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摆线针轮减速机参数对传动效率的影响与参数优化

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 77-87页

作者：张跃明李天宇纪姝婷北京工业大学材料与制造学部北京100124

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... 详细信息

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。

关键词：减速机摆线针轮传动摩擦损耗传动效率多目标优化

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满足曲率约束的B样条曲线连续路径平滑方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2022年第5期50卷 59-65,72页

作者：张跃明薛奇纪姝婷北京工业大学材料与制造学部北京100124 北京智同工大智能传动技术研究院有限公司北京110112

为避免全局路径规划中出现的路径不连续和不平滑,提出了基于三次准均匀B样条曲线的路径平滑算法.基于德布尔三角递推方法,设计了区间模式下的扇形输出算法(FA).通过与传统递推算法对比,FA算法可提高38%的运行效率.在FA算法的基础上,结... 详细信息

为避免全局路径规划中出现的路径不连续和不平滑,提出了基于三次准均匀B样条曲线的路径平滑算法.基于德布尔三角递推方法,设计了区间模式下的扇形输出算法(FA).通过与传统递推算法对比,FA算法可提高38%的运行效率.在FA算法的基础上,结合曲线曲率与角度构成的映射关系,系统研究了角度变化对分布系数的影响.提出角度变化下的控制点增加方式,建立了移动机器人运动学模型,以路径最大曲率约束条件优化初始控制折线路径.研究结果表明:在满足准均匀B样条曲线的性质下,平滑路径可实现C^(2)连续.以轮式移动机器人为对象进行仿真和实验,验证了所提出算法的有效性.

关键词：路径规划路径平滑 B样条曲线曲率约束 C^(2)连续

RV减速器摆线针齿传动机构线外啮入冲击研究

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西安交通大学学报 2023年第9期57卷 123-132页

作者：纪姝婷李佳林张跃明北京工业大学材料制造学部北京100124

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... 详细信息

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。

关键词：摆线针齿传动啮入冲击偏心距移距修形瞬态动力学

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摆线针轮传动机构的偏心距对承载能力的影响

哈尔滨工程大学学报 2022年第6期43卷 873-881页

作者：张跃明李连松纪姝婷北京工业大学材料与制造学部北京100124 北京智同工大智能传动技术研究院有限公司北京110112

针对国产RV减速器承载能力低、运动精度低、整机寿命短等瓶颈问题,本文基于摆线轮齿面修形表征方法,构建摆线轮与针轮之间的啮合侧隙分布函数,系统研究负载作用下,摆线轮与针轮之间的载荷分布规律,提出摆线轮与针轮之间最大啮合力的判... 详细信息

针对国产RV减速器承载能力低、运动精度低、整机寿命短等瓶颈问题,本文基于摆线轮齿面修形表征方法,构建摆线轮与针轮之间的啮合侧隙分布函数,系统研究负载作用下,摆线轮与针轮之间的载荷分布规律,提出摆线轮与针轮之间最大啮合力的判定方法,结合摆线针轮传动的接触强度分析理论及多齿接触承载分析理论,建立了摆线针轮传动机构的承载能力评估模型,并探究偏心距对摆线针轮传动承载能力的影响规律。结果表明:随着偏心距在一定范围内增加,摆线针轮承载能力系数先增后减,偏心距为0.98 mm时承载能力最高,并通过有限元分析验证其准确性。

关键词：精密减速器 RV减速器摆线针轮传动机构承载能力偏心距接触应力接触刚度有限元分析

基于疲劳强度的RV减速器寿命计算与试验方法

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航空动力学报 2023年

作者：张跃明李亿万纪姝婷北京工业大学材料与制造学部

为准确计算实际工况下Rotate Vector (RV) 减速器的寿命，缩减耐久性寿命试验的周期和成本，以工业机械臂用RV减速器为研究对象，提出了一种基于疲劳强度理论的RV减速器疲劳寿命计算方法，设计并搭建试验台进行加速寿命试验。结合材料St... 详细信息

为准确计算实际工况下Rotate Vector (RV) 减速器的寿命，缩减耐久性寿命试验的周期和成本，以工业机械臂用RV减速器为研究对象，提出了一种基于疲劳强度理论的RV减速器疲劳寿命计算方法，设计并搭建试验台进行加速寿命试验。结合材料Stress - Fatigue life N (S-N) 曲线及Palmgren - Miner线性损伤累积理论，建立了RV减速器的基本寿命模型；构建RV减速器额定寿命与使用寿命的数学表达式，系统研究RV减速器负载与使用寿命之间的规律，设计基于S曲线加减速控制算法的加速寿命试验；搭建试验台试验并进行数据分析，验证RV减速器疲劳寿命计算方法的准确性。结果表明：利用该疲劳寿命计算方法所得RV减速器寿命与试验结果相对误差仅为6.3%，试验加速系数为20.7，试验周期与成本缩减效果显著。

