机器人用CBR减速器设计理论与试验研究
发布时间：2022-12-18 10:51
随着工业4.0的不断发展,高端制造和智能制造受到各国广泛重视,机器人作为高端制造业顶端的掌上明珠,在工业4.0发展中起着重要作用。机器人用关节减速器是构成机器人核心零部件之一,当前市场上可用的成熟产品种类稀少,且面临着严重的产能不足,无法满足机器人产业快速发展需求。机器人用减速器对体积、传动精度、承载能力、密封性和抗冲击能力有严格的要求,因此对减速器的传动方式和结构有一定的要求。采用摆线针轮传动方式设计的减速器具有体积小、重量轻、结构紧凑、承载能力大、抗冲击性能强、传动平稳和传动比大等优点,该种传动方式在精密传动领域应用越来越广泛,非常适合机器人用减速器的要求。针对机器人用减速器的应用需求,本文对设计的精密摆线针轮减速器（取名为CBR减速器）进行理论与试验研究。为了保证CBR减速器的传动精度与使用寿命,需要对摆线针轮传动理论与承载接触特性进行深入分析。制造成本也是CBR减速器需要特别考虑的问题,只关注传动精度而忽视制造过程的复杂性、难加工性和良品率,将产生高昂的加工成本,同时阻碍产能的提升。为此,本文综合采用理论推导、数值分析、模拟仿真和实验验证相结合的方法,对CBR减速器传动精度的影...
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 选题意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 机器人用减速器研究现状
1.2.2 机器人用摆线针轮减速器理论研究现状
1.2.3 摆线针轮传动承载齿面接触分析研究现状
1.2.4 动力学模型与固有特性研究现状
1.2.5 机器人用减速器检测装置与实验研究现状
1.3 本文主要工作
第二章 摆线传动理论研究与CBR减速器设计
2.1 摆线齿廓方程的建立
2.1.1 转化轮系与坐标变换
2.1.2 摆线轮标准齿廓方程
2.2 摆线齿廓的修形方法
2.2.1 基本参数修形方法
2.2.2 等距移距修形方法初始间隙的几何分析
2.2.3 等距移距修形最优修形量
2.2.4 抛物线修形方法
2.3 CBR减速器的设计
2.3.1 CBR减速器的结构与优点
2.3.2 CBR减速器的传动原理
2.4 本章小结
第三章 摆线针轮承载齿面接触分析
3.1 空载接触分析
3.1.1 摆线针轮接触分析模型
3.1.2 空载传动误差计算
3.1.3 背隙计算
3.2 承载接触分析(LTCA)
3.2.1 赫兹接触理论
3.2.2 力平衡方程与变形协调条件
3.2.3 承载传动误差计算
3.3 基于离散点齿廓的承载接触分析(DPLTCA)
3.3.1 齿廓离散化
3.3.2 空载分析过程
3.3.3 承载分析过程
3.4 LTCA和 DPLTCA两种方法对比
3.4.1 LTCA和 DPLTCA空载传动误差计算效率
3.4.2 DPLTCA承载传动误差分析和承载传动接触力分析
3.5 本章小结
第四章 CBR减速器制造误差设计与分配
4.1 制造摆线轮过程中产生的误差种类分析
4.2 摆线轮制造误差的检测与分离
4.2.1 三坐标测量仪和制造误差检测
4.2.2 齿距与齿廓误差分离
4.3 CBR减速器的制造误差对传动误差和接触力的影响
4.3.1 齿廓误差
4.3.2 齿距误差
4.3.3 针齿半径误差
4.3.4 针齿位置误差
4.3.5 偏心距误差
4.4 CBR减速器空程的理论分析
4.5 最优制造误差设计与分配
4.5.1 可制造性设计指标
4.5.2 优化模型
4.6 案例分析
4.6.1 优化模型建立
4.6.2 优化过程与结果
4.7 本章小结
第五章 CBR减速器动力学模型及固有特性分析
5.1 CBR减速器动力学模型建立
5.2 CBR减速器零部件动力学方程
5.2.1 零件动力学方程
5.2.2 整机动力学方程
5.2.3 动力学方程的求解分析
5.3 CBR减速器固有特性分析
5.3.1 四自由度振动模型建立
5.3.2 固有频率求解
5.4 基于Recurdyn多体动力学仿真分析
5.4.1 RecurDyn软件介绍
5.4.2 RecurDyn中整机模型的建立
5.4.3 仿真结果分析
5.5 本章小结
第六章 样机试制与试验研究
6.1 样机试制
6.1.1 关键零件磨削加工设备
6.1.2 减速整机装配
6.2 检测装置设计与试验
6.2.1 效率检测装置与试验
6.2.2 精度检测装置与试验
6.2.3 空程检测装置与试验
6.3 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 论文创新点
