一种2K-V型精密减速机的传动精度优化设计方法技术

本发明专利技术涉及一种2K‑V型精密减速机的传动精度优化设计方法。包括以下步骤，1)建立减速机传动系统的非线性动力学方程：MX"+KX＝F，其中，M为质量矩阵、K为刚度矩阵、F为作用力列向量、X＝[Dxsg,Dysg,qsga,Dxp1,Dyp1,qp1,Dxp2,Dyp2,qp2,Dc1,qoc1,qvc1,Dc2,qoc2,qvc2,Dxo,Dyo,qoa]

【技术实现步骤摘要】
一种2K-V型精密减速机的传动精度优化设计方法
本专利技术涉及现代制造技术及自动化
，尤其涉及一种2K-V型精密减速机的传动精度优化设计方法。
技术介绍
随着国家对“智能制造2025”的规划，国内工业机器人产业得到迅猛发展，但作为制约工业机器人发展的三大关键技术之一的精密减速机却严重依赖进口。虽然国内高校和企业也进行大量研究和样机研制，取得一定成效，但无法与国外产品媲美，其中作为重要性能指标的传动精度是难点之一。因为缺乏成熟的可操作的精度设计和控制方法，国内对该类型精密减速机的研制偏重于依赖经验。精密减速机是将渐开线行星传动与摆线针轮传动有机结合起来的一种新型传动方式，因其分类属于2K-V型传动，国内称之为2K-V型减速机，日本则称其为RV(RotateVector)传动。2K-V型减速机具有传动比范围大、传动精度高、体积小、效率高、刚性好等优点，因而被广泛应用在工业机器人等精密机械传动中。2K-V型减速机传动精度的优化设计方面的研究较少，其关系比较复杂，影响的因素也较多，给2K-V型减速机传动精度的优化设计带来一定困难，因此深入研究2K-V型减速机传动精度的优化设计方法具有一定的实用意义。
技术实现思路
本专利技术旨在解决现有技术的不足，而提供一种用以提高减速机传动精度的2K-V型精密减速机的传动精度优化设计方法。本专利技术为实现上述目的，采用以下技术方案：一种2K-V型精密减速机的传动精度优化设计方法，包括以下步骤，1)建立减速机传动系统的非线性动力学方程依据等价模型思想，将减速机传动系统各部件等效为集中质量与弹簧，各弹簧的弹性系数反映了各个轴承的支承刚度及齿轮的啮合刚度，而各部件的误差因素以及零件受载变形时产生的微位移则等效为各弹簧的伸缩量，此伸缩量所产生的弹力可等效为各集中质量间的相互作用力；通过受力分析，结合牛顿第二定律建立减速机中各部件的共18个动力学微分方程，将18个微分方程合写为矩阵的形式：MX"+KX＝F其中，X＝[Dxsg,Dysg,qsga,Dxp1,Dyp1,qp1,Dxp2,Dyp2,qp2,Dc1,qoc1,qvc1,Dc2,qoc2,qvc2,Dxo,Dyo,qoa]T为所要求解的18×1阶的微位移列向量，M为与微位移列向量X的二阶导数对应的18×18阶的质量矩阵，K为与微位移列向量X对应的18×18阶的刚度矩阵，F为反映减速机在某一瞬时状态下各零件间相互作用力大小的18×1阶的作用力列向量，其中，Dxsg为输入齿轮轴在静坐标系X轴方向的微位移，Dysg为输入齿轮轴在静坐标系Y轴方向的微位移，qsga为输入齿轮轴的实际转角，Dxp1为第1个渐开线行星轮在静坐标系X轴方向的微位移，Dyp1为第1个渐开线行星轮在静坐标系Y轴方向的微位移，qp1为第1个渐开线行星轮的实际转角，Dxp2为第2个渐开线行星轮在静坐标系X轴方向的微位移，Dyp2为第2个渐开线行星轮在静坐标系Y轴方向的微位移，qp2为第2个渐开线行星轮的实际转角，Dc1为第1个摆线轮沿其偏心方向的微位移，qoc1为第1个摆线轮的实际自转角，qvc1为第1个摆线轮的实际公转角，Dc2为第2个摆线轮沿其偏心方向的微位移，qoc2第2个摆线轮的实际自转角，qvc2为第2个摆线轮的实际公转角，Dxo为刚性盘及输出盘在静坐标系X轴方向的微位移，Dyo为刚性盘及输出盘在静坐标系Y轴方向的微位移，qoa为刚性盘及输出盘的实际转角(即减速机的实际输出转角)；2)研究单部件误差因素对减速机传动精度的影响根据步骤1)中的方程求解各部件误差因素作用下的实际输出转角与规定输出转角的差值；3)优化2K-V型精密减速机精度。