畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-RV擺線針輪二級(jí)減速器動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)與分析說明書

RV減速器動(dòng)力學(xué)建模與分析全套圖紙加V信153893706或扣3346389411摘要：RV減速器是基于擺線針輪的一種二級(jí)減速器，由于其具有優(yōu)良的傳動(dòng)效率，剛度，精度，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人和精密傳動(dòng)領(lǐng)域。我國的RV減速器性能與國外同類產(chǎn)品相比，存在較大差距，無法市場需求，急需對(duì)其工作機(jī)理、動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。本文主要針對(duì)RV減速器進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)分析研究。首先進(jìn)行對(duì)RV減速器的傳動(dòng)原理和特點(diǎn)的探討，研究了它的傳動(dòng)過程和傳動(dòng)原理。根據(jù)RV減速器傳動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的約束條件方面討論了各個(gè)構(gòu)件的參數(shù)，比如強(qiáng)度約束條件，裝配約束條件等，進(jìn)而確定了各個(gè)構(gòu)件的參數(shù)后，就可以得到整個(gè)RV減速器的傳動(dòng)比，并且可以確定RV減速器的整體結(jié)構(gòu)。接下來基于UG建立好的三維模型進(jìn)行簡單化處理，并且將處理后的模型導(dǎo)入到ADAMS軟件中，利用ADAMS軟件對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。分別分析了RV減速器各個(gè)構(gòu)件的角速度，并且對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證；還有擺線輪與針輪之間的接觸力。通過對(duì)角速度的仿真和動(dòng)態(tài)分析，可以驗(yàn)證傳動(dòng)比，并可以說明減速器的設(shè)計(jì)的合理性。通過對(duì)接觸力的仿真和分析可以得到該減速器有良好的承載能力和穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：RV減速器；UG；ADAMS；動(dòng)力學(xué)分析DynamicModelingandAnalysisofRVReducerAbstract:RV

reducer

is

a

secondary

reducer

based

on

cycloidal

needle

wheel.

It

has

excellent

transmission

efficiency,

stiffness

and

precision,

so

it

is

widely

used

in

industrial

robot

and

precision

transmission

field.

But

with

the

continuous

development

of

technology

and

industry,

the

advantages

of

RV

reducer

have

not

met

the

needs

of

the

society,

so

it

is

necessary

to

analyze

its

dynamic

analysis.

In

this

paper,

ADAMS

software

is

used

to

analyze

RV

reducer.Firstly,

the

transmission

principle

and

characteristics

of

RV

reducer

are

carried

out,

and

its

transmission

process

and

driving

principle

are

studied.

The

parameters

of

each

component

are

discussed

from

the

constraints

of

the

transmission

principle

and

structural

characteristics

of

RV

reducer.

For

example,

strength

constraint

conditions,

assembly

constraints,

etc.

After

determining

the

parameters

of

each

component,

the

transmission

ratio

of

the

whole

RV

reducer

can

be

obtained

and

the

overall

structure

of

RV

reducer

can

be

obtained.Then,

the

model

was

simplified

and

processed

based

on

UG,

and

the

processed

model

was

imported

into

ADAMS

software,

and

the

model

was

dynamically

analyzed

using

ADAMS

software.

The

angular

velocity

of

each

component

of

RV

reducer

is

analyzed,

and

it

is

verified.

And

the

contact

force

between

the

cycloid

wheel.

Through

simulation

and

dynamic

analysis

of

angular

velocity,

the

transmission

ratio

can

be

verified,

and

then

it

can

be

explained

that

the

design

of

the

reducer

is

reasonable.

