一种新型杠杆式减速器的研究

发布时间：2020-08-10 20:07

【摘要】：机器人产业现已应用在物流运输、载人航天、生产制造和医疗器械等军工与民生的方方面面。工业机器人由机械部件(减速器等)和电气部件(伺服电机、驱动器、传感器和控制器等)组成。精密减速器是机器人研究的关键技术之一,机器人用减速器要求具有高承载能力、大传动比、高效和平稳传动等特性。精密减速器按其功能和传动方式可分为五类:RV减速器、谐波减速器、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器和滤波减速器。本论文的研究对象是一种新型杠杆式减速器,它具有三级减速传动,分别为定轴轮系传动、基于球面运动副的杠杆传动和内平动齿轮传动。本文对该减速器进行了原理分析、传动参数设计、虚拟样机建模、运动仿真、有限元分析和杠杆结构优化。在此基础上,分析了杠杆式减速器的优点和不足之处,提出一种新型章动齿轮减速器以作为改进,完善少齿差齿轮减速器的研究。首先,本论文从原理上分析了三级减速传动,计算了杠杆传动机构的自由度,计算了内平动齿轮传动的传动比。完成了减速器传动比的计算和分配,根据齿面接触疲劳强度极限和齿根弯曲疲劳强度极限等性能要求,完成了齿轮传动的参数设计,对内平动齿轮传动的少齿差内啮合齿轮进行了变位修型设计,以满足其齿轮啮合要求。然后,在改进减速器结构的基础上,建立了减速器虚拟样机模型,然后利用SolidWorks的Motion模块进行运动学仿真,利用SolidWorks的Simulation模块对关键机构进行了有限元分析,通过运动学和静力学分析,验证了减速器设计的合理性,分析两者结果以确定减速器结构的薄弱之处作为待优化机构。之后,基于遗传算法对杠杆传动机构进行结构优化,介绍遗传算法的基本原理和流程,简化了杠杆传动机构的模型,选取了输入变量及其取值范围,通过仿真和分析结果,选择并计算了目标性能参数,确定了适应度函数,完成了初始化群体、编码、适应度计算、轮盘赌、选择复制交叉变异和解码输出等操作,在MATLAB中实现了遗传算法的仿真,分析仿真结果并根据几何约束和加工装配约束确定最终取值。最后,分析了杠杆式减速器的优缺点,在此基础上提出了一种章动减速器以弥补其缺点。分析了章动齿轮传动的原理,完成少齿差和零齿差传动以及交叉连接机构的设计。完成了虚拟样机建模以及3D打印。对杠杆式减速器和章动齿轮减速器的优缺点进行了分析与对比。
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH132.46;TP242
【图文】：

结构图,谐波减速器,结构图

日本哈默纳科公司生产的谐波传动齿轮１３］以其独特的运动学和性能特性例逡逑如结构简单紧凑、传动比大、承载能力高和零间隙，被广泛用于工业机器人、人逡逑形机器人和精密定位装置等各种工业应用。如图１－１所示所示，该传动系统通常逡逑仅由三个部件组成：具有椭圆形状的波发生器（ＷＧ）、弹性薄壁结构柔轮（ＦＳ）逡逑和具有内齿的刚轮（ＣＳ），其结构图如图１－１所示，开发利用了金属的弹性动力逡逑学。运动的基本原理如下：柔轮被波发生器偏转成椭圆形，椭圆与刚轮的内齿在逡逑两点内切。然后，齿啮合位置相对于刚轮继续移动，而柔轮相对于刚轮移动两个逡逑齿，因为柔轮的齿比刚轮的齿少两个。因此，无需复杂的机构和结构，就可以获逡逑得较高的传动比。逡逑图１－１谐波减速器的结构图逡逑２００９年，Ｉｗａｓａｋｉ邋Ｍ邋Ｗ等人提出了一种高精度定位谐波传动齿轮角传动误差逡逑的建模与修正方法。建模中，重点研宄了由微位移区域中的非线性弹性变形引起逡逑的传输误差的物理现象。在对现象进行分析的基础上，通过应用具有滞后属性的逡逑滚动摩擦的建模框架

结构图,定位平台,谐波减速器

机构简图,定轴轮系,机构简图,偏心轮

北京邮电大学工程硕士学位论文在距离比较远的两个转动轴之间转速和转向；逡逑动比。逡逑动部分由一个驱动轮和四个从动轴线相对主动轴是固定的，呈对齿数比的倒数，即１２：］８，原理各带动一个偏心轮，偏心轮和从

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