机器人用精密行星减速器传动系统静动态特性分析与试验研究
发布时间：2020-12-31 07:18
机器人产业是《中国制造2025》重点发展的领域之一,在现阶段机器人产业必将得到快速发展。尤其智能化、专业化的工业机器人会越来越普遍的投入到制造业各领域中。我国工业机器人的快速发展必须要突破核心部件--关节精密减速器的技术制约,实现高水平国产化。现阶段在工业机器人关节减速器中,行星减速器承载扭矩大、传递效率高、造价较低以及渐开线齿轮发展比较成熟可靠,其在机器人中的应用也增加,但存在多级传动体积过大,精密化后性能降低等问题。基于实践情况,本文针对行星减速器主要传动部件进行静动态特性的分析以及结合试验进行研究,主要研究如下:（1）精密行星减速器相关参数计算、振动分析以及建立行星轮系动力学模型。首先在行星轮系结构分析的基础上对传动比和效率进行计算,根据输入转速计算出减速器各轴转速、以及各啮合齿轮对之间的啮合力与啮合频率;其次分析齿轮啮合的动态激励,在结合减速器实际运行工况的基础上对行星齿轮系统振动的主要激励来源进行研究;然后结合齿轮动力学模型的相关研究,针对精密行星减速器齿轮系统建立动力学数学模型。（2）建立行星齿轮减速器三维模型并对主要部件进行静力学分析。根据技术指标要求,选择合适的行星减速...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
工业机器人及腕部所用行星减速器
第一章绪论2能力都需提高；在整机可靠性方面，实际使用寿命达不到预期标准，使用过后精度下降，稳定性变差[9]。图1.2为精密行星减速器几类典型失效形式。这些问题近些年来被越来越多的专家和学者关注并努力去寻求方法解决。在现代设计中，CAE等辅助设计技术的应用可提高产品的质量、精度，能模拟产品的实际客观应用状况，国内外知名企业都普遍采用CAE等虚拟技术，加快产品的设计优化进程[10]。本课题的研究基于精密行星减速器在工作中出现的实际故障难题，对目标样机进行理论计算，建立精密行星减速器三维模型，对最主要的传动部件--行星架组、齿轮传动系统进行静态受力强度和模态分析，并对最易损坏的行星轮轴进行寿命预测；然后设置实际工况相关参数，建立虚拟样机模型，分析行星齿轮系统的动态特性；在理论与仿真分析的基础上，进行加速度振动试验和模拟负载疲劳寿命试验，试验结果与理论设计参数相符，也验证了目标样机的可靠性。通过理论仿真再到试验研究，解决了企业里该系产品主要的失效问题，也为其他精密减速器的创新改进提供参考，对于本行业而言具有重要的工程意义。图1.1工业机器人及腕部所用行星减速器（a）行星轴折断；（b）行星轮滚针断裂；（c）太阳轮轴折断；（d）齿轮轮齿折断；（e）齿轮齿面磨损；（f）齿轮齿面点蚀图1.2精密行星减速器几类典型失效形式
第一章绪论71.5本文主要研究内容及技术路线本课题针对精密行星齿轮减速器在工作中存在的各种失效问题，基于其结构特点以及工作环境要求，在对结构设计分析、齿轮传动相关参数计算的基础上，建立了精密减速器主要零部件以及整机装配模型。对主要存在结构强度问题部件--行星架组和行星齿轮系统进行了静力学受力分析，然后对行星齿轮系统进行了动态特性分析，最后进行相应地振动测试和负载疲劳寿命测试，以验证样机设计的可靠性，为生产实际提供设计辅助以及在理论上进一步指导优化。本文的研究思路如图1.3所示。图1.3研究思路流程图具体研究内容如下：（1）对精密行星减速器相关理论数据进行计算、结合振动激励分析建立行星轮系动力学模型。在行星轮系结构分析的基础上对传动比和效率进行计算，根据输入转速计算出减速器各轴转速、以及各啮合齿轮对之间的啮合力与啮合频率；此外分析了齿轮啮合的动态激励，在结合减速器实际运行工况的基础上对行星齿轮系统振动的主要激励来源进行研究；通过对齿轮动力学模型的相关研究，针对精密行星减速器齿轮系统建立动力学数学模型。（2）建立行星齿轮减速器三维模型并就主要部件进行有限元分析。根据技术指标要求，选择合适的行星减速器齿轮传动方案，设计各零部件的尺寸结构，完成三维模型的建立；然后对减速器中最容易失效的行星架组部件和行星齿轮系统进行静力学分析，得到结构的