Through

the

simulation

and

analysis

of

the

contact

force,

the

decelerator

has

good

bearing

capacity

and

stability.Keywords:RVReducer;UG;ADAMS;DynamicAnalysis緒論1.1課題研究的背景與意義RV減速器是一種新型的，精密的二級(jí)減速器，它由第一級(jí)漸開線行星輪減速器和第二級(jí)擺線輪減速器相互結(jié)合而組成的。它具有外形比較小，精度高以及效率高和傳動(dòng)及其平穩(wěn)等一系列突出的優(yōu)點(diǎn)。RV減速器是工業(yè)機(jī)器人的核心零部件，RV減速器的優(yōu)點(diǎn)能對(duì)工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)有極其深遠(yuǎn)的影響和作用。為了保證RV減速器的一系列優(yōu)點(diǎn)能夠在機(jī)器人應(yīng)用的領(lǐng)域得到充分地發(fā)揮，因此需要對(duì)RV減速器的動(dòng)力學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)全面的研究分析，所以這次探索有重大且深遠(yuǎn)的意義。但是由于RV減速器零部件比較結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、發(fā)展的時(shí)間比較短，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)辦法不僅耗費(fèi)時(shí)間多、耗費(fèi)精力大、設(shè)計(jì)周期長。然而虛擬樣機(jī)技術(shù)能夠在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開始的階段就可以對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)周期進(jìn)行仿真模擬與預(yù)測，具有設(shè)計(jì)周期短，成本低等特點(diǎn)，這篇文章針對(duì)RV減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在學(xué)習(xí)了解RV減速器的傳動(dòng)原理的基礎(chǔ)上，以UG和ADAMS軟件為工具，針對(duì)RV減速器建立動(dòng)力學(xué)模型。1.2齒輪的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究內(nèi)容1.2.1關(guān)于齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)齒輪在機(jī)械中關(guān)鍵的零部件之一。它的動(dòng)力學(xué)特性直接關(guān)系到機(jī)械裝置的性能。也因此使人們關(guān)注的焦點(diǎn)。研究它的目的是以達(dá)到降低齒輪的震動(dòng)和噪音、逐步提高齒輪運(yùn)動(dòng)精度并且提高齒輪系統(tǒng)的可靠性為科研目標(biāo)。齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析理論一直在不斷的發(fā)展。齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析對(duì)象從以前的單自由度齒輪扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)到多自由度齒輪系統(tǒng)，因此它的分析的難度和計(jì)算的難度都在逐漸增加。1.2.2齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的核心內(nèi)容，現(xiàn)如今齒輪系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性包括以下三個(gè)方面[2.3]一、固有特性固有特性一般有固有頻率和震動(dòng)，研究它對(duì)齒輪系統(tǒng)不論是在穩(wěn)定性，精度個(gè)方面都很重要。二、動(dòng)態(tài)特性這個(gè)特性十分重要，包括了嚙合力、動(dòng)態(tài)激勵(lì)等動(dòng)態(tài)特性。通過研究這些，我們可以引導(dǎo)齒輪的制造和研究，降低各種負(fù)面的效果。三、系統(tǒng)參數(shù)的影響系統(tǒng)參數(shù)一般包括例如齒數(shù)，節(jié)圓半徑等關(guān)鍵參數(shù)的影響，而且也直接地影響到模型的建立。1.3RV減速器及動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀1.3.1RV減速器的研究現(xiàn)狀RV減速器傳動(dòng)的概念是日本公司在二十世紀(jì)中葉左右第一次提出的，當(dāng)時(shí)世界對(duì)工業(yè)機(jī)器人的傳動(dòng)精度漸漸提高，在這樣的歷史背景下，日本公司開始就開始研制了了一款可以增強(qiáng)機(jī)器人關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)能力的減速器，即RV減速器，它相對(duì)于簡諧波減速器具有較高的精度和剛度。一直到1986年，日本帝國公司對(duì)RV減速器訂到了突破性的研究發(fā)展，后來成功地實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)。因?yàn)楹娇蘸教焓聵I(yè)和工業(yè)機(jī)器人的需求很大，我國早就已經(jīng)將RV減速器研究加入國家的“九五”重點(diǎn)科技計(jì)劃。早些時(shí)候的研究主要是RV減速器的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)原理[4.5]，但隨著航空航天事業(yè)和機(jī)器人和別的領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，我國對(duì)RV減速器的需求很快地增加。隨后國內(nèi)專家們又對(duì)RV減速器進(jìn)行了很多研究，研究減速器的范圍也跟著增加。比如劉繼巖、李沖寧[6.8]等人對(duì)RV減速器的傳動(dòng)效率進(jìn)行了大量的計(jì)算；吳永寬等人對(duì)機(jī)器人上的RV減速器精度回差分析。進(jìn)而后來何衛(wèi)東、李充寧[9.10]等人又對(duì)其的傳動(dòng)精度開始分析。劉洪斌[10]教授鉆研了傳動(dòng)效率。焦文瑞[11.12]老師鉆研了擺線齒?，F(xiàn)在國內(nèi)研發(fā)的RV減速器與日本研發(fā)的RV減速器在傳動(dòng)精度和動(dòng)力學(xué)特性等反面還有很大的差距，所以目前沒用形成大量生產(chǎn)和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。1.3.2RV減速器動(dòng)力學(xué)的研究現(xiàn)狀早些在1976年，Bowman[13]對(duì)行星輪系統(tǒng)特性開始了研究；從此以后，Jelling和Parker[14]對(duì)齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了深入的研究，在此同時(shí)建立了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型、解答了系統(tǒng)固有頻率和固有震動(dòng)[15.16]，研究了各個(gè)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響。除此之外，Kahayan創(chuàng)建了行星輪系統(tǒng)的震動(dòng)模型，并演算出了固有頻率的表達(dá)式。自1997年以來，RV減速器被加入國家的“863”計(jì)劃，我國很多學(xué)者對(duì)RV減速器動(dòng)力學(xué)特性開始了大量的研發(fā)和探討。例如建立了RV減速器的多自由度耦合模型，計(jì)算了RV減速器系統(tǒng)的固有頻率和研究一些參數(shù)對(duì)它的影響，之中最主要的研發(fā)辦法是利用集中參數(shù)法建立減速器的簡化模型，但是因?yàn)镽V減速器結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，其中的動(dòng)力學(xué)理論比較深入并且內(nèi)容很多，僅僅依賴?yán)碚摰暮喕Ｐ?，只考慮了幾個(gè)自由度上的簡單線性震動(dòng)，然而忽略了齒輪嚙合的時(shí)變性、齒輪間隙和軸承間隙的一系列的變化，得以造成齒輪系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的分析并不完善。所以，充分利用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模、求解并分析成為了至關(guān)重要的課題。

