【技术实现步骤摘要】
一种机器人用摆线针轮减速机的传动误差数值仿真方法
[0001]本专利技术涉及摆线针轮减速机的
，特别是涉及一种机器人用摆线针轮减速机的传动误差数值仿真方法。
技术介绍
[0002]机器人用的双曲柄摆线针轮减速机主要由太阳轮、行星轮、双曲柄摆线轮、曲柄轴、针齿壳、针齿、行星架等组成。该减速机属于精密传动机械，具有结构紧凑、传动精度高、传动比大、传动效率高等优点。
[0003]由于双曲柄摆线针轮减速机零部件制造误差、装配误差以及传动过程中温度变形和弹性变形的存在,输入输出传动误差在所难免。传动误差是指输出轴实际转角与理论转角之间的偏差值，是评价摆线针轮减速机传动精度的重要指标。
[0004]传动误差是指：当输入轴单向旋转时，输出轴转角的实际值与理论值的差值。对于行星架为输出轴的摆线针轮减速机，若假设输入轴(即太阳轮)输入端匀速转动且其转角为θ
s
、输出轴(即行星架)实际转角为θ
c
、系统传动比为i
z
，则该系统的传动误差为：Δθ
c
＝θ
c
‑
θ
s
/i
z
。图1为传动误差的波形示意图。传动误差的确定对于机器人用双曲柄摆线针轮减速机的零部件生产和装配过程具有现实的指导意义，能够提前确定零部件的优化配合关系，对采用互补性好的零部件搭配出性能更优的减速机具有重大的意义。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是为了解决上述问题，提供一种机器人用摆线针轮...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种机器人用摆线针轮减速机的传动误差数值仿真方法，该方法是针对机器人用双曲柄摆线针轮减速机的传动误差数值仿真方法，包括如下步骤；S1.根据设计参数来确定双曲柄摆线针轮减速机的基本结构参数：太阳轮齿数Z
s
、行星轮齿数Z
p
、摆线轮齿数Z
b
、针轮齿数Z
r
、渐开线齿轮模数m(mm)、渐开线齿轮压力角α(
°
)、太阳轮轮齿变位系数x
cs
、行星轮轮齿变位系数x
cp
、行星轮齿宽B
z
(mm)、摆线轮轮齿宽度B
c
(mm)、曲柄轴偏心距e(mm)、针齿销半径r
d
(mm)、针齿销或针齿壳齿槽分布圆的理论半径r
z
(mm)、2个摆线轮、2个行星轮、2个曲柄轴；S2.定义双曲柄摆线针轮减速机中的太阳轮、2个行星轮、2个摆线轮、2个曲柄轴、行星架、针齿销、针齿壳及滚子轴承的关键误差，并通过测量仪器对这些零部件进行测量和计算得出这些关键误差；1)定义太阳轮的关键误差太阳轮的关键误差是指：太阳轮的基圆偏心误差(E
s
,β
s
)，太阳轮装配误差为(A
s
,γ
s
)；其中：E
s
、A
s
分别表示其基圆偏心误差、装配误差的大小，量纲(um)；β
s
、γ
s
分别表示其基圆偏心误差、装配误差的方向，量纲(
°
)；2)定义行星轮的关键误差行星轮的关键误差是指：2个行星轮的基圆偏心误差分别为(E
pi
,β
pi
)，(i＝1,2)；其中：E
pi
(i＝1,2)分别表示行星轮1、2的基圆偏心误差大小，量纲(um)；β
pi
(i＝1,2)分别表示行星轮1、2的基圆偏心误差方向，量纲(
°
)；3)定义双曲柄摆线轮的关键误差双曲柄摆线轮的关键误差是指：摆线轮1、2上的曲柄轴孔1、2的偏心误差(E
hji
,β
hji
)(j＝1,2；i＝1,2)；摆线轮1、2上的轮齿齿槽偏差R
jk
(j＝1,2)、齿距偏差P
jk
(j＝1,2)；其中：E
hji
表示曲柄轴孔的偏心误差大小，量纲(um)；β
hji
表示曲柄轴孔的偏心误差方向，量纲(
°
)；R
jk
、P
jk
分别表示摆线轮齿的齿槽偏差、齿距偏差大小，量纲(um)；4)定义针齿壳的关键误差针齿壳的关键误差是指：Z
r
个针齿齿槽的平均半径误差δ
cr
(um)，针齿壳上Z
r
个齿槽圆心的齿槽偏差(简称针齿齿槽偏差)R
k
(k＝1,2,
…
,Z
r
)、齿距偏差(简称针轮齿距偏差)P
k
(k＝1,2,
…
,Z
r
)；其中：R
k
、P
k