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Contact Force Model Considering Meshing and Collision States for Dynamic Analysisin Helical Gear System[J]. Dong Xiang,Yinhua Shen,Yaozhong Wei. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2019(03)
[2]机器人减速器疲劳寿命测试装置开发与研究[J]. 程曼,邱城,李金峰,张敬彩,张旺,封楠,石献金. 机械传动. 2019(05)
[3]多级平行轴滚筒齿轮数学建模及动力学分析[J]. 黄晓冬,袁银男,欧阳天成,陈南,潘明章. 东南大学学报(自然科学版). 2018(04)
[4]大型风力机多体动力学仿真下结构动态响应[J]. 叶柯华,李春,丁勤卫,叶舟. 太阳能学报. 2018(05)
[5]齿轮箱全耦合系统动力学建模与箱体影响分析[J]. 刘岚,赵晨晴,任亚峰,贺朝霞,吴立言. 哈尔滨工程大学学报. 2018(03)
[6]啮合相位对人字齿行星齿轮传动系统均载的影响[J]. 张霖霖,朱如鹏. 机械工程学报. 2018(11)
[7]兆瓦级风电齿轮箱行星架疲劳强度分析[J]. 石鹏飞,褚景春,袁凌,孙黎,范孝良,潘磊,李英昌. 机械传动. 2017(11)
[8]内激励作用下行星传动系统振动响应研究[J]. 许华超,秦大同,周建星. 振动与冲击. 2017(21)
[9]双内啮合行星齿轮传动设计与试验研究[J]. 王延忠,赵鹏坤,李圆,汪大鹏,贾爽. 机械传动. 2017(10)
[10]采煤机行星减速器行星架的受力及疲劳强度分析[J]. 赵书斐,马立,穆润清,李国平. 煤矿机械. 2017(09)
博士论文
[1]封闭式行星齿轮传动系统动态特性研究[D]. 黄启林.山东大学 2014
[2]空间润滑谐波减速器失效机理及其加速寿命试验方法研究[D]. 李俊阳.重庆大学 2012
硕士论文
[1]基于角加速度的齿轮振动测试与分析方法的研究[D]. 刘炎.重庆理工大学 2018
本文编号：2949209
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
工业机器人及腕部所用行星减速器
第一章绪论2能力都需提高；在整机可靠性方面，实际使用寿命达不到预期标准，使用过后精度下降，稳定性变差[9]。图1.2为精密行星减速器几类典型失效形式。这些问题近些年来被越来越多的专家和学者关注并努力去寻求方法解决。在现代设计中，CAE等辅助设计技术的应用可提高产品的质量、精度，能模拟产品的实际客观应用状况，国内外知名企业都普遍采用CAE等虚拟技术，加快产品的设计优化进程[10]。本课题的研究基于精密行星减速器在工作中出现的实际故障难题，对目标样机进行理论计算，建立精密行星减速器三维模型，对最主要的传动部件--行星架组、齿轮传动系统进行静态受力强度和模态分析，并对最易损坏的行星轮轴进行寿命预测；然后设置实际工况相关参数，建立虚拟样机模型，分析行星齿轮系统的动态特性；在理论与仿真分析的基础上，进行加速度振动试验和模拟负载疲劳寿命试验，试验结果与理论设计参数相符，也验证了目标样机的可靠性。通过理论仿真再到试验研究，解决了企业里该系产品主要的失效问题，也为其他精密减速器的创新改进提供参考，对于本行业而言具有重要的工程意义。图1.1工业机器人及腕部所用行星减速器（a）行星轴折断；（b）行星轮滚针断裂；（c）太阳轮轴折断；（d）齿轮轮齿折断；（e）齿轮齿面磨损；（f）齿轮齿面点蚀图1.2精密行星减速器几类典型失效形式
