可靠度约束下摆线针轮减速器加工精度优化北大核心

摆线针轮减速器主要用于高精密传动场合,其在加工过程中,会产生影响传动精度的制造误差。为在实际加工中选取符合传动条件的最优加工参数,基于坐标变换与齿轮共轭接触原理,建立了考虑齿廓修形、制造误差的轮齿接触分析模型,分析了不同种类制造误差对传动误差的灵敏度,并设计一种基于传动可靠度的轮齿修形参数与加工精度优化方法。结果表明,基于DIRECT算法对样本的最佳化计算,可得到一组在许用传动误差条件下制造成本最低的减速器加工参数,且该组加工参数具有高可靠度特性。因此该方法可为制造高可靠度摆线针轮减速机提供理论优化参考。     

摆线轮齿廓逆向设计的仿真加工

为了缩短未知修形方式摆线轮加工周期,降低生产成本,提高加工效率,提出一种高阶分段拟合算法,使用该算法可以通过逆向工程的方式实现对未知修形方式摆线轮齿廓的重构。为了验证该算法的合理性,先对已知修形方式的RV320摆线轮齿廓点使用高阶分段拟合算法进行齿廓重构,之后通过VERICUT仿真加工出RV320摆线轮模型,并将仿真加工的RV320摆线轮模型与RV320摆线轮理论模型进行对比,最大加工误差约为0.016 86 mm。之后通过实验加工出RV320摆线轮并对其进行精度检测,检测结果显示通过高阶分段拟合算法加工出的摆线轮符合使用要求,进一步验证了该算法的合理性。由此可得,使用高阶分段拟合算法同样能够实现对未知修形方式摆线轮齿廓的重构,同时也为未知修形方式摆线轮的高精加工提供了一种方法。     

传动比波动幅度约束下的摆线轮齿廓修形量优化

摆线轮齿廓修形对摆线针轮传动机构的承载能力和运行平稳性有重要影响。为获取最优的修形策略和修形量，提出了一种以最小化传动比波动幅度为优化目标、基于内点法的摆线轮齿廓等距-移距复合修形量的优化方法。以单级摆线针轮减速器为例，建立考虑修形后的摆线轮受力平衡方程，以及摆线轮针齿的轮齿接触方程，并通过优化流程将力平衡方程和轮齿接触方程耦合集成，从而实现对3种等距-移距修形组合策略下的修形量进行优化计算，发现正等距加正移距组合修形下的最优修形量可将传动比波动幅度降低40%,最大针齿接触力降低17%,实现更平稳的传动和更好的承载性能，也有利于提高减速器传动精度和寿命。     

基于有限元的RV减速器关键结构分析

RV减速器作为一种精密传动机构,掌握其关键零部件的受力与变形状态对整机的设计与制造十分重要。采用有限元方法分别计算了RV减速器关键零部件摆线针轮机构和偏心轴机构的应力和变形。计算结果表明:摆线针轮机构和偏心轴机构的接触应力和等效应力均远远小于相应材料的强度,这说明强度不是RV减速器零部件设计、制造过程中主要考虑的问题;偏心轴机构的刚度小于摆线针轮机构,对减速器整机的传动精度影响较大,对于摆线轮,则需根据变形情况合理选择修形方法和修形量,以提高刚度,从而提高减速器整机的传动精度     

基于修形的摆线针轮啮合加载接触分析

利用有限元分析软件对修形后的摆线针轮进行齿间加载接触情况分析,建立摆线轮弹性转角模型。首先对RV减速器传动原理及摆线针轮啮合传动进行了分析;然后采用有限元及相关工程软件分析修形后的摆线轮与针轮的齿面接触状态;其次基于运动学和赫兹理论,进一步研究摆线轮齿间载荷分布情况;最后建立摆线轮接触变形弹性扭转角模型并采用有限元方法分析,为后续提高RV减速器的传动精度、稳定性能、延长使用寿命提供改进依据。     

RV减速器摆线轮齿形的研究

通过运用三坐标测量机对RV-40E型速器摆线轮进行精密测量,得到摆线轮齿形坐标参数,对所得参数采用最小二乘法进行圆弧拟合,结合所得摆线轮齿形与摆线轮齿形计算方程得到的齿形,与经过精密测量的摆线轮实际齿形进行对比,分析圆弧拟合与齿形计算方程两种方法得到的齿形形貌特征。并通过试制摆线轮来验证其工作寿命及精度。结果表明:该摆线轮的工作寿命及精度均达标,且方程计算齿形更具有实用性。     