优选地：步骤1)中的部件误差因素包括输入轴齿轮的基圆偏心误差、第i个渐开线行星轮的基圆偏心误差、第i个曲柄轴上对应于第j个摆线轮的凸轮偏心误差、第j个摆线轮上对应于第i个曲柄轴的孔的偏心误差、第i个曲柄轴凸轮与第j个摆线轮上的曲柄轴孔间的径向间隙、第j个摆线轮上与第k个针齿啮合的摆线轮齿的位置误差、第k个针齿的位置误差、针齿半径误差、输出盘与刚性盘上第i个曲柄轴孔的偏心误差、曲柄轴与输出盘及刚性盘上曲柄轴孔间的径向间隙、输出盘及刚性盘的装配误差、针齿壳与刚性盘及输出盘间的径向间隙；其中，i、j、k为相应部件的编号。优选地：所述优化2K-V型精密减速机精度的方法为：以步骤2)中得出的敏感性部件误差因素为设计变量、以传动精度为设计目标进行优化设计，获得最优的部件误差组合及部件误差取值；其中，敏感部件误差因素的判断方法为：计算出的实际输出转角与规定输出转角的差值大于各部件误差因素计算出的实际输出转角与规定转出角的差值的平均值的部件误差因素。优选地：所述优化2K-V型精密减速机精度的模型为：其中，Δθ为输出转角误差，Epji为第i个曲柄轴上对应于第j个摆线轮的凸轮的偏心误差的数值、Apji为将该误差所在方向相对动坐标系Xj轴的正方向所转过的角度，Ecji为第j个摆线轮上对应于第i个曲柄轴的孔的偏心误差的数值、Acji为将该误差所在方向相对动坐标系Xj轴的正方向所转过的角度，RCcjpi为第i个曲柄轴凸轮与第j个摆线轮上的曲柄轴孔间的径向间隙值的大小，RCpioh为曲柄轴与输出盘、刚性盘上曲柄轴孔间的径向间隙值的大小，Ercjzk为第j个摆线轮上与第k个针齿啮合的摆线轮齿的径向位置误差的数值、Etcjzk为切向位置误差的数值，Erzk为第k个针齿的径向位置误差的数值、Etzk为切向位置误差的数值，Ezr为针齿半径误差的数值，Eao为输出盘、刚性盘的装配误差的数值、Aao为该误差所在方向相对静坐标系X轴的正方向所转过的角度。优选地：所述X向量内各元取值范围为，0.005mm＜Epji＜0.010mm0°≤Apji≤360°0.005mm＜Ecji＜0.010mm0°≤Acji≤360°0.005mm＜RCcjpi＜0.010mm0.005mm＜RCpioh＜0.010mm0.005mm＜Ercjzk＜0.010mm0.005mm＜Etcjzk＜0.010mm0.005mm＜Erzk＜0.010mm0.005mm＜Etzk＜0.010mm0.005mm＜Ezr＜0.010mm0.005mm＜Eao＜0.010mm0°≤Aao≤360°。本专利技术的有益效果是：本专利技术分析了不同误差及误差组合对传动精度的影响大小，获得对传动精度影响较大的零件及误差；以这些误差为设计变量以传动精度为设计目标进行优化设计，从而获得最优的误差组合及误差取值，以提高2K-V型减速机传动精度。附图说明图1为本专利技术中无任何误差的2K-V20S型减速机空载时的传动误差曲线图；图2为本专利技术中2K-V20S型减速机承受231N.m负载时的传动误差曲线图；图3为本专利技术中模型A1的传动误差曲线图；图4为本专利技术中模型A2的传动误差曲线图；图5为本专利技术中模型A3的传动误差曲线图；图6为本专利技术中模型A4的传动误差曲线图；图7为本专利技术中输入轴齿轮基圆偏心误差数值对2K-V20S型减速机传动精度的影响曲线图；图8为本专利技术中模型B1的传动误差曲线图；图9为本专利技术中模型B2的传动误差曲线图；图10为本专利技术中模型B3的传动误差曲线图；图11为本专利技术中模型B4的传动误差曲线图；图12为本专利技术中渐开本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种2K‑V型精密减速机的传动精度优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤，1)建立减速机传动系统的非线性动力学方程依据等价模型思想，将减速机传动系统各部件等效为集中质量与弹簧，各弹簧的弹性系数反映了各个轴承的支承刚度及齿轮的啮合刚度，而各部件的误差因素以及零件受载变形时产生的微位移则等效为各弹簧的伸缩量，此伸缩量所产生的弹力可等效为各集中质量间的相互作用力；通过受力分析，结合牛顿第二定律建立减速机中各部件的共18个动力学微分方程，将18个微分方程合写为矩阵的形式：MX"+KX＝F其中，X＝[Dxsg,Dysg,qsga,Dxp1,Dyp1,qp1,Dxp2,Dyp2,qp2,Dc1,qoc1,qvc1,Dc2,qoc2,