2RV減速器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.1引言RV減速器一般是行星傳動(dòng)加上擺線針輪組件組成。它的整體結(jié)構(gòu)決定了它的參數(shù)，優(yōu)良的傳動(dòng)性能總是做為最終目標(biāo)。2.2RV減速器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)2.2.1RV減速器的基本參數(shù)RV減速器的基本參數(shù)詳見表2.1。表2.1RV減速器的基本參數(shù)型號(hào)傳動(dòng)比輸出轉(zhuǎn)速輸出轉(zhuǎn)矩輸出功率RV-116142(r/min)300(Nm)1.70(KW)2.2.2RV減速器的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)過程RV減速器機(jī)構(gòu)簡圖見圖2.2所示，RV減速器傳動(dòng)結(jié)構(gòu)見圖2.1所示：圖2.1RV減速器剖面結(jié)構(gòu)圖由圖2.2可以得到，RV減速器可以看成是由兩級(jí)減速器機(jī)構(gòu)構(gòu)成，它們分別是漸開線行星齒輪減速結(jié)構(gòu)與擺線針輪減速結(jié)構(gòu)。RV減速器的運(yùn)動(dòng)傳遞路線是：運(yùn)動(dòng)由中心輪1最右邊傳遞到行星輪2并且使它們嚙合，結(jié)果使行星輪2自傳；曲軸3與行星輪2相互固連，法蘭盤7上面裝配著曲軸3；擺線輪4（4’）裝配在曲軸3上，擺線輪還與針輪5相互嚙合；擺線輪4（4’）經(jīng)由曲軸3進(jìn)而可以驅(qū)動(dòng)行星架6，也就是輸出軸6可以做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)是由輸出軸6輸出。25輸入輸出行星輪系擺線輪系25輸入輸出行星輪系擺線輪系1-中心輪；2-行星輪；3-曲軸；4-擺線輪；5-針輪；6-行星架；7-法蘭盤；8-曲柄軸承。圖2.2減速器機(jī)構(gòu)簡圖2.2.3RV減速器傳動(dòng)比的計(jì)算用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法計(jì)算和設(shè)計(jì)RV減速器的傳動(dòng)比開始應(yīng)當(dāng)需要計(jì)算漸開線行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部分的傳動(dòng)比。應(yīng)用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)發(fā)，先規(guī)定行星架是固定的，可以計(jì)算得出傳動(dòng)比為：(2-1)公式中:——轉(zhuǎn)化為固定機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比——行星輪齒數(shù)——中心輪齒數(shù)——中心輪角速度——行星架角速度——行星輪角速度緊接著，由轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法可以的假設(shè)曲柄軸是固連不動(dòng)的，擺線針輪行星傳動(dòng)部分機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為：(2-2)公式中:——轉(zhuǎn)化的機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比——針齒的齒數(shù)——擺線輪的齒數(shù)擺線輪輸出的角速度和行星架角速度在RV減速器之中是相等的，是擺線輪角速度，是針輪的角速度。也就是ωc=ω6；針齒殼在RV減速器中是固定不動(dòng)的，也就是相當(dāng)于?？梢缘玫?2-3)聯(lián)立式（2-2），（2-3）可以得到中心論和輸出行星架的傳動(dòng)比是(2-4)2.3RV減速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)當(dāng)確定了RV減速器的機(jī)械傳動(dòng)方式后，其中RV減速器中的每個(gè)構(gòu)件和構(gòu)件相關(guān)的結(jié)構(gòu)幾何尺寸的確定就成為了確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵因素。所以，確定傳動(dòng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)尺寸就是設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。它的傳動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)尺寸和其運(yùn)動(dòng)相關(guān)還和RV減速器的整體結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)性能、強(qiáng)度等有很大的關(guān)聯(lián)。不僅這樣，各個(gè)構(gòu)件之間的耦合關(guān)系也非常重要并且有高度的耦合性。所以先要確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)尺寸有一定的難度和復(fù)雜性。它的運(yùn)動(dòng)尺寸的確定，大題可以分為兩個(gè)大的步驟進(jìn)行，其一是漸開線行星齒輪的部分，其二是擺線針輪部分。因?yàn)檫@兩個(gè)部分又有一定的關(guān)系，所以又不可以相互獨(dú)立的去分析考慮，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要統(tǒng)籌考慮。2.3.1漸開線行星齒輪的設(shè)計(jì)1．漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)由圖2.2得到，它的構(gòu)件的主要部分是中心輪1和行星輪2。與構(gòu)件相關(guān)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)有中心輪的齒數(shù)Z1,行星輪的齒數(shù)Z2，兩種齒輪的中心距a0，各個(gè)齒輪的模數(shù)m，行星輪的數(shù)目np。2．漸開線行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)的約束條件和行星齒輪的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)有關(guān)聯(lián)的出了和減速器的運(yùn)動(dòng)有關(guān)外，還與減速器的結(jié)構(gòu)構(gòu)成、強(qiáng)度、等有關(guān)。