RV减速器几何回差分析及其摆线轮的优化设计

作     者：高跃 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：巩云鹏

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：RV减速器 几何回差 摆线轮修形 参数优化 消隙 

摘      要：RV减速器是工业机器人的关键回转支撑部件,它有运动精度高、传动比大、回差小、刚度大、结构紧凑、寿命长等一系列优点。近年来,随着工业机器人向高速、高精、重载、轻量化和智能化方向发展,对于高精度RV减速器的需求也日渐突出。目前,我国还不能设计制造满足要求的高精度RV减速器,市场份额全部被国外公司所垄断。因此,研究高精度RV减速器的参数设计和制造方法具有十分重要意义。传动误差和几何回差是高精度RV减速器的两项重要指标,对机器人的反馈控制系统具有直接影响,同时还影响到系统的动态品质。本文主要分析影响其几何回差的参数因素和取值。RV减速器由第一级渐开线行星传动机构、第二级摆线针轮行星传动机构和输出机构三部分组成。分析其传动原理和结构可知,摆线针轮行星传动机构的各参数在其传动误差和回差的影响因素中占有较大的比重。本文在通用摆线轮齿廓方程和修形基本方法的基础上,以摆线齿廓产生最小回差为目的,选择负等距和负移距组合修形的方法,用齿廓法向间隙优化模型来获得最佳修形量。RV减速器各级传动机构的参数对其几何回差的影响程度不同,通过分析减速器参数与几何回差的关系,建立其几何回差计算数学模型。以MATLAB软件平台为开发工具,采用蒙特卡洛方法产生随机数,开发出模拟计算不同参数随机取值时的几何回差计算程序;并以几何回差最小为目标,开发了 RV减速器参数优化系统。以RV-40E-121型减速器为实例,第一级渐开线行星传动选用6级精密级标准齿轮,严格控制第三级输出机构转臂轴承径向间隙,通过优化计算得出一组摆线行星传动机构中各参数的最优值,在考虑敏感性指数和各参数误差对RV减速器回差的具体影响基础上,探索出了合理确定摆线行星传动机构中各参数的公差带以及其偏差值的方法;通过蒙特卡洛仿真计算其几何回差均值小于1 。对进一步合理确定RV减速器零件的公差带具有实际意义。由仿真计算结果可知,所推荐的公差带还不能保证所有随机参数组合方案RV减速器的几何回差均满足严格小于1 的要求。为此,在给出上述各参数公差带的基础上,进一步探索得到通过微小错位装配两个摆线轮的结构方法降低RV减速器回差的方法,可以大大增加RV减速器几何回差小于1 的概率。通过错位设计,可以适当放宽摆线针轮啮合副中各参数的公差带,降低加工成本。