工业机器人关节驱动用新型精密RV传动装置的设计与分析
时间:2018-08-24 15:04 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 摘要RV减速器是一种非常精密的减速装置，它常被用作工业机器人关节处的减速装置，本文通过对其工作原理的分析，设计符合一定输出要求的 RV 减速器，并用pro/e软件构建其三文模型。针对其结构特点，对其各个结构进行受力分析，并对其相对薄弱的部分（行星传动齿轮啮合和针齿销）的强度进行校核。然后在 ANSYS 环境下构建其计及输出结构刚度、轮齿的啮合刚度的有限元模型。根据仿真结果提出在RV 减速器的设计过程中应该优化的一些结构。 27336 毕业论文关键词：RV减速器，工作原理，受力分析，三文模型，有限元 Title Design and analysis of a new precision RV gearing Abstract The experiment and simulation on the integrated performance are developed based on the characters of RV reducer which is widely used in the joint of industrial robot is investigated in this dissertation. Design the three-dimensional model of RV reducer which can export as required by analyzing of its working principle. Doing stress analysis of structures which are Sensitive .I build the FEA model of the RV reducer on the structural features of RV reducer on the platform of ANSYS. Put forward what we should pay attention to when design the RV reducer. KEY WORDS: RV reducer, Working principle, Stress Analysis, Three-dimensional model, FEA 目录 1 绪论1 1.1 课题背景1 1.2 减速器的发展趋势2 1.3 国内外研究的主要方向4 1.3.1 扭转刚度4 1.3.2 回转精度4 1.4 论文的主要研究内容5 2 RV减速器主要零件的设计7 2.1 传动原理7 2.2 主要技术要求7 2.3 分配传动比7 2.4 传动零件设计8 2.4.1 行星传动齿轮8 2.4.2 摆线针轮传动齿轮9 2.5 轴和轴承组合的设计 13 2.5.1 转臂轴 13 2.5.2 偏心轴承 13 2.5.3 圆锥滚子轴承14 2.6 RV 减速器的三文模型14 3 受力分析16 3.1 RV 传动结构介绍16 3.2 一级准 2KH 的受力16 3.3 RV 轮的受力分析17 3.4 输出圆盘的受力19 3.5 曲柄受力20 3.6 各零件的实际受力值得计算20 4 关键零件强度校核21 4.1 行星齿轮强度计算21 4.2 针齿销抗弯强度和刚度计算22 5 RV 减速器关键零件的有限元分析24 5.1 有限单元法概述24 5.2 基本流程24 5.3 W 机构有限元分析25 结论30 致谢31 参考文献32 1 绪论 1.1 课题研究背景 机器人在食品加工领域应用得如鱼水。 目前，在汽车、航空航天、食品、新能源等领域，工业机器人都起着举足轻重的作用。而随着工业机器人的不断发展，机器人的优势也慢慢在各个领域体现出来。 在美国、日本和欧洲的一些发达国家和地区，工业机器人技术已相当成熟，不断成为一种通用设备在工业界广泛应用，并相继形成了一批规模巨大，在整个国家甚至全球影响巨大的国际化工业机器人公司。其中包括德国的KUKA Roboter Gmbh公司、瑞典ABB Robotics公司、意大利的COMAU公司以及日本的FANUC 公司，产品示意图如图1-1 所示。 触觉等传感器技术等。在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已经大量使用工业机器人自动化生产线，以保证产品质量，提高生产效率，同时避免了大量的工伤事故。 