這些相關(guān)的因素組成了確定運(yùn)動(dòng)幾何參數(shù)的約束條件。（1）強(qiáng)度約束條件①要確保行星輪傳動(dòng)部分和擺線針輪傳動(dòng)部分的疲勞使用壽命相似。要使疲勞壽命相似，必須要合理地分配兩部分的傳動(dòng)比，當(dāng)中，兩者的齒數(shù)比的約束條件是：(2-5)②必須要保證RV減速器曲軸所承受的載荷不過大從圖2.3得到，擺線輪4(4”)通過軸承安裝在曲軸上。曲軸的軸承的位置越接近相對(duì)于擺線輪的中心，曲軸所受到的載荷也就越大。然而曲軸軸承的位置決定于相對(duì)于擺線輪的漸開線行星輪2和中心輪1的中心距a0所確定的。中心距a0越大，承受的載荷越小。但是如果中心距(2-6)圖2.3是行星輪和中心輪傳動(dòng)系統(tǒng)圖（2）裝配的約束條件在RV減速器當(dāng)中，行星輪2的齒數(shù)z2，中心輪的齒數(shù)z1，行星輪的數(shù)目=1\*GB3①行星輪個(gè)數(shù)np的約束條件。如圖2.4所示，如果要考慮兩個(gè)相鄰的行星輪就應(yīng)該保障他們兩者之間的中心距l(xiāng)AB比自身的齒頂圓直徑da2(2-7)化簡后得到(2-8)圖2.4裝配的臨界條件=2\*GB3②裝配行星輪齒數(shù)z2和中心輪齒數(shù)z1的約束條件。只有中心輪1的齒數(shù)和行星輪2的齒數(shù)都受到限制，才可以保證各個(gè)部件的正確安裝。兩個(gè)擺線輪必須要始終保持180?的相位差，這樣RV減速器才可以進(jìn)行順利傳動(dòng)。從圖2.2可以看出，曲軸由前，后主軸頸與兩段擺線輪的軸徑共組成四段。它的前后軸徑分別裝配在行星架和法蘭盤上，擺線輪軸徑裝配在2個(gè)擺線輪上；曲軸前段固連了行星輪。所以，它的兩個(gè)擺線輪軸徑的偏心差是180度，同時(shí)因?yàn)闃?gòu)造上的要求曲軸的數(shù)目要求與行星輪的數(shù)目np相同。因?yàn)镽V由圖2.5所示，中心輪和幾個(gè)行星輪的幾何關(guān)系如下。行星輪1行星輪1行星輪2圖2.5中心輪與行星輪偶數(shù)齒時(shí)的安裝幾何關(guān)系如圖2.5所示，此圖保障了曲軸的偏心位置一樣，所以這種安裝是正確的得以讓RV減速器正常運(yùn)行。此時(shí)，設(shè)中心輪中心線和行星輪中心線的連線為OO1，并OO1和中心輪齒槽中線與行星輪的齒中線重合。OO1與中心輪的中心和行星輪2的中心連線OO2的夾角為，。圖中的是行星輪2的中心與OO(2-9)令Yu1和Yu2分別是oo2和中心輪齒中心線的夾角和oo2和行星輪2齒槽中心線的夾角。如圖2.4，(2-10)式中N1和N在求Yu2時(shí)不可以把圖2.6行星輪奇數(shù)齒情況由上圖中可以得知，當(dāng)中心輪轉(zhuǎn)過Yu1角度時(shí)，中心輪的中線和OO2重合，這個(gè)時(shí)候行星輪恰好轉(zhuǎn)過Yu2(2-11)在z1(2-12)式中N為整數(shù)。當(dāng)行星輪數(shù)目為3的時(shí)，，因此中心輪的齒數(shù)為偶數(shù)。當(dāng)行星輪個(gè)數(shù)是3時(shí)，.也就是二倍中心輪的齒數(shù)和行星輪的齒數(shù)的差是6的倍數(shù)。當(dāng)行星輪齒數(shù)是奇數(shù)時(shí)可以得到(2-13)當(dāng)行星輪個(gè)數(shù)是2時(shí)，，所以齒數(shù)是奇數(shù)。當(dāng)行星輪個(gè)數(shù)是3時(shí)，，也就是中心輪齒數(shù)的2倍和行星輪的齒數(shù)的差加上3是6的倍數(shù)。綜上所述，漸開線行星輪傳動(dòng)部分的傳動(dòng)部件的齒數(shù)確定方式如下：1.行星輪的數(shù)目為2時(shí)中心輪的齒數(shù)是奇數(shù)時(shí)，行星輪的齒數(shù)是奇數(shù)要是中心輪的齒數(shù)為偶數(shù)，行星輪的齒數(shù)是偶數(shù)2.行星輪的數(shù)目為3時(shí)行星輪的齒數(shù)是奇數(shù)時(shí)，二倍中心輪的齒數(shù)與行星輪的差加上3后是六的倍數(shù)。行星輪的齒數(shù)是偶數(shù)時(shí)，二倍中心輪的齒數(shù)和行星輪的齒數(shù)的差是六的倍數(shù)。中心輪和行星輪的齒輪數(shù)目的關(guān)系總體如下：（2-14）(3)結(jié)構(gòu)的約束條件要保證2組傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的均衡和緊湊，不發(fā)生相差過大的情況。=1\*GB3①中心輪的齒數(shù)的約束條件由文得知單從齒輪的加工和磨損情況出發(fā)，漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu)所允許的最小齒頂厚度是，根據(jù)與齒數(shù)相關(guān)的參數(shù)之間的關(guān)系可以得出中心齒輪的齒數(shù)的選取范圍是9,20。=2\*GB3②因?yàn)橐ＷC傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的均衡和緊湊,擺線針輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的直徑接近，因此，約束條件為（2-15）或者（2-16）代入數(shù)據(jù)得=3\*GB3③在進(jìn)行輸入軸設(shè)計(jì)時(shí)，要保證它的軸徑變化均勻。（2-17）公式中:D1往往由于要使減速器結(jié)構(gòu)緊湊，要把中心輪和輸入軸做成一體的齒輪軸形式。（4）RV減速器運(yùn)動(dòng)的約束條件從減速器的參數(shù)可以得到，它的總傳動(dòng)比是（2-18）RV減速器的總傳動(dòng)比和中心輪齒數(shù)、行星輪齒數(shù)、針輪齒數(shù)有關(guān)。所以z1，z2綜上所述，可以得到一下幾組滿足約束條件的數(shù)據(jù)，詳見表2.2.表2.2滿足條件的幾組數(shù)據(jù)組數(shù)uzzzumμa1213374131.60.8928372212484031.30.892835321541432.851.30.888133.842195541310.8928375313374131.60.89283763195541310.892837由表中可以得到，第三組的傳動(dòng)效率最低；第四組和第六組傳動(dòng)效率好，但是不足的是模數(shù)較少，傳動(dòng)剛度由此就變低了；第一組、第二組、第五組的參數(shù)都比較理想，因?yàn)榈诙M的行星輪齒數(shù)較多，因此會(huì)對(duì)傳動(dòng)性能的提高有幫助，所以選用第二組的參數(shù)為漸開線行星傳動(dòng)輪部分的幾何參數(shù)。詳見表2.3。