機器人用RV減速器論文綜述

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1、. 摘要 本文整理了近三年國關(guān)于機器人用RV減速器的文獻，介紹了RV減速器的根本機構(gòu)和傳動原理，總結(jié)了國理論研究的趨勢及其主要成果，概述了在力學(xué)分析，傳動精度、擺線輪齒廓修形和測量系統(tǒng)的新的方案。 關(guān)鍵詞： RV減速器，擺線輪齒廓，傳動精度，測量系統(tǒng) 一、引言 RV減速器構(gòu)造緊湊、壽命長、傳動比大、傳動效率高、振動小、傳動精度高、保養(yǎng)便利，與諧波減速器相比，擺線類傳動的承載能力高一倍以上，扭轉(zhuǎn)剛度高三倍以上。RV減速器是工業(yè)機器人的核心部件，占工業(yè)機器人本錢的比重高達30%以上，目前中國市場的減速器根本被進口品牌壟斷，生產(chǎn)RV減速器最著名的是日本的FANUC,這是制約國產(chǎn)工業(yè)機器人本

2、錢的第一因素。近年來我國針對高精度，高可靠性，批量化，輕量化進展了關(guān)于擺線輪齒廓、修形、構(gòu)造設(shè)計、強度分析的研究，提出了相關(guān)的公式、算法以及測試系統(tǒng)。 二、RV減速器的根本構(gòu)造和傳動原理 1、根本構(gòu)造 RV C Rotary Voector)減速器是在擺線針輪行星傳動的根底上開展而來的一種新型傳動。減速器由第一級漸開線齒輪行星傳動機構(gòu)與第二級擺線針輪行星傳動機構(gòu)兩局部組成的封閉的差動輪系，如圖1所示。 圖1 RV減速器傳動原理圖 2、傳動原理 這種傳動原理是利用一組平行四連桿機構(gòu)和齒輪機構(gòu)的組合的系統(tǒng)，第一級傳動包括相互嚙合的輸入齒輪1和兩個漸開線行星輪2，漸開線行星輪2固定安裝在

3、兩相互平行的曲軸H上;第二級擺線傳動中曲軸H與行星輪固連在一起，擺線輪3安裝在曲軸H相位相差180。的兩個偏心軸凸輪上，運轉(zhuǎn)時行星輪2通過曲柄軸H帶動擺線輪3做偏心平面運動，與針齒4形成少齒差嚙合。 RV減速器從組成形式來看，屬于2K-V型行星減速器，由K-H-V型和2 K-H型行星傳動復(fù)合組合而成。構(gòu)造主要由輸出漸開線齒輪1和針齒殼5這兩個中心輪和一個行星架H為根本構(gòu)件，具有2K-H型的傳動構(gòu)造;分析部傳動構(gòu)造可知，其傳動構(gòu)造為H-3-4-6，仍然屬于K-H-V型，只是將原來的單一轉(zhuǎn)臂中心輸入改變成2個或3個均勻分布的轉(zhuǎn)臂輸入。 圖2 RV減速器傳動運動圖 三、特點及應(yīng)用 1

4、、特點 RV減速器關(guān)鍵有以下特點 (1)它是一個封閉的傳動機構(gòu)，構(gòu)造緊湊、與一般的齒輪減速器在體積和重量上有很大的優(yōu)勢。 (2) RV減速器上有三個均勻分布的雙偏心軸(轉(zhuǎn)臂)，運動平穩(wěn)并能獲得高的位置精度，偏心軸的數(shù)量增加，同時滾動軸承的數(shù)量增加，其增加了軸承的壽命。 (3)傳遞效率到達、輸入軸與輸出軸的速比圍大，即i=31一171，由傳動比計算 公式可知，在擺線輪齒數(shù)固定的情況下，只要將太陽輪同行星輪齒數(shù)進展變化，能獲得比擬多的值。 (4)噪音小，RV減速器的兩端采用行星架和剛性盤來支撐，比普通的懸臂梁輸出機構(gòu)扭轉(zhuǎn)剛度大，并且抗沖擊能力強。 (5) RV機構(gòu)在傳遞動力時，擺線輪

