RV减速机动力学建模和结构参数分析-结构动力学论文.doc

RV减速机动力学建模和结构参数分析 摘要 本文首先对RV减速器的结构进行了分析，明确了结构的特点；然后基于Hertz公式和石川公式，分别建立了RV减速机摆线针轮传动副和渐开线齿轮传动副的啮合刚度模型，据此，用惯性盘模拟工作负载，建立了考虑工作负载影响的RV-6AII减速机5自由度扭转动力学模型，并分析了几个重要参数对摆线针轮啮合刚度的影响规律。 关键字 结构分析 动力学模型 参数分析 前言 RV减速机是在摆线针轮传动基础上发展起来的一种新型减速机，与以前的减速机相比，其优越性是非常明显的：（1）减速比大，体积小，效率高。（2）故障少，寿命长，耐冲击和超负荷。（3）运转平稳，无噪音，性能稳定。（4）输入输出轴同轴线，结构紧凑。惯性力矩小，结构简单，便于安装、维修。RV减速机比单纯的摆线针轮行星传动具有更小的体积和更大的过载能力，重量更轻，输出轴刚度更大，并且由于是两级传动，因此具有更大的传动比，被广泛应用于机器人传动中。由于国内RV减速机发展时间较短，因此相应的研究较少，所以RV减速机关键技术中仍存在着许多问题，如尚无可资利用的动力学模型来预估系统的动刚度，以及统一完善的评价RV减速机的性能技术标准等。 RV减速机的结构组成 图1RV传动机构简图 该机构由第一级的直齿减速器部分和第二级的摆线针轮减速器两部分组合而成的两级行星传动机械，主要构件有中心轮、行星轮、转臂、摆线轮、针轮和输出轴。传动原理是：执行电机的旋转运动由中心轮1传递给n个行星轮2，且进行第一级减速；行星轮2的旋转运动传给转臂，致使摆线轮3产生偏心运动。 其传动比为 （1） 由于可以通过改变前后两级的齿轮齿数来获得不同的速比，因此其传动比变化范围很大（通常可达到20—300）。 由于不用专用的W输出机构，使转臂轴承的受力大大减少，输出机构为两端支承，刚度增大，承载能力提高，所以RV减速机的功率可以大幅度提高。再者由于RV传动兼顾了多个行星轮功率分流和多齿内啮合功率分流两种方式，在结构布置上非常紧凑，比一般摆线针轮减速机刚性大，抗冲击性和过载能力均有很大提高。 RV减速机动力学建模 2.1摆线针轮啮合刚度 理论上摆线针轮是通过线接触传递运动的，考虑到弹性变形，其接触处弹性变形实际上是一个很小的面域。对于摆线针轮与针齿的啮合，可以假设接触点两弹性体变形为直线，弹性变形区长为，宽为，如图2所示，因此可以按Hertz公式进行计算。 图2.摆线针轮挤压变形 （2） 式中 ——第个接触点所受的力 ——针齿半径 ，——摆线轮和针轮材料的泊松比 ，——摆线轮和针轮材料的弹性模量 ——摆线轮第个接触点处曲率半径 摆线轮与针轮的材料一样，因此取 化简式（2）得 （3） 2.1.1单个针齿的刚度 由图2可得 （4） 式中 ——针齿轮径向挤压变形量 化简得 （5） 显然取负号合理，即 （6） 以为变量，利用泰勒公式，在处展开，忽略高阶无穷小，并把式（3）代入，可得 （7） 所以可得单个针齿刚度 （8） 将代入式（8）中，并化简得 （9） 式中 ——短幅系数 ——滚圆的自转角度 ——针轮半径 ——针轮的齿数 2.1.2单个摆线齿的刚度 由于很小，所以在范围内可近似认为是一段圆弧，则可得