表2.3行星輪系的參數(shù)序號(hào)名稱代號(hào)大小1中心輪數(shù)z122行星輪數(shù)z483模數(shù)m1.34壓力角α205中心輪系數(shù)x0.56行星輪變位系數(shù)x0.387標(biāo)準(zhǔn)中心距a358實(shí)際中心距a379變位系數(shù)y0.710嚙合角α2511齒頂高系數(shù)h1.112頂隙系數(shù)c0.2613中心輪分度圓直徑d16.514行星輪分度圓直徑d53.15中心輪齒頂圓直徑d20.05316行星輪齒頂圓的直徑d56.7517中心輪齒根圓直徑d16.6218行星輪齒根圓直徑d51.3319中心輪齒寬B1220行星輪齒寬B7.621中心輪滑動(dòng)率μ1.622.3.2擺線針輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖2.7擺線輪和針齒的傳動(dòng)系統(tǒng)圖1.擺線針輪相關(guān)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)由圖2.7可以看得出，在擺線針輪結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件主要有曲軸，擺線輪，針輪。與之相關(guān)的幾何參數(shù)有曲軸的偏心距a,針輪的齒數(shù)zp,擺線輪的齒數(shù)zc；與擺線輪和針輪嚙合相關(guān)的參數(shù)有曲軸的偏心距a、針齒半徑rrp、針齒中心圓半徑rp、針經(jīng)系數(shù)k2,短幅系數(shù)k1;再者與強(qiáng)度有關(guān)的參數(shù)有曲柄得偏心距2.擺線針輪機(jī)構(gòu)的幾何參數(shù)相關(guān)的約束條件RV減速器的各個(gè)部分，包括總體結(jié)構(gòu)、齒輪的嚙合傳動(dòng)、強(qiáng)度、裝配關(guān)系等有關(guān)的因素都有可能對(duì)RV減速器的真題幾何參數(shù)有影響。以上這些因素共同構(gòu)成了影響RV減速器的幾何參數(shù)的約束條件。=1\*GB2⑴針輪的齒數(shù)和擺線輪齒數(shù)的約束條件。減速器的傳動(dòng)比影響著針輪齒數(shù)。根據(jù)公式（2-4）綜合考慮中心輪齒數(shù)，行星輪齒數(shù)，和傳動(dòng)比共同來確定針輪的齒數(shù)。（2-19）因?yàn)閿[線針輪機(jī)構(gòu)嚙合采用相差一個(gè)齒的原理，所以(2)曲軸偏心距的約束條件從擺線輪齒廓的產(chǎn)生原理，從這個(gè)道理中可以得到擺線輪在由節(jié)圓的地方的齒距可以由下列式子（2-20）上式中:是針輪的節(jié)圓半徑擺線輪的節(jié)圓半徑擺線輪的齒數(shù)是（2-21）針輪齒數(shù)是（2-22）因?yàn)椋?-23）所以有（2-24）從上式可以得到，在zp不變的情況下，偏心距是增大的，然后rp也增大，所以擺線針輪機(jī)構(gòu)的承載力也就相應(yīng)的提高了；與此同時(shí)因?yàn)橐陨显騻鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)也相應(yīng)的增加；擺線輪的活動(dòng)范圍也增大。在結(jié)構(gòu)上因?yàn)樾行羌芤?）短幅系數(shù)k1在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，k1進(jìn)而可以影響針齒半徑然后還影響齒輪的彎曲強(qiáng)度和接觸強(qiáng)度。當(dāng)k1減少時(shí)，會(huì)使針輪節(jié)圓半徑減少。當(dāng)傳遞力變得小時(shí)，是因?yàn)獒樰喒?jié)圓半徑變小，導(dǎo)致擺線輪和針輪相互的接觸力加大了。所以，短幅系數(shù)需要優(yōu)化，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，現(xiàn)給出短幅系數(shù)一般的推薦數(shù)值。詳見表2.4表2.4短幅系數(shù)值擺線輪的齒數(shù)z<1113-2425-6062-88短幅系數(shù)0.4-0.550.47-0.750.66-0.90.76-0.9（4）針齒中心圓直徑的約束條件針齒中心圓半徑rp（2-25）上述公式中T是輸出轉(zhuǎn)矩，N\mm根據(jù)2-6式和表2.3中a0,(5)針經(jīng)系數(shù)的約束條件它是針輪上相鄰兩個(gè)針齒之間的中心距比上針齒直徑的一個(gè)數(shù)值，針經(jīng)系數(shù)k2是描述針輪分布密集的參數(shù)，如果針齒沒有間隙，這時(shí)k2=1。因?yàn)橐ＷC機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度，所以針齒外殼要有足夠的強(qiáng)度，所以一般k2應(yīng)該取k2=1.25~1.4之間，最優(yōu)取值范圍是k2=1.5~1.2之間。一般最大值不超過4，當(dāng)針齒的齒數(shù)較多時(shí)并且針齒半徑比較小時(shí)可以有k2小于1的情況。一般為了避免相鄰的兩個(gè)針齒相碰，往往會(huì)表2.5針徑系數(shù)范圍針輪齒數(shù)<141426~3838~6262~86針經(jīng)系數(shù)3.8~2.82.85~22~1.351.6~11.6~0.99（6）擺線輪和針輪的幾何約束擺線輪和針輪除了上述的約束，還有要受到正確嚙合傳動(dòng)的約束條件。為了使二者正確嚙合，詳見表2.6。表2.6擺線針輪系參數(shù)公式序號(hào)名稱代號(hào)關(guān)系式1針輪輪齒數(shù)z2擺線輪齒數(shù)z3曲軸偏心距a4短幅系數(shù)k5針經(jīng)系數(shù)k6針輪節(jié)圓半徑rrp'7擺線輪節(jié)圓半徑rrc'8針齒中心圓半徑rrp=9擺線輪基圓半徑rrc=10針輪齒頂圓半徑rrap=rp11針輪齒根圓半徑rrfp=12擺線輪齒頂圓半徑rrac=13擺線輪齒根圓半徑rrfc=rp3.擺線針輪幾何參數(shù)的確定通過以上對(duì)擺線針輪機(jī)構(gòu)約束條件和參數(shù)的探討現(xiàn)列出如下8組數(shù)據(jù)，詳見表2.7。表2.7參數(shù)的參考值組數(shù)kkar10.66681.73001.10003.010720.66681.79001.20002.876730.72741.74001.20003.010840.72741.82001.20002.876850.78761.73001.30003.010760.78761.81001.30002.876870.84861.73001.40003.010780.84861.81001.40002.8767綜合考慮傳動(dòng)的特性、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、現(xiàn)把表中五組數(shù)據(jù)修正后得到