关键词：工业机器人 RV减速器疲劳强度理论疲劳寿命加速寿命试验

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内齿轮传动啮合齿面稳态温度场分析

南京航空航天大学学报 2022年第1期54卷 157-162页

作者：张跃明张皓纪姝婷周天宇北京工业大学先进制造技术北京市重点实验室北京100124

以2K⁃V行星传动机构中齿轮为研究对象,以齿轮啮合原理、传热学等为理论依据,分析了齿轮在不同啮合位置的相对滑动速度和齿面的接触应力的变化规律。精确计算了稳态温度场边界条件,包括齿轮一个啮合周期内的平均摩擦热流量和不同齿面的... 详细信息

以2K⁃V行星传动机构中齿轮为研究对象,以齿轮啮合原理、传热学等为理论依据,分析了齿轮在不同啮合位置的相对滑动速度和齿面的接触应力的变化规律。精确计算了稳态温度场边界条件,包括齿轮一个啮合周期内的平均摩擦热流量和不同齿面的对流换热系数。建立单齿三维模型并导入ANSYSWorkbench进行温度场的有限元分析。通过将啮合齿面划分成多个沿齿宽方向的条形区域来实现不同啮合位置摩擦热流量的加载,得到齿轮稳态温度场分布,并分析了条形区域的数量对温度场的影响。结果表明,当条形区域数量多于50时,温度场基本趋于稳定。

关键词：渐开线行星齿轮平均热流量稳态温度场有限元条形区域

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工业机器人RV减速器传动机构误差分析

机械设计与制造 2022年第5期375卷 261-265,269页

作者：张跃明朱桂龙纪姝婷北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

以工业机器人用RV减速器为研究对象,结合其一级渐开线齿轮减速和二级摆线针轮减速的啮合特性,逐个分析了机构中各主要构件的原始误差对系统输出转角的影响,以此为基础建立了该机构的误差传递分析模型,该模型详细解释了机构的各种原始误... 详细信息

以工业机器人用RV减速器为研究对象,结合其一级渐开线齿轮减速和二级摆线针轮减速的啮合特性,逐个分析了机构中各主要构件的原始误差对系统输出转角的影响,以此为基础建立了该机构的误差传递分析模型,该模型详细解释了机构的各种原始误差与机构输出误差的对应关系,并以RV40E型减速器为例,进行数值演算和实验分析。结果表明,输出盘轴孔偏心误差对机构输出转角影响最大,摆线轮齿形误差和曲柄轴偏心误差次之,渐开线齿轮机构的误差影响最小,同时输出盘和行星架固连引起的反馈误差在精密的RV传动中也是不容忽视的。

关键词： RV减速器摆线针轮传动传动误差误差传递

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渐开线少齿差行星齿轮传动几何设计

机械设计与制造 2022年第10期380卷 281-284页

作者：张跃明杜海强纪姝婷北京工业大学机械工程与应用电子学院北京100124

基于渐开线少齿差行星齿轮运动特点,结合齿轮啮合原理运动学方法,推导渐开线齿廓方程。从保证重合度这一要求出发,根据齿廓重叠干涉、过渡曲线干涉等限制条件,分析主要影响建因素,建立变位系数优化的数学模型。借助于Matlab遗传算法进... 详细信息

基于渐开线少齿差行星齿轮运动特点,结合齿轮啮合原理运动学方法,推导渐开线齿廓方程。从保证重合度这一要求出发,根据齿廓重叠干涉、过渡曲线干涉等限制条件,分析主要影响建因素,建立变位系数优化的数学模型。借助于Matlab遗传算法进行辅助计算,求解变位系数等设计变量的最佳取值,绘制GUI界面,求解内、外齿轮的基本参数。针对齿轮副之间的磨损问题,主要分析滑动率受变位系数的影响及最大滑动率的极限位置。通过设计降低滑动率的方法,提高齿轮的使用寿命。

关键词：少齿差变位系数重合度滑动率优化设计

摆线针轮行星传动机构的设计参数对压力角的影响机理

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北京工业大学学报 2018年第7期44卷 1032-1039页

作者：纪姝婷张跃明北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

为了研究摆线针轮传动机构设计参数与压力角之间的关系,对摆线轮与针轮之间的压力角及其影响因素进行了分析.基于齿轮啮合原理,建立摆线轮齿廓的数学模型,根据摆线针轮传动机构的多齿啮合特点,推导了压力角的数学表达式,并仿真了特殊位... 详细信息

为了研究摆线针轮传动机构设计参数与压力角之间的关系,对摆线轮与针轮之间的压力角及其影响因素进行了分析.基于齿轮啮合原理,建立摆线轮齿廓的数学模型,根据摆线针轮传动机构的多齿啮合特点,推导了压力角的数学表达式,并仿真了特殊位置处摆线轮与针轮之间的啮合关系.以工业机器人用RV减速器中的摆线针轮传动机构为例,应用VC++软件编程和AutoCAD软件仿真,详细论述了机构的偏心距、针轮分布圆半径以及针轮半径等机构设计参数对压力角的影响.通过对摆线轮与针轮不同啮合状态的仿真,揭示机构设计参数对压力角的影响机理.结果表明:偏心距对机构压力角的影响显著,针轮分布圆半径次之,而针轮半径的影响可以忽略不计.该研究为摆线针轮机构的参数设计和分析提供了理论依据.

关键词：摆线针轮传动压力角齿轮啮合摆线轮 RV减速器