精度,更适合工程应用。