5、與針齒兩輪同時接觸嚙合的數(shù)量理論上有二分之一，承受過載能力比擬強。 (6)只要設(shè)計合理，保證制造裝配精度，就可以獲得高精度，小于r的回差。 2、應(yīng)用 RV減速器作為一種新型的二級封閉傳動，其不僅在精細(xì)機械傳動、精細(xì)儀器、紡織機械、航天等領(lǐng)域運用，目前在工業(yè)機器機械手轉(zhuǎn)臂、旋轉(zhuǎn)軸上也占有主導(dǎo)地位，基于RV減速器的高剛度、高回轉(zhuǎn)精度，所以在關(guān)節(jié)型工業(yè)機器人中，一般情況下前4關(guān)節(jié)根本都采用RV減速器，輕載時，第五和第六關(guān)節(jié)可用諧波減速器，重載時，工業(yè)機器人所有關(guān)節(jié)上都需用RV減速器。 目前在機器人行業(yè)中，有諧波與RV兩種減速器，兩者相比擬，RV減速器擁有精度高、耐沖擊、剛度大、回差小等優(yōu)勢，

6、在自動化機器人領(lǐng)域，減速器作為傳遞動力的重要部件，必須具有高的轉(zhuǎn)動精度與位置精度，因而，在高精度工業(yè)機器人關(guān)節(jié)傳動過程中，與諧波減速器相比擬，RV減速器具不可替代的作用。 四、擺線輪齒廓的形成與修形 1.形成 擺線輪齒廓形成有外滾法和滾法兩種，如圖3所示，外滾法中，此時半徑r的滾圓在半徑R基圓的圓周上作純滾動，滾圓圓周上任意一點C的軌跡稱為外擺線。而通常減速器上所用的擺線輪齒廓是滾圓的一點M1的軌跡，其中=e為偏心距。滾法中，滾圓半徑rb、基圓半徑rg，且rb>rg，偏心距為滾圓半徑與基圓半徑差e=rb-rg，滾圓在基圓上純滾動，此時滾圓圓周上的點C的軌跡為外擺線，滾圓圓周外上的一點M的

7、軌跡為短副外擺線。這兩種擺線齒廓形成方法雖不同，但在一定條件下可以形成同一條外擺線或短幅外擺線。 圖3 外滾法和滾法形成擺線齒廓圖 2、修形 工程實際中，零部件制造安裝過程中必然存在各種誤差，同時為了獲得一定的側(cè)隙以便于潤滑的需要，以及考慮裝拆方便、補償尺寸鏈誤差等，擺線輪設(shè)計時必須進展適當(dāng)?shù)男扌?。根?jù)擺線輪加工原理，擺線輪齒形修形有三種根本方法，一是移距修形，磨削擺線齒廓時，將磨頭相對加工臺移動微小距離;二是等距修形，磨削擺線齒廓時，使磨頭的半徑增大微小值;三是轉(zhuǎn)角修形，磨出標(biāo)準(zhǔn)擺線輪齒廓后，再使加工臺轉(zhuǎn)動微小角度，然后繼續(xù)磨削，形成新的擺線齒廓。三種修形方法可以可組合修形。 近年來

8、，國外學(xué)者在擺線輪的齒形及載荷分布等方面開展了大量研究。力行等回提出了有隙嚙合的齒形修正方法及較為準(zhǔn)確的受力分析方法和計算公式。關(guān)天民等提出了一套擺線輪齒形修形下的齒面受力分析理論，并對針齒和擺線輪齒的接觸狀態(tài)進展了有限元分析。得出大量結(jié)論，"正等距+正移距〞修形會使擺線輪的相對轉(zhuǎn)角大于零而引起較大的回轉(zhuǎn)誤差，而"負(fù)等距+負(fù)移距〞修形能使擺線輪相對轉(zhuǎn)角小于零從而補償或減小由于針齒銷孔配合間隙等因素引起的較大側(cè)隙，從而使綜合回差相應(yīng)減小。參考得出的齒廓方程為： 式中: ——移距修形量 ——等距修形量 ——移距后的短幅系數(shù)〔〕 波等進一步比照研究了基于正等距加負(fù)移距修形的兩種典型擺線輪齒

9、廓修形優(yōu)化模型，探討了兩種模型優(yōu)化參數(shù)下擺線針輪傳動的負(fù)荷及初始側(cè)隙分布、齒形齒廓和回轉(zhuǎn)精度等性能影響規(guī)律，確定最優(yōu)模型，為RV傳動機構(gòu)擺線輪的進一步優(yōu)化設(shè)計提供理論參考依據(jù)。 模型1和模型2的優(yōu)化參數(shù) 同一徑向間隙下模型1和徑向間隙優(yōu)化模型〔簡稱模型3〕的優(yōu)化參數(shù) 同一徑向間隙下模型2和模型3的優(yōu)化參數(shù) 得出的結(jié)論為： 〔1〕各正等距加負(fù)移距修形模型的優(yōu)化參數(shù)存在一定的差異，擺線輪齒廓與理論齒廓間的間隙大致相等，且分布較為均勻，趨近轉(zhuǎn)角修形齒廓共扼齒廓的程度一致。 (2)各個模型優(yōu)化參數(shù)下，擺線針輪傳動的接觸齒對數(shù)相等，最大接觸載荷存在差異。模型1與模型、模型2與模型在傳