7.3 研究工作展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文与成果清单
发表的学术论文(第一作者)
参与制定的国家标准
参与的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]RV减速器5自由度纯扭转模型非线性特性分析[J]. 郑钰馨,奚鹰,卜王辉,李梦如. 浙江大学学报(工学版). 2018(11)
[2]RV减速器摆线轮齿面展成磨削模型构建及影响因素分析[J]. 李天兴,邢春荣,王国峰,苏建新,王会良,安小涛,李聚波. 机械传动. 2018(11)
[3]摆线齿轮成形磨削温度场数值模拟及分析[J]. 柯庆勋,邓效忠,苏建新,聂少武,胡晨辉. 机械传动. 2018(10)
[4]RV减速器动力学特性研究[J]. 赵海鸣,聂帅,朱加云,蔡进雄. 机械工程与自动化. 2018(05)
[5]基于能量法的摆线针轮传动啮合刚度理论研究[J]. 杨云,李朝阳,李轩. 机械传动. 2018(09)
[6]RV减速器摆线轮磨削工艺研究[J]. 张跃明,杨申春,纪姝婷,冀永虎,赵飞. 机床与液压. 2018(15)
[7]RV减速器综合参数测量方法研究[J]. 仉喜洋,谌志新,徐志强. 机械传动. 2018(05)
[8]RV减速器运动精度在线检测系统研究[J]. 张跃明,褚迅迅,孙庆,杨申春. 机械设计与制造. 2018(05)
[9]RV减速器摆线针轮传动的精确啮合间隙计算[J]. 杨婧钊,邓效忠,李天兴,王长路,王国峰,邢春荣. 机械传动. 2018(03)
[10]RV减速器摆线轮齿廓修形建模与补偿研究[J]. 王若宇,高凤强,刘暾东. 仪器仪表学报. 2018(03)
博士论文
[1]有侧隙啮合摆线针轮行星传动接触特性分析及实验研究[D]. 李轩.重庆大学 2017
[2]五轴端铣摆线齿轮关键技术研究[D]. 许建民.华侨大学 2016
[3]二次包络少齿差行星齿轮传动啮合特性及动力学研究[D]. 刘景亚.重庆大学 2012
[4]摆线钢球行星传动动力学性能研究[D]. 张鹏.燕山大学 2010
[5]低刚度摆线轮缘高速铣削变形与铣削力建模方法[D]. 戚厚军.天津大学 2009
硕士论文
[1]飞机制造公差稳健性设计与多交点装配离散公差优化技术[D]. 袁军.南京航空航天大学 2012
[2]RV减速器综合性能测试仪的设计[D]. 王晓玲.北京工业大学 2015
[3]RV减速器摆线轮磨齿机振动特性分析[D]. 房议.河南科技大学 2017
[4]RV减速器动力学特性分析[D]. 孟聪.天津大学 2017
[5]基于NUM Flexium的摆线轮成形磨削CAM系统开发[D]. 刘贵祥.西安工业大学 2018
本文编号：3721921
【文章页数】：159 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.1.1 课题来源
1.1.2 选题意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 机器人用减速器研究现状
1.2.2 机器人用摆线针轮减速器理论研究现状
1.2.3 摆线针轮传动承载齿面接触分析研究现状
1.2.4 动力学模型与固有特性研究现状
1.2.5 机器人用减速器检测装置与实验研究现状
1.3 本文主要工作
第二章 摆线传动理论研究与CBR减速器设计
2.1 摆线齿廓方程的建立
2.1.1 转化轮系与坐标变换
2.1.2 摆线轮标准齿廓方程
2.2 摆线齿廓的修形方法
2.2.1 基本参数修形方法
2.2.2 等距移距修形方法初始间隙的几何分析
2.2.3 等距移距修形最优修形量
2.2.4 抛物线修形方法
2.3 CBR减速器的设计
2.3.1 CBR减速器的结构与优点
2.3.2 CBR减速器的传动原理
2.4 本章小结
第三章 摆线针轮承载齿面接触分析
3.1 空载接触分析
3.1.1 摆线针轮接触分析模型
3.1.2 空载传动误差计算
3.1.3 背隙计算
3.2 承载接触分析(LTCA)
3.2.1 赫兹接触理论
3.2.2 力平衡方程与变形协调条件
3.2.3 承载传动误差计算
3.3 基于离散点齿廓的承载接触分析(DPLTCA)
3.3.1 齿廓离散化
3.3.2 空载分析过程
3.3.3 承载分析过程
3.4 LTCA和 DPLTCA两种方法对比
3.4.1 LTCA和 DPLTCA空载传动误差计算效率
3.4.2 DPLTCA承载传动误差分析和承载传动接触力分析