虽然中国的工业机器人产业在不断的进步中，但和国际同行相比，差距依旧明显[1]。中国制造业面临着向高端转变，承接国际先进制造、参与国际分工的巨大挑战。我国工业机器人产业虽尚处于理论研究及小批量样机试制阶段，但具有强劲的增长势头，发展空间巨大，且在近20 年来取得了不菲的科研成果。但由于我国的精密加工产业还处于发展阶段，有些机器人用的精密零件还不能达到要求，至今仍为形成具有影响力的产品和有规模的产业。在我国研制机器人的过程中不能生产相应的精密零部件，使得国内企业在生产机器人的过程中，只能依赖配套进口的零部件，这无疑很大程度上削弱了我国机器人生产企业的市场竞争力。因此，要形成工业机器人的产业化，必须使相关产业发展到相应水平，需先形成相关零部件生产的产业化，而工业机器人的关节减速器则为其中需要重点发展的一项。 1.2 减速器的发展趋势 减速器在机械传动领域是连接动力源和执行机构之间的中间装置，通常它把电动机、内燃机等高速运转的动力通过输入轴上的小齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的，并传递更大的转矩。目前RV减速器与谐波减速器广泛使用于工业机器人关节中。其中，谐波齿轮减速器是一种由固定的内齿刚轮、柔轮、和使柔轮发生径向变形的波发生器组成，具有速比大、同时啮合的齿数多、结构简单和运动精度高等优点。但是，谐波减速器通过柔轮的弹性变形原理传递动力的特点，使得它同时伴有刚度低、弹性回差大以及传动精度随着使用时间的增长显著降低等固有缺陷。 日益受到国内外的广泛关注。RV减速器是由摆线针轮和行星支架组成以其体积小，抗冲击力强，扭矩大，定位精度高，振动小，减速比大等诸多优点被广泛应用于工业机器人，机床，医疗检测设备，卫星接收系统等领域。目前应用于机器人领域的减速机主要有两种，一种是RV 减速器，另一种是谐波减速器。在关节型机器人中，由于RV减速器具有更高的刚度和回转精度，一般将RV减速器放置在机座、大臂、肩部等重负载的位置，而将谐波减速器放置在小臂、腕部或手部。RV减速器正是因为这一系列的优点，受到了国内外相关企业和科研单位的广泛关注，尤其在工业机器人领域发挥着越来越大的作用。 目前国外对RV 减速器的研究已经比较成熟，并形成比较大规模的减速器产业。我国对该类减速器的研究比较晚，上海交大机器人研究所，秦川机床都已经研制了10年以上时间，但是由于尚未掌握其设计及加工的核心关键技术，目前还是没有合格产品出来。 高精度高效率的减速器直接的工业机器人的工作质量和效率，因此更加深入地进行RV减速器关键技术的研究，不断完善制造工艺、精度保证等方面的关键技术，对推动我国工业机器人产业的发展有着重要的工程意义[4]。 1.3 国内外研究的主要方向 1.3.1扭转刚度 扭转刚度作为RV减速器的一项重要性能指标，逐渐成为各大高校以及各研究院分析与研究的热点。目前针对单级摆线传动的刚度特性分析已较为深入。 RV减速器也是一种包含摆线传动的一种二级封闭式行星传动系统，其低速级同为摆线传动，但传动结构与单级摆线区别较大，扭转刚度特性也会不同。因此，国内外学者针对该类减速器刚度特性的研究仍在深入[10]。 1.3.2回转精度 差值。它是 RV 减速器的主要性能指标之一。RV 减速器的该项性能直接影响工业机器人的定位精度，因此如何提高 RV减速器回转传动精度一直是该领域研究的重点。目前，针对摆线行星传动机构的误差建模方法已较为成熟，常用方法有几何法、齿轮齿面接触分析技术法以及微分法等[10]。这些方法理论严密，分析结果精确，为 RV 减速器的精度 研究提供了有效的借鉴。一方面是研究齿轮修行对传动精度的影响。 1.4 论文的主要研究内容 RV （Rotary Vector） 传动是在摆线针轮传动基础上发展起来的一种新型传动，它是由第一级普通渐开线直齿轮（斜齿轮）减速部分和摆线针轮减速部分组合而成的两级 2K-V 行星传动机构。目前在机器人领域应用极为广泛，因而在国内外受到广泛重视。RV减速器由于其独特的优点，在机器人（定位构、自动广告机、机器人手臂、机机器人腕关节上、分度工作台、机器人回转轴）等精密传动领域得到了广泛的应用。 本文以广泛应用于工业机器人关节的 RV减速器为对象，通过对其工作原理的分析，设计符合一定输出要求的 RV减速器，并用 pro/e软件构建其三文模型。针对其结构特点，对其各个结构进行受力分析，并对其相对薄弱的部分（行星传动齿轮啮合和针齿销）的强度进行校核。然后在 ANSYS 环境下构建其计及输出结构刚度、轮齿的啮合刚度的有限元模型。根据仿真结果提出在 RV 减速器的设计过程中应该优化的一些结构。 (责任编辑：qin) |