第一章绪论71.5本文主要研究内容及技术路线本课题针对精密行星齿轮减速器在工作中存在的各种失效问题，基于其结构特点以及工作环境要求，在对结构设计分析、齿轮传动相关参数计算的基础上，建立了精密减速器主要零部件以及整机装配模型。对主要存在结构强度问题部件--行星架组和行星齿轮系统进行了静力学受力分析，然后对行星齿轮系统进行了动态特性分析，最后进行相应地振动测试和负载疲劳寿命测试，以验证样机设计的可靠性，为生产实际提供设计辅助以及在理论上进一步指导优化。本文的研究思路如图1.3所示。图1.3研究思路流程图具体研究内容如下：（1）对精密行星减速器相关理论数据进行计算、结合振动激励分析建立行星轮系动力学模型。在行星轮系结构分析的基础上对传动比和效率进行计算，根据输入转速计算出减速器各轴转速、以及各啮合齿轮对之间的啮合力与啮合频率；此外分析了齿轮啮合的动态激励，在结合减速器实际运行工况的基础上对行星齿轮系统振动的主要激励来源进行研究；通过对齿轮动力学模型的相关研究，针对精密行星减速器齿轮系统建立动力学数学模型。（2）建立行星齿轮减速器三维模型并就主要部件进行有限元分析。根据技术指标要求，选择合适的行星减速器齿轮传动方案，设计各零部件的尺寸结构，完成三维模型的建立；然后对减速器中最容易失效的行星架组部件和行星齿轮系统进行静力学分析，得到结构的
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Contact Force Model Considering Meshing and Collision States for Dynamic Analysisin Helical Gear System[J]. Dong Xiang,Yinhua Shen,Yaozhong Wei. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2019(03)
[2]机器人减速器疲劳寿命测试装置开发与研究[J]. 程曼,邱城,李金峰,张敬彩,张旺,封楠,石献金. 机械传动. 2019(05)
[3]多级平行轴滚筒齿轮数学建模及动力学分析[J]. 黄晓冬,袁银男,欧阳天成,陈南,潘明章. 东南大学学报(自然科学版). 2018(04)
[4]大型风力机多体动力学仿真下结构动态响应[J]. 叶柯华,李春,丁勤卫,叶舟. 太阳能学报. 2018(05)
[5]齿轮箱全耦合系统动力学建模与箱体影响分析[J]. 刘岚,赵晨晴,任亚峰,贺朝霞,吴立言. 哈尔滨工程大学学报. 2018(03)
[6]啮合相位对人字齿行星齿轮传动系统均载的影响[J]. 张霖霖,朱如鹏. 机械工程学报. 2018(11)
[7]兆瓦级风电齿轮箱行星架疲劳强度分析[J]. 石鹏飞,褚景春,袁凌,孙黎,范孝良,潘磊,李英昌. 机械传动. 2017(11)
[8]内激励作用下行星传动系统振动响应研究[J]. 许华超,秦大同,周建星. 振动与冲击. 2017(21)
[9]双内啮合行星齿轮传动设计与试验研究[J]. 王延忠,赵鹏坤,李圆,汪大鹏,贾爽. 机械传动. 2017(10)
[10]采煤机行星减速器行星架的受力及疲劳强度分析[J]. 赵书斐,马立,穆润清,李国平. 煤矿机械. 2017(09)
博士论文
[1]封闭式行星齿轮传动系统动态特性研究[D]. 黄启林.山东大学 2014
[2]空间润滑谐波减速器失效机理及其加速寿命试验方法研究[D]. 李俊阳.重庆大学 2012
硕士论文
[1]基于角加速度的齿轮振动测试与分析方法的研究[D]. 刘炎.重庆理工大学 2018
本文编号：2949209
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