qvc2,Dxo,Dyo,qoa]T为所要求解的18×1阶的微位移列向量，M为与微位移列向量X的二阶导数对应的18×18阶的质量矩阵，K为与微位移列向量X对应的18×18阶的刚度矩阵，F为反映减速机在某一瞬时状态下各零件间相互作用力大小的18×1阶的作用力列向量，其中，Dxsg为输入齿轮轴在静坐标系X轴方向的微位移，Dysg为输入齿轮轴在静坐标系Y轴方向的微位移，qsga为输入齿轮轴的实际转角，Dxp1为第1个渐开线行星轮在静坐标系X轴方向的微位移，Dyp1为第1个渐开线行星轮在静坐标系Y轴方向的微位移，qp1为第1个渐开线行星轮的实际转角，Dxp2为第2个渐开线行星轮在静坐标系X轴方向的微位移，Dyp2为第2个渐开线行星轮在静坐标系Y轴方向的微位移，qp2为第2个渐开线行星轮的实际转角，Dc1为第1个摆线轮沿其偏心方向的微位移，qoc1为第1个摆线轮的实际自转角，qvc1为第1个摆线轮的实际公转角，Dc2为第2个摆线轮沿其偏心方向的微位移，qoc2第2个摆线轮的实际自转角，qvc2为第2个摆线轮的实际公转角，Dxo为刚性盘及输出盘在静坐标系X轴方向的微位移，Dyo为刚性盘及输出盘在静坐标系Y轴方向的微位移，qoa为刚性盘及输出盘的实际转角；2)研究单部件误差因素对减速机传动精度的影响根据步骤1)中的方程求解各部件误差因素作用下的实际输出转角与规定输出转角的差值；3)优化2K‑V型精密减速机精度。...

【技术特征摘要】
1.一种2K-V型精密减速机的传动精度优化设计方法，其特征在于：包括以下步骤，1)建立减速机传动系统的非线性动力学方程依据等价模型思想，将减速机传动系统各部件等效为集中质量与弹簧，各弹簧的弹性系数反映了各个轴承的支承刚度及齿轮的啮合刚度，而各部件的误差因素以及零件受载变形时产生的微位移则等效为各弹簧的伸缩量，此伸缩量所产生的弹力可等效为各集中质量间的相互作用力；通过受力分析，结合牛顿第二定律建立减速机中各部件的共18个动力学微分方程，将18个微分方程合写为矩阵的形式：MX"+KX＝F其中，X＝[Dxsg,Dysg,qsga,Dxp1,Dyp1,qp1,Dxp2,Dyp2,qp2,Dc1,qoc1,qvc1,Dc2,qoc2,qvc2,Dxo,Dyo,qoa]T为所要求解的18×1阶的微位移列向量，M为与微位移列向量X的二阶导数对应的18×18阶的质量矩阵，K为与微位移列向量X对应的18×18阶的刚度矩阵，F为反映减速机在某一瞬时状态下各零件间相互作用力大小的18×1阶的作用力列向量，其中，Dxsg为输入齿轮轴在静坐标系X轴方向的微位移，Dysg为输入齿轮轴在静坐标系Y轴方向的微位移，qsga为输入齿轮轴的实际转角，Dxp1为第1个渐开线行星轮在静坐标系X轴方向的微位移，Dyp1为第1个渐开线行星轮在静坐标系Y轴方向的微位移，qp1为第1个渐开线行星轮的实际转角，Dxp2为第2个渐开线行星轮在静坐标系X轴方向的微位移，Dyp2为第2个渐开线行星轮在静坐标系Y轴方向的微位移，qp2为第2个渐开线行星轮的实际转角，Dc1为第1个摆线轮沿其偏心方向的微位移，qoc1为第1个摆线轮的实际自转角，qvc1为第1个摆线轮的实际公转角，Dc2为第2个摆线轮沿其偏心方向的微位移，qoc2第2个摆线轮的实际自转角，qvc2为第2个摆线轮的实际公转角，Dxo为刚性盘及输出盘在静坐标系X轴方向的微位移，Dyo为刚性盘及输出盘在静坐标系Y轴方向的微位移，qoa为刚性盘及输出盘的实际转角；2)研究单部件误差因素对减速机传动精度的影响根据步骤1)中的方程求解各部件误差因素作用下的实际输出转角与规定输出转角的差值；3)优化2K-V型精密减速机精度。2.根据权利要求1所述的2K-V型精密减速机的传动精度优化设计方法，其特征在于：步骤1)中的部件误差因素包括输入轴齿轮的基圆偏心误差、第i个渐开线行星轮的基圆偏心误差、第i个曲柄轴上对应于第j个摆线轮的凸轮偏心误差、第j个摆线轮上对应于第i个曲柄轴的孔的偏心误差、第i个曲柄轴凸轮与第j个摆线轮上的曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾海利，周政道，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学，
类型：发明
国别省市：天津,12