分别表示第k个针齿的齿槽偏差、齿距偏差大小，量纲(um)；5)定义曲柄轴的关键误差曲柄轴的关键误差是指：曲柄轴1、2上的偏心凸轮1、2的偏心误差(E
cji
,β
cji
)(j＝1,2；i＝1,2)；其中：E
cji
表示偏心凸轮的偏心误差大小，量纲(um)；β
cji
表示偏心凸轮的偏心误差方向，量纲(
°
)；6)定义行星架的关键误差行星架的关键误差是指：行星架上曲柄轴孔1、2的偏心误差(E
cai
,β
cai
)(i＝1,2)，行星架上安装轴承的轴颈偏心误差(A
c
,γ
c
)；其中：E
cai
、A
c
表示曲柄轴孔、轴颈的偏心误差大小，量纲(um)；β
cai
、γ
c
表示曲柄轴孔、轴颈的偏心误差方向，量纲(
°
)；7)定义针齿销的关键误差针齿销的关键误差是指：Z
r
个针齿销的平均直径误差δ
zr
，量纲(um)；8)定义轴承的关键误差在双曲柄摆线针轮减速机中，摆线轮1、2与曲柄轴1、2间的轴承采用滚子轴承，其轴承
间隙分别为δ
bji
(j＝1,2；i＝1,2)，量纲(um)；行星架与曲柄轴1、2间的轴承采用圆锥滚子轴承，其轴承间隙分别为δ
xi
(i＝1,2)，量纲(um)；行星架与针齿壳间的轴承采用角接触球轴承，其轴承间隙为δ
ca
，量纲(um)；S3.建立计算双曲柄摆线针轮减速机传动误差的力学模型；1)在力学模型中，将零件间的轴承或轴支承、轮齿啮合等接触处用弹簧进行等效，并用轴承或轴刚度、轮齿啮合刚度物理量进行描述；如太阳轮与行星轮i(i＝1,2)间的轮齿啮合刚度k
i
(N/um)(i＝1,2)、曲柄轴i(i＝1,2)与摆线轮j(j＝1,2)轴孔间的轴承支承刚度k
ji
(N/um)(j＝1,2；i＝1,2)、曲柄轴i(i＝1,2)和行星架轴孔间的轴承支承刚度k
bi
(N/um)(i＝1,2)、行星架与针齿壳间轴承支承刚度k
ca
(N/um)、摆线轮与针齿间的啮合刚度k
jk
(N/um)(k＝1,2,
…
,Z
r
)、太阳轮轴的支承刚度k
s
(N/um)；以上刚度的确定方法为：k
i
采用轮齿弯曲变形来确定；k
s
通过计算太阳轮轴的弯曲变形来求得；而k
ji
、k
bi
、k
ca
、k
jk
接触刚度则采用Palmgren公式确定；2)确定力学模型的静、动坐标系；以太阳轮轴(或行星架、针齿壳)的理论中心O为原点，垂直减速机轴线的断面为平面静坐标系xoy；从输入端即太阳轮端开始，靠近太阳轮的摆线轮编号j＝1，另一个摆线轮编号j＝2；以摆线轮的理论质心O
j
为原点，以摆线轮j(j＝1,2)的偏心方向为η
j
轴，若太阳轮轴逆时针旋转，则将垂直于η
j
轴并沿其公转方向转动90
°
为ξ
j
轴，建立摆线轮j的动坐标系η
j
O
j
ξ
j
；在动力学建模过程中，取j＝1的摆线轮η
j
轴在起始位置时与静坐标系x轴方向一致；3)在力学模型中，将各弹簧设置在各零件坐标轴的正方向接触处或轮齿啮合处，且设定使弹簧受拉为正、受压为负；φ
i
表示摆线轮(或行星架)上的曲柄轴轴孔的相对位置，取φ
i
＝π(i
‑
1)(i＝1,2)，ψ
j
表示2个摆线轮的理论质心O
j
的相对位置，取ψ
j
＝(j
‑
1)π(j＝1,2)；S4.依据步骤S2确定的双曲柄摆线针轮减速机中各零件制造误差、间隙，并结合力学模型，确定该传动系统在轴或轴承支承处、轮齿啮合处所产生的位移；1)确定太阳轮的基圆偏心误差、装配误差分别在其轮齿啮合处、轴支承处所产生的位移；若太阳轮的基圆偏心误差为(E
s
,β
s
)，则其在轮齿啮合处所产生的位移为：e
si
＝E
s
cos(θ
s
+β
s
‑
A
i
)
ꢀꢀ
(1)式中A
i
＝θ
c
+φ
i
+π/2
‑
α
′
，θ
c
＝θ
s
/i
z
α
′
——太阳轮和行星轮的啮合角(
°
)；θ
c
——行星架的理论转角(
°
)；若太阳轮装配误差为(A
s
,γ
s
)，则其在太阳轮轴支承处x、y方向上所产生的位移分别为:e
sx
＝A
s
cosγ
s
ꢀꢀ
(2)e
sy
＝A
s
sinγ
s
ꢀꢀ
(3)2)确定行星轮的基圆偏心误差在其轮齿啮合处所产生的位移；2个行星轮的基圆偏心误差(E
