工业机器人用2K-V型减速机的传动精度分析与实验研究

发布时间：2020-08-13 14:53

【摘要】：2K-V型减速机是由渐开线行星传动和摆线针轮行星传动结合而成的一种二级减速装置,具有传动比大、传动精度高、体积小、刚度高、结构紧凑等优点,因而被广泛用作工业机器人的关节减速机。工业机器人的运动精度主要取决于其关节减速机的传动精度,而减速机的传动精度则与其加工、装配过程中的各种误差有关。所以,对2K-V型减速机的传动精度进行理论分析与实验研究,分析各类误差因素对减速机传动精度所产生的影响具有十分重要的意义。本文对部分误差因素对于减速机传动精度的影响状况进行理论分析,并对2K-V型减速机进行传动精度的实验测试,主要研究内容如下:(1)依据等价模型法建立2K-V型减速机的传动误差数学模型,对包括曲柄轴、摆线轮、针轮等在内的2K-V型减速机中的主要零件所存在的误差因素进行单因素分析,探究各种误差因素的误差值与相位角对于传动精度的影响机理。通过正交试验设计的方法对传动误差数学模型进行计算机仿真实验,判明多种误差共同作用的情况下,各误差因素对于减速机传动精度影响的显著性。最后,通过优化设计的方法,以使传动误差值最小为优化目标,初步制定2K-V型减速机中关键零部件的公差控制方案。(2)针对模态柔性体对于非线性接触的建模不准确的问题,利用多体动力学仿真软件RecurDyn所独有的MFBD技术建立摆线轮的完全有限元柔性体,得到2K-V型减速机的刚柔耦合虚拟样机模型。通过动力学仿真得出其传动误差曲线,分析摆线轮的柔性对于减速机传动精度的影响状况,并在考虑摆线轮柔性的情况下,探究摆线轮修型量和针轮的相关尺寸误差对于减速机传动精度的影响。(3)利用传动误差测试实验台对某进口及国产的2K-V型减速机进行传动误差的实验测试,得出其实际的传动误差曲线,并对其进行频谱分析,以初步判定被测减速机所存在的问题。本文的研究成果可为2K-V型减速机的实际加工制造提供一定的理论支持,对于推进实现2K-V型减速机的国产化具有指导意义。
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242.2
【图文】：

机构运动简图,减速机,机构运动简图

对于工业机器人用 2K-V 型减速机，其第二级通常为摆线针轮行星传动，故本文对此种类型的 2K-V 型减速机进行分析。以 2K-V20S 型减速机为例，其机构运动简图如图 2-1 所示。图 2-1 2K-V20S 型减速机的机构运动简图由图 2-1 可知，2K-V 型减速机主要由输入齿轮轴、渐开线行星轮、曲柄轴、摆线轮、针齿及针齿壳、刚性盘、输出盘等零件组成。在输入齿轮轴、针齿壳、由输出盘和刚性盘组成的行星架这三者中，可以将任一零件与机架固定在一起，而将其余的两个零件任意设定为减速机的输入端与输出端，从而实现减速或增速的功能，并获得不同的速比。由于在实际使用过程中，大部分情况下是将针齿壳与机架固定在一起，而将输入齿轮轴作为减速机的输入，行星架作为减速机的输出，故在本文的后续研究中，均以 2K-V 型减速机的这

框架图,传动误差,减速机,框架图

所构建的模型中共包含七个刚体。坐标系通常情况下针齿壳通过螺栓与外部机架固接在一起而相对点建立静坐标系 OXY。为了简化后续的动力学分析，在每坐标系 OjXjYj（j 为摆线轮的编号），其 Xj轴正方向与摆线轴逆时针旋转 90°的方向作为 Yj轴正方向。此外，令初始与静坐标系的 X 轴正方向同向。等效弹簧的数目及位置输入端到输出端进行逐级分析。首先，输入齿轮轴通过减中用弹簧 Kxsg、Kysg连接机架和输入齿轮轴，其弹性系数在静坐标系 X 轴、Y 轴方向的支承刚度，同样用符号 Kxsg、效弹簧及其刚度均用相同的符号表示。

曲线,啮合刚度,摆线轮,针齿

-3 针齿与摆线轮间的啮合刚度AB 中编制相应的计算程线轮间啮合刚度的刚度曲轴承：摆线轮与曲柄轴间针齿壳间的角接触球轴承算各轴承所承受的载荷。荷齿间的啮合力 Fc，根据文 X 轴、Y 轴方向上的分量

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