机器人用RV减速器主轴承受力分析计算方法技术

本发明专利技术涉及受力计算技术领域，提供一种机器人用RV减速器主轴承受力分析计算方法，包括：步骤1，对RV减速器进行内部受力分析；步骤101，获得摆线轮与针轮的接触作用力；步骤102，获得摆线轮与曲柄轴的接触作用力；步骤103，获得曲柄轴与法兰盘的接触作用力；步骤2，对RV减速器进行外部受力分析；步骤3，RV减速器主轴承优化设计。本发明专利技术能够提高主轴承受力分析额合理性和分析效率。

【技术实现步骤摘要】
机器人用RV减速器主轴承受力分析计算方法
本专利技术涉及受力计算
，尤其涉及一种机器人用RV减速器主轴承受力分析计算方法。
技术介绍
RV减速器是由行星齿轮传动和行星摆线针轮传动组成的两级减速传动机构，具有传动比大、体积小、刚度大、承载能力大、传动精度和传动效率高等优点，广泛应用于工业机器人关节驱动装置中。主轴承作为RV减速器的关键支撑部件，其性能与寿命直接影响减速器的工作性能、可靠性和安全性。日系RV减速器所用主轴承均由NSK和NTN等公司提供，其相关技术保密，具体参数及工艺不得而知。而国内RV减速器零部件的研究主要集中在摆线轮和曲柄轴，关于主轴承的相关研究较少。虽然我国轴承研究已经取得骄人进展，但因可占用空间有限且工作时减速器内部作用力难以确定，使主轴承的优化设计、精度及寿命的相关研究进展缓慢。图1是本专利技术分析的机器人用RV减速器的结构示意图。如图1所示，RV减速器的整机结构，可以分为第一级渐开线行星传动部分和第二级摆线针轮传动部分。第一级传动部分主要构件包括：中心轮、行星轮、曲柄轴。第二级摆线针轮行星传动主要构件包括：两片摆线轮、针齿、针齿壳、支撑法兰、输出座。一齿差摆线针轮机构，其摆线轮齿数与针齿齿数相差一，由于摆线轮传动属于多齿啮合，因此承载能力强，传动精度高。两级传动组合在一起使RV减速器具有传动比大且选择多样，传动精度高，抗冲击性强等优点。RV减速器两片摆线轮安装位置相差180°，输入轴按顺时针方向转动时，转矩经过中心轮传递到第一级传动部分，并通过曲柄轴上的曲柄偏心运动带动摆线轮沿着逆时针方向作偏心转动，在针齿壳固定的情况下，针齿会给摆线轮一个反作用力使摆线轮产生顺时针自转，并通过曲柄轴将转矩传递给输出法兰。由于两片摆线轮除安装位置有差别以外，其啮合状态、受力分析方式等完全相同，因此本文仅针对单片摆线轮进行分析。RV减速器拥有多种传递转矩的方式，最常用的传动方式是将针齿壳固定，输入轴作为输入端，输出法兰作为输出端。此时对应传动比的计算方法为：其中，i表示传动比；Z1表示太阳轮齿数；Z2表示渐开线轮齿数；Zb表示针齿齿数。
技术实现思路
本专利技术主要解决现有技术的RV减速器主轴承受力情况复杂、尺寸设计流程不定、内部参数对寿命及精度具体影响情况不明等技术问题，提出一种机器人用RV减速器主轴承受力分析计算方法，以达到提高主轴承受力分析额合理性和分析效率的目的。本专利技术提供了一种机器人用RV减速器主轴承受力分析计算方法，包括以下过程：步骤1，对RV减速器进行内部受力分析；步骤101，获得摆线轮与针轮的接触作用力，具体过程为：通过以下公式确定摆线轮与针轮的初始啮合侧隙：式中，K1′表示短幅系数；表示啮合相位角；△rrp表示等距修形量；△rp表示移距修形量；通过以下公式确定摆线轮在其啮合点公法线方向上的位移量：δi＝liβi(3)式中，βi为摆线轮弹性变形转角；li表示第i个针齿啮合点的法线至摆线轮中心的距离，可由摆线轮修形后的短幅系数K1′求得，具体公式为：式中，rc′＝A(Zp-1)；a表示偏心距；Zp表示针轮齿数；运用赫兹接触公式，得到各针齿接触变形与啮合作用力的函数关系式Wi＝f(Fi)，用数值曲线拟合法使Fi＝CiwiPi逼近wi＝f(Fi)，按照最小二乘法取偏差平方和最小，即：式中，n表示离散值数；由以及推导出Ci、Pi的表达式，得到每个啮合齿的受力Fi大小；步骤102，获得摆线轮与曲柄轴的接触作用力；根据求得的摆线轮上各接触齿的作用力Fi，由平行四边形法则，计算切向力Ft与Fr，得到合力FD以及夹角αc：针齿作用在摆线轮的合力F(矢量)还可用矢量分力F1、F2表示：其中，单片摆线轮上的三个曲柄轴的作用力为：步骤103，获得曲柄轴与法兰盘的接触作用力，具体过程为：根据行星轮所受的切向和径向作用力Fgt与Fgr，便可通过力与力矩平衡方程算得法兰盘支撑轴承的受力大小：Fgr＝Fgttanα(15)式中，r2′表示行星轮节圆半径；α表示渐开线齿轮压力角；根据空间力系平衡条件，列出关于XZ平面与YZ平面的平衡方程；设逆时针方向为正，则曲柄轴A上支撑、输出法兰盘支撑轴承支反力计算如下：在XZ平面：FG2r＝Fgr-FG1r(17)在YZ平面：曲柄轴B上支撑、输出法兰盘支撑轴承支反力计算如下：在XZ平面：在YZ平面：曲柄轴C上支撑、输出法兰盘支撑轴承支反力计算如下：在XZ平面：在YZ平面：按照法兰盘受力方向，计算三个曲柄轴上的支撑轴承传递给支撑、输出法兰盘的等效合力：FGZ1r＝FG1r+FG3r+FG5r(28)FGZ1t＝FG1t+FG3t+FG5t(29)FGZ2r＝FG2r+FG4r+FG6r(30)FGZ2t＝FG2t+FG4t+FG6t(31)综合式(28)～(31)，输出、支撑法兰上的支撑轴承所受的径向力FZr1、FZr2为两个方向受力的矢量合：步骤2，对RV减速器进行外部受力分析；步骤3，RV减速器主轴承优化设计。进一步的，步骤2，对RV减速器进行外部受力分析；步骤201，分析主轴承承受的轴向力，具体过程为：主轴承在受到径向载荷FrA、FrB时会产生派生轴向力S1、S2；S1＝eFrA(34)S2＝eFrB(35)式中，e表示轴向载荷影响的判断系数；步骤202，根据派生轴向力大小，分析外部轴系受力：若S2＞S1+Fw2，轴系的趋势是向右移动，主轴承A为紧边，主轴承B为松边，主轴承B受到的轴向力即为自身产生的派生轴向力FaB＝S2，主轴承A受到的轴向力为FaA＝S2-Fw2；若S2＜S1+Fw2，轴系的趋势是向左移动，主轴承A为松边，主轴承B为紧边，主轴承A受到的轴向力即为自身产生的派生轴向力FaA＝S1，主轴承B受到的轴向力为FaB＝S1-Fw2。进一步的，步骤3，包括以下过程：步骤301，主轴承基本尺寸参数优化设计：根据滚动体直径不同有如下两种优化数学模型：设计变量：X＝(Z，Dw，Dpw)T＝(x1，x2，x3)T(38)目标函数：约束条件：0式中，bm表示材料和加工质量的额定系数；fc、f0表示与轴承零件相关系数，通过的算值取得；i表示滚动体列数；Z表示滚动体个数；Dw表示球直径；α0表示轴承的公称接触角。本专利技术提供的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人用RV减速器主轴承受力分析计算方法，其特征在于，包括以下过程：/n步骤1，对RV减速器进行内部受力分析；/n步骤101，获得摆线轮与针轮的接触作用力，具体过程为：/n通过以下公式确定摆线轮与针轮的初始啮合侧隙：/n

