新型精密摆线针轮减速器的设计研究

发布时间：2020-11-02 19:17

　　 目前,国内外的工业机器人产品中使用的精密减速器以RV减速器和谐波减速器为主。RV减速器承载能力较强,但由于传动原理和结构的限制,其外径尺寸往往大于120mm,难以实现小型化;谐波减速器可以实现小型化设计,但其承载能力和抗冲击能力相对较差。对此,提出一种新型精密摆线针轮减速器,该减速器可以实现结构尺寸的小型化,且承载能力较强。主要工作内容如下:减速器的外形尺寸参考日本哈默纳克(Harmonic Drive)公司CSG-14-50小型谐波减速器,_减速器的外径为56mm。减速器结构设计过程中,分析了精密摆线传动的原理,针对其核心零部件摆线轮,建立了摆线轮齿廓的数学模型,考虑到加工制造的误差、连续传动过程中良好的润滑情况以及方便减速器的拆装维护,基于最佳修形理论提出了摆线轮齿廓的“等距+移距”组合修形方案,并推导了由该修形方案造成的初始间隙计算公式。根据摆线轮齿廓的设计参数以及对应的最佳修形量,对标准齿廓摆线轮与标准针轮的啮合力进行了计算,基于迭代法使用Matlab软件对修形后的精密摆线传动啮合力进行了计算,并使用Hertz公式对修形后摆线轮齿面的最大接触应力进行了校核,设计参数满足减速器承载能力的要求。通过分析不同类型减速器输出机构的优缺点,提出一种新型十字槽圆盘输出机构,该输出机构可传递纯扭矩,承载能力强,结构紧凑,加工制造简单。提出曲柄轴转臂轴承的配置方案,根据转臂轴承的实际载荷,对转臂轴承的使用寿命进行了校核。提出减速器输出端与壳体间45度交叉滚子轴承的配置方案,该方案在保证输出扭矩的情况下,可提高输出端的抗倾覆能力。最终提出减速器的整体结构方案,使用Solidworks软件建立了减速器各零部件及装配体的三维模型。使用Solidworks Simulation有限元分析软件对修形后的精密摆线传动部分进行了静力分析,获得了修形后摆线轮的应力云图、应变云图和位移云图,其中应力云图显示的摆线轮齿面最大接触应力与理论计算结果十分接近,验证了摆线针轮啮合模型的正确性。根据曲柄轴、摆线轮以及十字槽圆盘在实际工作过程中的约束条件,使用有限元分析软件对这三个关键零部件进行了模态分析,各零部件的前六阶振型表明,减速器的啮合频率与零部件固有频率相差较大,难以产生共振,证明了结构设计的合理性。根据减速器关键零部件的工程图,提出了相应的加工方案,选用合适的加工设备完成了减速器样机的试制。根据精密减速器在工业机器人中的使用要求,设计并搭建了不同类型的测试平台,通过对减速器样机进行测试,获得了减速器样机传动效率、传动误差、扭转刚度、回差、倾覆刚度的实际性能参数,结果表明减速器样机的传动效率较高,传动误差较小,回差较小。与CSG-14-50型号谐波减速器的对比,本减速器样机的扭转刚度和抗倾覆能力更强。
【学位单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH132.46
【部分图文】：

来源??源于哈工大机器人集团江苏哈工联合精密传动有限公司的企业横向课的资助：??江苏省重点研发专项资金：机器人用精密摆线针轮减速器关键技术的Ｅ２０１５１１２。??江苏省首台（套）重大装备及关键部件认定：机器人用精密摆线针轮：ＳＴＴ２０１６ＹＣ００３１。??的意义??今，在“工业４．０”及“中国制造２０２５”的时代背景下，工业机器人作表产品，越来越受到国家的重视。如图１－１所示，进入２１世纪以来，我业发展十分迅速，产品销量高速增长。??■?？

?扬州大学硕士学位论文??Ｄｒｉｖｅ公司掌控，迄今为止这两家日本企业已占据了全世界机器人减速器市场超过７５％的??份额［１］。其中Ｎａｂｔｅｓｃｏ公司主要生产ＲＶ减速器，如图１＿２所示，ＲＶ减速器包含一级齿轮??传动和一级摆线针轮传动，其主要特点为传动比范围大且承载能力较强，但由于其结构的??限制，目前市面上的ＲＶ减速器外径尺寸往往大于１２０ｍｍ，难以实现小型化设计，因此在??工业机器人中一般用于靠近底座的一二三关节。Ｈａｒｍｏｎｉｃ?Ｄｒｉｖｅ公司主要生产谐波减速器，??如图１－３所示，其主要特点为体积小、质量轻、结构紧凑，但由于谐波减速器的承载能力??相对较小且抗冲击能力较差，因此在机器人中一般用于靠近末端的四五六关节［２］［２］。??图１－２?ＲＶ减速器?图１－３谐波减速器??一方面，由于ＲＶ减速和谐波减速器这两种主流机器人用精密减速器自身结构的优缺??点，使得二者目前所形成的是一种功能互补的关系，但由于谐波减速器的承载能力相对较??小且抗冲击能力较差

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本文编号：2867456