10、動過程中的載荷分布以及初始側(cè)隙保持一致，但是模型1與模型2在載荷方面存在細(xì)微的差異，前者的載荷及初始間隙的分布更均勻。因此，都具有良好的嚙合性能及較高的傳動穩(wěn)定性。 (3) 采用基于法向齒廓間隙的模型1的優(yōu)化齒廓進展傳動時，既能保證同一時刻的多齒對嚙合及承載的均勻性，能保證機構(gòu)能得到良好的潤滑及相對較高的回轉(zhuǎn)精度，因而采用優(yōu)化模型1對RV減速器的擺線輪進展齒廓修形具有更明顯的優(yōu)勢。工程人員可以根據(jù)實際需求及生產(chǎn)加工能力選擇適宜的修形模型。 五、 構(gòu)造設(shè)計和力學(xué)分析 1.強度分析 通過有限元分析得到結(jié)論： 1)傳動比分配上，為使負(fù)載分配到更多的擺線齒上，設(shè)計時針齒齒數(shù)盡量在30

11、個齒以上; 2)行星齒輪懸臂安裝在曲軸上，其齒寬方向的嚙合印痕向安有曲軸方向偏載; 3)兩片擺線輪載荷分配并不均勻，靠近輸入端的1#擺線輪比靠近輸出端的2#擺線輪應(yīng)力值約大5 .6%左右; 4)曲軸變形方向與自轉(zhuǎn)相位方向一樣，曲軸旋轉(zhuǎn)過程中，在初始自轉(zhuǎn)相位之間變形較小。 2.剛度分析 針對RV減速器的構(gòu)造特點，在ANSYS環(huán)境下，構(gòu)建計及多種影響因素的整機扭轉(zhuǎn)剛度模型，分析影響其扭轉(zhuǎn)剛度特性的主要因素，得出以下結(jié)論: (1)軸承剛度是影響整機扭轉(zhuǎn)剛度的主要因素。將軸承剛度視為隨載荷非線性變化時能更準(zhǔn)確地提醒整機的扭轉(zhuǎn)剛度特性，較將軸承剛度視為常數(shù)值時更接近實驗測試結(jié)

12、果; (2)擺線輪與針齒的嚙合數(shù)是影響整機扭轉(zhuǎn)剛度平均數(shù)值的主要因素之一，但對扭轉(zhuǎn)剛度的變化趨勢影響不大; (3)對應(yīng)曲柄軸自轉(zhuǎn)一周，整機扭轉(zhuǎn)剛度在曲柄軸轉(zhuǎn)角為0°與180°附近取得扭轉(zhuǎn)剛度的最大值，在120°與240°附近取得最小值。 六、傳動精度分析 1. 采用單因素疊加法對RV減速器的傳動誤差和回差進展分析 針齒半徑誤差、等距修形誤差是影響回差的主要因素，各部件徑向跳動誤差和軸承間隙是影響傳動誤差的主要因素。 2. 考慮關(guān)鍵部件制造誤差和安裝誤差因素，進展動態(tài)傳動精度仿真，分析單因素誤差和誤差組合對RV減速器的動態(tài)回差、動態(tài)傳動精度的影響 組合誤差與單因素誤差對回差影響，僅

13、幅值上變化，各因素對的回差影響趨勢沒變。 回差:1)隨著等距修形量、移距修形量和針齒半徑誤差的值增加，回差呈線性增加;一樣誤差值下，等距修形和針齒半徑誤差對回差影響一樣，移距修形量回差影響相對略小于等距修形的影響;2)曲軸偏心誤差對回差影響較小，一定圍，曲軸偏心為負(fù)誤差時回差線性增加，曲軸偏心為正誤差時回差線性減小，曲軸偏心正誤差有利于減小回差;隨著曲軸孔位置正誤差和負(fù)誤差的增加，回差都逐漸減小，且曲軸孔位置負(fù)誤差對回差影響略大;3)回差隨著擺線輪孔的相位誤差增大呈線性減小的趨勢，相位誤差有利于減小回差;4)曲軸孔誤差為負(fù)偏差且曲軸偏心量為正偏差時有利于減小回差。 傳動誤差:1)等距修形、