成型滚刀误差对谐波齿轮大变位柔轮精度影响

开展成型滚刀误差引起谐波齿轮大变位柔轮加工误差的仿真计算,定量分析滚刀误差对柔轮几何精度的影响,以更好地控制滚齿精度而提高柔轮的加工质量。建立综合考虑滚刀齿形误差、切削刃螺旋线误差和滚刀径向圆跳动误差的成型滚刀误差模型,进行大变位柔轮滚齿仿真及理论加工误差计算,分析滚刀误差对大变位柔轮齿形误差、基节误差的影响。经研究发现,滚刀切削刃螺旋线误差引起的柔轮齿形误差和基节误差均较大,引起的基节误差值与滚刀切削刃一转内螺旋线误差值大致相同;滚刀齿形误差和径向圆跳动误差对柔轮基节误差影响非常小,滚刀径向圆跳动误差引起的柔轮齿形误差平均值约为滚刀跳动值的40%。     

RV减速器摆线针轮齿廓修形回差影响分析

针对RV减速器回差精度问题,建立了摆线针轮齿廓修形的回差精度数值分析模型,采用几何法求解各种常见修形方式产生的几何回差,同时考虑摆线针轮传动中的弹性回差,推导出摆线轮齿廓修形的回差影响公式,并讨论了同一摆线轮齿廓修形方式下不同的修形参数与同一修形参数下不同的修形方式对回差的影响,得出在同一修形量的条件下,等距加移距的组合修形方式的回差影响最小,移距修形的回差影响最大。对RV-40E型减速器样机进行试验验证,与传统回差公式相比较,文章推导的回差公式精度提高6%左右。     

RV传动中摆线针轮副啮合力和转角误差的计算

RV减速器中摆线针轮副的啮合是一个连续过程,在分析了最先接触点不同对初始间隙的影响和摆线针轮副传动具有小周期特点的基础上,提出了基于迭代原理的最先接触点分布区间计算方法;并借助赫兹接触理论对RV传动中摆线针轮副的小变形非线性接触问题进行啮合全过程的求解,得到连续的单针齿啮合力和RV减速器的转角误差,由此将RV传动传统受力分析方法从只能对某一特殊位置分析扩展到了摆线针轮副连续啮合的全过程,建立了摆线针轮副单个针齿受力分析和整机转角误差的连续分析模型;并研究了摆线针轮副结构参数对单针齿啮合力和整机转角误差的影响。     

考虑周向间隙的摆线针轮承载接触分析

针对传统算法未考虑摆线轮实际运动形式导致结果与实际不符的问题，以RV减速器中摆线针轮副为研究对象，提出一种考虑周向间隙的摆线针轮承载接触分析方法。基于公转与自转坐标系，确定最先接触齿对相对位置，建立周向间隙几何分析模型；根据转化机构法与坐标变换原理，将周向间隙作为啮合间隙，计算待啮合点位置；应用变形协调条件、赫兹接触理论、扭矩平衡方程，建立周向间隙下的摆线针轮承载接触分析模型；分析不同输入转角下的啮合齿数、啮合力、接触应力和传动误差。结果表明，啮合齿数、传动误差呈现周期性变化，啮合力和接触应力在摆线轮齿廓曲线凹凸过渡点处产生突变，全周期下的最大啮合力和最大接触应力大于初始位置，因此该方法为摆线针轮副的承载传动特性分析提供理论基础。     

详解摆线轮磨削软件与数控系统的关联

对于具有复杂曲面轮廓的RV减速器摆线轮的制造,通过辅助制造软件对齿廓进行设计和修形并根据最终齿廓曲线自动生成G代码数控程序通过数控系统直接读取加工,可以减轻工人的编程工作量,提高生产效率。     

RV减速器摆线轮磨削工艺研究

为了解决RV减速器核心零部件——摆线轮的制造工艺问题,介绍了砂轮磨削原理,分析了齿轮成形磨削的特点。分析结果表明:影响摆线轮磨削精度的主要因素是砂轮速度、进给速度和磨削深度。以理论磨削深度与工件上实际磨削深度之间的误差为研究对象,采用正交组合法对3个因素进行磨削实验,并通过对实验数据的分析,得到了误差最小的磨削参数组合,为摆线轮生产加工提供了依据。     

RV减速器摆线轮拓扑修形齿廓研究

为使摆线轮具有良好的啮合性能,根据计算的摆线轮实际工作范围,将摆线轮齿廓分为工作段和非工作段齿廓,采用拓扑修形方法来满足工作段和非工作段的间隙要求。工作段采用转角修形,使修形后工作段为共轭齿廓,并保持一定的齿侧间隙。非工作段采用变等距修形,使齿顶与齿根部分产生合理的间隙,得到合理的修形齿廓。推导了摆线轮拓扑修形齿面方程,可以通过调整修形参数获得满足工作要求的齿廓间隙。从初始啮合间隙、载荷分布、回差分析方面验证了拓扑修形的合理性。     