【技术特征摘要】
1.一种机器人用RV减速器主轴承受力分析计算方法，其特征在于，包括以下过程：
步骤1，对RV减速器进行内部受力分析；
步骤101，获得摆线轮与针轮的接触作用力，具体过程为：
通过以下公式确定摆线轮与针轮的初始啮合侧隙：



式中，K1′表示短幅系数；表示啮合相位角；△rrp表示等距修形量；△rp表示移距修形量；
通过以下公式确定摆线轮在其啮合点公法线方向上的位移量：
δi＝liβi(3)
式中，βi为摆线轮弹性变形转角；li表示第i个针齿啮合点的法线至摆线轮中心的距离，可由摆线轮修形后的短幅系数K1′求得，具体公式为：



式中，rc′＝A(Zp-1)；a表示偏心距；Zp表示针轮齿数；
运用赫兹接触公式，得到各针齿接触变形与啮合作用力的函数关系式Wi＝f(Fi)，用数值曲线拟合法使Fi＝CiwiPi逼近wi＝f(Fi)，按照最小二乘法取偏差平方和最小，即：



式中，n表示离散值数；
由以及推导出Ci、Pi的表达式，得到每个啮合齿的受力Fi大小；
步骤102，获得摆线轮与曲柄轴的接触作用力；
根据求得的摆线轮上各接触齿的作用力Fi，由平行四边形法则，计算切向力Ft与Fr，得到合力FD以及夹角αc：












针齿作用在摆线轮的合力F(矢量)还可用矢量分力F1、F2表示：



其中，单片摆线轮上的三个曲柄轴的作用力为：









步骤103，获得曲柄轴与法兰盘的接触作用力，具体过程为：
根据行星轮所受的切向和径向作用力Fgt与Fgr，便可通过力与力矩平衡方程算得法兰盘支撑轴承的受力大小：



Fgr＝Fgttanα(15)
式中，r2′表示行星轮节圆半径；α表示渐开线齿轮压力角；
根据空间力系平衡条件，列出关于XZ平面与YZ平面的平衡方程；设逆时针方向为正，则曲柄轴A上支撑、输出法兰盘支撑轴承支反力计算如下：
在XZ平面：



FG2r＝Fgr-FG1r(17)
在YZ平面：






曲柄轴B上支撑、输出法兰盘支撑轴承支反力计算如下：
在XZ平面：






在YZ平面：
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【专利技术属性】
技术研发人员：张迎辉，何卫东，李云飞，
申请(专利权)人：大连交通大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21