14、針齒半徑誤差、移距修形量對傳動誤差影響較小;2)曲軸偏心正負(fù)誤差對傳動精度影響一樣3)曲軸偏心誤差和曲軸孔位置偏差相反時，偏心誤差增加，傳動誤差呈線性增大;封同，對傳動誤差相互抵消，反之疊加;當(dāng)擺線輪上曲軸孔之間距離恒定不變，曲軸孔在擺線輪上的位置誤差較小時，向誤差(兩擺線輪完全一致)與反向誤差對傳動誤差的影響根本一致，當(dāng)曲軸孔位置誤差逐漸增大，同向誤差影響明顯大于反向誤差對傳動誤差的影響。 3. 基于權(quán)重法的公差設(shè)計 權(quán)重是指*‘指標(biāo)在整體評價中的相對重要程度。RV減速器設(shè)計參數(shù)的權(quán)重主要取決兩個方面:1.該參數(shù)的敏感性;2.該參數(shù)的名義尺寸。敏感性反響了輸入誤差對回差的影響程度，敏感性

15、越大，影響程度越大Iz91。另一方面，在零件的實際加工中，對于一樣的誤差，零件的尺寸越大，加工難度越大，如φ100±0.005的加工難度要遠(yuǎn)大于φ4士0.005的加工難度。 流程見圖4。 圖4.基于權(quán)重法設(shè)計流程圖 七、測試方案及系統(tǒng) 1、 傳動誤差測試方案 一套簡單且經(jīng)濟實用的用于RV減速器傳動誤差檢測的試驗裝置。根據(jù)傳動誤差的定義，只需要測出輸出端和輸入端的轉(zhuǎn)角即可計算減速器的傳動誤差。因此，為了到達這一目的，在減速器的輸出端布置一個角度編碼器。由于減速器輸入是通過伺服電機來控制進展，且電機和減速器通過剛性聯(lián)軸器來聯(lián)接，則減速器輸入的轉(zhuǎn)角即為電機輸出的轉(zhuǎn)角。為了更便于傳動誤差的檢

16、測，得出理論輸出轉(zhuǎn)角，而理論輸出轉(zhuǎn)角等于電機輸出轉(zhuǎn)角與傳動比的比值。電機輸出轉(zhuǎn)角可以通過編程控制得到，這樣只需讀取輸出端角度編碼器的值即可通過計算得到傳動誤差。 測試方案原理圖如圖4所示。 圖4.測試方案原理圖 2、一種RV減速器綜合性能測試系統(tǒng) 交通大學(xué)提供了一種對中裝置和一種機器人用RV減速器綜合性能測試系統(tǒng)，對中裝置能夠?qū)崿F(xiàn)快速、簡單及準(zhǔn)確地完成RV減速器測試系統(tǒng)傳動鏈的對中調(diào)整，綜合性能測試系統(tǒng)能夠較高精度測量不同系列、不同規(guī)格的機器人用RV減速器的運動精度，剛度、回差，保精度壽命和傳動效率，能夠快速準(zhǔn)確地進展國外同類產(chǎn)品的比照試驗，能夠驗證和完善設(shè)計理論和制造方法，對機器人用

17、RV減速器的批量化設(shè)計與制造具有重要的意義。 對中裝置如圖5。 圖5.對中裝置示意圖 3、協(xié)同可靠性試驗信息系統(tǒng) 北方工業(yè)大學(xué)基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)采集及處理等關(guān)鍵技術(shù)，組建RV減速器可靠性數(shù)據(jù)采集和信息交互技術(shù)平臺。該平臺作為可靠性信息采集及資源共享的載體，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析中心和多家產(chǎn)品用戶等網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，其功能可以滿足可靠性分析的需要。此外，該信息系統(tǒng)的開發(fā)對廠際的交流合作、信息處理等工作效率的提高，有著極為重要的意義。 基于Internet的遠(yuǎn)程多用戶系統(tǒng)通信模型 用戶端功能模型 八、展望 本文對最近三年國關(guān)于RV減速器的論文進展了整理，排除國機器人市場的因素，RV減

18、速器的技術(shù)難點在于該部件需要保證傳遞很大的扭矩，承受很大的過載沖擊，并保證預(yù)期的工作壽命，因而在設(shè)計上使用了過定位構(gòu)造，這使得零件加工精度要求極高，加工十分困難，機器人其規(guī)?；a(chǎn)的重要制約則在于加工設(shè)備和加工工藝。而國的論文多集中于精度，可靠性，構(gòu)造的理論分析，離實現(xiàn)系列化，批量化生產(chǎn)還有一段距離。 參考文獻 [1]]衣正堯.日主流機器人廠家及其在中國的市場,2016 [2].industrialroboti*./fanuc-rv-reducers/ [3]China Weekly News.Research and Markets ;Global and Chinese Indus

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