CN107256282A

CN107256282A - 一种基于形变量补偿的rv减速器摆线轮齿廓修形方法

Info

Publication number: CN107256282A
Application number: CN201710315446.7A
Authority: CN
Inventors: 陆龙生; 张飞翔; 万珍平; 汤勇; 余鹏; 汤铠瑞
Original assignee: SHAONENG GROUP SHAOGUAN HONGDA GEAR CO Ltd; South China University of Technology SCUT
Current assignee: SHAONENG GROUP SHAOGUAN HONGDA GEAR CO Ltd; South China University of Technology SCUT
Priority date: 2017-05-08
Filing date: 2017-05-08
Publication date: 2017-10-17

Abstract

本发明公开了一种基于形变量补偿的RV减速器摆线轮齿廓修形方法，涉及RV减速器摆线轮的设计与制造领域。本发明在三种传统修形方法确定得修形齿廓上，将摆线齿廓在实际运转过程中的挤压变形量作为修形量补偿回摆线齿轮的齿廓中，更符合RV减速器应用在高精密、高负载的情况下的摆线齿轮轮廓修形，可进一步消除RV减速器在高负载情况下的传动误差，提高减速器刚度。本发明包括以下几个步骤：步骤一：采用传统的三种修形方法得到摆线齿廓M；步骤二：对摆线针轮啮合副进行受力分析，并计算得出摆线齿廓齿廓形变量；步骤三：将形变量作为修形量补偿回摆线齿廓M中，得到最终的修形轮廓。

Description

一种基于形变量补偿的RV减速器摆线轮齿廓修形方法

技术领域

本发明涉及RV减速器摆线轮的设计与制造领域，具体是指一种基于形变量补偿的RV减速器摆线轮齿廓修形方法。

背景技术

RV减速器是一种二级封闭式的少齿差行星传动机构。具有体积小、重量轻、承载能力强、传动比大、寿命长、精度高等优点，目前在工业机器人等精密传动领域得到了广泛应用。

摆线针轮啮合副是RV减速器的核心组件。理论上的共轭齿廓没有径向间隙，为了保证啮合的平顺、润滑油膜的形成、拆装方便以及制造误差的补偿，都会在摆线齿轮与针齿之间设计一定的间隙，所以，实际使用中的摆线齿轮都是经过修形之后的摆线齿轮，理论摆线齿廓是不可以直接应用于产品生产的。

在国内目前的生产实践中，虽然摆线齿轮的修形普遍采用等距修形法、移距修形法、转角修形法这三种传统修形方法的组合。文献[1]以RV320减速器为实例，详述了使用传统修形方法对摆线轮进行修形的最佳修行量求解办法。随着对摆线齿轮啮合副研究的深入和对其传动精度要求的不断提高，一些更高效的修形方法也不断出现。现有中国注册专利第201310736325.1号“摆线马达摆线轮修形范围及修形曲线的确定”，该专利提出了一种以均匀径向间隙、曲率半径平滑过渡等为约束条件，提高容积效率和机械效率为目标函数的修形曲线确定办法。现有国注册专利第201310521427.1号“摆线马达中摆线轮的轮廓修形方法”，该专利提出只对摆线轮齿廓上位于齿顶和齿根之间的区域按照理论修形函数进行修形可在确保摆线轮和定子顺畅啮合的气体下，有效提高摆线液压马达的的容积效率、机械效率以及压力等级等性能参数。但是这些修形方法都没有考虑摆线针轮啮合副传动时的受力形变，特别是在RV减速器应用在高负载的情况下，摆线针轮啮合副传动时的受力形变将严重影响传动的平稳及传动精度。

上述文献[1]为

[1]赵铮.工业机器人减速器RV320的修形参数优化与工艺性研究[D].天津大学,2013.

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种基于形变量补偿的RV减速器摆线轮齿廓修形方法。此方法是在三种传统修形方法确定得修形齿廓上，将摆线齿廓在实际运转过程中的挤压变形量作为修形量补偿回摆线齿轮的齿廓中。

本发明技术方案如下：

步骤一：采用等距修形法、移距修形法、转角修形法三种传统修形方法得到摆线齿廓M；

步骤二：对摆线针轮啮合副进行受力分析，并计算得出摆线轮半齿廓上的形变量；

步骤三：将形变量作为修形量补偿回摆线齿廓M中，得到最终的修形轮廓。

所述步骤一具体为建立优化模型，带入减速器参数，求解获得合适的等距修形量Δr_rp和移距修形量Δr_p，所得摆线齿廓记为M。M的齿廓参数方程是：

式中：i^H＝z_b/z_g、K′₁＝ez_b/(r_p+Δr_p)

r_p—针齿中心圆半径；K′₁--修形后短幅系数；δ--转角修形量；--转臂相对针齿中心的转角；e--偏心距；z_b--针齿个数。

所述步骤二具体为：

1)计算受力最大齿Γ的最大载荷F_max

图1为摆线齿轮受力分析图。传递载荷时，对摆线轮施加力矩T，由于摆线轮和针齿的接触变形，摆线轮转动一个微小角度，设为β，则摆线轮的各啮合点处沿公法线方向上的变形量为：

δ_i＝l_iβ(i＝1,2,....Z_b/2) (2)

l_i为摆线轮中心到第i个针齿啮合点的公法线的距离；Z_b--针齿个数。

r_c--摆线齿轮节圆半径；θ_i--转臂O_bO_c与第i个针齿啮合点的公法线之间的夹角；--转臂O_bO_c相对于针齿的转角；K₁--短幅系数。

假定各齿受力F_i与相应针齿的接触形变量δ_i(l_iβ)呈线性正比关系，其中，当针齿l_max＝r_c时，有齿Γ受最大载荷F_max，作用在其它第i个针齿上的力是：