摆线行星齿轮参数对齿廓外形的影响分析

分别讨论了一齿差摆线行星齿轮理论齿廓半径、针齿套半径、偏心距和短幅系数对齿廓外形的影响,计算得出:针齿套半径与理论齿廓半径的变化将主要影响齿廓的大小,但两参数的变化对齿廓大小的影响趋势相反;而偏心距和短幅系数主要影响齿廓的形状。分析结果为摆线行星齿轮的设计和机加工过程中的废品诊断提供了可供借鉴的理论基础。     

基于重合度和齿数的泵用圆摆线齿廓设计及其性能简洁式

为推动圆摆线在泵用齿廓上的应用及其性能评估,基于圆摆线的成形原理,以最能体现齿轮泵性能的齿数和重合度为圆摆线齿廓的设计参数,其中的动圆半径系数由标准齿顶高系数唯一确定,进而依序构建出能反映泵各项性能的齿廓形状系数、齿顶圆心角、齿顶压力角、最大困油流量、容积利用系数、流量脉动系数和单位排量体积的简洁公式,最后通过齿轮副3D模型加以验证,及给出不同组合下的齿廓参数和性能参数。结果表明：圆摆线齿廓的设计与构造方法简单,结果精准。齿数显著影响着泵的各项性能,齿数越多,困油与脉动性能越好,但轻量化效果越差。重合度主要影响着泵的困油与脉动性能,重合度越小性能越好,其中对困油性能的影响最大;稍多的齿数和稍小的重合度是提升泵困油与脉动性能的最佳组合,有利于降低泵的噪声。     

格里森制摆线齿锥齿轮齿面失配分析与轮齿接触仿真

为了能够对格里森制摆线齿锥齿轮啮合性能进行综合评判,提出集齿面失配分析、齿面接触仿真和齿面加载接触仿真于一体的系统性评价方法。构建刀盘数学模型和刀倾法切齿加工数学模型,获得理论齿面。研究与大轮齿面完全共轭的小轮基准齿面及齿面Ease off拓扑计算方法。在此基础上,基于齿轮啮合数学模型,研究齿面接触分析解析计算方法,构建齿面加载接触分析有限元仿真流程。最后以一对格里森制摆线齿锥齿轮为例进行了齿面失配分析和轮齿接触仿真,算例仿真结果与格里森软件一致,验证了齿面接触仿真算法的正确性,同时也表明采用有限元方法进行齿面加载接触分析在啮合性能评价方面具有较大的直观性。     

基于RV减速器检测的数据采集系统的设计

RV减速器是工业机器人核心部件,为保证对其精度测量的准确性,研发了一种操作简单、能对数据进行准确采集与处理的采集系统。介绍了PCI-9222数据采集卡的特点,结合对RV减速器测试系统中数据采集系统的研究,针对RV减速器建立了数据采集系统,并采用VC++编程,实现了RV减速器扭矩数据的实时采集。该数据采集系统基于VC++编程、Access数据库技术,通过设置采集参数对RV减速器扭矩进行实时高速采集与存储。测试结果表明:该系统实现了准确高速的数据采集、处理与显示功能,保证了测试系统的测量精度,为RV减速器的检测分析提供了技术参考。     

精密行星减速器优化设计及仿真分析

精密行星减速器具有传动精度高、效率高等优点,其性能的优劣对应用系统整体的性能有重要影响。为提高精密行星减速器的传动性能,以二级精密行星减速器为例,建立二级精密行星减速器三维模型,采用带鼓形的螺旋线的组合修形方式进行优化设计,然后对二级精密行星减速器整体轮系进行齿轮接触特性分析,对比分析了修形前后减速器的接触特性。分析结果表明：采用带鼓形的螺旋线修形方式,能够快速迭代获得最优解,并且降低了减速器的传动误差和因啮合变形产生的齿面接触应力集中。     

再制造双圆弧齿轮单齿切削机床设计

目前抽油机减速器双圆弧齿轮使用一段时间后会出现单个齿破损或多个齿间隔破损的情况,现有的修复方法效率低。针对这种情况,提出设计一种对修复后的再制造双圆弧齿轮进行再加工的切削机床,验证再制造双圆弧齿轮单齿加工的可行性。结合再制造双圆弧齿轮单齿展成加工理论,对单齿加工机床的刀具运动部件、齿向螺旋进给部件、齿形展成进给部件以及工件运动部件进行设计,最终得到满足加工要求的再制造双圆弧齿轮单齿切削机床。分析再制造双圆弧齿轮单齿加工的误差后,提出一种减小再制造双圆弧齿轮轴向齿距误差的方法。