基于瞬时角速度信号窄带解调的RV减速器针齿故障检测

针对工业机器人实际工况下旋转矢量(rotary vector,RV)减速器低速级不完全旋转工况针齿故障特征提取困难的问题,研究结合编码器信号的优势,提出一种基于瞬时角速度(instantaneous angular speed,IAS)信号窄带解调的RV减速器针齿故障检测方法。首先,消除RV减速器换向过程产生的异常数据,获取非整周转RV减速器的IAS信号;接着,对IAS信号进行角域同步平均,消除非同步干扰对信号分析的影响;随后,设计带通滤波器对信号进行滤波;最后,通过幅值解调和相位解调进行针齿故障检测。试验结果显示,所提方法可有效实现RV减速器低速级不完全旋转工况下的针齿故障检测。

基于瞬时角速度信号增强的RV减速器行星齿轮局部故障检测

针对旋转矢量(rotary vector, RV)减速器多源耦合严重,行星齿轮局部故障所引起的冲击易被其他干扰分量所淹没,故障特征提取困难的问题,结合编码器信号的优势提出了一种基于自适应最大二阶循环平稳盲解卷积(adaptive maximum second order cyclostationarity blind deconvolution, ACYCBD)的RV减速器行星齿轮局部故障检测方法。首先,拾取伺服电机内置光编码器信号,并利用向前差分计算获得瞬时角速度(instantaneous angular speed, IAS)信号;然后,依据特征评价指标(characteristic evaluation indicator, CEI)最大化原则自适应确定ACYCBD优化滤波器长度,并对IAS信号进行增强;最后,通过识别时域中与故障冲击周期相匹配的理论齿数实现RV减速器故障检测。通过试验数据分析,并将所提方法与现有的稀疏低秩分解算法和增强CYCBD算法对比,验证了所提方法的有效性。

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.

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。

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。

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。

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。

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。

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。

应用于RV减速机的三唇结构骨架油封的设计及验证

旋转矢量(Rotary Vector,RV)减速机在长期恶劣的工况下运行时,内部因各零部件的磨损会产生较多细小铁粉,部分铁粉随着油脂在减速机内部循环后容易堆积在骨架油封的密封唇口处,从而加剧油封密封唇口处的磨损,最终导致设备漏油。针对这一问题,设计适配RV减速机的三唇结构骨架油封来代替原来的双唇结构的骨架油封,以延长油封及减速机的使用时长,最后通过对比试验验证三唇结构骨架油封的密封性能。

机器人RV减速器声发射信号传播机理分析及实验研究

关于RV减速器的声发射信号传播机理目前还缺乏定量的分析.本文旨在分析和研究声发射信号在减速器内部的传播机理,实现对减速器磨损等故障的准确监测与评估.首先从RV减速器的运动学机理出发,建立声发射信号在RV减速器内部的传播模型,接着利用小波变换分析方法得到不同频段的声发射信号时频分量特征,进而建立RV减速器声发射信号趋势演化模型.通过RV减速器的加速退化实验,得到了4种不同磨损状态下的声发射信号演化趋势,验证了本文提出的声发射信号传播模型的正确性.