k1=0.79,k2現(xiàn)在可以得出擺線針輪的幾何參數(shù)表2.8表2.8擺線輪系參數(shù)序號(hào)名稱代號(hào)數(shù)值1針輪齒數(shù)zzp2擺線輪齒數(shù)zzc3偏心距aA=1.34針經(jīng)系數(shù)kk25短幅系數(shù)kk16針齒半徑rrrp7擺線輪基圓半徑rrrp8擺線輪節(jié)圓半徑rrc9針齒中心圓半徑rrp10針輪節(jié)圓半徑rrp11移距修形量大小??r12等距修行量多少??r13針輪齒頂圓半徑rrap14針輪齒根圓半徑rrfp15擺線輪齒頂圓半徑rrac16擺線輪齒根圓半徑rrfc17節(jié)圓齒距pp'18擺線輪齒寬bbc2.4小結(jié)RV減速器是由漸開線行星齒輪部分和擺線針齒部分構(gòu)成的封閉的二級(jí)減速器。兩個(gè)部分即相互獨(dú)立，又相互聯(lián)系耦合。分別研究兩部分的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的約束條件并且后來要統(tǒng)一起來研究約束條件。在滿足漸開線行星齒輪機(jī)構(gòu)和擺線針齒機(jī)構(gòu)的約束條件下，計(jì)算出每個(gè)構(gòu)件的幾何參數(shù)。