3.5 本章小结
第四章 CBR减速器制造误差设计与分配
4.1 制造摆线轮过程中产生的误差种类分析
4.2 摆线轮制造误差的检测与分离
4.2.1 三坐标测量仪和制造误差检测
4.2.2 齿距与齿廓误差分离
4.3 CBR减速器的制造误差对传动误差和接触力的影响
4.3.1 齿廓误差
4.3.2 齿距误差
4.3.3 针齿半径误差
4.3.4 针齿位置误差
4.3.5 偏心距误差
4.4 CBR减速器空程的理论分析
4.5 最优制造误差设计与分配
4.5.1 可制造性设计指标
4.5.2 优化模型
4.6 案例分析
4.6.1 优化模型建立
4.6.2 优化过程与结果
4.7 本章小结
第五章 CBR减速器动力学模型及固有特性分析
5.1 CBR减速器动力学模型建立
5.2 CBR减速器零部件动力学方程
5.2.1 零件动力学方程
5.2.2 整机动力学方程
5.2.3 动力学方程的求解分析
5.3 CBR减速器固有特性分析
5.3.1 四自由度振动模型建立
5.3.2 固有频率求解
5.4 基于Recurdyn多体动力学仿真分析
5.4.1 RecurDyn软件介绍
5.4.2 RecurDyn中整机模型的建立
5.4.3 仿真结果分析
5.5 本章小结
第六章 样机试制与试验研究
6.1 样机试制
6.1.1 关键零件磨削加工设备
6.1.2 减速整机装配
6.2 检测装置设计与试验
6.2.1 效率检测装置与试验
6.2.2 精度检测装置与试验
6.2.3 空程检测装置与试验
6.3 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 论文创新点
7.3 研究工作展望
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文与成果清单
发表的学术论文(第一作者)
参与制定的国家标准
参与的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]RV减速器5自由度纯扭转模型非线性特性分析[J]. 郑钰馨,奚鹰,卜王辉,李梦如. 浙江大学学报(工学版). 2018(11)
[2]RV减速器摆线轮齿面展成磨削模型构建及影响因素分析[J]. 李天兴,邢春荣,王国峰,苏建新,王会良,安小涛,李聚波. 机械传动. 2018(11)
[3]摆线齿轮成形磨削温度场数值模拟及分析[J]. 柯庆勋,邓效忠,苏建新,聂少武,胡晨辉. 机械传动. 2018(10)
[4]RV减速器动力学特性研究[J]. 赵海鸣,聂帅,朱加云,蔡进雄. 机械工程与自动化. 2018(05)
[5]基于能量法的摆线针轮传动啮合刚度理论研究[J]. 杨云,李朝阳,李轩. 机械传动. 2018(09)
[6]RV减速器摆线轮磨削工艺研究[J]. 张跃明,杨申春,纪姝婷,冀永虎,赵飞. 机床与液压. 2018(15)
[7]RV减速器综合参数测量方法研究[J]. 仉喜洋,谌志新,徐志强. 机械传动. 2018(05)
[8]RV减速器运动精度在线检测系统研究[J]. 张跃明,褚迅迅,孙庆,杨申春. 机械设计与制造. 2018(05)
[9]RV减速器摆线针轮传动的精确啮合间隙计算[J]. 杨婧钊,邓效忠,李天兴,王长路,王国峰,邢春荣. 机械传动. 2018(03)
[10]RV减速器摆线轮齿廓修形建模与补偿研究[J]. 王若宇,高凤强,刘暾东. 仪器仪表学报. 2018(03)
博士论文
[1]有侧隙啮合摆线针轮行星传动接触特性分析及实验研究[D]. 李轩.重庆大学 2017
[2]五轴端铣摆线齿轮关键技术研究[D]. 许建民.华侨大学 2016
[3]二次包络少齿差行星齿轮传动啮合特性及动力学研究[D]. 刘景亚.重庆大学 2012
[4]摆线钢球行星传动动力学性能研究[D]. 张鹏.燕山大学 2010
[5]低刚度摆线轮缘高速铣削变形与铣削力建模方法[D]. 戚厚军.天津大学 2009
硕士论文
[1]飞机制造公差稳健性设计与多交点装配离散公差优化技术[D]. 袁军.南京航空航天大学 2012
[2]RV减速器综合性能测试仪的设计[D]. 王晓玲.北京工业大学 2015
[3]RV减速器摆线轮磨齿机振动特性分析[D]. 房议.河南科技大学 2017
[4]RV减速器动力学特性分析[D]. 孟聪.天津大学 2017
[5]基于NUM Flexium的摆线轮成形磨削CAM系统开发[D]. 刘贵祥.西安工业大学 2018
本文编号：3721921
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