pi
,β
pi
)(i＝1,2)在轮齿啮合处所产生的位移为:e
pi
＝
‑
E
pi
cos(β
pi
‑
θ
p
‑
A
i
) (i＝1,2)
ꢀꢀ
(4)式中θ
p
——行星轮的理论自转角(
°
)；
3)确定摆线轮上的曲柄轴孔偏心误差在其轴承支承处所产生的位移，及其齿槽偏差、齿距偏差在轮齿啮合处所产生的位移；定义O
ji
表示摆线轮j(j＝1,2)上曲柄轴孔i(i＝1,2)的圆心，R
dc
表示摆线轮上曲柄轴孔圆心所在圆周的半径；若摆线轮曲柄轴孔的偏心误差为：(E
hji
,β
hji
)(j＝1,2；i＝1,2)，则其在轴承支承处静坐标系x、y方向上所产生的位移分别为：e
hxji
＝
‑
E
hji
cos(θ
c
+φ
i
+β
hji
)
ꢀꢀ
(5)e
hyji
＝
‑
E
hji
sin(θ
c
+φ
i
+β
hji
)
ꢀꢀ
(6)定义摆线轮的齿槽偏差R
jk
、齿距偏差P
jk
，定义O表示针轮中心，O
j
表示摆线轮j(j＝1,2)中心，P表示摆线轮j与针轮的节点；若摆线轮j上的齿槽偏差为R
jk
(j＝1,2)、齿距偏差为P
jk
(j＝1,2)，则其在轮齿啮合处所产生的位移分别为：产生的位移分别为：式中α
jk
——第k个针齿中心与第j个摆线轮节点连线与η
j
轴正方向夹角(
°
)，其中k＝1,2,
…
,Z
r
；φ
djk
——第k个针齿中心与第j个摆线轮中心O
j
连线与η
j
轴正方向的夹角(
°
)4)确定针齿壳上齿槽圆心的齿槽偏差、齿距偏差在摆线轮齿啮合处所产生的位移；定义O表示针轮中心，O
j
表示摆线轮j(j＝1,2)中心，P表示摆线轮j与针轮的节点若针轮的齿槽偏差为R
k
(k＝1,2,
…
,Z
r
)、齿距偏差为P
k
(k＝1,2,
…
,Z
r
)，则其在轮齿啮合处所产生的位移分别为：e
Rk
＝
‑
R
k
cos(α
jk
‑
φ
jk
)
ꢀꢀ
(9)式中φ
jk
——第k个针齿半径方向与第j个摆线轮η
j
轴正方向间的夹角(
°
)；5)确定曲柄轴偏心凸轮的偏心误差在其轴承支承处所产生的位移；定义O
ji
表示摆线轮j(j＝1,2)上曲柄轴孔i(i＝1,2)的圆心，O
pj
表示曲柄轴i(i＝1,2)上与摆线轮j(j＝1,2)相对应的曲柄轴回转中心；若曲柄轴i上偏心凸轮j的偏心误差为(E
cji
,β
cji
)(j＝1,2；i＝1,2)，则其在x、y方向上所产生的位移分别为：e
cxji
＝E
cji
cos(θ
p
+ψ
j
+β
cji
)
ꢀꢀ
(11)e
cyji
＝
‑
E
cji
sin(θ
p
+ψ
j
+β
cji
)
ꢀꢀ
(12)6)确定行星架上曲柄轴孔、轴颈的偏心误差在轴承支承处所产生的位移；定义O
ci
表示行星架上曲柄轴孔i(i＝1,2)的圆心，T
out
表示作用在行星架上的负载转矩；若行星架曲柄轴孔i的偏心误差为(E
cai
,β
cai
)(i＝1,2,3)，则它在支承处x、y方向上所产生的位移分别为：e
caxi
＝
‑
E
cai
cos(θ
c
+φ
i
+β
cai
)
ꢀꢀ
(13)e
cayi
＝
‑
E
cai
sin(θ
c
+φ
i
+β
cai
)
ꢀꢀ
(14)若假设行星架的轴颈偏心误差为(A
c
,γ
c
)，则它在支承处x、y方向上所产生的位移分别
为：e
cx
＝A
c
cosγ
c
ꢀꢀ
(15)e
cy
＝A
c
sinγ
c
ꢀꢀ
(16)7)确定针齿销的直径误差、针齿壳上的齿槽半径误差在摆线轮齿啮合处形成的间隙，并确定该间隙在摆线轮齿啮合处所产生的位移；定义O表示针齿销的理论分布圆心或针齿壳上齿槽理...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩林山，赵雅坤，吴金妹，雷冀南，上官林建，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：
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