3RV減速器的動(dòng)力學(xué)仿真3.1ADAMS簡介ADAMS即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力分析軟件，是由MSC公司開發(fā)出來的一個(gè)基于虛擬樣機(jī)分析的一款軟件。該軟件集合虛擬技術(shù)和仿真技術(shù)、可視化技術(shù)于一體?，F(xiàn)如今，已經(jīng)被世界大部分企業(yè)所認(rèn)可且應(yīng)用。3.2仿真的一般步驟它主要利用ADAMS對(duì)RV減速器進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，其流程圖如3.1。利用利用UG建立的三維模型將三維模型導(dǎo)入到ADAMS中用ADAMS求解器求解在ADAMS中建立仿真需要的條件和約束結(jié)果是否滿足傳動(dòng)比保存結(jié)果，結(jié)束是否圖3.1分析流程圖3.3導(dǎo)入ADAMS中時(shí)的注意事項(xiàng)3.3.1ADAMS中工作環(huán)境的設(shè)置一般再將簡化模型導(dǎo)入到ADAMS之前，需要對(duì)ADAMS中的參數(shù)做些設(shè)置。界面柵格：設(shè)置時(shí)的平面尺寸是300mm,之間的間距是20mm.單位：因?yàn)橐蚒G里面的單位同意，所以要選擇UG里的單位。重力的方向：選擇Gravity命令，設(shè)置為Y軸方向。設(shè)置好以上數(shù)據(jù)后，把UG模型導(dǎo)入，如圖3.2顯示，需要把每個(gè)構(gòu)件的材料屬性設(shè)置出來，在ModifyBody界面編輯零件屬性，把category與definetype分別設(shè)置成massproperties和geometryandmaterial，在材料選用steel，令材料設(shè)置成剛。然后軟件會(huì)自動(dòng)計(jì)算質(zhì)量和材料的各個(gè)屬性。如圖3.3為擺線輪質(zhì)量參數(shù)。圖3.2減速器簡化圖圖3.3擺線輪的質(zhì)量參數(shù)3.3.2約束的設(shè)置RV減速器的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，而且載荷和受力狀況更加復(fù)雜。一般為了研究使用，假設(shè)沒有零件間的間隙，沒有摩擦系數(shù)，無零件的形變。因?yàn)閷?dǎo)入后零件并沒有約束的限制，所以在開始分析前要設(shè)置一些約束條件。如圖3.4所示，一般設(shè)置成輸出軸和大地為轉(zhuǎn)動(dòng)副、行星輪和曲柄之間是固定的、曲柄軸和擺線輪是旋轉(zhuǎn)副、針齒和大地是固定的、行星架和大地是轉(zhuǎn)動(dòng)副、擺線輪和針齒是接觸約束。圖3.4RV減速器仿真模型中約束定義3.3.3接觸的定義和設(shè)置（一）定義接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生接觸力。大體可以分為兩種，一種是間斷的接觸。另一種是連續(xù)的接觸，并且也叫做非彈性接觸。在這個(gè)軟件中計(jì)算接觸力有2中方法，一種叫做補(bǔ)償法，這個(gè)方法確定懲罰系數(shù)與補(bǔ)償系數(shù)。前者確定的是2個(gè)零件體積重合部分的剛度。接觸力是零件陷入另一零件體積內(nèi)的深度和懲罰系數(shù)的乘機(jī)，懲罰系數(shù)過大會(huì)出現(xiàn)無限的情況，過小會(huì)不能完全模擬出真實(shí)的接觸。第二種方法叫做沖擊函數(shù)法，它使用函數(shù)來計(jì)算的。在定義接觸時(shí)，使用幾何體上的相關(guān)元素體現(xiàn)的，可以是實(shí)體，也可以是一條曲線，且曲線在一個(gè)平面內(nèi)。這種接觸有很多種，比如實(shí)體和實(shí)體、曲線與曲線、點(diǎn)與曲線、點(diǎn)和平面、求和球。（二）設(shè)置根據(jù)RV減速器的嚙合特點(diǎn)，要選擇沖擊函數(shù)法來定義。如下圖3.5參數(shù)圖，剛度為1.0×106N/mm2,力的指數(shù)為1.5，阻尼為圖3.5接觸參數(shù)設(shè)定圖3.4建立RV減速器動(dòng)力學(xué)模型3.4.1負(fù)載轉(zhuǎn)矩的確立研究動(dòng)力學(xué)特性必須要在有負(fù)載的情況下進(jìn)行，因?yàn)楹喕Ｐ屠镏挥幸粋€(gè)擺線輪，而且擺線輪和針輪的制造誤差和裝配誤差都會(huì)引起載荷不均勻，所以加載55%（91.85N）的負(fù)載在輸出盤上。此時(shí)也要加載一定的驅(qū)動(dòng)電機(jī)在輸入軸上。