F_i--角处的第i齿受力；T_x--单个摆线轮上转矩，由于两个摆线轮受力不均，常取T_x＝0.55T；Z_c--摆线轮齿数；T--传递扭矩；R_z--针齿中心圆半径。

2)计算针齿最大形变δ_max

传统摆线针轮减速器中，受载总变形量包括针齿弯曲变形量以及摆线齿廓接触变形量，由于RV减速器采用半埋齿结构，针齿几乎不产生弯曲，故此处忽略针齿的弯曲形变f_max，即f_max＝0。在F_max作用下，啮合点公法线方向的接触形变W_max就是总受力形变δ_max，那么就有：

δ_max＝W_nax+f_max＝W_max (6)

针齿与摆线齿轮的接触为纯滚动接触，故本文将针齿与摆线齿轮的接触类型定义为两圆柱接触滚动，那么它们的变形计算公式：

μ--摆线轮与针齿材料之间的泊松比；E--摆线轮与针齿材料之间的弹性模量；b--摆线轮的有效宽度(mm)；r_z--针齿半径；ρ--摆线轮在处的齿廓曲率半径；

ρ为正时，表示此处齿廓外凸，ρ为负时，表示该处齿廓为内凹；Z_b--摆线轮齿数。

联立式(1)～(8)，带入RV减速器的相关参数，可以求得最大载荷F_max，针齿最大形变δ_max。

3)计算受力最大齿Γ半齿廓上各点接触变形δ_i

联立式(1)、(2)、(3)可得；：

由于凸轮轴转动一圈，摆线齿轮转过一个针齿。由于摆线轮的对称关系，此处只需要计算摆线轮半齿廓上的各点接触形变，所以转臂凸轮轴转角取0～180°。

所述步骤三具体为：

步骤二所求的半齿廓上各点接触形变量为受力点法线方向上的形变量。将其分解为横纵坐标值作为相应点的补偿修形量，对传统修形曲线M进行补偿，即将式(10)分解后与式(1)联立得到修行之后的齿廓方程坐标式

相对于现有技术，本发明考虑了摆线针轮啮合副在传动过程中的接触受力形变，并将接触形变量作为修形量补偿回摆线齿轮的齿廓中。更符合RV减速器应用在高精密、高负载的情况下的摆线齿轮轮廓修形，可进一步消除RV减速器在高负载情况下的传动误差，提高减速器刚度。

附图说明

图1是本发明的修形方法的程序流程图。

图2是标准齿形摆线轮的受力分析图。

图3是RV40E半齿廓接触变形量曲线。

具体实施方式

图下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，本实施例不应看做是对本发明的限定。

本实施例以RV40E的摆线针齿啮合副为例，其基本参数是：

R_z＝64；Z_p＝40；z_g＝39；e＝1.3；r_z＝3.

步骤一：采用三种传统的修形方法得到摆线齿廓M

根据文献[1]所述方法，求解获得合适的等距修形量Δr_rp＝-0.105和移距修形量Δr_p＝-0.12

步骤二：对摆线针轮啮合副进行受力分析，并计算得出摆线齿廓齿廓形变量

1)计算受力最大齿的最大载荷F_max

假设RV减速器工作在额定扭矩下，T＝412N·m。求得F_max＝446.943N

2)计算针齿最大形变δ_max

求得针齿最大形变δ_max＝4.06um

3)计算受力最大齿半齿廓上各点接触变形δ_i

由于凸轮轴转动一圈，摆线齿轮转过一个针齿。由于摆线轮的对称关系，此处只需要计算摆线轮半齿廓上的各点接触形变，所以转臂凸轮轴转角取0～180°。得到摆线轮针齿啮合时半齿廓各点的接触变形如图3所示，最大形变δ_max为4.06um。

本发明通过对摆线针轮啮合副的受力分析，提出一种基于形变量补偿的RV减速器摆线轮齿廓修形方法。充分考虑到了摆线针轮啮合副在传动过程中的接触受力形变的影响，并将其作为修形量补偿回摆线齿轮的齿廓中。更符合RV减速器应用在高精密、高负载的情况下的摆线齿轮轮廓修形。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于形变量补偿的RV减速器摆线轮齿廓修形方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述基于形变量补偿的RV减速器摆线轮齿廓修形方法，其特征在于：步骤二所述对摆线针轮啮合副进行受力分析，并计算得出摆线轮半齿廓上的形变量，其具体包括以下三个步骤：

(1)计算受力最大齿Γ的最大载荷F_max

(2)计算针齿最大形变δ_max

(3)计算受力最大齿Γ半齿廓上各点接触变形δ_i。

3.根据权利要求1所述基于形变量补偿的RV减速器摆线轮齿廓修形方法，其特征在于：步骤三所述的将形变量作为修形量补偿回摆线齿廓M中，得到最终的修形轮廓，具体如下：将步骤二所求的半齿廓上各点接触形变量为受力点法线方向上的形变量分解为横纵坐标值作为相应点的补偿修形量，对传统修形曲线M进行补偿，得到最终的修形轮廓。其轮廓曲线参数方程式为：

式中：i^H＝z_b/z_g、K′₁＝ez_b/(r_p+Δr_p)、

r_p--针齿中心圆半径；

K′₁--步骤一修形后短幅系数；

δ--转角修形量；

Δr_rp--等距修行量；

Δr_p--移距修行量；

--转臂相对针齿中心的转角；

e--偏心距；z_b--针齿个数；

r_c--摆线齿轮节圆半径；

θ--转臂O_bO_c与针齿啮合点的公法线之间的夹角；

--转臂O_bO_c相对于针齿的转角；

K₁--短幅系数。