為了同時(shí)避免啟動(dòng)中的沖擊力過大，所以要在加入電機(jī)后平穩(wěn)加載.3.4.2建立動(dòng)力學(xué)模型將前面所說的第一漸開線齒輪副1和2，和擺線針輪齒輪副3刪除，取代以接觸副。兩個(gè)行星輪和輸入軸建立兩個(gè)接觸副副一和二，擺線輪和40個(gè)針齒建立接觸副，所以一共有42個(gè)接觸副。3.5基于ADAMS中驗(yàn)證各個(gè)構(gòu)件的速度和傳動(dòng)比根據(jù)第二章的公式（2-4）和（2-18）可以得到式（3-1）（3-2）分別是中心輪的轉(zhuǎn)速和擺線輪的轉(zhuǎn)速，是行星輪自轉(zhuǎn)速度。由于誤差原因，現(xiàn)在設(shè)中心輪的轉(zhuǎn)速是9000度/秒，中心輪齒數(shù)是12，行星輪齒數(shù)是48，擺線輪齒數(shù)是39，針輪齒數(shù)是40.由公式（3-1）可以計(jì)算出的轉(zhuǎn)速是74.38度/秒。在由公式（3-2）得等于-2900.82度/秒，且與中心輪速度相反。傳動(dòng)比是121.總結(jié)如表3.1所示表3.1各輪速度值的比較項(xiàng)目符號(hào)轉(zhuǎn)速值角速度值中心輪n15009000行星輪n483.472900.82擺線輪n12.474.38傳動(dòng)比n1213.5.1RV減速器的傳動(dòng)比仿真結(jié)果圖3.6是空載時(shí)的行星輪和中心輪，之后還有擺線輪。他們各部分的角速度的變化圖。X軸是時(shí)間，Y軸是速度。圖3.6中心輪和行星輪的角速度上圖紅線為行星輪轉(zhuǎn)速，為888°/s；藍(lán)線為中心輪轉(zhuǎn)速3600°/s；可見其傳動(dòng)比為4；符合傳動(dòng)比理論的理論值。圖3.7所示，用角速度來驗(yàn)證輸出和輸入的關(guān)系隨時(shí)間的變化圖。圖3.7輸出部件角速度在加載最開始的幾秒中行星輪，擺線輪隨著中心論的增加成倍數(shù)的增加。擺線輪和行星架速度完全一樣，和RV減速器的特性一致，仿真的出的結(jié)論和所計(jì)算的誤差很小，所以在空載時(shí)同樣也滿足傳動(dòng)比要求。3.5.2擺線輪與針齒接觸力仿真如下圖3.8所示，擺線輪和針齒的嚙合力隨時(shí)間的變化圖。圖3.8擺線輪與針輪的接觸力由圖可以看出由于速度突變引起了沖擊力，進(jìn)而接觸力有較大的波動(dòng)，隨著速度的增加接觸力波動(dòng)幅度加大，1秒后接近穩(wěn)定，之后接觸力承現(xiàn)周期性的變化。圖3.9所示的是輸出軸隨時(shí)間的角加速度的變化圖。圖3.9行星架（輸出）的角加速度擺線輪和行星架角加速度規(guī)律是近似的，所以說明RV減速器的輸出是擺線輪的自轉(zhuǎn)。3.6小結(jié)本章利用動(dòng)力學(xué)模型，深入分析并驗(yàn)證了各個(gè)結(jié)構(gòu)的角速度，進(jìn)而驗(yàn)證了傳動(dòng)比，還有接觸力的仿真，并且取得了一定的結(jié)果。經(jīng)過分析得傳動(dòng)比符合要求且可以對(duì)應(yīng)上，接觸力也符合要求。所以，研究RV減速器的動(dòng)態(tài)特性就要從傳動(dòng)比可接觸力方面入手，因?yàn)樗麄兌邔?duì)RV減速器的影響最大。

4本文結(jié)論本文在已有的對(duì)RV減速器研究的基礎(chǔ)上，主要對(duì)RV減速器的三維模型參數(shù)和基于傳動(dòng)比和接觸力的仿真和檢測的分析和研究。首先利用UG對(duì)RV減速器進(jìn)行三維建模，在建立模型的基礎(chǔ)上，利用它的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)原理和特點(diǎn)，用轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)法算出RV減速器的具體參數(shù)，得到了RV減速器中最重要的兩個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的齒數(shù)以及相關(guān)參數(shù)。再根據(jù)所得到的相關(guān)的條件得出本文中RV減速器的傳動(dòng)比。這部分主要集中在第二章的內(nèi)容中。然后對(duì)得到的模型進(jìn)行簡化處理導(dǎo)入到ADAMS中去。在ADAMS軟件中建立虛擬的動(dòng)力學(xué)仿真分析，對(duì)各個(gè)構(gòu)件的角速度的仿真值和理論值進(jìn)行比較可以得到：由分析結(jié)果可以看出基本上兩者的傳動(dòng)角速度誤差很小，說明設(shè)計(jì)的RV減速器